逆境脅迫對(duì)甜瓜幼苗生長的影響及綜合抗逆鑒定指標(biāo)的篩選

高玉紅， 閆生輝， 鄧?yán)枥?/p>

(鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南鄭州 450121)

我國是世界上甜瓜種植面積最大的國家之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年我國甜瓜栽培面積為40.69萬hm2，產(chǎn)量1 527.1萬t[1]。甜瓜已成為促進(jìn)部分地區(qū)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)及農(nóng)民增收的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。但甜瓜幼苗時(shí)期是其抵抗力最弱的階段，經(jīng)常會(huì)遇到諸如低溫、干旱、鹽分脅迫等逆境環(huán)境，已成為制約甜瓜產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的瓶頸[2-4]。因此，如何調(diào)整苗期外界環(huán)境條件并培育壯苗成為甜瓜生產(chǎn)中亟待解決的問題。目前國內(nèi)外相關(guān)研究大多局限于單一逆境因子對(duì)甜瓜生長發(fā)育的影響，并篩選出抗逆性鑒定指標(biāo)[5-7]，但這些指標(biāo)多集中在生理生化方面，缺乏直觀性，難以在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用。因此亟待開展不同逆境脅迫對(duì)甜瓜共同形態(tài)表觀反應(yīng)的研究，以篩選出更為直觀的抗逆性鑒定指標(biāo)。本研究以2種不同類型的薄皮甜瓜為研究對(duì)象，探討了不同逆境脅迫條件對(duì)其幼苗生長的影響，利用隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)不同逆境條件對(duì)甜瓜幼苗的危害程度，并利用主成分分析法篩選出共同的抗逆性鑒定指標(biāo)，以期為甜瓜幼苗的綜合抗逆性直觀判斷和提前預(yù)防提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種：星甜18、翠玉6號(hào)分別為早熟和中晚熟薄皮甜瓜品種，購于河南省種子市場(chǎng)。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 將供試甜瓜品種催芽后，選取生長一致的芽苗播于盛有混合基質(zhì)(草炭 ∶珍珠巖=3 ∶1)的32孔穴盤，并置于溫室中培養(yǎng)。當(dāng)幼苗生長到2葉1心時(shí)，選擇生長一致的幼苗，進(jìn)行不同的脅迫處理：(1)低溫脅迫處理：將幼苗置于8 ℃條件下處理6 h，每3 d處理1次；(2)干旱脅迫處理：噴淋含150 g/L聚乙二醇(PEG-6000)溶液，每3 d處理1次；(3)鹽脅迫處理：噴淋含200 mmol/L NaCl的溶液，為防止鹽刺激，以每天50 mmol/L的濃度梯度遞增；(4)水分脅迫處理：將穴盤放入裝有水的托盤中，水面始終保持3 cm高度。各個(gè)處理均在生長過程中噴淋50 mL Hoagland完全營養(yǎng)液維持幼苗生長所需的營養(yǎng)，以正常生長條件下噴淋相同數(shù)量的Hoagland完全營養(yǎng)液的幼苗為對(duì)照，每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法 甜瓜幼苗生長至4葉1心時(shí)，每個(gè)處理選5株進(jìn)行相關(guān)生長指標(biāo)的測(cè)定：株高(SH)(根莖相交處到最高生長點(diǎn)的長度)、莖粗(SD)(子葉下約1 cm處)、地上部鮮質(zhì)量(SFW)、根鮮質(zhì)量(RFW)、地上部干質(zhì)量(SDW)和根干質(zhì)量(RDW)(將稱量完鮮質(zhì)量的甜瓜植株地上部和根系在105 ℃下殺青30 min，再在80 ℃恒溫下烘干至恒重)；計(jì)算壯苗指數(shù)(ISG)=(根鮮質(zhì)量/地上部鮮質(zhì)量+莖粗/株高)×全株鮮質(zhì)量；葉面積(LA)采用稱質(zhì)量法測(cè)定[8]。

1.2.3 逆境脅迫對(duì)甜瓜幼苗傷害性綜合評(píng)價(jià)方法

傷害系數(shù)=(對(duì)照值-處理值)/對(duì)照值×100%。

采用隸屬函數(shù)法進(jìn)行耐鹽性綜合評(píng)價(jià)，計(jì)算逆境對(duì)幼苗傷害性相關(guān)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值[9]。

Xij=(xij-ximin)/(ximax-ximin)。

式中：xij為i品種j指標(biāo)值；ximin為j指標(biāo)最小值；ximax為j指標(biāo)最大值。累加各品種各指標(biāo)的具體隸屬函數(shù)值即為總隸屬函數(shù)值(SUM)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用Excel 2003和DPS 7.05進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，差異顯著性檢驗(yàn)(α=0.05)采用Duncan’s新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 逆境脅迫對(duì)甜瓜幼苗生長的影響

不同逆境脅迫處理顯著抑制了甜瓜幼苗的生長，且2個(gè)甜瓜品種幼苗對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)有明顯差異(表1)。對(duì)于早熟品種星甜18而言，各逆境處理間SD、RDW、ISG差異不顯著，低溫脅迫對(duì)SFW、SDW、LA影響較大；干旱脅迫主要影響SH、RFW、SDW、LA等指標(biāo)；鹽脅迫對(duì)SH、SFW、RDW、LA的影響較大。對(duì)中晚熟品種翠玉6號(hào)而言，低溫脅迫對(duì)SD、SFW、SDW、RDW、LA、ISG影響較大；干旱脅迫主要影響SH、SD、SFW、RFW、SDW、ISG等指標(biāo)；鹽脅迫對(duì)SH、SD、RDW、LA影響較大。與其他逆境條件相比，水分脅迫對(duì)2種甜瓜幼苗生長指標(biāo)的影響均相對(duì)較小。表明逆境脅迫對(duì)甜瓜幼苗的傷害程度受品種和逆境類型等因素的影響和制約。

表1 不同逆境脅迫對(duì)甜瓜幼苗生長的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.2 逆境脅迫對(duì)甜瓜幼苗傷害的差異性比較

綜合8個(gè)與甜瓜幼苗生長相關(guān)的指標(biāo)，利用隸屬函數(shù)值評(píng)價(jià)不同逆境脅迫的傷害程度。由表2可以看出，干旱脅迫、鹽脅迫對(duì)早熟品種星甜18的傷害性較大，其總隸屬函數(shù)值分別為3.440、4.323，水分脅迫的傷害性較小，總計(jì)隸屬函數(shù)值為0.477；低溫脅迫、干旱脅迫對(duì)中晚熟品種翠玉6號(hào)的傷害性較大，其總隸屬函數(shù)值分別為5.750、5.123，水分脅迫的傷害性較小，總隸屬函數(shù)值為0.652。結(jié)果表明，早熟品種對(duì)干旱脅迫、鹽脅迫較為敏感，而中晚熟品種對(duì)低溫脅迫、干旱脅迫較為敏感；相比其他逆境條件，2種不同熟性類型的品種對(duì)水分脅迫的耐受性均較強(qiáng)。

表2 逆境脅迫對(duì)甜瓜幼苗期各指標(biāo)傷害系數(shù)的影響

2.3 2種甜瓜綜合抗逆指標(biāo)的篩選

通過對(duì)星甜18、翠玉6號(hào)2種甜瓜的8個(gè)幼苗生長指標(biāo)進(jìn)行抗逆性主成分分析，可將8個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為4個(gè)主成分，均以第1個(gè)主成分貢獻(xiàn)率最大，其特征值分別為6.59、6.44，累計(jì)貢獻(xiàn)率分別可達(dá)82.39%、80.53%，即第1個(gè)主成分已經(jīng)基本攜帶了8個(gè)抗逆指標(biāo)80%以上的信息(表3)。由表3可以看出，RFW、ISG、LA、SD、RDW可作為早熟品種星甜18苗期綜合抗逆性的鑒定指標(biāo)；SD、ISG、LA、RFW可作為中晚熟品種翠玉6號(hào)苗期綜合抗逆性的鑒定指標(biāo)。

表3 2種甜瓜幼苗抗逆性綜合評(píng)價(jià)主成分分析

3 結(jié)論與討論

植物在生長過程中經(jīng)常會(huì)遇到干旱、鹽堿、高溫等不良環(huán)境條件，導(dǎo)致體內(nèi)的一系列生理生化活動(dòng)的變化[10-13]，進(jìn)而影響植物外部的表觀形態(tài)[14]。因此，表觀形態(tài)的改變更能直觀地反映其受外界環(huán)境條件的脅迫程度。本研究通過室內(nèi)模擬低溫、干旱、水分、鹽等逆境條件，探討了其對(duì)甜瓜幼苗生長發(fā)育的影響，結(jié)果表明，低溫、干旱、水分、鹽等逆境脅迫均顯著抑制了甜瓜幼苗的生長，與王興虎等分別利用不同逆境條件對(duì)甜瓜幼苗生長影響的研究結(jié)果[15-18]一致。8個(gè)生長指標(biāo)對(duì)不同逆境脅迫的響應(yīng)有明顯差異，受品種類型的影響和制約，可能與逆境脅迫的傷害機(jī)制及品種自身敏感程度有關(guān)，具體原因還有待進(jìn)一步研究。

隸屬函數(shù)法作為一種模糊數(shù)學(xué)方法，已被大多數(shù)學(xué)者用來對(duì)受到多種因素制約的研究對(duì)象做綜合性評(píng)價(jià)[19-20]。為克服單一指標(biāo)評(píng)價(jià)的片面性，更全面反映不同逆境脅迫對(duì)甜瓜幼苗生長的危害程度，本研究選取與甜瓜生長有關(guān)的8個(gè)性狀指標(biāo)，利用總隸屬函數(shù)值對(duì)不同逆境條件進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，早熟品種對(duì)干旱脅迫、鹽脅迫較為敏感，而中晚熟品種對(duì)低溫脅迫、干旱脅迫較為敏感。相比其他逆境條件，2種熟性類型的品種對(duì)水分脅迫的耐受性均較強(qiáng)。因此，在栽培管理過程中，對(duì)于早熟品種而言，應(yīng)特別注意防止干旱、鹽脅迫傷害，做好土壤肥水管理，在育種上應(yīng)加強(qiáng)其抗旱和耐鹽能力方面的改進(jìn)。對(duì)于中晚熟而言，應(yīng)特別注意防止低溫、干旱脅迫傷害，做好溫度和土壤水分管理，在育種上應(yīng)加強(qiáng)其耐低溫和抗旱能力方面的改進(jìn)。但本試驗(yàn)僅僅人為模擬逆境條件對(duì)其進(jìn)行了研究，可能與實(shí)際生產(chǎn)有一定差距，還需進(jìn)一步大田試驗(yàn)驗(yàn)證。

利用主成分分析方法將8個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)化成為4個(gè)綜合指標(biāo)，使各種逆境脅迫下甜瓜幼苗生長指標(biāo)差異具有可比性，RFW、ISG、LA、SD、RDW可作為早熟品種星甜18苗期綜合抗逆性的鑒定指標(biāo)；SD、ISG、LA、RFW可作為中晚熟品種翠玉6號(hào)苗期綜合抗逆性的鑒定指標(biāo)。這一結(jié)果可為甜瓜幼苗的綜合抗逆性的直觀判斷提供理論依據(jù)，但大多數(shù)研究認(rèn)為植物形態(tài)和生長對(duì)環(huán)境脅迫的反映往往落后于生理反應(yīng)，一旦植株表觀現(xiàn)象呈現(xiàn)，逆境造成的傷害可能難以恢復(fù)[20]，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用還有一定的局限性。因此，還應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)甜瓜逆境脅迫的系統(tǒng)性研究，將生長方面的表觀形態(tài)和生理反應(yīng)特征有效結(jié)合起來，更有助于采取切實(shí)可行的技術(shù)措施，為有效防止生產(chǎn)上的逆境傷害奠定基礎(chǔ)。