短期NaCl胁迫下9个甜瓜品种抗性生理指标的综合评价

毛建才，熊 木，翟文强，伊鸿平，黄 远，张学军

(1.新疆农业科学院哈密瓜研究中心，乌鲁木齐 830091；2华中农业大学园艺林学学院/园艺植物生物学教育部重点实验室，武汉 430070)

0 引 言

【研究意义】新疆降水少，蒸发大，空气极端干燥，昼夜温差大，有利于甜瓜营养积累[1]。特殊的气候、环境条件，使得甜瓜生产成为具有区域优势特色产业。土壤盐碱化是影响农业生产的主要环境因子[2]。据统计中国耕地盐碱化面积占总耕地面积的1/5，而新疆地区盐碱化更为严重，占盐碱化总面积的13%以上[3]。盐分胁迫已经成为限制甜瓜生长发育的主要因素。耐盐性强的甜瓜品种可以有效降低土壤盐碱化危害。筛选和培育耐盐型甜瓜品种尤为重要。【前人研究进展】盐分胁迫对植物最显著的危害就是抑制生长，造成植物发育迟缓，并影响植株的光合作用，抑制植物各组织和器官的生长与分化[4]。盐胁迫通过离子毒害损害植物的叶绿体色素系统，抑制相关酶活性，造成叶绿素含量降低进而影响植物的光合作用[5-9]。盐胁迫还可以通过改变细胞膜的通透性来影响植物的生长发育和形态建成[10-11]。李远航等[12]研究发现，盐胁迫会降低植物的电子转导率，使相关功能酶的活性受损，导致植株光化学效率降低，抑制植物的光合作用。夏世龙[13]研究表明，低浓度盐胁迫促进了甜瓜地上部和地下部分干物质积累，而高浓度处理则会产生了抑制，这与吴旭红[14]和张永平等[15]的研究结果一致。盐胁迫下，植株最早感受胁迫信号的是根系，根系也是最直接的受害部位[16]。植物的根系能够在逆境下改变形态和分布来适应逆境[17]。【本研究切入点】目前对盐胁迫下不同植物根系的响应策略研究不多。前期我们基于全生育期的数据，分析了新疆甜瓜品种的耐盐性，但是评价周期较常长[18]。研究评价新疆地方甜瓜品种的耐盐性进行短期耐盐性。【拟解决的关键问题】研究采用新疆9个广泛栽培的地方品种，采用水培和基质栽培，100 mM的NaCl胁迫处理幼苗，分析各部位干物质的积累变化情况、根系构型参数的动态变化、光合参数，研究不同品种对盐胁迫的生理差异，对新疆地区9个品种进行耐盐性评价，筛选出耐盐性好的甜瓜品种，为新疆地区甜瓜的生产管理和培育耐盐型品种提供支持。

1 材料与方法

1.1 材 料

9个品种均为新疆主要种植品种，试验在华中农业大学蔬菜基地玻璃温室进行。表1

表1 甜瓜品种Table 1 Muskmelon landraces

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用水培和基质栽培。对于水培，将种子用1%的NaHClO表面消毒30 min，用蒸馏水彻底冲洗干净，然后在30°C的暗处培养，直到发芽。之后播种在BSM(0.5 mM KCl, 0.1 mM CaCl2, pH 5.7)营养液中，2 d后进行盐处理。为避免盐激反应，先将营养液中的NaCl浓度设定为50 mM，第2 d增加至100 mM，测定处理5 d后地上部分和地下部分的干重、鲜重以及根系的构型参数。以不加NaCl的营养液为对照，每个品种设置3个重复，每重复4个植株。

对于基质栽培，种子播种在穴盘中，长出第3片真叶时，将幼苗移栽到塑料盘中，每个塑料盘中装有3 L基质(泥炭∶蛭石∶珍珠岩= 1∶1∶1，v/v)，每个盆中移栽1株幼苗。移栽后的1周用无盐的Hoagland营养液浇灌，之后每隔2 d用含盐100 mM的营养液定时定量浇灌。25 d后测定光合数据(Ci、Pn、Gs和Tr)及根长、株高、茎粗、叶片数等数据，测定植株第3片真叶的SPAD值，并统计各处理第3片真叶的盐害指数，盐害的分级标准参照Xiong[18]的进行。以不加NaCl的Hoagland营养液为对照，设置3个重复，每重复有3个植株。

1.2.2 测定指标1.2.2.1 生长指标及根系构型参数

水培盐胁迫5 d后，测量各品种的生长指标及根系构型参数。植株基部到生长点的距离为株高，根茎基部到最长根的尖端为根长。植株洗净吸干表面水分后，从根茎基部剪段分为地上部和地下部，分别称得鲜重，在烘干箱中120℃下杀青30 min，之后降温到70℃烘干至恒重，分别称得干质量。

随机选取各处理的幼苗3株，将根系小心从水培基质中取出，迅速带回实验室用滤纸吸干水分，通过Epson Expression扫描仪获取完整根系图像，然后采用 WinRHIZO Pro2009 根系形态结构分析系统(Regent Instruments)分析各径级( 软件根据根系直径自动进行分类)根系的长度、表面积和体积等构型参数。

1.2.2.2 生理指标

从植株顶端从上往下选取第3个完全展开叶，采用CIRAS-2型便携式光合系统(PP Systems，Norfolk，UK)进行测定细胞间CO2浓度(Ci)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)。在测定时，光合有效辐射通量为800 μmol/(m2·s)(内置光源)，控制CO2浓度为380 μmol/mol，相对湿度75%，叶片温度为25℃。

1.3 数据处理

采用Excel 2003和SPSS 22.0软件进行数据整理和统计分析，采用Graphpad Prism5软件作图。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对水培下不同甜瓜品种幼苗生长特性的影响

研究表明,经100 mM的NaCl胁迫之后，只有杂交伽师瓜的地上部鲜重和地下部鲜重与对照没有明显差异。其余8个品种经盐胁迫之后，苗期的地上干重和地下干重与对照相比都明显减轻，差异显著。老铁皮的地上部鲜重比对照减轻81.05%，变化幅度最明显，SKQ的地下部鲜重比对照减轻68.75%，降低幅度最大。9个品种的地上部干重与对照相比都差异不显著，黄旦子、卡尔厚西和杂交伽师瓜3个品种的地下部干重与对照没有明显差异，其余品种差异显著。表2

表2 水培下盐处理下不同甜瓜品种幼苗生长变化Table 2 The distribution of seedlings of different muskmelon varieties under salt

2.2 盐胁迫对水培下不同甜瓜品种根系构型的影响

研究表明,经100 mM的盐胁迫之后，9个甜瓜品种的根系总长、根系表面积、平均直径、根系体积、根尖数和根系分叉与对照相比大多数呈现不同程度下降，但盐胁迫对根系参数的影响因品种而异。杂交伽师瓜的根系总长、根系表面积、根系体积和根尖数的下降幅度始终低于其他8个品种，分别降低36.53%、26.63%、17.64%和41.04%。各品种根系的平均直径与对照相比大部分差异不显著，赛热可口奇、炮弹瓜、杂交伽师瓜、老铁皮和炮台红的平均直径经盐胁迫之后增大。伽师瓜的根尖分叉数降低幅度最小，为36.72%。

根系是植物最先感受到盐害的部位，也是最先对盐害有反应的部位。在100 mM的NaCl胁迫下，杂交伽师瓜的根系对胁迫反应最小，表现出了较好的耐盐性，赛热可口奇对胁迫表现最敏感，各根构型参数处理前后变化较大。表3

表3 水培下盐处理下不同甜瓜品种根系构型变化Table 3 Root architecture parameters of different melon varieties under salt stress

2.3 盐胁迫对基质栽培下不同甜瓜品种植株形态的影响

研究表明,用100 mM的NaCl胁迫之后，各个品种的根长、株高、叶片数、等形态指标均显著降低，说明盐胁迫严重抑制了甜瓜植株的形态生长。其中，杂交伽师瓜的根长、株高、叶片数、根鲜重、茎鲜重和叶片鲜重较对照的下降幅度明显低于其他8个品种，分别降低了15.42%、50.08%、44.52%、68.88%、59.77%和73.15%，黄旦子的各形态指标减小幅度仅次于杂交伽师瓜。在营养生长期，杂交伽师瓜和黄旦子的耐盐性较其他几个品种强。表4

表4 基质栽培下盐处理下不同甜瓜品种植株生长变化Table 4 Changes of plant morphology and biomass of different melon varieties under salt stress

2.4 盐胁迫对基质栽培下不同甜瓜品种光合参数的变化

研究表明,NaCl胁迫可导致9个甜瓜品种的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)显著下降。ZSG的Pn较对照降低幅度最小，降低了48.52%，K8-52的降低幅度最大，降低了80.93%。9个品种的Gs较对照降低极显著，其中黄旦子的降低幅度最小，为52.75%，K8-52的降低幅度最大，降低了94.73%。但是赛热可口奇、杂交伽师瓜和炮台红的Ci较对照变化不显著，且PTH的Ci经盐胁迫后还上升了8.61%，其余品种较对照均降低。9个品种的Tr较对照也有显著差异，其中黄旦子的Tr降低幅度最小，为63.93%，SKQ的降低幅度最大，为86.09%。从不同品种来看，杂交伽师瓜的Pn和Ci的下降幅度始终低于其余8个品种，黄旦子的Gs和Tr的下降幅度低于其余8个品种。图1

2.5 SPAD含量及盐害

研究表明，经100 mM的NaCl胁迫之后，9个供试品种第3片真叶的叶绿素含量(SPAD)较对照均有所下降，第3片真叶均有盐害表现。其中黄旦子和杂交伽师瓜的SPAD值处理前后差异不显著，较对照分别降低了10.60%和5.86%，盐害表现最轻，赛热可口奇的SPAD值较对照降低幅度最大，为33.21%，盐害变现最重。图2

注：对照，的NaCl处理，NaCl stress of 100 mM；不同小写字母表示同一品种间处理与对照的差异显著(P<0.05)1～9表示不同的甜瓜品种，分别是赛热可口奇、黄旦子、卡尔孕西、阿克可口奇、炮弹瓜、杂交伽师瓜、伽师瓜和炮台红

注：对照，的NaCl处理，NaCl stress of 100 mM；不同小写字母表示同一品种间处理与对照的差异显著(P<0.05)，Different small letters mean significant difference among treatments and control；1～9表示不同的甜瓜品种，分别是赛热可口奇、黄旦子、卡尔孕西、阿克可口奇、炮弹瓜、杂交伽师瓜、伽师瓜和炮台红

3 讨 论

盐胁迫是影响植物生长的主要环境因子。研究表明，盐胁迫会严重抑制植物的生长发育和生物量的积累，主要表现为植株生长缓慢、叶面积明显减小、根系生长受阻、成熟叶片脱落造成光合能力下降最终导致生物量积累受限，果实生长发育受阻[19-20]。与上述结果一致，研究也发现经过100 mM的NaCl胁迫处理后，9个甜瓜品种的各形态指标和生物量均明显降低，说明盐胁迫抑制了甜瓜植株的生长与生物量的积累，但各个品种对NaCl胁迫的敏感性和耐受性不同。进一步分析表明，杂交伽师瓜(ZSG)和黄旦子(HDZ)的植株形态参数、根系构型参数、光合参数的下降幅度最小，表现出了较强的耐盐性。

植物的根系是吸收养分和水分的重要器官，也是最早感受到胁迫信号和最直接的受害部位[16]。植物根系的形态和分布首先是由自身的遗传因素决定的，其次受土壤环境的制约[21]。根系在在土壤中的生长受环境因素的影响具有可塑性，在逆境通过改变根系构型参数来适应不利的环境[22]。因此，根系的生长发育状况及对盐胁迫的耐受程度对植物整体的耐盐能力至关重要，评价每个甜瓜品种根系的耐盐能力，对筛选和培育耐盐品种具有重要意义。研究表明，根长、根系表面积、平均直径、根系分叉数和跟尖数等根系构型参数可以反应根系吸收水分和养分的能力[17]。Srinivasrao等研究表明，盐胁迫可以抑制植物根系的伸长和侧根发育，使根系的长度、表面积、根系体积等构型参数下降[17,23]。但He和戈良朋的研究显示，盐胁迫能够刺激植物侧根的发生，根系通过扩大生长量来平衡盐胁迫对根系功能的损伤，以此来维持植株地上部分正常的生长发育[24-25]。研究结果表明，9个甜瓜品种苗期经过盐胁迫之后，根系的长度、表面积、体积、根尖数和分叉数都有所降低，这与Srinivasrao[17]的研究结果一致。各品种根系的平均直径与对照相比大部分差异不显著，个别品种的根系平均直径较对照有所增大，充分诠释了当植物受到盐胁迫时，会通过扩大根系的一些生长量来平衡胁迫造成的损伤，努力维持植株的正常生长发育，这与He[24]的研究结果一致。

光合作用是作物基本的生命活动，包括一系列复杂的生理生化过程，尤其对外界环境条件(温度、水分和盐分等)的响应更为敏感[18]。光合作用还是作物干物质形成的重要代谢过程，是植物生命活动的物质和能量的主要来源[26]。有的研究结果表明，高盐度胁迫下生长的植物为了维持正常的生长发育，一般来说Gs都较低，而较低的Gs意味着植物从环境中吸收CO2的能力降低，光合碳同化作用降低[27]。郭丽丽等[28]的研究发现，盐胁迫下植物叶片的Gs、Pn和Ci均显著下降，表明作物通过对自身Gs的调控来减少气孔宽度和气孔面积适应NaCl胁迫。一般植株为了缓冲盐分胁迫带来的毒害作用，往往通过降低Tr来减缓盐分的吸收利用[29]。研究表明，盐胁迫降低植物光合效率的主要原因是部分气孔关闭而导致光合反应位点同化能力的下降所引起的[30]，气孔限制通常会导致Ci降低，而非气孔限制则会导致Ci升高[31]。研究中，经NaCl胁迫25 d之后，各个甜瓜品种叶片Pn下降的同时，其Gs和Tr相应下降，在盐分胁迫下，甜瓜的光合作用能力受到抑制，而Ci较对照降低不明显或者上升，这与其他植物研究结果一致，如张会慧等[32]。

研究中，经盐胁迫后，9个甜瓜品种第3片真叶的叶绿素含量较对照均有所下降，但是下降程度因品种而异，其中黄旦子和杂交伽师瓜的第3片真叶SPAD值下降幅度较小，盐害也表现较轻。叶绿素是主要的光合色素，对于光能的吸收、传递和转化有着重要的作用，其含量的高低在一定程度上可以衡量植物的抗逆性[33]。试验中每个甜瓜品种经盐胁迫后功能叶的叶绿素含量均降低，这可能是盐胁迫破坏了叶片叶绿体的结构，打破了叶绿素的合成和降解的平衡动态[34]。而在植物细胞中，叶绿体是极为敏感的光合器官[35]，当植物体受到盐分胁迫后，植物体内的叶绿体逐渐发生降解，进而对叶绿体的稳定性和结构性造成一定程度的损伤，最终导致叶绿体功能受阻，叶绿素含量降低[36]。

4 结 论

盐胁迫抑制甜瓜幼苗的生长发育和物质积累，影响根系的伸长和结构，还可降低植株的光合效率，甚至破坏光合系统结构。测定9个甜瓜品种在100 mM的NaCl胁迫下的生长发育参数发现，各个品种的耐盐能力差异较大，杂交伽师瓜和黄旦子2个品种耐盐性较好，表现为耐盐，炮弹瓜、阿克可口奇和赛热可口奇为盐敏感品种,其余品种表现为中等耐盐。