不同基因型大白菜对外源钙敏感性鉴定评价

王莉莉栾兆水徐 坤曹逼力*

（1山东农业大学园艺科学与工程学院，山东果蔬优质高效生产协同创新中心，农业部黄淮地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，山东泰安 271018；2德州市德高蔬菜种苗研究所，德州市蔬菜育种工程技术研究中心，山东德州 253000）

大白菜〔Brassica campestris L. ssp. pekinensis（Lour）Olsson〕是我国种植面积最大的蔬菜作物之一，年播种面积约267万hm2，产值600亿元以上，占全国蔬菜总播种面积的15%左右（张凤兰等，2017）。前人研究表明，钙缺乏是大白菜发生干烧心的主要原因（Su et al.，2016），且干烧心在结球期才显示症状（徐守东，2012），不仅严重降低产量，还显著降低食用品质。因此，研究不同基因型大白菜对钙的敏感性，并探讨早期鉴定的方法，对选育抗干烧心大白菜品种有重要指导意义。

钙是植物生长发育所必需的矿质营养元素，不仅是细胞壁结构的重要组成成分（Hepler，2005），也是液泡内重要的渗透调节物质，对维持细胞膜稳定和保持细胞离子平衡起着重要的作用（Gilliham et al.，2011）。钙素缺乏会使植物生理代谢紊乱，发生生理病害，降低农作物的产量和品质（Batistič &Kudla，2012；Madani et al.，2014）。董彩霞等（2003）研究表明，采用植株干质量相对值作为钙效率系数可以评价不同番茄品种幼苗期钙敏感性。吉雪花（2005）研究了采用离体叶片扦插方法鉴定大白菜品种的钙敏感性，但扦插法大白菜叶片的症状与田间大白菜缺钙表现的症状并不相同。本试验采用不同钙水平水培方式，研究不同基因型大白菜在不同生育期的症状表现，并采用多元回归分析和聚类分析方法对参试材料的钙敏感性进行综合评价，旨在为大白菜抗性品种的鉴定提供简便快捷的方法。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2016年8～11月在山东农业大学园艺试验站进行，参试大白菜品种共20个（表1），均由德州市德高蔬菜种苗研究所提供。

采用1/2 Hoagland营养液水培育苗，待幼苗长出2片真叶时，移栽至长45 cm、宽33 cm、高13 cm的塑料盆中，塑料盆顶部铺设泡沫苯板，在泡沫苯板上打取直径约3 cm的圆形小孔，用海绵固定大白菜幼苗，每盆4株。移栽后以1/2 Hoagland营养液培养5 d，之后通过调节营养液钙水平，设置5个处理，分别为0、0.5、1.0、2.0、4.0 mmol·L-1，每处理3次重复，每重复10盆。每隔3 d更换1次营养液，并随着植株的生长，至莲座期后每盆保留2株。

1.2 项目测定

分别在幼苗期、莲座期、结球期（处理后18、48、72 d）时取样，每处理取10株，测定植株生长量、调查缺钙干烧心症状，并计算干烧心指数；采用95%乙醇浸提比色法测定功能叶片叶绿素含量（Sartory & Grobbelaar，1984）；采用原子吸收法测定叶片钙含量（鲍士旦，2000）。各指标相对值=不同钙水平各指标实测值/钙水平4.0 mmol·L-1各指标实测值。

大白菜干烧心分级标准：0级，植株生长良好，无任何异常症状；1级，1～2片叶叶缘枯黄；2级，2片叶以上叶缘枯黄；3级，枯黄叶片面积25%以下；4级，枯黄叶片面积25%～50%；5级，枯黄叶片面积50%以上或全株死亡。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2003软件进行试验数据处理，计算平均值、标准差和变异系数，利用DPS软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同钙水平对大白菜不同生育期干烧心指数的影响

从表1可以看出，大白菜幼苗期营养液钙水平为0 mmol·L-1时，不同品种均表现出明显的干烧心症状；钙水平达0.5 mmol·L-1时，虽干烧心指数变异系数较大，但干烧心指数较小，且多数品种已无缺钙症状；钙水平≥1.0 mmol·L-1时，20个大白菜品种幼苗均无缺钙症状。至莲座期，钙水平为0 mmol·L-1处理的大白菜幼苗均已死亡；钙水平0.5～4.0 mmol·L-1处理的植株多表现出干烧心症状，干烧心指数随钙水平的增加而总体上呈降低趋势，而变异系数则相反。结球期，大白菜植株干烧心症状的表现与莲座期相似，表明不同基因型大白菜对钙的敏感性差异较大。

表1 不同钙水平对大白菜不同生育期干烧心指数的影响

2.2 不同基因型大白菜干烧心指数聚类结果

对不同生育期、不同钙水平处理下大白菜干烧心指数进行聚类分析，发现幼苗期钙水平为0 mmol·L-1以及莲座期、结球期钙水平为0.5 mmol·L-1的聚类分析结果可较好地对不同基因型大白菜钙敏感性进行分类，3个时期分别在欧氏距离35.00、9.00、18.00时将大白菜分为钙敏感型、钙迟钝型和中间型3类，且聚类结果基本相同（图1-A、1-B、1-C），仅石特由图1-A的钙敏感型归到了图1-B、1-C的中间型，说明大白菜不同品种在不同生育期对钙的敏感性基本一致，幼苗期即可鉴定出不同基因型大白菜对钙的敏感性。

图1 部分大白菜钙敏感性聚类分析结果

2.3 不同基因型大白菜幼苗期对钙水平的反应

表2表明，随钙水平的升高，幼苗期各品种大白菜植株鲜质量、叶片叶绿素含量以及钙含量均呈增加趋势，但变异系数逐渐降低，表明品种间的差异逐渐缩小。为了更加准确地反映低钙水平对大白菜幼苗的影响，以钙水平4.0 mmol·L-1为标准，计算钙水平0、0.5、1.0、2.0 mmol·L-1下大白菜幼苗各指标相对值（数据未列出），各指标相对值与表2中测定值的变化趋势一致，说明低钙水平对大白菜品种间的影响更为明显。

2.4 不同钙水平下大白菜幼苗干烧心指数回归模型的建立

为进一步明确大白菜植株相关指标与干烧心指数的相关关系，以表2中大白菜幼苗期不同钙水平下植株相关指标及其相对值为自变量，幼苗期0 mmol·L-1钙水平下干烧心指数为因变量进行多元逐步回归分析，建立回归模型：Y=215.93-214.81X1-23.39X2（r=0.994 0，F=741.63，P=0.000 0）。

表2 不同钙水平对大白菜幼苗期植株鲜质量及叶片叶绿素含量、钙含量的影响

多元回归分析表明，大白菜幼苗期干烧心指数主要与0.5 mmol·L-1和4.0 mmol·L-1钙水平下大白菜植株鲜质量相对值（X1）、叶片叶绿素含量相对值（X2）有关，其对干烧心指数的决定系数R2=0.987，表明入选模型的这2个指标可作为大白菜幼苗期钙敏感性鉴定的指标。

2.5 大白菜幼苗干烧心指数回归模型入选因子聚类结果

采用多元逐步回归分析建立的大白菜幼苗干烧心模型中，只有2个入选因子，以其为统计参数采用类平均法进行聚类分析。结果表明（图1-D），在欧式距离为15.34时可将参试大白菜品种分为钙敏感型、钙迟钝型和中间型3类，且聚类结果与幼苗期（图1-A）、莲座期（图1-B）、结球期（图1-C）干烧心指数聚类结果基本一致，说明仅采用0.5 mmol·L-1与 4.0 mmol·L-1钙水平培养大白菜幼苗所得的植株鲜质量及叶片叶绿素含量的相对值，即可较为准确地确定大白菜品种的钙敏感性。

3 结论与讨论

钙是植物必需的营养元素，在维持细胞膜和细胞壁结构稳定性中起重要性作用（Dodd et al.，2010），增施钙肥可以促进马铃薯（Banerjee et al.，2014）、青蒜（李贺 等，2013）等作物的生长。范双喜和伊东正（2002）研究表明，钙素缺乏可降低莴苣叶片叶绿素含量。有研究表明，随钙水平的降低，红葱干尖指数增加（刘卫萍 等，2008）；而随钙水平的升高，番茄（Tuna et al.，2007）、青蒜（李贺 等，2013）等作物的钙含量增加。Zhao等（1982）研究表明，大白菜正常生长至少需要2 mg·L-1的钙，当培养液中的钙浓度为0.5 mg·L-1时会发生干烧心症状。本试验结果表明，不同基因型大白菜对钙水平的响应存在明显差异，如大白菜幼苗期0.5 mmol·L-1钙水平下仅有3个品种出现干烧心症状，而在莲座期和结球期0.5 mmol·L-1钙水平下分别有16个品种出现干烧心症状。不同生育期大白菜干烧心指数聚类分析结果表明，20个大白菜品种分为钙敏感型、钙迟钝型和中间型3类，其中以中间型居多；并且，幼苗期钙水平0 mmol·L-1以及莲座期、结球期钙水平0.5 mmol·L-1的大白菜干烧心指数聚类结果基本一致，表明可以在幼苗期对大白菜钙敏感性进行较为准确的鉴定。

本试验通过多元逐步回归分析，建立了大白菜幼苗干烧心指数与幼苗期不同钙水平下大白菜植株相关指标的回归模型，结果在P=0.05水平上，仅0.5 mmol·L-1与4.0 mmol·L-1钙水平下大白菜植株鲜质量与叶片叶绿素含量相对值入选，模型决定系数高达0.987，表明仅以这2个指标即可较为准确地反映幼苗的干烧心指数，即大白菜幼苗的钙敏感性。为了验证其准确性，以入选的2个因子为统计参数进行聚类分析，其结果与幼苗期干烧心指数的聚类结果完全一致，说明可以用幼苗期0.5 mmol·L-1和4.0 mmol·L-1钙水平下大白菜植株鲜质量与叶片叶绿素含量的相对值对大白菜品种的钙敏感性进行早期鉴定。