逆境胁迫对甜瓜幼苗生长的影响及综合抗逆鉴定指标的筛选

高玉红， 闫生辉， 邓黎黎

(郑州职业技术学院，河南郑州 450121)

我国是世界上甜瓜种植面积最大的国家之一，据统计，2015年我国甜瓜栽培面积为40.69万hm2，产量1 527.1万t[1]。甜瓜已成为促进部分地区农业增产及农民增收的主导产业。但甜瓜幼苗时期是其抵抗力最弱的阶段，经常会遇到诸如低温、干旱、盐分胁迫等逆境环境，已成为制约甜瓜产业快速发展的瓶颈[2-4]。因此，如何调整苗期外界环境条件并培育壮苗成为甜瓜生产中亟待解决的问题。目前国内外相关研究大多局限于单一逆境因子对甜瓜生长发育的影响，并筛选出抗逆性鉴定指标[5-7]，但这些指标多集中在生理生化方面，缺乏直观性，难以在实际生产中应用。因此亟待开展不同逆境胁迫对甜瓜共同形态表观反应的研究，以筛选出更为直观的抗逆性鉴定指标。本研究以2种不同类型的薄皮甜瓜为研究对象，探讨了不同逆境胁迫条件对其幼苗生长的影响，利用隶属函数法综合评价不同逆境条件对甜瓜幼苗的危害程度，并利用主成分分析法筛选出共同的抗逆性鉴定指标，以期为甜瓜幼苗的综合抗逆性直观判断和提前预防提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试品种：星甜18、翠玉6号分别为早熟和中晚熟薄皮甜瓜品种，购于河南省种子市场。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 将供试甜瓜品种催芽后，选取生长一致的芽苗播于盛有混合基质(草炭 ∶珍珠岩=3 ∶1)的32孔穴盘，并置于温室中培养。当幼苗生长到2叶1心时，选择生长一致的幼苗，进行不同的胁迫处理：(1)低温胁迫处理：将幼苗置于8 ℃条件下处理6 h，每3 d处理1次；(2)干旱胁迫处理：喷淋含150 g/L聚乙二醇(PEG-6000)溶液，每3 d处理1次；(3)盐胁迫处理：喷淋含200 mmol/L NaCl的溶液，为防止盐刺激，以每天50 mmol/L的浓度梯度递增；(4)水分胁迫处理：将穴盘放入装有水的托盘中，水面始终保持3 cm高度。各个处理均在生长过程中喷淋50 mL Hoagland完全营养液维持幼苗生长所需的营养，以正常生长条件下喷淋相同数量的Hoagland完全营养液的幼苗为对照，每个处理3次重复。

1.2.2 测定项目及方法 甜瓜幼苗生长至4叶1心时，每个处理选5株进行相关生长指标的测定：株高(SH)(根茎相交处到最高生长点的长度)、茎粗(SD)(子叶下约1 cm处)、地上部鲜质量(SFW)、根鲜质量(RFW)、地上部干质量(SDW)和根干质量(RDW)(将称量完鲜质量的甜瓜植株地上部和根系在105 ℃下杀青30 min，再在80 ℃恒温下烘干至恒重)；计算壮苗指数(ISG)=(根鲜质量/地上部鲜质量+茎粗/株高)×全株鲜质量；叶面积(LA)采用称质量法测定[8]。

1.2.3 逆境胁迫对甜瓜幼苗伤害性综合评价方法

伤害系数=(对照值-处理值)/对照值×100%。

采用隶属函数法进行耐盐性综合评价，计算逆境对幼苗伤害性相关指标的隶属函数值[9]。

Xij=(xij-ximin)/(ximax-ximin)。

式中：xij为i品种j指标值；ximin为j指标最小值；ximax为j指标最大值。累加各品种各指标的具体隶属函数值即为总隶属函数值(SUM)。

1.3 数据统计与分析

利用Excel 2003和DPS 7.05进行数据统计分析，差异显著性检验(α=0.05)采用Duncan’s新复极差法。

2 结果与分析

2.1 逆境胁迫对甜瓜幼苗生长的影响

不同逆境胁迫处理显著抑制了甜瓜幼苗的生长，且2个甜瓜品种幼苗对逆境胁迫的响应有明显差异(表1)。对于早熟品种星甜18而言，各逆境处理间SD、RDW、ISG差异不显著，低温胁迫对SFW、SDW、LA影响较大；干旱胁迫主要影响SH、RFW、SDW、LA等指标；盐胁迫对SH、SFW、RDW、LA的影响较大。对中晚熟品种翠玉6号而言，低温胁迫对SD、SFW、SDW、RDW、LA、ISG影响较大；干旱胁迫主要影响SH、SD、SFW、RFW、SDW、ISG等指标；盐胁迫对SH、SD、RDW、LA影响较大。与其他逆境条件相比，水分胁迫对2种甜瓜幼苗生长指标的影响均相对较小。表明逆境胁迫对甜瓜幼苗的伤害程度受品种和逆境类型等因素的影响和制约。

表1 不同逆境胁迫对甜瓜幼苗生长的影响

注：同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

2.2 逆境胁迫对甜瓜幼苗伤害的差异性比较

综合8个与甜瓜幼苗生长相关的指标，利用隶属函数值评价不同逆境胁迫的伤害程度。由表2可以看出，干旱胁迫、盐胁迫对早熟品种星甜18的伤害性较大，其总隶属函数值分别为3.440、4.323，水分胁迫的伤害性较小，总计隶属函数值为0.477；低温胁迫、干旱胁迫对中晚熟品种翠玉6号的伤害性较大，其总隶属函数值分别为5.750、5.123，水分胁迫的伤害性较小，总隶属函数值为0.652。结果表明，早熟品种对干旱胁迫、盐胁迫较为敏感，而中晚熟品种对低温胁迫、干旱胁迫较为敏感；相比其他逆境条件，2种不同熟性类型的品种对水分胁迫的耐受性均较强。

表2 逆境胁迫对甜瓜幼苗期各指标伤害系数的影响

2.3 2种甜瓜综合抗逆指标的筛选

通过对星甜18、翠玉6号2种甜瓜的8个幼苗生长指标进行抗逆性主成分分析，可将8个指标转化为4个主成分，均以第1个主成分贡献率最大，其特征值分别为6.59、6.44，累计贡献率分别可达82.39%、80.53%，即第1个主成分已经基本携带了8个抗逆指标80%以上的信息(表3)。由表3可以看出，RFW、ISG、LA、SD、RDW可作为早熟品种星甜18苗期综合抗逆性的鉴定指标；SD、ISG、LA、RFW可作为中晚熟品种翠玉6号苗期综合抗逆性的鉴定指标。

表3 2种甜瓜幼苗抗逆性综合评价主成分分析

3 结论与讨论

植物在生长过程中经常会遇到干旱、盐碱、高温等不良环境条件，导致体内的一系列生理生化活动的变化[10-13]，进而影响植物外部的表观形态[14]。因此，表观形态的改变更能直观地反映其受外界环境条件的胁迫程度。本研究通过室内模拟低温、干旱、水分、盐等逆境条件，探讨了其对甜瓜幼苗生长发育的影响，结果表明，低温、干旱、水分、盐等逆境胁迫均显著抑制了甜瓜幼苗的生长，与王兴虎等分别利用不同逆境条件对甜瓜幼苗生长影响的研究结果[15-18]一致。8个生长指标对不同逆境胁迫的响应有明显差异，受品种类型的影响和制约，可能与逆境胁迫的伤害机制及品种自身敏感程度有关，具体原因还有待进一步研究。

隶属函数法作为一种模糊数学方法，已被大多数学者用来对受到多种因素制约的研究对象做综合性评价[19-20]。为克服单一指标评价的片面性，更全面反映不同逆境胁迫对甜瓜幼苗生长的危害程度，本研究选取与甜瓜生长有关的8个性状指标，利用总隶属函数值对不同逆境条件进行综合评价。结果显示，早熟品种对干旱胁迫、盐胁迫较为敏感，而中晚熟品种对低温胁迫、干旱胁迫较为敏感。相比其他逆境条件，2种熟性类型的品种对水分胁迫的耐受性均较强。因此，在栽培管理过程中，对于早熟品种而言，应特别注意防止干旱、盐胁迫伤害，做好土壤肥水管理，在育种上应加强其抗旱和耐盐能力方面的改进。对于中晚熟而言，应特别注意防止低温、干旱胁迫伤害，做好温度和土壤水分管理，在育种上应加强其耐低温和抗旱能力方面的改进。但本试验仅仅人为模拟逆境条件对其进行了研究，可能与实际生产有一定差距，还需进一步大田试验验证。

利用主成分分析方法将8个单项指标转化成为4个综合指标，使各种逆境胁迫下甜瓜幼苗生长指标差异具有可比性，RFW、ISG、LA、SD、RDW可作为早熟品种星甜18苗期综合抗逆性的鉴定指标；SD、ISG、LA、RFW可作为中晚熟品种翠玉6号苗期综合抗逆性的鉴定指标。这一结果可为甜瓜幼苗的综合抗逆性的直观判断提供理论依据，但大多数研究认为植物形态和生长对环境胁迫的反映往往落后于生理反应，一旦植株表观现象呈现，逆境造成的伤害可能难以恢复[20]，在实际生产中应用还有一定的局限性。因此，还应进一步加强甜瓜逆境胁迫的系统性研究，将生长方面的表观形态和生理反应特征有效结合起来，更有助于采取切实可行的技术措施，为有效防止生产上的逆境伤害奠定基础。