馬肖靜　劉勇鵬　尚文凱　高寧寧　張濤　樸鳳植　王永　趙衛(wèi)星

摘? ? 要：以44份西瓜種質(zhì)為試驗材料，設(shè)置0（CK）和150 mmol·L-1 NaCl 2個處理水平，測定不同西瓜種質(zhì)幼苗的15項指標。以15項指標的耐鹽系數(shù)作為耐鹽性評價依據(jù)，運用相關(guān)性分析、主成分分析、隸屬函數(shù)值法、聚類分析等多元分析方法進行綜合評價。通過主成分分析將15個單項指標轉(zhuǎn)換為4個相互獨立的綜合指標，累計貢獻率為71.10%；以耐鹽系數(shù)為基礎(chǔ)進行聚類分析，篩選出10個高度耐鹽、21個中度耐鹽、13個弱耐鹽西瓜種質(zhì)資源。采用隸屬函數(shù)法進行綜合評價，排名前5的種質(zhì)分別是HY-91、DQ-308、W19-15、HY-73、W19-10，歸為聚類分析中的第一類，屬于強耐鹽性品種。

關(guān)鍵詞：西瓜；苗期；耐鹽性；隸屬函數(shù)；聚類分析

中圖分類號：S641.2 文獻標志碼：A 文章編號：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

鹽漬土是指含鹽量超過一定濃度的土壤，理化性質(zhì)不良，會對作物產(chǎn)生不同程度的抑制作用，嚴重時甚至導(dǎo)致作物死亡[1-2]。當(dāng)前土壤鹽漬化是全球性的環(huán)境問題之一，嚴重制約農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，是制約現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的重要因素。據(jù)統(tǒng)計，全世界鹽漬土面積約10億hm2，我國鹽漬土面積約3460萬hm2，鹽堿化耕地面積760萬hm2，近1/5耕地發(fā)生鹽堿化[3]。已有研究表明，種植耐鹽性較強的植物不僅可以利用鹽漬化土壤，而且能提高土壤修復(fù)能力[4-5]。因此，篩選耐鹽種質(zhì)資源、選育耐鹽品種對鹽漬土壤的利用和治理具有重要意義。西瓜作為我國重要的高效園藝經(jīng)濟作物之一，種植面積占世界總面積的60%以上，產(chǎn)量占70%左右，均居世界首位[6]。西瓜生產(chǎn)周期短且經(jīng)濟效益高，是農(nóng)民增收致富的重要作物，但西瓜是一種中度鹽敏感作物，在鹽脅迫下會造成植物發(fā)育遲緩，抑制植物組織和器官的生長與分化，使植物的發(fā)育進程提前，導(dǎo)致西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)嚴重下降[7-9]。在耐鹽性評價方面，采用主成分分析、隸屬函數(shù)方法進行綜合評價，可以消除各指標間的相關(guān)影響，排除次要指標的干擾作用，很好地處理大量的農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)，找出規(guī)律，指導(dǎo)耐鹽種質(zhì)資源的篩選，目前在小白菜[10]、辣椒[11]、南瓜[12]、甜瓜[13]等多種植物上已得到應(yīng)用。而西瓜苗期的耐鹽性評價還主要集中在鑒定耐鹽砧木方面[14-16]。此外，閻志紅等[17]研究表明，120 mmol·L-1 NaCl脅迫下不同耐鹽能力西瓜種質(zhì)資源間的鹽害指數(shù)變異很大，能比較準確地指示其發(fā)芽期的耐鹽能力；韓志平[18]研究表明，150 mmol·L-1 NaCl脅迫下，西瓜幼苗生物量和生長勢均顯著下降；高博文等[19]在西瓜苗期進行150 mmol·L-1 NaCl處理，通過主成分分析及隸屬函數(shù)法將121份西瓜材料劃分為4個等級。因此，筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，以44份西瓜種質(zhì)為試驗材料，設(shè)置150 mmol·L-1 NaCl在西瓜苗期進行鹽脅迫處理，測定苗期的主要農(nóng)藝性狀，以15個指標的耐鹽系數(shù)為基礎(chǔ)，采用相關(guān)性分析、主成分分析、隸屬函數(shù)法、聚類分析等多元統(tǒng)計方法對44個西瓜種質(zhì)苗期耐鹽性進行綜合評價，以期篩選出耐鹽性較強的西瓜種質(zhì)資源，為挖掘西瓜耐鹽基因提供一定的試驗材料和參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試的44份西瓜種質(zhì)材料由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所提供，均為小果型西瓜引種資源，相關(guān)信息見表1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2023年3—4月在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院實驗室內(nèi)進行。將44份大小一致、飽滿的西瓜種子于55 °C溫湯消毒殺菌，隨后將試驗材料于25 °C恒溫箱中催芽12～24 h，待種子露白后播種于含有蛭石的50孔穴盤（54 cm×28 cm）中。每個品種均設(shè)0（CK）、150 mmol·L-1NaCl溶液2個處理，每個穴孔的處理量為10 mL（CK用1/2 Hoaglands營養(yǎng)液代替），按隨機區(qū)組排列，每個處理3次重復(fù)，每個重復(fù)100株。用1/2 Hoaglands營養(yǎng)液連續(xù)澆灌至幼苗1葉1心時，進行鹽脅迫處理。每2 d更換1次營養(yǎng)液和NaCl溶液。

1.3 測定指標與方法

在鹽脅迫處理的第17 天，每個處理隨機取20株，3次重復(fù)，測定株高、莖粗、葉長、葉寬、葉柄長度、地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量、總根長、根系總表面積、根系總體積、根系平均直徑、根尖數(shù)、根系分叉數(shù)共15個指標。

株高用卷尺測量從幼苗莖基部到生長點的高度；莖粗用游標卡尺測量幼苗主莖基部位置；葉長、葉寬、葉柄長度分別用直尺測量（第三片葉/完全葉）葉片從葉基到葉尖的距離、葉片最寬處的橫徑、葉片與莖相連接的距離；每個處理取20株幼苗，去離子水沖洗后用濾紙擦干植株上的水分，使用精度為0.01 g的電子天平分別測量地上部鮮質(zhì)量和地下部鮮質(zhì)量后，將植株地上部和地下部放于105 °C烘箱中殺青15 min，75 °C下烘干至恒質(zhì)量，用精度為0.000 1 g的電子天平稱量干質(zhì)量；利用根系掃描儀（Epson，Long Beach，USA）掃描總根長、根系總表面積、根系總體積、根系平均直徑、根尖數(shù)和根系分叉數(shù)。

1.4 耐鹽系數(shù)的計算

根據(jù)測量得到的原始數(shù)據(jù)，用公式（1）計算各項指標的耐鹽系數(shù)。

單項耐鹽系數(shù)=鹽脅迫處理測定值/CK測定值。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

脅迫系數(shù)/%=（CK值-鹽脅迫處理值）/CK值×100。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

變異系數(shù)/%=標準差/均值×100。? ? ? ? ? ? ?（3）

為明確不同西瓜品種的苗期耐鹽性差異，對單項耐鹽系數(shù)采用隸屬函數(shù)法及主成分分析法[19-20]進行綜合評價。

1.5 數(shù)據(jù)計算和統(tǒng)計處理

利用Microsoft Excel 2013 進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計整理和耐鹽系數(shù)的計算；利用 SPSS 21. 0軟件進行方差分析、相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫下44份西瓜種質(zhì)苗期農(nóng)藝性狀的差異

由表2可知，鹽脅迫下，各西瓜種質(zhì)幼苗的株高、莖粗、葉長、葉寬、葉柄長度、地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量及根系生長指標等都受到一定程度的抑制。其中，對鹽脅迫響應(yīng)最為敏感的性狀為地下部鮮質(zhì)量、地上部鮮質(zhì)量、根尖數(shù)和根系分叉數(shù)，脅迫系數(shù)分別為72.83%、58.81%、55.88%、50.23%。此外，除了莖粗、葉柄長度的脅迫系數(shù)較小，僅為14.60%和25.43%，其他指標的脅迫系數(shù)均在30%以上。鹽脅迫下44份西瓜種質(zhì)苗期15個農(nóng)藝性狀在品種（系）間的變異幅度均較大，其中在鹽脅迫處理下，根系平均直徑、地下部干質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、根系總體積、根尖數(shù)的變異系數(shù)較大，分別為84.10%、66.67%、63.33%、57.45%和53.92%，其他性狀變異系數(shù)也均在10%以上，表明這些性狀對鹽脅迫較為敏感，存在顯著的遺傳差異性。以上結(jié)果為44份西瓜種質(zhì)耐鹽品種的篩選提供了可能。

2.2 各指標耐鹽系數(shù)的相關(guān)性分析

對44份西瓜種質(zhì)材料15個指標的耐鹽系數(shù)進行相關(guān)性分析，由表3可知，不同指標之間的相關(guān)性存在不同程度的差異。株高與莖粗、地上部鮮質(zhì)量、地下部干質(zhì)量呈顯著正相關(guān)；莖粗與葉長呈顯著正相關(guān)；葉長與葉寬、地上部鮮質(zhì)量和地下部鮮質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)；葉寬與地上部鮮質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，與葉柄長度和地下部鮮質(zhì)量呈顯著正相關(guān)；葉柄長度與地上部干質(zhì)量呈顯著正相關(guān)；地上部鮮質(zhì)量與地下部鮮質(zhì)量、總根長、根系平均直徑和根系分叉數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與地下部干質(zhì)量、根系總表面積、根系總體積和根尖數(shù)呈顯著正相關(guān)；地下部鮮質(zhì)量與根尖數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與地下部干質(zhì)量、總根長呈顯著正相關(guān)；地上部干質(zhì)量與根尖數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與總根長、根系平均直徑和根系總體積呈顯著正相關(guān)；地下部干質(zhì)量與總根長呈顯著正相關(guān)；根系指標總根長、根系總表面積、根系平均直徑、根系總體積、根尖數(shù)和根分叉數(shù)之間均呈極顯著正相關(guān)。綜上可知：這15個性狀指標之間均存在一定相關(guān)性，綜合影響著西瓜幼苗的耐鹽能力，可作為44份西瓜種質(zhì)耐鹽與否的評價指標。

2.3 主成分分析

利用主成分分析法對44個西瓜種質(zhì)的15個指標的耐鹽系數(shù)進行降維，結(jié)果如表4所示，前4個主成分的貢獻率依次為36.36%、18.24%、8.81%、7.69%，累積貢獻率達到71.10%，說明4個綜合指標能代表15個單項指標的絕大部分信息。其中主成分1中，根系指標貢獻率較高，由高到低依次為根系平均直徑、總根長、根尖數(shù)、根系總體積、根系總表面積、根系分叉數(shù)；主成分2中，葉長、葉寬和地上部鮮質(zhì)量貢獻率較高，由高到低依次為葉寬、葉長和地上部鮮質(zhì)量；主成分3中，株高、葉柄長度和地上部干質(zhì)量貢獻率較高，由高到低依次為葉柄長度、地上部干質(zhì)量、株高；主成分4中，莖粗和地下部干質(zhì)量的貢獻率較高，由高到低依次為地下部干質(zhì)量、莖粗。綜上所述，通過主成分分析將西瓜15個耐鹽相關(guān)指標轉(zhuǎn)換為4個相互獨立的綜合指標，可用于進行下一步耐鹽性綜合評價。

2.4 西瓜種質(zhì)苗期耐鹽性綜合評價

2.4.1 隸屬函數(shù)綜合評價分析 將主成分分析得到的各西瓜種質(zhì)Ci值代入到隸屬函數(shù)值公式中，計算出相應(yīng)的 μ（Xi）值，根據(jù)隸屬函數(shù)值和各指標的權(quán)重算出各份種質(zhì)的 D 值，進而根據(jù) D 值大小對 44份種質(zhì)進行排序，綜合評價不同西瓜種質(zhì)苗期耐鹽性強弱。D值越大，表示西瓜的耐鹽性越強。44 份西瓜種質(zhì)耐鹽性排序如表5所示，苗期耐鹽性最強的種質(zhì)為 HY-91、DQ-308，D 值為0.78；其次為 W19-15，D 值為 0.76；苗期耐鹽性最差的種質(zhì)為 HY-17，D 值僅為 0.21。

2.4.2 聚類分析 以不同西瓜種質(zhì)的耐鹽系數(shù)為基礎(chǔ)，進行系統(tǒng)聚類分析，如圖1所示，在歐式距離為10時可將44份西瓜種質(zhì)分為3類。依據(jù)D值的大小，第一類為強耐鹽性品種，包括W19-1、HY-91、DQ-308、W19-15、HY-73、W19-10、HY-25、HY-34、HY-20、DQ-302，共10份種質(zhì)資源；第二類為中耐鹽性品種，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份種質(zhì)資源；第三類是弱耐鹽性品種，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份種質(zhì)資源。

3 討論與結(jié)論

研究表明，鹽脅迫幾乎會影響植物所有重要的生命過程，如生長、光合、蛋白合成、能量和脂類代謝[21]，進而造成植物的減產(chǎn)或者死亡。鹽脅迫主要指含有NaCl和Na2SO4的鹽漬土對植物生長造成的不良反應(yīng)，其中，NaCl是鹽漬土組成中含量最大、遷移能力最強、最活躍的鹽分之一[22]。苗期是植物全生育期中對鹽脅迫最敏感的階段，蔬菜主要是在幼苗期進行鹽脅迫和篩選耐鹽性鑒定指標[23-24]。因此筆者選擇NaCl作為鹽處理，在西瓜苗期進行耐鹽性鑒定。

鹽脅迫對植物最為顯著的影響就是抑制植株的生長和發(fā)育，定義作物的耐鹽性，最常使用的指標是植株生物量[25]。同時耐鹽系數(shù)也能反映各指標之間的關(guān)聯(lián)程度以及供試種質(zhì)耐鹽性強弱[26-27]。試驗研究表明，44份西瓜種質(zhì)經(jīng)過NaCl脅迫后，株高、莖粗、葉長、葉寬、根系等15個指標的耐鹽系數(shù)均存在不同程度的相關(guān)性，根系指標之間均呈極顯著正相關(guān)，這些指標綜合影響著西瓜幼苗的耐鹽能力，與韓志平[18]發(fā)現(xiàn)植株總地上鮮質(zhì)量、株高、莖粗與干質(zhì)量可以作為西瓜品種耐鹽性鑒定指標的研究結(jié)果一致。植物的耐鹽性是一個受多因素影響的復(fù)雜性狀，選擇單一或者幾個指標對西瓜種質(zhì)進行耐鹽性評價，不能準確地評價其耐鹽性，可能同一種質(zhì)會出現(xiàn)不同耐鹽性的評價結(jié)果，因此需要采用多項指標對耐鹽性進行綜合評價[28]。高博文等[19]以121份西瓜材料為試材，在苗期進行150 mmol·L-1 NaCl處理，測定6個耐鹽相關(guān)指標，利用相關(guān)性分析，結(jié)合主成分分析和隸屬函數(shù)分析，得到可以綜合反映材料耐鹽性的D值，篩選出重度鹽敏感材料3份、輕度鹽敏感材料81份、中間型材料34份和耐鹽材料3份；韓志平等[29]通過水培對16個小型西瓜品種幼苗期的多種生長生理指標進行多元分析鑒定，篩選出耐鹽性極強品種4個、耐鹽性中等品種7個和耐鹽性極弱品種5個。

綜上所述，筆者通過主成分分析將鹽脅迫處理下西瓜苗期的15個單項指標轉(zhuǎn)換為4個相互獨立的綜合指標，累積貢獻率達到71.10%，說明這4個主成分基本代表了供試材料15個指標的絕大部分信息。采用隸屬函數(shù)法進行綜合評價，排名前5的種質(zhì)分別是HY-91、DQ-308、W19-15、HY-73、W19-10，歸為聚類分析中的第一類，屬于強耐鹽性品種。研究結(jié)果為科學(xué)評價西瓜種質(zhì)苗期的耐鹽性及耐鹽基因的發(fā)掘提供了參考依據(jù)。

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收稿日期：2023-09-13；修回日期：2023-12-07

基金項目：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-25）；河南省科技攻關(guān)項目（232102110223）；河南省重大科技專項（221100110400）

作者簡介：馬肖靜，女，在讀博士研究生，主要從事設(shè)施蔬菜栽培技術(shù)研究。E-mail：maxiaojing4869@163.com

并列第一作者：劉勇鵬，男，助理研究員，主要從事蔬菜育種及生理研究。E-mail：lyp19920120@163.com

通信作者：趙衛(wèi)星，男，副研究員，主要從事西甜瓜育種及栽培生理研究。E-mail：wxzhao2008@ 163.com