盐胁迫对西瓜幼苗生理生化特性的影响

高博文，孙德玺，刘君璞，袁高鹏，安国林，李卫华，司文静，朱迎春

（中国农业科学院郑州果树研究所 郑州 450009）

西瓜是世界上最重要的水果之一，其种植面积和产量在世界水果中都位居前列。我国作为西瓜最大的生产与消费国，年播种面积约154 万hm，年总产量达6300 万t。然而土壤盐渍化是制约农业可持续发展的重大难题。据联合国粮农组织统计，全球盐渍土面积达9.5 亿hm，我国盐渍土面积约占全球盐渍土面积的3.8%，位居世界前列。由于过度施用化肥和不合理灌溉等，土壤的次生盐渍化问题也日益严重。

在农业生产过程中针对提高西瓜耐盐性的研究不在少数，各种新技术、新方法层出不穷，但都相对有限。Romic 等研究表明，即使是采用盐水滴灌，也会导致西瓜减产25%～35%。同时前人针对西瓜自身的耐盐性研究也是多种多样。张振兴研究发现盐胁迫下西瓜果实品质受到严重影响：可溶性固形物、可溶性糖、氨基酸含量下降，可滴定酸含量上升。盐胁迫下西瓜N、P 代谢能力减弱，K 在一定程度上能够参与渗透调节缓解西瓜受到的盐害。盐胁迫下，西瓜幼苗生物量和生长势均显著下降，光合作用减弱。随着盐浓度提高，西瓜幼苗细胞膜结构遭到破坏，质膜相对透性均显著增加。王中玉等研究发现，低盐胁迫下西瓜净光合速率受气孔因素影响，高盐胁迫下受非气孔因素影响，除此之外，也与电子传递有关。

因此，西瓜在盐胁迫下的生理变化体现在多个方面，尚不清楚哪个指标受到的影响更大。除此之外，前人的报道多是以单一西瓜品种为研究对象，对于多个西瓜品种的耐盐性研究又往往是在特定盐浓度下进行的。当盐浓度发生变化时，不同品种对盐胁迫做出的响应并不完全相同。笔者选择不同西瓜品种分析其在不同盐浓度下的鲜质量、光合因子、离子含量、膜透性等指标的变化，旨在寻找受盐胁迫影响显著的稳定指标，为建立西瓜品种耐盐评价体系及指导盐碱地西瓜生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料中兴红1 号、中科6 号、郑抗9 号、花冠由郑州果树研究所二倍体西瓜遗传育种课题组选育，品种特性见表1。

表1 西瓜品种特性

1.2 方法

1.2.1 前期准备 陶土：直径2～4 mm 的陶粒。水培盆：规格为31.5 cm×25.5 cm×10.0 cm，底部和四周粘贴黑色胶带，以保持水培盆中黑暗环境，顶部盖上31.5 cm×25.5 cm 的聚乙烯塑料板（均匀打15 个孔，孔距为5 cm×6 cm）。海绵条：长5 cm、宽1 cm。Hoagland’s 营养液：配方见表2。

表2 Hoagland’s 营养液配方

1.2.2 试验内容 试验于2021 年10—11 月在郑州果树研究所智能温室进行。

（1）播前管理：挑选籽粒饱满、大小均匀一致、成熟无霉斑的西瓜种子各200 粒，55 ℃温水浸种6 h后放入恒温箱（30 ℃）催芽36～48 h。用镊子挑选发芽健硕的西瓜种子小心播种于盛有总容量二分之一的陶土盆中，并覆盖相同厚度的陶土以减少戴帽现象。播种过程要耐心谨慎，喷施充足水分后用无菌保鲜膜密封，温度为白天20～25 ℃，夜间15～18 ℃。

（2）幼苗移植：选取子叶展开完好、长势整齐一致的西瓜幼苗，用薄海绵包裹根部向上1 cm 处，快速移栽至盛有Hoagland’s 营养液的水培盆中，每个品种150 株。每2 d 更换1 次营养液来维持西瓜幼苗的正常供氧和营养，温度为白天25～28 ℃，夜间18～20 ℃。

（3）NaCl 胁迫处理：待西瓜幼苗长至3 叶1 心时，分别用0（CK）、50、100、150、200 mmol·LNaCl（溶于Hoagland’s 营养液中）进行处理，每个处理30 株幼苗，3 次重复，每次重复10 株。观察盐处理后西瓜幼苗每天反应以及变化，并记录。

（4）取样：处理后8 d，从西瓜幼苗上摘取从上往下数第3 片展开叶，迅速放入冰盒，-80 ℃保存，用于后续试验。由于200 mmol·LNaCl 处理下西瓜幼苗均死亡，因此未进行取样。

1.3 测定指标和方法

表型测定使用佳能EOS 80D 相机对整盆植株进行拍照记录。盐害指数参照刘文革的盐害指数分级标准（表3），盐害指数/%=∑（代表级值×株数）/（最高级值×总株数）×100。每处理选择6 株受胁迫程度一致的西瓜幼苗用清水冲洗干净并迅速擦干，用百分之一电子天平称鲜质量。避开叶脉，采用SPAD-502 叶绿素含量测定仪分别测定新鲜叶片的左、右、上部3 个位置的读数，取平均值作为该叶片的SPAD 值。09：00—11：30 采用LI-6400 便携式手持光合仪测定净光合速率，测定环境为：叶室面积为6.25 cm，叶片温度为28 ℃，叶片表面有效光辐射为1500 μmol·m·s，相对湿度为75%，周围CO浓度为600 μmol·L，每个处理测定10 次。采用相对电导法测定相对电导率，取待测叶片0.3 g，放入玻璃试管，加20 mL 蒸馏水，另外设一组对照，每处理3 次重复；25 ℃室温下浸泡24 h，用电导率仪（雷磁DDS-307）测电导率值（R）；之后将试管放入沸水中加热20 min，冷却至室温再次测电导率值（R），相对电导率/%=R/R×100。Na、K含量采用试剂盒（购自南京建成生物工程研究所）测定，使用酶标免疫分析仪（SpectraMax i3x）进行读数。

表3 盐害指数分级标准

1.4 数据处理与分析

采用Adobe Photoshop CC 2017 进行照片处理与排版，采用Microsoft Excel 2019 进行数据处理，采用SPSS 19.0 的Ducan 法对同一西瓜品种在不同盐浓度下的盐胁迫指标进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度NaCl对西瓜幼苗整体生长的影响

如图1 所示，盐胁迫8 d 后，与对照相比，不同处理下的西瓜幼苗植株在株高、茎粗、叶片枯萎程度以及叶片数量等方面均受到影响，表明盐胁迫对西瓜幼苗的生长具有抑制作用。与未进行盐处理的西瓜幼苗相比，随着盐浓度的增加，西瓜幼苗的盐害程度不断加深，具体表现为：当NaCl 浓度为50 mmol·L时，西瓜幼苗的叶面积减少，植株生长开始减慢，茎粗、株高以及根系茂密度都开始下降；当NaCl 浓度为100 mmol·L时，西瓜幼苗的株高明显降低、叶面积明显减小并有部分叶片开始发黄和卷曲，株型更加紧凑，整体萎蔫程度加剧；当NaCl浓度为150 mmol·L时，西瓜幼苗生长停滞，叶片表现出明显的卷曲、萎蔫甚至焦枯，与盐处理前相比，西瓜叶片数量未见明显增加，株高未见明显升高，茎部纤细、颜色加深，根系伴有腐烂；当NaCl 浓度为200 mmol·L时，西瓜幼苗植株已全部死亡。

图1 盐胁迫对西瓜幼苗表型的影响

图2 盐胁迫对西瓜幼苗盐害指数的影响

2.2 不同浓度NaCl对西瓜幼苗鲜质量的影响

图3 盐胁迫对西瓜幼苗鲜质量的影响

2.3 不同浓度NaCl对西瓜幼苗光合因子的影响

图4 盐胁迫对西瓜幼苗SPAD 的影响

但是，各品种在不同NaCl 浓度下的差异性变化依然显著。如中兴红1 号相较于中科6 号，当NaCl 浓度小于100 mmol·L时，中兴红1 号的SPAD 增幅要大于中科6 号，当NaCl 浓度大于100 mmol·L时，中兴红1 号的SPAD 降幅也同样大于中科6 号，所以在先增加后减少的变化大趋势下，个体差异所带来的浮动变化也比较明显。

由图5 可知，随着盐浓度的增加，所有品种的西瓜幼苗净光合速率均呈显著降低的趋势。当盐浓度为150 mmol·L时，中兴红1 号、中科6 号、郑抗9 号、花冠的净光合速率与对照相比分别降低了90.51%、84.66%、61.87%、80.54%。这说明盐胁迫对西瓜幼苗的净光合速率抑制作用较强。

图5 盐胁迫对西瓜幼苗净光合速率的影响

2.4 不同浓度NaCl对西瓜幼苗相对电导率的影响

图6 盐胁迫对西瓜幼苗相对电导率的影响

图7 盐胁迫对西瓜幼苗Na+含量的影响

图8 盐胁迫对西瓜幼苗K+/Na+的影响

2.5 不同浓度NaCl对西瓜幼苗离子含量的影响

3 讨论与结论

笔者以郑州果树研究所二倍体西瓜遗传育种课题组提供的不同果型的西瓜品种为试材，从表型、鲜质量、光合因子、细胞膜透性以及离子含量方面，探究不同浓度盐胁迫对西瓜幼苗的影响。

研究结果表明，盐胁迫抑制西瓜幼苗的表型变化，盐浓度越大，西瓜幼苗整体表型与对照相比反差越大。当NaCl 浓度为150 mmol·L时，出现大面积幼苗植株萎蔫现象，在NaCl 浓度为200 mmol·L时，西瓜幼苗植株全部死亡，说明西瓜幼苗植株的耐盐临界范围在150～200 mmol·L之间，相似的结论在前人的研究中也有报道。除此之外，西瓜幼苗总根长、主根长、根表面积、根体积、根尖数、根平均直径等根系形态指标也会受到盐胁迫的显著抑制。盐害指数作为耐盐鉴定的形态指标，简单易行，结果可靠，被广泛应用于玉米、葡萄、白菜、南瓜等作物的耐盐研究中。试验中参照刘文革提出的盐害分级方法，对西瓜进行盐害指数测定，结果表明随着盐浓度的增加，西瓜幼苗的盐害指数呈现逐渐增加的趋势，进一步佐证了整体表型与盐浓度之间的正向关系。

盐胁迫下植物生长减缓、物质代谢消耗大量能量、生物量分配格局发生改变，最终导致生物量的变化。本研究表明，随着盐浓度的增加，西瓜幼苗鲜质量受到的抑制程度逐渐加大。前人研究表明，鲜质量与植物耐盐性在一定范围内成反比。相对电导率是反映植物在逆境环境下细胞膜系统受损程度的重要生理指标。本研究表明，盐胁迫下西瓜幼苗的相对电导率不断上升，这与前人的研究结果相同。

作为西瓜幼苗生命活动的重要组成部分，光合作用能为其提供必要的物质和能量。叶绿素是光合作用中的重要物质组成，可以在一定程度上反映植物的光合能力。本研究结果表明，西瓜幼苗SPAD 在NaCl 浓度为0～100 mmol·L时逐渐上升，在NaCl 浓度为100～150 mmol·L时下降。净光合速率直接反映了西瓜幼苗光合能力的强弱。所以探究不同NaCl 浓度下的净光合速率变化，更能体现光合作用在盐胁迫下的表现。本研究发现随着盐浓度的增加，所有品种的西瓜幼苗净光合速率呈持续降低的趋势。前人研究表明，光合作用效率下降的原因包括气孔因素和非气孔因素。气孔因素指盐胁迫下气孔导度降低，导致CO向叶绿体运输受阻；非气孔因素包括光合系统、CO固定能力、光合色素含量等。有报道称当盐浓度小于75 mmol·L时，西瓜幼苗由于气孔因素导致光合速率降低，当盐浓度大于75 mmol·L时，光合速率降低的主要原因为非气孔因素。本研究中西瓜幼苗叶绿素含量波动并未影响到整体光合速率的下降趋势，表明盐胁迫下西瓜幼苗光合速率的降低并非是由光合色素含量的变化导致的。

Na是盐胁迫的主要毒害离子，叶片Na含量可以体现植物的耐盐能力。与此同时，在NaCl 胁迫的过程中，由于K与Na结构相似，因此Na和K发生竞争导致细胞代谢活动受到抑制。所以探究西瓜幼苗植株中的K/Na变化趋势同样可以反映西瓜幼苗植株中盐害规律。本研究结果表明，西瓜幼苗在不同浓度的盐胁迫下，叶片Na含量逐渐积累，叶片K/Na逐渐下降，这与陆安桥的研究结果一致。

值得注意的是，当NaCl 浓度为150 mmol·L时，西瓜幼苗的盐害指数达到最大，同时植株鲜质量、净光合速率和K/Na的变化幅度与对照相比明显高于其他指标，说明在高盐浓度下西瓜幼苗盐害程度的加深，主要表现在西瓜幼苗的鲜质量、光合作用、K/Na方面。有趣的是，此时各西瓜品种的盐害指数表现出显著差异，表明不同西瓜幼苗在盐胁迫下的响应机制存在差异，这有待进一步研究。

高温条件下，植物的盐害反应加剧。为排除高温对试验结果准确性的影响，本研究选择在10—11 月进行。然而西瓜苗期生长的正常时间在3—4月。为进一步增强试验结果的可靠性，今后应在春季补充苗期耐盐试验做进一步研究。

综上所述，西瓜幼苗鲜质量和净光合速率受盐胁迫的影响最大。本研究为后期进行西瓜耐盐种质鉴定和耐盐分子机制解析提供了理论基础。