盐胁迫对4种甜瓜种子萌发及幼苗生理特性的影响

2023-07-10谢志明玛依努尔·吾斯曼覃志强方志刚

江苏农业科学 2023年11期

谢志明　玛依努尔·吾斯曼　覃志强　方志刚

摘要：为探讨盐胁迫对甜瓜种子萌发及幼苗生理特性的影响，鉴定甜瓜的耐盐性，用NaCl模拟盐胁迫，以常规伽师瓜、杂交伽师瓜、绿肉伽师瓜、西开欣4种甜瓜为材料，设定种子萌发期间NaCl浓度为 0、25、50、75、100、125 mmol/L，幼苗期NaCl浓度为100 mmol/L。结果表明，盐胁迫显著影响了甜瓜种子萌发，不同甜瓜品种在盐胁迫下种子萌发存在较大差异，利用隶属函数法建立综合评价体系，发现4种甜瓜的耐盐性表现为西开欣＞常规伽师瓜＞杂交伽师瓜＞绿肉伽师瓜。苗期试验结果表明，100 mmol/L NaCl胁迫显著降低了4种甜瓜幼苗的株高、茎粗、叶面积及干物质的积累。其中，绿肉伽师瓜的降幅最大。除此之外，盐胁迫下，绿肉伽师瓜幼苗叶绿素含量显著降低，细胞膜透性和丙二醛含量均显著升高，其余甜瓜品种叶片叶绿素含量和丙二醛含量变化不显著。综合上述研究结果可知，西开欣和常规伽师瓜为耐盐型甜瓜，绿肉伽师瓜为盐敏感型甜瓜。

关键词：甜瓜；盐胁迫；种子萌发；幼苗；生理特性；隶属函数法

中图分类号：Q945.78；S652.01文献标志码：A文章编号：1002-1302（2023）11-0146-07

盐渍土在全球分布广泛，据统计，全球现有盐渍土地面积约1.1×109 hm2，我国盐渍土面积约为9.9×107 hm2，其中，新疆是我国盐渍土地面积最大、分布最广的区域［1-2］。除自然原因外，由于农田施肥量增加及不合理的灌溉，使土壤盐渍化呈现出增长趋势，对农业生产造成不利影响［3］。土壤盐渍化是世界各国重点关注的环境和生态问题之一，已经成为限制农业生产的重要因素。盐渍土地的开发和利用，对于农业生产和土地的可持续发展具有重大意义。

种子萌发和幼苗生长容易受环境中盐分的影响，当介质中盐分达到一定浓度时，能够破坏细胞内外离子和水分的平衡，使种子发芽率、胚根长、活力指数等萌发指标降低，但低盐胁迫下，又可促进某些种子萌发［4］。在植物幼苗期，高盐胁迫通过离子毒害作用，损伤细胞质膜和叶绿体，积累活性氧，降低光合作用，从而减少光合产物积累［5］。研究表明，大麦种子可以在NaCl含量高达3%条件下萌发，藜麦幼苗能够在400 mmol/L NaCl环境中生长［6-7］。因此，开展植物耐盐性研究对作物生产与品质改良具有积极意义。甜瓜（Cucumis melo L.）是具有一定耐盐性的葫芦科作物，其耐盐性仅次于南瓜［8］。新疆属典型的温带大陆性气候，适宜种植甜瓜，尤其在南疆地区，甜瓜是重要的经济作物，其口感香甜，风味独特，广受消费者欢迎，成为当地农牧民增收的主要渠道，但土壤的次生盐渍化限制了甜瓜的产量和品质提升［9］。因此，筛选和培育耐盐的甜瓜品种对发展当地甜瓜产业具有重要意义。已有研究指出，在种子萌发期和幼苗期能够快速鉴定植物的耐盐性，为农业生产提供优良的种质材料，这在黑果枸杞和苜蓿种子的耐盐性研究中已被证实［10-11］。然而，有关南疆地区甜瓜品种间是否存在耐盐性差異，目前的研究尚不多见。

本研究以南疆地区主栽的常规伽师瓜、绿肉伽师瓜、杂交伽师瓜及西开欣4个甜瓜品种为材料，采用NaCl模拟盐胁迫，分析甜瓜种子萌发期各项指标的变化及苗期植株响应盐胁迫的生理特性，鉴定4个甜瓜品种的耐盐性，以期为耐盐型甜瓜的生理机制研究提供理论依据，同时为盐渍化土地中栽培甜瓜提供参考。

1材料与方法

试验于2021年9月至2022年5月于喀什大学生命与地理科学学院新疆帕米尔高原生物资源与生态重点实验室植物逆境生物学研究室完成。

1.1试验材料

常规伽师瓜（新疆西域种业股份有限公司）、杂交伽师瓜（新疆西域种业股份有限公司）、绿肉伽师瓜（新疆吉丰种业有限公司）和西开欣（昌吉市金秋种业有限责任公司）种子购自喀什市农博城现代瓜果种业营销店，目前均为南疆地区主栽甜瓜品种。

1.2试验方法

种子发芽试验：采用NaCl（分析纯）模拟盐胁迫，共设置0（CK）、25、50、75、100、125 mmol/L共6个NaCl浓度。挑选饱满均匀的种子，经5% NaClO溶液消毒5 min，用无菌水冲洗干净后，将20粒种子置于铺有双层滤纸的培养皿中，置于暗处培养3 d后开始光照，光—暗周期为12 h—12 h，光照度为 300 μmol/（m²·s），昼夜温度为28 ℃/22 ℃，湿度为30%～40%。每个处理3次重复，种子萌发期间，保持滤纸湿润。定期统计种子萌发情况。

幼苗试验：选取大小均匀饱满的甜瓜种子，播于装有基质（草炭土、椰糠、蛭石混合均匀）的花盆中，置于植物培养室中，种子萌发后，转移至光—暗周期为12 h—12 h，光照度为350 μmol/（m²·s），昼夜温度为28 ℃/22 ℃，湿度为30%～40%的植物培养室中继续培养，待子叶展平后，每个花盆留苗4株，待甜瓜幼苗长到3叶1心时，保持土壤水分为 75%～80%，用100 mmol/L NaCl 模拟盐胁迫处理，以浇去离子水的甜瓜幼苗为对照，每个品种处理3次重复。盐胁迫处理1周后进行取样测定。

1.3种子萌发指标的测定

按照赵玮等的方法，统计每天的发芽数，7 d后，计算种子萌发的各项指标，包括发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数等指标［12］。为客观评价不同品种在萌发期的耐盐差异，参考Fang等的方法［13］，取上述指标相对值（处理指标值/对照指标值）用于比较品种间种子萌发差异，采用相对指标的均值来表征不同甜瓜品种在盐浓度下的萌发特性。

1.4甜瓜耐盐性评价

利用隶属函数和标准差系数综合评价4个甜瓜品种在芽苗期间的耐盐性［14］。不同品种的特定隶属值X（μ）=X-X_min／X_max-X_min。公式中：X（μ）代表第μ个被评价参数指标的隶属值；X为评价参数指标如相对发芽率均值；Xmax为某个被评价参数指标的最大值；X_min为相应被评价参数指标中的最小值。隶属函数值越大，耐盐性越强。

1.5甜瓜幼苗期形态及生理指标的测定

用直尺测量甜瓜株高，用游标卡尺测量茎粗，干鲜质量用千分之一天平称量。根冠比的测定参照熊韬等的试验方法［15］；叶面积测定采用纸样称质量法［16］；丙二醛（MDA）含量的测定采用硫代巴比妥酸法［17］；叶绿素含量用95%乙醇研磨法［18］测定；细胞膜透性采用DDS-307电导率仪测定，每个指标均测定3次。

1.6数据分析

数据统计和整理使用Excel 2016，使用Origin 9.0和SPSS 26.0进行差异分析及绘图。

2結果与分析

2.1盐胁迫对种子发芽指标的影响

由表1可知，与CK相比，盐胁迫未显著影响常规伽师瓜和西开欣的发芽率和发芽势。50 mmol/L盐胁迫下，西开欣种子发芽率为86.7%，绿肉伽师瓜发芽率则为33.3%；125 mmol/L（高盐）胁迫下，杂交伽师瓜的种子发芽率和发芽势仅分别为18.3%和6.7%。25 mmol/L（低盐）胁迫下，绿肉伽师瓜的发芽势显著低于对照。当盐浓度增加到 100 mmol/L 时，杂交伽师瓜和绿肉伽师瓜的发芽势分别为13.3%和5.0%。高盐胁迫下，绿肉伽师瓜的发芽率和发芽势均为0。低盐胁迫下，西开欣种子发芽指数可达20.7，绿肉伽师瓜种子发芽指数与对照相比显著降低51.1%。然而，该处理条件下，常规伽师瓜和西开欣种子活力指数分别为3.6和5.0。高盐胁迫下，常规伽师瓜、杂交伽师瓜、西开欣的发芽指数分别下降至13.6、3.2和10.7，其活力指数分别为1.0、0.2和0.9，绿肉伽师瓜种子发芽指数和活力指数均为0。低盐胁迫可促进甜瓜根长生长但未达显著水平，高盐胁迫下，常规伽师瓜、杂交伽师瓜、西开欣的根长分别下降48.6%、47.2%、56.9%，绿肉伽师瓜的根长为0。

2.2盐胁迫对种子相对发芽指标的影响

由表2可知，盐胁迫未显著影响常规伽师瓜和西开欣种子相对发芽率及相对发芽势。50 mmol/L NaCl胁迫下，仅绿肉伽师瓜种子相对发芽率低于100%；高盐胁迫下，除绿肉伽师瓜外，其余甜瓜品种相对发芽率均高于35.4%。25～100 mmol/L盐胁迫下，与对照相比，绿肉伽师瓜相对发芽势显著降低61.8%～77.0%，杂交伽师瓜相对发芽势在 100～125 mmol/L盐胁迫下显著降低。盐浓度高于50 mmol/L时，杂交伽师瓜相对发芽指数、相对活力指数均开始显著降低。常规伽师瓜在100～125 mmol/L 盐胁迫下，相对发芽指数和相对活力指数均显著低于对照；该处理条件下，西开欣种子的相对活力指数显著低于对照。25～125 mmol/L盐胁迫下，与对照相比，绿肉伽师瓜相对发芽势、相对发芽指数和相对活力指数均显著降低。低盐胁迫下，常规伽师瓜、杂交伽师瓜、绿肉伽师瓜和西开欣的相对根长分别增加29.7%、41.7%、27.6%和33.3%，但未达显著水平。高盐胁迫下，与对照相比，常规伽师瓜和绿肉伽师瓜的相对根长显著下降，但杂交伽师瓜和西开欣的相对根长下降不显著。

2.3不同甜瓜萌发期耐盐性评价

由表3可知，根据盐胁迫下种子萌发指标相对值结果，利用隶属函数建立综合评价体系，综合相对发芽率、相对发芽势、相对发芽指数、相对活力指数及相对根长的隶属函数均值，评估4种甜瓜在萌发期的抗盐性。结果表明，西开欣的综合隶属函数值最高，达到0.858；其次是常规伽师瓜，综合隶属函数值为0.750；杂交伽师瓜的综合隶属函数值为0.507，绿肉伽师瓜隶属函数值为0.069。

2.4盐胁迫对甜瓜幼苗生长的影响

由图1可知，100 mmol/L的NaCl胁迫可显著降低甜瓜的株高、茎粗、叶面积和干质量。其中，绿肉伽师瓜的株高较对照显著降低25.68%（图1-A）。盐胁迫下，甜瓜茎粗的变化趋势与株高类似（图1-B）。100 mmol/L的NaCl胁迫下，常规伽师瓜、杂交伽师瓜、绿肉伽师瓜和西开欣的叶面积分别较对照下降22.50%、16.01%、33.37%和24.42%（图1-C）。类似地，上述4种甜瓜的干质量在盐胁迫下分别降低25.90%、15.54%、34.60%和17.80%（图1-D）。盐胁迫下，不同甜瓜品种的根冠比未发生显著变化（图1-E）。

2.5盐胁迫对甜瓜叶绿素、丙二醛含量及细胞膜透性的影响

盐胁迫下，甜瓜叶片生理特性变化见图2。100 mmol/L 的NaCl胁迫下，绿肉伽师瓜叶片叶绿素含量显著降低17.94%，叶片中MDA含量较对照显著升高40.40%，其余甜瓜叶片叶绿素和MDA含量无显著变化（图2-A、图2-B）。与对照相比，100 mmol/L NaCl胁迫下，常规伽师瓜、绿肉伽师瓜和西开欣的叶片细胞膜透性分别显著增加25.70%、56.56%、和18.94%（图2-C）。

3讨论

3.1盐胁迫对种子萌发的影响

研究表明，在盐环境中，种子萌发是一个复杂的生理代谢过程，种子的发芽率和发芽势随着NaCl浓度升高而降低［19］。不同油菜品种种子萌发的试验结果表明，油菜种子对盐浓度非常敏感，低盐浓度就可显著抑制种子胚根和胚芽的生长，这主要是由于胚根首先与盐离子接触，引起油菜种子受到盐害作用［20］。但杨宏伟等认为低浓度的NaCl溶液对种子萌发具有促进作用［21］。本研究结果显示，25 mmol/L 的NaCl胁迫对杂交伽师瓜、常规种伽师瓜和西开欣种子萌发具有积极的促进作用，这可能

与低剂量的盐可使植物体内新陈代谢加快，促进植物的生长有关［22］。盐胁迫下，菊科植物种子萌发的试验结果表明，随NaCl 浓度升高，松果菊、金盏菊、地被菊种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数均呈下降趋势，而波斯菊胚芽、胚根的生长表现出低促高抑的趋势［23］。本研究部分结果与之类似。本研究中，NaCl 浓度为25～75 mmol/L时，西开欣根长明显高于对照，说明西开欣种子萌发适应于NaCl 浓度低于100 mmol/L的盐胁迫，其相对发芽率保持在100%以上。鲁乃增等认为不同甜瓜种子在NaCl浓度为0.5%～2.5%时，其发芽率、发芽势存在较大差异［24］。本试验中，25～100 mmol/L的NaCl胁迫也导致4种甜瓜种子发芽指标存在较大差异，说明甜瓜品种间耐盐性差异较明显。另有研究表明，种子活力指数可作为反映作物齐苗与壮苗的重要指标，其指标值越高，耐盐性越强［25］。本试验条件下，西开欣及常规伽师瓜的种子活力指数在 125 mmol/L 的盐胁迫下，仍维持较高水平。由此可知，选择西开欣或常规伽师瓜，有利于实现中轻度盐渍化土地的利用。

3.2盐胁迫对甜瓜幼苗生长及生理的影响

盐胁迫会影响植物的生长和器官的分化，主要表现为抑制植物叶片生长，干扰色素分子吸收、传递和转换光能，降低叶绿素合成效率，使叶片光合作用能力减弱［26-27］。本研究中，100 mmol/L NaCl处理4种甜瓜后，其幼苗株高、茎粗、叶面积均显著降低。此外，盐胁迫导致甜瓜叶片中叶绿素含量明显减少，这与王玉萍等的试验结果［28］类似，其原因主要是由于盐离子抑制了叶绿素合成酶，使叶绿素快速分解，从而降低光合作用，最终导致干物质积累减少［29］。本研究也发现，盐胁迫下，绿肉伽师瓜的干质量与其叶绿素的变化趋势一致，但其叶绿素酶活性需要进一步研究。丙二醛含量及细胞膜透性是植物响应逆境如干旱、盐渍的重要指标，其含量越高，表明细胞质膜结构受损伤程度越大［30］。本研究中，在100 mmol/L的NaCl盐胁迫下，甜瓜叶片细胞膜透性增大，这与陈友根等的研究结果［31］类似，可能是NaCl破坏了质膜结构，也可能是Na+置换了具有保护作用的Ca2+。此外，100 mmol/L的NaCl导致绿肉伽师瓜叶片细胞积累过量的MDA，表明盐胁迫严重损伤了其叶片脂膜的结构，使内含物释放出，从而增加了其细胞膜透性。

3.3不同甜瓜品种的耐盐性差异

本研究发现，同一盐浓度胁迫下，4种甜瓜种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数及根长均表现出较大差异，不同盐浓度胁迫下，甜瓜种子萌发指标随着盐浓度变化的趋势也不尽相同。因此，用单一种子萌发指标来评价4种甜瓜的耐盐性是片面的。采用模糊数学的方法，通过隶属函数建立综合评价体系可有效避免植物抗逆性评价的片面性，这在黑麦草、小麦的研究中已被证实［32-33］。基于此，本研究通过隶属函数建立的综合评价，认为4种甜瓜在种子萌发期的耐盐性表现为西开欣＞常规伽师瓜＞杂交伽师瓜＞绿肉伽师瓜。这与毛建才等的研究结果［34］不同，这可能是试验材料数量、盐胁迫浓度设计及评价方法存在差异。

已有研究指出，甜瓜的耐盐性在萌发期、幼苗期、伸蔓期及坐果期可能存在差异，这主要与盐胁迫浓度、植株的生理状态及遗传基因有关［35］。本试验中，盐胁迫显著影响了甜瓜的形态指标，100 mmol/L NaCl胁迫下绿肉伽师瓜的株高、茎粗、叶面积降幅最大。此外，盐胁迫下，绿肉伽师瓜的叶绿素含量降幅最大，细胞膜透性和MDA含量增幅最大，这表明100 mmol/L的NaCl胁迫对绿肉伽师瓜造成了严重的毒害作用，该结果与种子萌发期的试验结果一致，即绿肉伽师瓜为盐敏感型甜瓜。结合隶属函数和幼苗期形态及生理指标的变化，常规伽师瓜与西开欣的耐盐性相当，均为耐盐型甜瓜。

4结论

本研究结果表明，用NaCl模拟盐胁迫能显著影响4种甜瓜种子萌发，用100 mmol/L NaCl处理甜瓜幼苗，可使绿肉伽师瓜叶绿素含量显著降低，细胞膜透性和MDA含量显著升高。盐胁迫下，根据种子萌发期的隶属函数值及4种甜瓜幼苗的形态指标及生理特性的变化可知，西开欣和常规伽师瓜的耐盐性强，绿肉伽师瓜的耐盐性最弱。

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