葡萄是一種具有重要經(jīng)濟價值的園藝植物,對鹽脅迫中度敏感,土壤鹽分含量高于100mM會導致葡萄產(chǎn)量降低和糖分含量顯著下降。隨著我國土壤鹽漬化日趨嚴重,葡萄主產(chǎn)區(qū)面臨威脅,葡萄生產(chǎn)上亟需加快耐鹽種質(zhì)的選育。對葡萄種質(zhì)進行耐鹽性評價并篩選耐鹽種質(zhì),是葡萄耐鹽育種的重要前提。
由于植物響應鹽脅迫涉及離子驅(qū)逐、離子轉(zhuǎn)運、水通道、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、次級代謝、細胞壁重整以及響應協(xié)調(diào)等多個代謝通路,響應機制復雜,因此,相關生理指標能夠從不同方面反應出葡萄對鹽脅迫不同程度地的響應,進而被用于評價葡萄耐鹽性。另一方面,基于形態(tài)指標的綜合表型評價仍然是葡萄耐鹽評價以及種質(zhì)篩選的重要方法,如鹽害等級、鹽害指數(shù)等。此外,由于土壤鹽脅迫會直接導致根系生長受阻并進一步阻礙地上部的生長,這將直接表現(xiàn)在葡萄生物量積累的減少,因此,生物量也能夠反應出葡萄抵抗鹽脅迫的強弱。Walker等通過連續(xù)5年研究發(fā)現(xiàn)隨鹽濃度升高導致7種葡萄砧木的一年生枝條生物量逐漸降低。Vila通過測定3個葡萄砧木及嫁接組合在不同鹽濃度脅迫下的地下部與地上部生物量,發(fā)現(xiàn)葡萄耐鹽性與種質(zhì)的原生活力有關。生物量也被相關學者用作表型指標,來評價葡萄植株的耐鹽性。然而,葡萄種質(zhì)的原生活力是否有助于其抵抗或適應鹽脅迫仍缺乏足夠的證據(jù)支持。為此,本研究選擇具有廣泛遺傳背景的37份葡萄種質(zhì),通過比較各種質(zhì)幼苗在鹽脅迫與未脅迫處理下的生物量差異,來探析種質(zhì)原生活力與其耐鹽性的關系,并基于此對葡萄種質(zhì)鹽脅迫下的生長勢進行評價分析,以期為葡萄耐鹽種質(zhì)的篩選提供參考。
一、材料與方法
1.1 試驗材料
供試材料為37份葡萄種質(zhì)的一年生扦插苗(表1),扦插段母樹種植于河北省農(nóng)林科學院昌黎果樹研究所施各莊創(chuàng)新基地的葡萄資源圃。一年生苗根部剪留5cm后種植于營養(yǎng)缽(5cm×13cm)中,培養(yǎng)基質(zhì)配方為沙子:珍珠巖:草炭土=1:1:1(0.8L)。
1.2 處理方法
處理方法參考袁軍偉的方法。2023年5月25日,在日光溫室內(nèi),待幼苗長至5~6片葉時,選取生長一致的健康營養(yǎng)缽苗為試材,放入營養(yǎng)缽托架上,隨后放入長4m×寬2m×深0.2m的鹽池或水池中。營養(yǎng)缽底部有3個小孔,營養(yǎng)缽托架使營養(yǎng)缽底部不接觸池底。所用NaCl濃度為100mM,以等量蒸餾水為對照。池內(nèi)溶液深度保持在4cm,每天傍晚緩慢補充蒸餾水至4cm深,每3天更換一次鹽水或蒸餾水。每個種質(zhì)每個處理設3個重復。
1.3 測定指標
待處理到第14天,植株葉片邊緣開始出現(xiàn)失水枯萎,將池中鹽溶液或水排出。拆除營養(yǎng)缽,取出完整的葡萄植株,做好標記,帶回實驗室。用蒸餾水清洗植株根部殘留基質(zhì),用剪刀將根、葉片(帶葉柄)、莖分離,莖為當年生綠枝,需用剪刀分割,分別將裝進信封并標記。所有樣品均放置于65℃烘箱中烘干??偢芍?葉干重+莖干重+根干重。
1.4 數(shù)據(jù)處理與分析
所有樣本的葉干重、莖干重、根干重采用單因素方差分析,采用圖基法進行事后檢驗。各種質(zhì)鹽脅迫與對照之間總干重通過T-test進行比較,比較前進行方差齊性檢驗。數(shù)據(jù)的處理與分析分別在Excel 2019和SPSS 26中完成。主成分分析、系統(tǒng)進化分析和圖形繪制在Origin 2021中完成。
二、結果與分析
2.1 鹽脅迫對不同葡萄種質(zhì)葉干重的影響
同一生長期內(nèi),種質(zhì)平均葉干重0.37~2.93g·株-1,鹽脅迫后降至0.23~2.24g·株-1。鹽脅迫導致平均葉干重從1.49g·株-1降至1.14g·株-1,多數(shù)葡萄種質(zhì)的葉干重下降,盡管除了CR6外,這種下降并不顯著。值得注意的是,在部分種質(zhì)中發(fā)現(xiàn)鹽脅迫下葉干重均值升高,如SO4、香妃、CR1、140R、巨峰、CR4、山河二號以及101-14。鹽脅迫后葉干重下降幅度較大的依次為玫瑰香、CR6、A33、A31、寶光、陽光玫瑰、5C等,下降幅度45%~60%(相比對照)。從鹽脅迫下葉干重的比較來看,貝達的葉干重最高,相比對照小幅下降9%,其次為101-14、5BB、Valiant、山河二號、黃金蜜等,其中Valiant和CR5在正常生長情況下的葉干重最高,經(jīng)鹽脅迫出現(xiàn)較大降幅后仍具有較高葉干重。雙豐在鹽脅迫與正常情況下的葉干重均為最低,且其葉干重下降了39%。
2.2 鹽脅迫對不同葡萄種質(zhì)莖干重的影響
相比于葉干重,鹽脅迫后莖干重下降幅度較為明顯,從0.15~2.62g·株-1降至0.09~1.17g·株-1,均值由0.88g·株-1降至0.61g·株-1,其中Valiant、CR5、CR6莖干重顯著下降。此外,與葉干重相似,山河二號、101-14、140R、CR4、CR1、巨峰、香妃、SO4以及A32莖干重均值升高,但升高幅度較小。莖干重下降幅度較大的依次有CR6、A31、Valiant、雙豐、CR5、陽光玫瑰、CR8等,下降幅度50~72%。從鹽脅迫下莖干重的排序可看出,莖干重較高的Valiant、CR5、貝達、5BB、黃金蜜、8B等,在正常生長情況下同樣可產(chǎn)出較高的莖干重,雖然部分種質(zhì)鹽脅迫后莖干重有較大的下降。雙豐的莖干重最小,且下降幅度大于葉干重。同時發(fā)現(xiàn),5C、A33、1202C莖干重相較葉干重在評價種質(zhì)中排序明顯提前,這可能是這些種質(zhì)葉片相對較小或者莖較粗/長的原因;在巨峰、Dogridge等種質(zhì)中出現(xiàn)相反的情況,這可能是這些種質(zhì)葉片相對較大或莖較細/短的原因。
2.3鹽脅迫對不同種質(zhì)根干重的影響
根干重占植株總干重比例較小,鹽脅迫前為9.6%,鹽脅迫后為9.9%。同樣條件下,根干重在種質(zhì)間的差異大于葉干重與莖干重,鹽脅迫前Valiant的根干重最大,為0.82g·株-1,是雙豐的葉干重(0.03g·株-1)近30倍,鹽脅迫后脆光的根干重最大,為0.38g·株-1,是雙豐(0.03g·株-1)的14倍。除Valiant和貝達之外,鹽脅迫后各種質(zhì)的根干重下降并不顯著,甚至脆光、巨峰、Fercal、101-14、蜜光、5BB、BRNo2、CR4、香妃、CR3、A32的根干重均值呈現(xiàn)不同程度的升高。鹽脅迫后,脆光、CR5、140R等根干重較高,且與對照相比均值差異較??;雙豐、A32、SO4等根干重低,并與對照處理無明顯差異。
2.4 鹽脅迫對不同種質(zhì)總干重的影響
鹽脅迫后,多數(shù)葡萄種質(zhì)的總干重下降,均值由2.62g·株-1下降至1.93 g·株-1。在對照組中總干重較高的種質(zhì)經(jīng)鹽脅迫后總干重下降幅度較大,在Valiant、CR6、摩爾多瓦、紅地球、CR8中下降明顯。對照組中總干重較低的種質(zhì)經(jīng)鹽脅迫后總干重下降幅度較小,在一些種質(zhì)中反而有總干重均值升高趨勢,如在CR1經(jīng)鹽脅迫后總干重明顯升高。盡管如此,總體看來,脅迫前生物量積累較高的種質(zhì)在鹽脅迫后其總生物量仍舊較高。鹽脅迫下總干重較高的依次有貝達、Valiant、5BB、CR5、101-14、黃金蜜等,較低的主要有雙豐、A32、SO4、美人指等。
2.5 鹽脅迫前生物量對鹽脅迫后生物量的影響
為探究葡萄先天生長活力對其鹽脅迫下生物量的影響,本研究對各種質(zhì)鹽脅迫前后的葉干重、莖干重、根干重與總干重進行了線性回歸分析。結果顯示,莖干重能夠解釋鹽脅迫后莖干重變異的53%,而葉干重則僅能解釋34%的變異,此外根干重和總干重可解釋各自變異的46%。這表明,葡萄種質(zhì)的生長活力確實會影響其在鹽脅迫中的表現(xiàn),具有強生長勢的種質(zhì)在鹽脅迫下更傾向于保持其生長活力上的優(yōu)勢,產(chǎn)出較高的生物量。同時表明,葡萄先天生長活力只是影響其在鹽脅迫下生長表現(xiàn)的重要因素之一。
2.6 基于鹽脅迫后生物量的綜合分析
為分析不同葡萄種質(zhì)在鹽脅迫下生物量積累特征,基于葉干重、莖干重、根干重、總干重對37份種質(zhì)進行了主成分分析與系統(tǒng)聚類分析。主成分分析結果顯示(圖6),兩個主成分解釋了變量的96.4%。葉干重與莖干重高度相關,根干重與兩者不相關,同時因根干重在總干重中占比低,所以總干重與莖干重和葉干重高度相關。鹽脅迫后,貝達、5BB等種質(zhì)的特征是地上部干重較高,脆光、140R則以根干重高為特點,Valiant、CR5等在根干重以及地上部干重上均較高,而雙豐、A32、SO4、美人指等則在所有干重指標中表現(xiàn)均較差。系統(tǒng)進化分析顯示(圖7),雙豐以極弱的長勢與其他種質(zhì)距離較遠,貝達則因長勢較強而與其他種質(zhì)距離較遠。除了長勢強的貝達和長勢極弱的雙豐外,進一步可在歐式距離0.7處(虛線處),將剩余葡萄種質(zhì)則可歸為三組。鹽脅迫下長勢強的代表種質(zhì)有Valiant、CR5、5BB、101-14等;長勢弱的有美人指、SO4、A32等;長勢中等的有110R、巨峰、紅地球等。
三、結論
通過對37份葡萄種質(zhì)幼苗在鹽脅迫與正常條件下根、莖、葉干重的比較分析,發(fā)現(xiàn)鹽脅迫對各器官干重的影響在不同種質(zhì)之間存在差異。葡萄原生的生物量,尤其是莖干重最高能夠解釋鹽脅迫下生物量變異的53%,表明葡萄原生活力只是影響其鹽脅迫下長勢的因素之一。最終,37份葡萄種質(zhì)依據(jù)鹽脅迫生物量指標可主要歸為三類,即強長勢組,有貝達、Valiant、5BB等;中等長勢組有110R、巨峰、紅地球等;弱長勢組有雙豐、美人指、5C等。
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