44份西瓜种质资源苗期耐盐性综合评价

马肖静　刘勇鹏　尚文凯　高宁宁　张涛　朴凤植　王永　赵卫星

摘    要：以44份西瓜种质为试验材料，设置0（CK）和150 mmol·L-1 NaCl 2个处理水平，测定不同西瓜种质幼苗的15项指标。以15项指标的耐盐系数作为耐盐性评价依据，运用相关性分析、主成分分析、隶属函数值法、聚类分析等多元分析方法进行综合评价。通过主成分分析将15个单项指标转换为4个相互独立的综合指标，累计贡献率为71.10%；以耐盐系数为基础进行聚类分析，筛选出10个高度耐盐、21个中度耐盐、13个弱耐盐西瓜种质资源。采用隶属函数法进行综合评价，排名前5的种质分别是HY-91、DQ-308、W19-15、HY-73、W19-10，归为聚类分析中的第一类，属于强耐盐性品种。

关键词：西瓜；苗期；耐盐性；隶属函数；聚类分析

中图分类号：S641.2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）03-045-09

Comprehensive evaluation of salt tolerance at seedling stage of 44 watermelon germplasm resources

MA Xiaojing1， LIU Yongpeng2， SHANG Wenkai1， GAO Ningning3， ZHANG Tao1， PIAO Fengzhi1， WANG Yong1， ZHAO Weixing3

（1. Horticulture College of Henan Agricultural University， Zhengzhou 450046， Henan， China; 2. Luohe Academy of Agricultural Sciences， Luohe 462000， Henan， China; 3. Institute of Horticulture， Henan Academy of Agricultural Sciences， Zhengzhou 450002， Henan， China）

Abstract：Fourty-four watermelon germplasms were used as experimental materials， and 0 （CK） and 150 mmol·L-1 NaCl was used at two treatment levels， and 15 indexes of different watermelon germplasm seedlings were determined. The salt tolerance coefficient of 15 indicators was used as the basis for salt tolerance evaluation， and multivariate analysis methods such as correlation analysis， principal component analysis， membership function value method and cluster analysis were used for comprehensive evaluation. The 15 individual indicators were converted into 4 independent comprehensive indicators by principal component analysis， and the cumulative contribution rate was 71.10%. The cluster analysis was carried out on the basis of the salt tolerance coefficient， and 10 highly salt-tolerant， 21 moderately salt-tolerant and 13 weakly salt-tolerant watermelon germplasm resources were screened out according to the size of the D value. The comprehensive salt tolerance evaluation value of each germplasm was obtained by the membership function value method， the top 5  were HY-91， DQ-308， W19-15， HY-73 and W19-10， belonging to highly salt-tolerant germplasm.

Key words： Watermelon; Seedling stage; Salt tolerance; Membership function; Cluster analysis

盐渍土是指含盐量超过一定浓度的土壤，理化性质不良，会对作物产生不同程度的抑制作用，严重时甚至导致作物死亡[1-2]。当前土壤盐渍化是全球性的环境问题之一，严重制约农业经济的可持续发展，是制约现代农业生产和发展的重要因素。据统计，全世界盐渍土面积约10亿hm2，我国盐渍土面积约3460万hm2，盐碱化耕地面积760万hm2，近1/5耕地发生盐碱化[3]。已有研究表明，种植耐盐性较强的植物不仅可以利用盐渍化土壤，而且能提高土壤修复能力[4-5]。因此，筛选耐盐种质资源、选育耐盐品种对盐渍土壤的利用和治理具有重要意义。西瓜作为我国重要的高效园艺经济作物之一，种植面积占世界总面积的60%以上，产量占70%左右，均居世界首位[6]。西瓜生产周期短且经济效益高，是农民增收致富的重要作物，但西瓜是一种中度盐敏感作物，在盐胁迫下会造成植物发育迟缓，抑制植物组织和器官的生长与分化，使植物的发育进程提前，导致西瓜产量和品质严重下降[7-9]。在耐盐性评价方面，采用主成分分析、隶属函数方法进行综合评价，可以消除各指标间的相关影响，排除次要指标的干擾作用，很好地处理大量的农艺性状数据，找出规律，指导耐盐种质资源的筛选，目前在小白菜[10]、辣椒[11]、南瓜[12]、甜瓜[13]等多种植物上已得到应用。而西瓜苗期的耐盐性评价还主要集中在鉴定耐盐砧木方面[14-16]。此外，阎志红等[17]研究表明，120 mmol·L-1 NaCl胁迫下不同耐盐能力西瓜种质资源间的盐害指数变异很大，能比较准确地指示其发芽期的耐盐能力；韩志平[18]研究表明，150 mmol·L-1 NaCl胁迫下，西瓜幼苗生物量和生长势均显著下降；高博文等[19]在西瓜苗期进行150 mmol·L-1 NaCl处理，通过主成分分析及隶属函数法将121份西瓜材料划分为4个等级。因此，笔者在前人研究的基础上，以44份西瓜种质为试验材料，设置150 mmol·L-1 NaCl在西瓜苗期进行盐胁迫处理，测定苗期的主要农艺性状，以15个指标的耐盐系数为基础，采用相关性分析、主成分分析、隶属函数法、聚类分析等多元统计方法对44个西瓜种质苗期耐盐性进行综合评价，以期筛选出耐盐性较强的西瓜种质资源，为挖掘西瓜耐盐基因提供一定的试验材料和参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试的44份西瓜种质材料由河南省农业科学院园艺研究所提供，均为小果型西瓜引种资源，相关信息见表1。

1.2 试验设计

试验于2023年3—4月在河南农业大学园艺学院实验室内进行。将44份大小一致、饱满的西瓜种子于55 °C温汤消毒杀菌，随后将试验材料于25 °C恒温箱中催芽12～24 h，待种子露白后播种于含有蛭石的50孔穴盘（54 cm×28 cm）中。每个品种均设0（CK）、150 mmol·L-1NaCl溶液2个处理，每个穴孔的处理量为10 mL（CK用1/2 Hoaglands营养液代替），按随机区组排列，每个处理3次重复，每个重复100株。用1/2 Hoaglands营养液连续浇灌至幼苗1叶1心时，进行盐胁迫处理。每2 d更换1次营养液和NaCl溶液。

1.3 测定指标与方法

在盐胁迫处理的第17 天，每个处理随机取20株，3次重复，测定株高、茎粗、叶长、叶宽、叶柄长度、地上部鲜质量、地下部鲜质量、地上部干质量、地下部干质量、总根长、根系总表面积、根系总体积、根系平均直径、根尖数、根系分叉数共15个指标。

株高用卷尺測量从幼苗茎基部到生长点的高度；茎粗用游标卡尺测量幼苗主茎基部位置；叶长、叶宽、叶柄长度分别用直尺测量（第三片叶/完全叶）叶片从叶基到叶尖的距离、叶片最宽处的横径、叶片与茎相连接的距离；每个处理取20株幼苗，去离子水冲洗后用滤纸擦干植株上的水分，使用精度为0.01 g的电子天平分别测量地上部鲜质量和地下部鲜质量后，将植株地上部和地下部放于105 °C烘箱中杀青15 min，75 °C下烘干至恒质量，用精度为0.000 1 g的电子天平称量干质量；利用根系扫描仪（Epson，Long Beach，USA）扫描总根长、根系总表面积、根系总体积、根系平均直径、根尖数和根系分叉数。

1.4 耐盐系数的计算

根据测量得到的原始数据，用公式（1）计算各项指标的耐盐系数。

单项耐盐系数=盐胁迫处理测定值/CK测定值。                                                                     （1）

胁迫系数/%=（CK值-盐胁迫处理值）/CK值×100。                                                                   （2）

变异系数/%=标准差/均值×100。             （3）

为明确不同西瓜品种的苗期耐盐性差异，对单项耐盐系数采用隶属函数法及主成分分析法[19-20]进行综合评价。

1.5 数据计算和统计处理

利用Microsoft Excel 2013 进行数据的统计整理和耐盐系数的计算；利用 SPSS 21. 0软件进行方差分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫下44份西瓜种质苗期农艺性状的差异

由表2可知，盐胁迫下，各西瓜种质幼苗的株高、茎粗、叶长、叶宽、叶柄长度、地上部鲜质量、地下部鲜质量、地上部干质量、地下部干质量及根系生长指标等都受到一定程度的抑制。其中，对盐胁迫响应最为敏感的性状为地下部鲜质量、地上部鲜质量、根尖数和根系分叉数，胁迫系数分别为72.83%、58.81%、55.88%、50.23%。此外，除了茎粗、叶柄长度的胁迫系数较小，仅为14.60%和25.43%，其他指标的胁迫系数均在30%以上。盐胁迫下44份西瓜种质苗期15个农艺性状在品种（系）间的变异幅度均较大，其中在盐胁迫处理下，根系平均直径、地下部干质量、地上部干质量、根系总体积、根尖数的变异系数较大，分别为84.10%、66.67%、63.33%、57.45%和53.92%，其他性状变异系数也均在10%以上，表明这些性状对盐胁迫较为敏感，存在显著的遗传差异性。以上结果为44份西瓜种质耐盐品种的筛选提供了可能。

2.2 各指标耐盐系数的相关性分析

对44份西瓜种质材料15个指标的耐盐系数进行相关性分析，由表3可知，不同指标之间的相关性存在不同程度的差异。株高与茎粗、地上部鲜质量、地下部干质量呈显著正相关；茎粗与叶长呈显著正相关；叶长与叶宽、地上部鲜质量和地下部鲜质量呈极显著正相关；叶宽与地上部鲜质量呈极显著正相关，与叶柄长度和地下部鲜质量呈显著正相关；叶柄长度与地上部干质量呈显著正相关；地上部鲜质量与地下部鲜质量、总根长、根系平均直径和根系分叉数呈极显著正相关，与地下部干质量、根系总表面积、根系总体积和根尖数呈显著正相关；地下部鲜质量与根尖数呈极显著正相关，与地下部干质量、总根长呈显著正相关；地上部干质量与根尖数呈极显著正相关，与总根长、根系平均直径和根系总体积呈显著正相关；地下部干质量与总根长呈显著正相关；根系指标总根长、根系总表面积、根系平均直径、根系总体积、根尖数和根分叉数之间均呈极显著正相关。综上可知：这15个性状指标之间均存在一定相关性，综合影响着西瓜幼苗的耐盐能力，可作为44份西瓜种质耐盐与否的评价指标。

2.3 主成分分析

利用主成分分析法对44个西瓜种质的15个指标的耐盐系数进行降维，结果如表4所示，前4个主成分的贡献率依次为36.36%、18.24%、8.81%、7.69%，累积贡献率达到71.10%，说明4个综合指标能代表15个单项指标的绝大部分信息。其中主成分1中，根系指标贡献率较高，由高到低依次为根系平均直径、总根长、根尖数、根系总体积、根系总表面积、根系分叉数；主成分2中，叶长、叶宽和地上部鲜质量贡献率较高，由高到低依次为叶宽、叶长和地上部鲜质量；主成分3中，株高、叶柄长度和地上部干质量贡献率较高，由高到低依次为叶柄长度、地上部干质量、株高；主成分4中，茎粗和地下部干质量的贡献率较高，由高到低依次为地下部干质量、茎粗。综上所述，通过主成分分析将西瓜15个耐盐相关指标转换为4个相互独立的综合指标，可用于进行下一步耐盐性综合评价。

2.4 西瓜种质苗期耐盐性综合评价

2.4.1 隶属函数综合评价分析 将主成分分析得到的各西瓜种质Ci值代入到隶属函数值公式中，计算出相应的 μ（Xi）值，根据隶属函数值和各指标的权重算出各份种质的 D 值，进而根据 D 值大小對 44份种质进行排序，综合评价不同西瓜种质苗期耐盐性强弱。D值越大，表示西瓜的耐盐性越强。44 份西瓜种质耐盐性排序如表5所示，苗期耐盐性最强的种质为 HY-91、DQ-308，D 值为0.78；其次为 W19-15，D 值为 0.76；苗期耐盐性最差的种质为 HY-17，D 值仅为 0.21。

2.4.2 聚类分析 以不同西瓜种质的耐盐系数为基础，进行系统聚类分析，如图1所示，在欧式距离为10时可将44份西瓜种质分为3类。依据D值的大小，第一类为强耐盐性品种，包括W19-1、HY-91、DQ-308、W19-15、HY-73、W19-10、HY-25、HY-34、HY-20、DQ-302，共10份种质资源；第二类为中耐盐性品种，包括HY-81、HY-87、HY-62、W19-11、DQ-68、W19-8、HY-5、W19-6、DQ-301、HY-90、W19-4、YQ-11、YQ-24、W19-5、HY-85、HY-69、HY-82、W19-20、HY-86、HY-75、HY-83，共21份种质资源；第三类是弱耐盐性品种，包括HY-27、DQ-69、HY-58、W19-18、HY-28、HY-12、HY-56、HY-26、HY-3、YQ-13、W19-17、HY-4、HY-17共13份种质资源。

3 讨论与结论

研究表明，盐胁迫几乎会影响植物所有重要的生命过程，如生长、光合、蛋白合成、能量和脂类代谢[21]，进而造成植物的减产或者死亡。盐胁迫主要指含有NaCl和Na2SO4的盐渍土对植物生长造成的不良反应，其中，NaCl是盐渍土组成中含量最大、迁移能力最强、最活跃的盐分之一[22]。苗期是植物全生育期中对盐胁迫最敏感的阶段，蔬菜主要是在幼苗期进行盐胁迫和筛选耐盐性鉴定指标[23-24]。因此笔者选择NaCl作为盐处理，在西瓜苗期进行耐盐性鉴定。

盐胁迫对植物最为显著的影响就是抑制植株的生长和发育，定义作物的耐盐性，最常使用的指标是植株生物量[25]。同时耐盐系数也能反映各指标之间的关联程度以及供试种质耐盐性强弱[26-27]。试验研究表明，44份西瓜种质经过NaCl胁迫后，株高、茎粗、叶长、叶宽、根系等15个指标的耐盐系数均存在不同程度的相关性，根系指标之间均呈极显著正相关，这些指标综合影响着西瓜幼苗的耐盐能力，与韩志平[18]发现植株总地上鲜质量、株高、茎粗与干质量可以作为西瓜品种耐盐性鉴定指标的研究结果一致。植物的耐盐性是一个受多因素影响的复杂性状，选择单一或者几个指标对西瓜种质进行耐盐性评价，不能准确地评价其耐盐性，可能同一种质会出现不同耐盐性的评价结果，因此需要采用多项指标对耐盐性进行综合评价[28]。高博文等[19]以121份西瓜材料为试材，在苗期进行150 mmol·L-1 NaCl处理，测定6个耐盐相关指标，利用相关性分析，结合主成分分析和隶属函数分析，得到可以综合反映材料耐盐性的D值，筛选出重度盐敏感材料3份、轻度盐敏感材料81份、中间型材料34份和耐盐材料3份；韩志平等[29]通过水培对16个小型西瓜品种幼苗期的多种生长生理指标进行多元分析鉴定，筛选出耐盐性极强品种4个、耐盐性中等品种7个和耐盐性极弱品种5个。

综上所述，笔者通过主成分分析将盐胁迫处理下西瓜苗期的15个单项指标转换为4个相互独立的综合指标，累积贡献率达到71.10%，说明这4个主成分基本代表了供试材料15个指标的绝大部分信息。采用隶属函数法进行综合评价，排名前5的种质分别是HY-91、DQ-308、W19-15、HY-73、W19-10，归为聚类分析中的第一类，属于强耐盐性品种。研究结果为科学评价西瓜种质苗期的耐盐性及耐盐基因的发掘提供了参考依据。

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收稿日期：2023-09-13；修回日期：2023-12-07

基金项目：国家现代农业产业技术体系（CARS-25）；河南省科技攻关项目（232102110223）；河南省重大科技专项（221100110400）

作者简介：马肖静，女，在读博士研究生，主要从事设施蔬菜栽培技术研究。E-mail：maxiaojing4869@163.com

并列第一作者：刘勇鹏，男，助理研究员，主要从事蔬菜育种及生理研究。E-mail：lyp19920120@163.com

通信作者：赵卫星，男，副研究员，主要从事西甜瓜育种及栽培生理研究。E-mail：wxzhao2008@ 163.com