不同比例海水对番茄幼苗生长发育的影响

牟晓璐 ，李涛 ，王虹云 ，夏秀波 ，张丽莉 ，曹守军 ，姚建刚 ，周杨

（1.烟台大学生命科学学院，山东，264005；2.山东烟台市农业科学研究院）

我国拥有18000 km以上的大陆海岸线，其中被海水侵袭和覆盖的沿海滩涂面积高达217.04万hm2，由于其土壤中盐分含量较高，导致大部分农作物无法正常生长，土地荒芜现象严重。随着沿海滩涂和海水倒灌土地面积的不断扩大，如何充分利用这部分土地，逐渐成为研究热点。海水蔬菜具有口感好、营养价值高的优点，市场发展前景广阔。目前，我国对海水蔬菜的研究主要集中在菠菜、辣椒、芹菜等蔬菜上，孙锦等[1]认为，海水胁迫下，菠菜生长受到了光抑制和光氧化伤害；唐宁等[2]发现低浓度海水对辣椒幼苗生长影响不大；周杨等[3]认为海水胁迫抑制了芹菜生长，却在一定程度上提高了芹菜的品质。番茄作为中度盐敏感型蔬菜，通过相应的栽培措施，可以在一定盐度的滩涂地区生长，但国内外对海水胁迫下番茄生理生化变化的研究很少。

本试验研究番茄在不同比例海水胁迫下的生长及发育情况，为番茄育种和耐盐栽培提供理论依据，促进海水番茄产业的发展。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为烟台市农业科学院选育的番茄烟粉207。试验于2018年9月在烟台市农业科学研究院蔬菜所试验温室进行。采用长×宽×高为25 cm×25 cm×26 cm规格的水培箱，每个水培箱中定植4株番茄，株距为20 cm，箱内装有营养液循环装置。

1.2 试验设计

试验共设置7个处理，每个处理3次重复，每个重复设置2盆，共8株番茄，随机排列。每个处理营养液按海水在营养液中的体积比分别为5%、10%、15%、20%、25%、30%进行配制，分别标记为SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25 及 SCW30， 以不添加海水的营养液作为对照，记为CK。番茄营养液配方参照日本山崎配方，海水采用青岛海之盐水族科技有限公司生产的珊瑚礁海盐（表1）配制而成，1 L淡水中溶固体海盐33.5 g，即浓度为5%的海水，其盐度为0.175%；浓度为10%的海水，其盐度为0.350%；浓度为15%的海水，其盐度为0.525%；浓度为20%的海水，其盐度为0.700%；浓度为25%的海水，其盐度为0.875%；浓度为30%的海水，其盐度为1.050%。

1.3 试验方法

试验前先将长势健壮一致的4叶1心的番茄苗定植于只含营养液的水培箱中，待番茄缓苗后，换成含有不同比例海水的营养液对其进行处理。培养第15、30、45天测定番茄生长及相关生理生化指标。生长期间每隔7 d更换1次营养液，日常统一管理。

1.4 测定指标及方法

测定番茄植株株高（用直尺测量，叶柄基部至生长点的高度，以cm表示）、茎粗（用游标卡尺测量，叶柄基部的茎粗，以mm表示）、叶片数，幼苗盐害指数参考《小麦耐盐性鉴定评价技术规范》的标准方法[4]，根据生长状况将苗情分为6级，分级标准：0为生长正常，无受害症状；1为生长基本正常，个别叶片出现黄斑；2为植株生长缓慢，个别叶片黄化或枯萎；3为植株生长减缓，3～4片绿叶；4为植株生长非常缓慢，只有1～2片绿叶；5为植株停止生长，叶片全部黄化）。

按以下公式计算盐害指数，并根据表2确定各材料的耐盐等级。盐害指数（%）=∑（N级苗数×N级）/（5 级×总苗数）×100。

光合速率测定使用LI-6400XT便携式光合仪（英国LI-COR公司）[3]；叶绿素含量测定采用95%酒精萃取法[5]；电导率测定采用浸泡法，用相对电导率表示[6]；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用张治安等[7]的氮蓝四唑光还原法；过氧化物酶（POD）活性采用郝再彬[8]的愈创木酚比色法；过氧化氢酶（CAT）活性采用紫外分光光度法[9]；丙二醛含量测定采用硫代巴比妥酸法[10]；可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250染色法[11]；可溶性糖含量测定参照袁晓华[12]的蒽酮比色法；Ca2+、Mg2+含量测定采用微波消煮法[13]。

图1 不同比例海水对番茄株高、茎粗、叶片数及盐害指数的影响

表1 珊瑚礁海盐的成分分析 mg/L

表2 番茄幼苗耐盐性分级标准

2 结果与分析

2.1 不同比例海水对番茄生长的影响

由图1可知，不同处理番茄的株高、茎粗均显著低于对照（CK），且随加入海水比例提高，株高、茎粗均呈现下降趋势。在处理第45天时，SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25 及 SCW30 处 理 番茄株高分别比CK降低了3.99%、29.85%、37.31%、24.88%、47.27%及58.70%，茎粗分别比CK降低4.21%、15.45%、24.39%、16.22%、28.74%及37.68%。在叶片数方面，随添加海水比例的增大，番茄叶片数呈下降的趋势，处理第45天时 ，SCW5、SCW10、SCW15、

SCW20、SCW25 及 SCW30处理番茄叶片数分别比CK减少了1.16%、10.47%、17.44% 、18.60% 、19.77% 、38.37%。不同处理番茄植株的盐害指数随着处理时间的延长均呈现增加的趋势。在处理第 45天时，SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25、SCW30处理番茄的盐害指数分别为32.50% 、30.83% 、30.00% 、30.00%、35.00%、36.67%，均小于40%，表明番茄幼苗具有一定的耐盐性。

表3 不同比例海水对番茄叶绿素含量的影响

2.2 不同比例海水对番茄叶片叶绿素含量的影响

从表3可以看出，添加不同比例海水显著影响了番茄叶片的叶绿素a、b和胡萝卜素含量。除SCW5处理外，随着海水比例的升高和处理时间的延长，不同处理番茄叶片中的叶绿素a、b和胡萝卜素含量与CK相比均显著降低。至第45天，SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25 及 SCW30 处理番茄胡萝卜素含量分别为CK的87.15%、37.16%、28.44%、25.69%及24.77%、17.43%，叶绿素a含量分别为 CK 的 93.40%、27.20%、29.80%、26.00%、22.80%及7.90%，叶绿素b含量分别为CK的128.12%、80.19%、52.72%、43.77%、27.48%及53.67%。

2.3 不同比例海水对番茄叶片光合参数的影响

由表4可知，在处理第15天时，各处理光合速率、胞间CO2浓度、蒸腾速率均低于CK，但差异不显著，而各处理（除SCW5处理外）气孔导度与CK相比显著降低。在处理第30天时，除SCW10和SCW30处理外，其余处理间光合速率差异不显著。在处理第45天时，各处理间光合速率表现为CK＞SCW5＞SCW15＞SCW10＞SCW20＞SCW25＞SCW30。

2.4 不同比例海水对番茄叶片保护酶活性的影响

在不同比例海水的胁迫下，番茄叶片SOD、POD、CAT活性呈现出不同的变化规律（图2）。SOD活性方面，各处理随海水胁迫时间的延长，SOD活性呈现出不断升高的趋势，在第45天时，除SCW10和SCW30外，其他各海水处理均高于CK，SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25 及 SCW30 处理SOD活性分别为 CK的 115.41%、91.88%、107.84%、114.85%、102.52%、84.87%；POD 活性方面，随着海水比例的提高和胁迫时间的延长，CK、SCW5处理POD活性呈现出不断升高的趋势，而SCW15、SCW20、SCW25及SCW30处理POD活性呈现出先降低后升高的变化趋势，在培养第45天时，SCW5处理番茄叶片POD活性达到最大值。与SOD、POD活性相比，番茄叶片CAT活性比较小，在培养第45天时，各处理的CAT活性均明显低于CK。

2.5 不同比例海水对番茄叶片可溶性蛋白、可溶性固形物、丙二醛含量的影响

可溶性蛋白是重要的渗透调节物质，其含量的增加和积累能提高植物细胞的保水能力，对细胞的生物膜起到一定保护作用，常作为筛选抗性的指标之一[14]。如图3所示，可溶性蛋白含量随海水比例的增加呈上升趋势。在处理第15天时，不同处理番茄叶片可溶性蛋白含量均高于CK，至培养第30天时，各处理与CK间无明显差异，至处理第45天时，各处理（除SCW30外）均明显高于CK，具体表现为SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25 及SCW30 处理分别为 CK的 165.56%、124.30%、108.73%、112.14%、115.27%及91.26%。

表4 不同比例海水对番茄光合参数的影响

从图3可以看出，处理过程中，各处理番茄叶片的可溶性糖含量大都低于CK，至第45天时，SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25 及 SCW30处理分别为 CK的 134.90%、83.17%、93.81%、167.82%、83.42%及80.20%。

丙二醛（MDA）是膜脂过氧化的最终分解产物，其含量可反映植物遭受逆境伤害程度[15]，与抗逆性成负相关。随着海水比例的提高及处理时间的延长，丙二醛含量呈现先降低再升高的趋势，在培养第45 天 时 ，SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25、SCW30处理分别为CK的118.16%、94.86%、116.44%、128.77%、75.27%、75.27%。

图2 不同比例海水对番茄叶片保护酶活性的影响

2.6 不同比例海水对番茄叶片相对电导率的影响

相对电导率可以反映植物细胞对细胞内环境的稳定能力和对外界环境的适应和抵御能力，受伤害的程度越大，相对电导率也越大，是研究抗盐性的主要生理指标之一[16]。由图4可知，随着海水比例的升高，相对电导率呈增大趋势。随着海水胁迫时间的延长，相对电导率呈不同变化趋势，其中一直增加的有SCW30，先增加后降低的有SCW20、SCW25，先降低后增加的有 CK、SCW5、SCW10。 在培 养 第 45 天 时 ，SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25及SCW30处理的相对电导率分别比CK增加 57.14% 、64.28% 、128.57% 、185.71% 、264.29% 、442.86%。

2.7 不同比例海水对番茄叶片Ca2+、Mg2+含量的影响

图3 不同比例海水对番茄叶片可溶性蛋白、可溶性固形物及丙二醛含量的影响

表5 主要主成分的特征值、贡献率和累积贡献

表6 不同比例海水处理番茄耐盐性综合评判结果

盐胁迫可一定程度上影响Ca2+在植物细胞内的运输，从而影响植物体内Ca2+的含量[17]。通过对番茄叶片中Ca2+含量的测定发现，随胁迫时间的延长，Ca2+含量呈现出先增加后降低的趋势，在处理第45天时，各处理间差异不显著，SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25、SCW30 处理分别为 CK 的99.83% 、119.96% 、117.31% 、108.64% 、105.41% 、100.87%。随着海水浓度的提高及处理时间的延长，番茄叶片中Mg2+含量与Ca2+含量变化趋势一致，但明显高于CK处理，在培养至第45天时，SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25 及 SCW30 处理番茄叶片的Mg2+含量分别为CK的204.67%、266.19%、259.11%、275.24%、347.86%、357.63%。

2.8 不同因素对番茄耐盐性的综合评价

图4 不同比例海水对番茄相对电导率的影响

番茄的耐盐性是一个综合性状，用不同的评价指标可以得出不同的结果，因此不能从某单项指标表现出的结果来对其进行评价，必须对不同的指标进行综合评价才能得出比较科学的结果[18，19]。参照耿雷跃等[20]评价方法，本研究选取培养第45天番茄 SOD 活性（X1）、POD 活性（X2）、CAT 活性（X3）、丙二醛含量（X4）、可溶性蛋白含量（X5）、可溶性糖含量（X6）这6个耐盐性因素作为评价因子。先对这6个指标进行同趋化和标准化，然后利用DPS数据处理系统进行主成分分析，并得到主成分的特征值、特征向量及贡献率（表 5）， 前 3项特征值的累积贡献率为93.0698%＞85%，所以可用第一主成分、第二主成分和第三主成分作为评价的综合指标。

将不同比例海水处理番茄前3项主成分值与各项指标耐盐系数建立回归直线方程。F1=0.4848X1+0.4359X2+0.1561X3+0.4640X4+0.3509X5+0.4606X6；F2=-0.1933X1+0.4077X2+0.8334X3-0.0953X4-0.2435X5-0.1833X6；F3=-0.0917X1+0.3120X2-0.0733X3-0.3961X4+0.7740X5-0.3647X6。综合评判值：F=0.5857F1+0.2152F2+0.1299F3，由前3项主成分客观权重分别与F1、F2、F3之积的和，得到不同比例海水处理对番茄耐盐性综合评判结果（表6），综合评判值越高，说明番茄耐盐性越高。

3 结论与讨论

图5 不同比例海水对番茄叶片Ca2+、Mg2+含量的影响

在营养液中加入海水会对植物的生长产生抑制作用[3]。本试验中，加入海水后，番茄的株高和茎粗均下降，加入海水比例越高，其下降程度越大，表明海水可抑制番茄生长。同时还发现加入海水可使番茄的叶片数减少，很可能与盐胁迫降低了叶原基的发生率有关，这与Grieve等[21]研究结果一致。同时各处理番茄叶片Ca2+含量与CK处理差异不显著，但Mg2+含量明显高于CK，这可能与海水中Mg2+含量较高，从而造成番茄细胞被动过量吸收有关。

光合色素在光合作用的光能吸收、传递中起重要作用。叶绿素含量下降可以看成是植株受害后的重要生理反应，从其下降幅度，可以看出其受害程度[22]。本试验中，海水胁迫后，除SCW5处理外，其余处理番茄叶片中叶绿素a、b含量显著下降，最多下降了90%，表明海水胁迫对番茄植株的伤害程度较高。但在海水处理至第45天时，SCW5处理番茄叶片的叶绿素a、b含量与CK差异不显著，原因可能是由于低浓度盐胁迫对植物叶绿素a、b含量合成的影响较小，经过一段时间，番茄已经对盐胁迫有了较好的适应性，叶绿素a、b的合成功能得到较好的恢复[23]。但各处理番茄叶片光合速率与CK差异不显著，这与艾楷棋等[24]的研究结果不一致，可能是因为番茄仍处于苗期，对光合产物的需求不大，海水胁迫后番茄产生的叶绿素含量仍能够满足光合作用的需求。

试验发现，随添加海水比例的增加，番茄叶片的相对电导率也逐渐增大，SOD活性显著升高，除SCW25和SCW30处理外，其余处理叶片可溶性糖、可溶性蛋白、MDA含量均高于CK处理，表明番茄植株受伤害的程度不断增加，这与各处理番茄植株的长势相一致。SCW25和SCW302个处理番茄叶片的相对电导率最大，但MDA含量却低于CK，具体原因还需进一步的研究。

海水胁迫对番茄植株生长产生一定的抑制作用，导致其叶片生理生化指标也发生了不同的变化，但由于海水属于复盐体系，其对番茄的影响不仅仅局限于NaCl胁迫，还包括Ca2+、Mg2+等在内的其他成分的影响，具体影响机理需要进一步的深入研究。本试验中，当营养液中海水比例低于15%时，综合考量其对番茄幼苗的影响较小，番茄仍可较为正常生长。