杨丽敏，谭 海，戴冬洋，徐 鑫，王 超，王 岭，盛云燕
(黑龙江八一农垦大学，黑龙江 大庆 163316)
土壤盐碱化已成为制约农业发展的主要因素之一[1]。黑龙江省大庆市地处我国松嫩平原，松嫩平原是世界三大盐渍土集中分布地区之一，土壤类型属于硫酸盐苏打盐渍土[2]。松嫩平原盐碱地一般既含有中性盐(NaCl、Na2SO4)又含有碱性盐(NaHCO3、Na2CO3)[3]。挖掘抗盐碱品种，是利用盐碱土壤，保持物种多样性最有效的措施之一。盐碱胁迫对植物种子萌发起抑制作用[4]，盐渍化会影响种子的发芽速度、发芽指数等指标[5-6]。园艺作物中相关研究对象是番茄[7]、南瓜[8]、黄瓜[9]和西瓜[10]，普遍认为甜瓜具有一定程度的耐盐性[11]，随着土壤盐碱化加剧，甜瓜盐碱胁迫的研究逐渐受到重视[12]。
甜瓜(CucumismeloL.)是葫芦科一年生蔓性草本植物，是重要的园艺作物，沙土、沙壤土、黏土均可种植，耐贫瘠，在全世界广泛种植，具有栽培周期短、投入产出高、增收显著等优点[13-14]。低浓度NaCl处理可促进甜瓜种子的萌发及幼苗的生长，NaCl浓度越高对甜瓜的抑制作用越明显[15-19]。植物在逆境胁迫下会产生大量的活性氧(ROS)，使细胞膜受损，影响植物的生长发育[20]。为减小活性氧伤害，植物进化出了活性氧保护酶系统，可在胁迫环境下减少损伤[21-22]。酶清除系统包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)[23]。前人的研究主要集中在单一盐胁迫或碱胁迫，盐碱结合模拟土壤盐碱水平对甜瓜萌发影响的相关研究较少。单一的盐碱处理并不能完全模拟现有盐碱化土壤成分，土壤中盐化和碱化是相伴而生的，因此本研究模拟大庆市农用黑钙土中CO32-、HCO3-、Cl-和SO42-等4种阴离子的含量比例，配置不同浓度处理液，并利用隶属函数值法和聚类分析法筛选和鉴定了42个甜瓜品种对盐碱的耐性，以期筛选出耐盐碱甜瓜品种，为大庆地区有效利用盐碱化土壤及实现甜瓜高产和新品种的选育提供参考。
1.1 试验材料
供试甜瓜品种共42份，具体来源及品种名称详见表1。
1.2 试验方法
根据大庆地区农用黑钙土中阴离子含量比例[24]配置盐碱处理液(摩尔质量比为Na2CO3∶NaHCO3∶NaCl∶Na2SO4=3∶57∶25∶15)。处理液浓度分别为100 mmol/L、200 mmol/L、250 mmol/L和260 mmol/L，对照组为清水催芽。
每个品种随机挑选30粒饱满的种子，每个处理3次重复，清水浸种8 h后，采用培养皿纸上发芽法，在培养皿中铺一层滤纸，将种子置于滤纸上，处理液浸湿滤纸，置于28 ℃恒温培养箱中。以露白作为萌发标准，每天定时观察记录种子发芽数，观察后更换滤纸以避免培养皿内水分蒸发引起处理液浓度变化，共记录7 d。
发芽率(%)=(7 d内发芽种子数/供试种子数)×100%；
发芽受损率(%)=[(对照发芽数-处理发芽数)/对照发芽数]×100%；
发芽势(%)=(前3 d发芽的种子数/供试种子数)×100%；
相对发芽势(%)=(处理发芽势/对照发芽势)×100%；
发芽指数=∑Gt/Dt，式中，Gt为在t日的发芽数，Dt为相应的发芽日数；
相对发芽指数(%)=(处理发芽指数/对照发芽指数)×100%。
根据隶属函数值结合聚类分析结果，分别在耐盐碱型、较耐盐碱型和盐碱敏感型甜瓜品种中随机挑选3个品种用于生理指标的测定，参照JANG等[25]的方法测定SOD、POD、CAT活性。
1.3 数据分析
隶属函数值[26]公式为：
X(ij)=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)
其中，X(ij)表示i种类j指标的隶属值，Xij表示测定值；
Xjmax表示指标的最大值，Xjmin表示指标的最小值。试验中发芽受损率表现为胁迫程度越大，受损程度越高，故发芽受损率采用反隶属函数值法，公式为：
Xij=1-(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)
采用Origin 2018和SPSS 20.0软件进行数据处理，用Duncan多重比较法(p<0.05)进行统计分析。采用SPSS 20.0软件对42份甜瓜材料各项指标的隶属函数值进行聚类分析[27]。
2.1 盐碱胁迫对甜瓜种子发芽率的影响
盐碱胁迫对42个甜瓜品种发芽率的影响结果见表2，从表2可以看出，多数甜瓜品种随着处理液浓度的增加发芽率降低，发芽受损率增加。其中6个(7223 M-231、44378、WI 998、HM 1-1、258、甜如蜜)甜瓜品种在低浓度处理时表现为促进发芽。处理液浓度为250 mmol/L时，甜瓜种子萌发出现转折点，超过四分之三的甜瓜品种萌发受到抑制。当处理液浓度为260 mmol/L时，Na+浓度为306.8 mmol/L，特大绿麻瓜、可真甜和懒瓜王3个品种萌发，其中特大绿麻瓜发芽率最高，为13.33%。
2.2 盐碱胁迫对甜瓜种子发芽势的影响
受盐碱胁迫后的各甜瓜品种发芽势随着处理液浓度的增大而呈下降趋势。不同品种甜瓜在相同浓度处理液处理后发芽势间差异显著(p<0.05)。处理液浓度为200 mmol/L，各甜瓜品种的发芽势显著低于对照处理，绝大多数品种相对发芽势低于50%，抑制效果明显，此浓度下相对发芽势最高的品种为甜如蜜(77%)，处理液浓度达到260 mmol/L时各品种发芽势均为0(见表3)。
表1 供试品种及来源Table 1 Varieties and sources of test materials
2.3 盐碱胁迫对甜瓜种子发芽指数的影响
由表4可见，各甜瓜品种的发芽指数平均值随着处理液浓度的增大而呈下降趋势。不同品种甜瓜在相同浓度处理液处理后发芽指数间差异显著(p<0.05)。
处理液浓度为100 mmol/L时，有28份品种发芽指数显著低于对照处理，其中11个品种相对发芽指数低于50%；
处理液浓度为200 mmol/L时，各品种甜瓜的发芽指数显著低于对照，25个甜瓜品种发芽指数接近0，抑制效果明显。处理液浓度为260 mmol/L时，仅有特大绿麻瓜、可真甜和懒瓜王发芽指数不为0，其中特大绿麻瓜发芽指数最高，为1.46。
2.4 不同品种甜瓜种子耐盐碱性综合评价及聚类分析
计算42个品种甜瓜种子的6个指标(发芽率、发芽势、发芽指数、发芽受损率、相对发芽势、相对发芽指数)的隶属函数值(隶属函数值越大，甜瓜品种的耐盐碱性越强)，以隶属函数值进行聚类分析，综合评价供试甜瓜品种的耐盐碱性。以平方欧式距离11.5为标准将42个甜瓜品种分为三类，根据隶属函数值综合排名，第Ⅰ类为耐盐碱性甜瓜品种，包括18个甜瓜品种，其中甜如蜜、懒瓜王、嘎嘎甜3个品种的隶属函数值最高，综合评价为最耐盐碱型；
第Ⅱ类为较耐盐碱型甜瓜品种，包括吃不够、甜如蜜2号、特大灰鼠子等15个品种；
第Ⅲ类为盐碱敏感型甜瓜品种，包括9个品种，其中MS-5、Top mark和甜脆花皮(烧瓜)3个品种对盐碱胁迫最为敏感(图1)。
图1 盐碱胁迫下甜瓜萌发期指标隶属函数值聚类分析Fig.1 Cluster analysis of membership function values of melon germination indexes under saline alkali stress
2.5 盐碱胁迫下甜瓜萌发期抗氧化酶活性的测定
如图2所示，耐盐碱型、较耐盐碱型和盐碱敏感型的SOD活性随着处理液浓度的增大呈先升后降的趋势，在处理液浓度为50 mmol/L时达到高峰。耐盐碱品种的POD活性随处理液浓度的增加呈持续上升的趋势；
较耐盐碱品种除嘎嘎甜外，其余品种POD活性随处理液浓度的增加呈先升后降趋势，但3个品种活性在处理液浓度为100 mmol/L时均大于对照；
盐碱敏感型品种的POD活性随处理液浓度的增加呈先升后降的趋势，在处理液浓度为100 mmol/L时低于对照。CAT活性在耐盐碱型、较耐盐碱型和盐碱敏感型品种中无同一趋势，盐碱敏感品种CAT活性的变化较其他两类品种(耐盐碱品种和较耐盐碱型品种)明显，总体呈下降趋势。
图2 盐碱胁迫下甜瓜萌发期抗氧化酶活性的测定Fig.2 Determination of antioxidant enzyme activity of muskmelon in germination period under salt-alkali stress
表2 盐碱胁迫对甜瓜种子发芽率的影响Table 2 Effect of salt-alkali stress on seed germination rate of melon
表3 盐碱胁迫对甜瓜种子发芽势的影响Table 3 Effect of salt-alkali stress on seed germination potential of melon
表4 盐碱胁迫对甜瓜种子发芽指数的影响Table 4 Effect of salt-alkali stress on seed germination index of melon
盐碱胁迫是常见的非生物胁迫，盐碱胁迫是植物生长发育的重要环境因子之一，植物对盐碱胁迫的承受程度决定植物生长发育受到抑制的程度[28]。陈映彤等[29]研究表明，低浓度的盐碱胁迫可促进甜瓜产量形成和品质改善。朱春燕[30]研究显示，高浓度盐胁迫会降低甜瓜果实品质。筛选和鉴定耐盐碱甜瓜品种，有利于对盐碱化土壤的利用，提高果实品质。本试验结果表明，在处理液浓度为260 mmol/L时，从42个品种中筛选得到特大绿麻瓜、可真甜和懒瓜王3个耐盐碱甜瓜品种，通过发芽率、发芽势、发芽指数3个指标以及其能耐受的盐碱浓度进行判断，特大绿麻瓜为最耐盐碱的甜瓜品种。盐碱胁迫下，甜瓜种子发芽率、发芽势和发芽指数发生变化，随着浓度的增大抑制作用加强；
部分甜瓜品种在100 mmol/L处理液下发芽率没有明显变化，但是发芽势和发芽指数均受到影响，说明此浓度的盐碱处理对种子的萌发速度有一定的影响。
当处理液浓度达到200 mmol/L以上时，不同品种间的差异显著，结果与大多数单盐[18,31-34]、复合盐碱(海水)[35-36]胁迫对甜瓜萌发的研究结果相符，本试验认为，200～250 mmol/L处理液可用于筛选甜瓜耐盐碱品种。
种子萌发和幼苗生长是植物生长繁殖的关键阶段，种子在盐碱环境下的发芽能力和幼苗生长情况可直接影响植物形态建成，从而影响植株的生殖生长[37]。朱春燕等[38]将发芽势、发芽率、发芽指数3个指标作为甜瓜耐盐性品种鉴定的重要指标，其次是发芽受损率和平均发芽天数。本研究中，发芽率、发芽势和发芽指数随着盐碱处理浓度的上升呈降低趋势，与赵宁等[39]和徐志然等[40]的研究结果一致。
盐碱胁迫使植物体内积累过多的活性氧,如不能及时清除会引起一系列不良反应，进而影响植物正常生长[19,41]。超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶是植物重要的抗氧化酶，它们协同作用能有效清除活性氧，将其转化为水等无害物质从而保护植物。本研究中，超氧化物歧化酶活性在处理液浓度为50 mmol/L时达到高峰，说明甜瓜在受到较低的盐碱胁迫时超氧化物歧化酶活性有所升高，用以抵御胁迫带来的伤害，当处理液浓度达到100 mmol/L时，活性氧积累量超出抗氧化酶系统的调节能力，致使超氧化物歧化酶活性下降。在抗氧化酶系统中，超氧化物歧化酶是第一道防线，在供试甜瓜中超氧化物歧化酶值均呈先升后降趋势，这与郑译儒等[42]的研究结果相似；
供试甜瓜耐盐碱型、较耐盐碱型和盐碱敏感型的过氧化物酶活性有较大差异。耐盐碱品种的过氧化物酶活性呈上升趋势，盐碱敏感品种则呈低盐碱胁迫下酶活性升高，高盐碱胁迫酶活性下降的趋势，这可能与其耐盐碱性有关，此时维持较高的保护酶活性可以降低盐碱胁迫对种子的影响，保护种子的萌发和生长。在较轻的盐碱胁迫下，植物可通过增加抗氧化酶的活性来消除胁迫带来的影响，随着盐碱胁迫的增强，超出植物自身的调节能力，导致抗氧化酶活性下降，活性氧无法被及时清除，影响种子的正常萌发以及生长，甚至导致其死亡。
本试验中，混合盐碱处理液浓度为200～250mmol/L最能反映甜瓜在盐碱胁迫下的差异，可用于甜瓜耐盐碱品种的大批量筛选。通过聚类分析结合隶属函数值综合分析，耐盐碱品种为甜如蜜、懒瓜王、嘎嘎甜；
盐碱敏感型品种为甜脆花皮(烧瓜)、Top mark、MS-5。