花期盐水滴灌对10份番茄种质的主要性状影响及耐盐性评价

廖 扭,刁 明，崔洪鑫, 牛 宁，刘慧英

(石河子大学农学院园艺系/新疆生产建设兵团特色果蔬栽培生理与种质资源利用重点实验室, 新疆石河子832003)

0 引 言

【研究意义】土壤盐渍化制约着作物的生长和产量形成[1-2]。番茄(Solanumlycopersicum) 是新疆重要的作物之一，属盐敏感程度适中植物。挖掘和筛选耐盐种质，通过遗传改良提高番茄耐盐性，培育耐盐番茄品种，对优异耐盐新品种改良有实际意义。【前人研究进展】盐分胁迫不仅造成发育迟缓，影响植株的光合作用，抑制植物生长，而且抑制植物各组织和器官的生长与分化[3]。在番茄耐盐种质资源的筛选、鉴定和选育开展相关研究[4-6]。刘翔等[7]为盐害指数、株高、茎粗可作为耐盐指标。盐胁迫会通过离子作用破坏植物的叶绿体色素系统，使植物叶绿素合成受阻，叶绿素含量降低[8-12]。魏国强等[13]研究表明，盐胁迫导致丙二醛(MDA)含量显著增加和积累，膜系统受到破坏和透性增强。可溶性蛋白也是很多非盐生植物的主要渗透调节剂[14-15]。杨婷等[16]研究认为，所有的逆境均能导致活性氧(ROS)的产生从而引发氧化破坏，植物也拥有一些有效系统去清除ROS，保护植物免受氧化破坏，其中保护酶系统是一个关键的防御机制。MDA、SOD、POD活性等可作为鉴定番茄耐盐性的生理指标，但由于番茄种质不同，其耐盐机制也不同[3]。【本研究切入点】目前，已有的番茄耐盐性评价和鉴定研究多在萌芽期和苗期等早期室内易控的发育阶段进行，田间耐盐性鉴定研究报道相对较少。而室内试验环境与大田的生产环境相差甚远。此外，番茄因种质、生育时期不同其耐盐性存在较大差异，苗期耐盐性与生殖生长期耐盐性没有必然的相关性。植物对盐胁迫的反应与适应是一个复杂多变的生理过程，不同种质的反应机制各不相同，需选择多个指标综合来评价番茄种质耐盐性。【拟解决的关键问题】研究以10个不同番茄种质为试材，采用大田种植，测定开花坐果期植株生长和生理指标，利用主成分分析、隶属函数值法，对其耐盐性差异进行田间鉴定与评价，为创制耐盐番茄新品种奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试材料为中国科学院遗传发育生物研究所提供的10份常规鲜食番茄种质材料(C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10)。

2020年5～9月在石河子大学农学院试验站(44°18′N，86°02′E)进行田间试验。试验区所在地区为温带大陆性干旱气候。土壤类型为灌耕灰漠土。0～30 cm 土层基础理化性质：水溶性盐总量1.4 g/kg，电导率(EC)为0.13 ms/m，pH 值 7.6，速效磷 13.7 mg/kg，速效钾 188.0 mg/kg，碱解性氮 66.6 mg/kg，有机质 11.8 g/kg。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验设置全生育期采用NaCl配置的盐水(6 ms/cm)滴灌胁迫处理，以清水滴灌作为对照。试验采用裂区设计，以盐分胁迫为主区，以品种为副区。重复3次。副区内每个品种1行，1行15株。番茄种植采用覆膜滴灌栽培，1膜2管2行，行距配置为宽窄行，宽行90 cm，窄行60 cm，株距45 cm。5月1日穴盘育苗，6月7日移栽于大田。缓苗结束后进行盐水滴灌处理。灌水、施肥及其它田间管理。于开花坐果期测定生长性状以及生理指标。

1.2.2 测定指标

生长指标：使用卷尺测量植株的株高、 使用游标卡尺测量植株的茎粗。

生理指标：叶绿素相对含量(SPAD值)使用便携式SPAD仪测定；硫代巴比妥酸法测定丙二醛(MDA)含量；考马斯亮蓝蓝G-250染色法测定可溶性蛋白含量。愈创木酚法测定过氧化物酶(POD)活性。采用试剂盒(苏州科铭生物技术有限公司)微量法测定过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性。

1.2.3 隶属函数值

每一材料各综合指标的隶属函数值用公式[17]计算:

(1)

式中，Xj表示第j个指标值；Xmin表示j个指标的最小值；Xmax表示j个指标的最大值。

1.2.4 权重的计算

根据综合指标贡献率的大小用公式(2)计算各综合指标的权重[18]。

(2)

式中，Wj值表示第j个指标在所有指标中的重要程度；Pj表示各材料第j个指标的贡献率。

1.2.5 耐盐性综合评价值

耐盐性综合评价值用公式(3)计算:

(3)

式中，D值为各材料在盐胁迫下用综合指标评价所得的耐盐性综合评价值。

1.3 数据处理

试验数据用 Excel 2016进行处理和绘图，SPSS 21.0 软件进行相关性分析及显著性检验。

2 结果与分析

2.1 盐水滴灌对不同番茄种质主要植株性状和叶片SPAD值的影响

研究表明，非盐胁迫处理下，不同番茄种质的株高存在差异。C8和C10的株高、C3和C5的茎粗分别显著高于和低于其它番茄材料的；盐胁迫下，不同番茄种质的株高均较对照不同程度的降低，其中C5的株高变化量最高，相比与对照降低了22.43 cm，降幅达27.4%，C5的株高变化量显著高于C4、C6、C9、C10的株高变化量，与其它番茄种质间无显著性差异。C6的株高降幅变化量最低，较对照降低了14.65 cm，降幅为24.0%，C6的株高变化量显著低于C1、C5和C8，与其他种质间无显著性差异。

盐胁迫下，不同番茄种质的茎粗均较对照有不同程度的降低。其中C6的茎粗降低量最大，降低了2.92 mm，降幅达20.1%，其显著高于C1、C4和C8，与其它种质间无显著性差异；C1的茎粗降低值最小，较对照降低了0.61 mm，降幅为4.3%，其显著低于C2、C3、C6、C7、C9和C10，与其它种质间无显著性差异；C2、C3、C4、C5、C7、C8、C9、C10的茎粗变化值种质间在同一水平无显著性差异。

在盐胁迫下，所有番茄种质的SPAD值均有不同程度的降低，其中C3的SPAD值降低的变化值最大，为18.63，且降幅最大达25.9%。其除了与C5间无显著性差异外，显著高于其他种质的SPAD值变化值；C6的SPAD值变化值最低为6.68，且降幅最小为10.2%。其降低量显著低于C1、C3和C5，与其它种质间无显著性差异。表1

表1 盐胁迫下番茄株高、茎粗、SPAD值变化Table 1 Changes of tomato plant height, stem diameter and SPAD value under salt stress

2.2 盐水滴灌下不同番茄种质叶片MDA含量比较

研究表明，盐胁迫下，不同番茄种质的MDA含量均有不同程度的增高。其中C1的MDA含量的增量最大，为4.18 mg/g，增幅达72.2%，其与C2、C3、C4、C9和C10的增量无显著差异，但均显著高于C6、C7和C8的；C5的MDA增量显著低于C1、C2、C3、C4和C9，但与C6、C7、C8和C10的MDA增量无显著差异；C7的MDA含量增量最小，为1.60 mg/g，且增幅也最小达20.7%，其与C5、C6和C8间的增量无显著差异，但显著低于其它种质的。图1

图1 盐胁迫下番茄丙二醛增量变化Fig 1 Changes of tomato malondialdehyde content under salt stress

2.3 盐水滴灌胁迫下不同番茄种质叶片抗氧化酶活性变化

研究表明，非盐胁迫处理下，不同番茄种质的POD活性不同，其中C8的POD活性最高，显著高于其他种质的。其次为C9与C10。 C2的POD活性最低，其与C1、C4、C6、C7间差异不显著，但显著低于其他的；盐胁迫下，所有番茄种质的POD的活性均有明显升高。其中C2的增量最大为92.02 U/g，显著高于C5、C7和C10的，与其它种质间无显著性差异。C5的POD增量最低，为9.12 U/g，其POD的增量显著低于C2和C3的，但与其它的无显著差异。

非盐胁迫处理下，不同番茄种质的SOD活性亦不同，其中C5的SOD活性最大，显著高于其他种质的。其次为C4。C4显著高于C1、C3、C9、C10的，与C2、C6、C7、C8间无显著性差异；C3的SOD活性最小，显著低于除C10以外的其他种质；而在盐胁迫下，不同番茄种质的SOD活性均不同程度地提高，其中C8的SOD增量最高，为525.38 U/g，其与C6、C10的SOD增量差异不显著，但显著高于其他种质的。C2的SOD增量最低为89.23 U/g ，显著低于其它种质的。C6、C5和C3的SOD增量不存在显著性差异，但显著高于C1、C2、C4、C7和C9的。C1的SOD增量显著高于C2、C4、C7和C9的。

非盐胁迫处理下，C8的CAT活性最大，其除了与C10无显著差异外，均显著高于其他番茄种质的。C5的CAT活性最低，显著低于其他种质；而当在盐胁迫下，各番茄种质的CAT活性均不同程度提高，其中C8的CAT活性增量最高，为72.25 U/g，显著高于其他种质。其次为C5、C2和C9的CAT活性增量不存在显著性差异，但两番茄种质均显著高于C1、C3、C4、C6、C7、和C10。C3的增量最小，其与C1、C6和C7无显著差异，但显著低于其它种质的。表2

表2 盐胁迫下番茄POD、SOD、CAT活性的变化Table 2 Changes in the POD, SOD and CAT activities of tomato under salt stress

2.4 盐水滴灌胁迫下不同番茄种质叶片可溶性蛋白含量变化

研究表明，盐胁迫下不同番茄种质的可溶性蛋白含量均有不同程度的升高，其中C9的可溶性蛋白含量的增量最大，达12.01 mg/g，增幅为55.7%，除了与C1的增量差异不显著外，显著高于其它番茄种质的。其次为C6，显著高于除C1与C9以外的其它种质的。C10与C5两种质间可溶性蛋白的增量无显著差异，但C10的增量显著高于C2、C3、C4、C7和C8，C5的增量显著高于C2和C7，与C3、C4和C8间无显著差异。C3、C4和C8之间无显著差异。C2的增量显著高于C7，但与C3和C4的无显著差异。C7的增加量最小为0.84 mg/g，显著低于其他种质的增量。图2

图2 盐水滴灌胁迫下不同番茄种质可溶性蛋白含量变化Fig.2 Changes of soluble protein content in different tomato germplasms under salt drip irrigation

2.5 不同番茄种质的耐盐性综合评价

2.5.1 耐盐指标隶属度及权重的确定

研究表明，特征值大于1且累积贡献率大于70.00%选取为主成分，共提取了3个主成分，3个主成分的累积贡献率为 73.062%。表3，表4

表3 指标隶属度值Table 3 Membership values of indicators

表4 指标因子主成分的特征根、方差贡献率与负荷量和权重Table 4 Characteristic roots, variance contribution rate, load and weight of principal component of indicator factor

2.5.2 不同番茄种质耐盐性综合评价

研究表明，番茄种质耐盐性的强弱即各番茄种质的D值，由强到弱为C3>C1>C5>C9>C8>C2>C7>C6>C10>C4。图3

图3 番茄耐盐性综合评价值Fig 3 Comprehensive evaluation value of tomato salt tolerance

3 讨 论

在盐胁迫时植株对该逆境表现敏感，盐胁迫会严重干扰植物叶片叶绿素的合成与分解之间的平衡和破坏光合机构，影响植株的生长和光合作用的程度，则植株的生长较慢[19-21]。生长形态指标和叶绿素含量可作为评估盐胁迫程度和植物耐盐能力的可靠标准[22-24]。盐水滴灌胁迫显著抑制了番茄植株的生长和降低了叶片的SPAD值，但不同番茄种质对盐水滴灌胁迫的敏感性和耐受性不同。C6的生长指标和叶片的SPAD值下降最小，表现出了较强的耐盐性。

盐胁迫下植株叶片ROS积累、氧化胁迫提高，从而导致膜脂过氧化严重。膜脂过氧化引起细胞膜结构破坏和膜透性增大以及一系列生理生化功能的改变[25-26]。SOD、POD和CAT则是植物体内清除ROS的主要抗氧化保护酶。MDA是植物细胞膜脂过氧化的产物，MDA含量是反映细胞膜膜脂过氧化作用强弱和质膜破坏程度的重要指标。盐胁迫造成所有番茄材料MDA含量的提高，盐胁迫导致氧化胁迫和膜脂过氧化程度提高，与前人研究结果一致[27]。而不同番茄材料的MDA含量的变化量不同种质遭受氧化胁迫程度存在差异。在所有参试材料中，C1、C2、C3、C4和C9在受到盐胁迫时MDA的增量较大，而C6、C7和C8的MDA含量的增量较小，C6、C7和C8番茄材料对盐胁迫敏感性低，氧化损伤程度低，表现出较强的抗逆境能力。在盐胁迫下所有参试材料均表现出SOD、POD和CAT活性上调，盐胁迫诱导激活抗氧化系统，这是盐胁迫植物的抵御逆境的一种保护性反应。研究中所有参试材料的SOD、POD和CAT活性上调的程度并不完全一致。除C8的3种抗氧化酶活性显著提高伴随着MDA含量的显著降低外，其它不同番茄种质SOD、POD和CAT 酶活性上调的变化和其对应的MDA含量水平亦不是完全一致，具体表现为C2的POD活性增量最大，显著高于C5、C7和C10的，与其它种质间无显著性差异。C8的SOD活性的增量最大，其与C6和C10差异不显著，但显著高于其他种质的。C8的CAT活性增量最高，显著高于其他的。其次为C5。当不同番茄种质遭遇盐胁迫逆境时，SOD、POD、CAT酶均共同参与了植物体内ROS的清除，但不同番茄材料抗氧化酶活性的响应不同，因此，评价番茄种质耐盐性应综合可虑几种抗氧化酶活性的变化，而不能将单一抗氧化酶活性作为耐盐评价指标。

渗透调节是植物对逆境的一种适应性反应。可溶性蛋白是很多植物的主要渗透调节物质[14-15]，对细胞膜和原生质胶体起稳定作用的同时，还可在胞内无机离子含量高时起保护酶类不失活[28]。研究发现，当所有番茄材料遭遇盐水滴灌胁迫后，可溶性蛋白含量均会不同程度提高在受到逆境胁迫时，番茄体内会通过诱导调控渗透调节途径以维持细胞膜的稳定性和细胞水势平衡。研究中不同番茄材料的可溶性蛋白含量提高的程度不同，其中C1和C9在受到盐胁迫时可溶性蛋白的增量最大，而C7的增加量最小，显著低于其他种质的增量。C1和C9对盐胁迫反应敏感，而C7对盐胁迫的耐受性高。

4 结 论

4.1盐水滴灌胁迫导致所有参试番茄材料氧化损伤发生和生长受到抑制，不同番茄种质的株高、茎粗、SPAD值不同程度的降低、可溶性蛋白含量、SOD、POD、CAT酶活性不同程度的提高，说明番茄植株通过渗透调节和抗氧化酶促系统参与对盐胁迫逆境的适应。不同番茄材料对盐水滴灌胁迫的敏感性和耐受性不同。

4.2番茄耐盐性由强到弱依次为C3>C1>C5>C9>C8>C2>C7>C6>C10>C4。