葡萄是一種具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的園藝植物,對(duì)鹽脅迫中度敏感,土壤鹽分含量高于100mM會(huì)導(dǎo)致葡萄產(chǎn)量降低和糖分含量顯著下降。隨著我國(guó)土壤鹽漬化日趨嚴(yán)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(duì)葡萄種質(zhì)進(jìn)行耐鹽性評(píng)價(jià)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(yīng)鹽脅迫涉及離子驅(qū)逐、離子轉(zhuǎn)運(yùn)、水通道、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、次級(jí)代謝、細(xì)胞壁重整以及響應(yīng)協(xié)調(diào)等多個(gè)代謝通路,響應(yīng)機(jī)制復(fù)雜,因此,相關(guān)生理指標(biāo)能夠從不同方面反應(yīng)出葡萄對(duì)鹽脅迫不同程度地的響應(yīng),進(jìn)而被用于評(píng)價(jià)葡萄耐鹽性。另一方面,基于形態(tài)指標(biāo)的綜合表型評(píng)價(jià)仍然是葡萄耐鹽評(píng)價(jià)以及種質(zhì)篩選的重要方法,如鹽害等級(jí)、鹽害指數(shù)等。此外,由于土壤鹽脅迫會(huì)直接導(dǎo)致根系生長(zhǎng)受阻并進(jìn)一步阻礙地上部的生長(zhǎng),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(yīng)出葡萄抵抗鹽脅迫的強(qiáng)弱。Walker等通過(guò)連續(xù)5年研究發(fā)現(xiàn)隨鹽濃度升高導(dǎo)致7種葡萄砧木的一年生枝條生物量逐漸降低。Vila通過(guò)測(cè)定3個(gè)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(guān)。生物量也被相關(guān)學(xué)者用作表型指標(biāo),來(lái)評(píng)價(jià)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(yīng)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(guò)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(lái)探析種質(zhì)原生活力與其耐鹽性的關(guān)系,并基于此對(duì)葡萄種質(zhì)鹽脅迫下的生長(zhǎng)勢(shì)進(jìn)行評(píng)價(jià)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(yàn)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(shù)種植于河北省農(nóng)林科學(xué)院昌黎果樹(shù)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(yíng)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(zhǎng)至5~6片葉時(shí),選取生長(zhǎng)一致的健康營(yíng)養(yǎng)缽苗為試材,放入營(yíng)養(yǎng)缽?fù)屑苌?,隨后放入長(zhǎng)4m×寬2m×深0.2m的鹽池或水池中。營(yíng)養(yǎng)缽底部有3個(gè)小孔,營(yíng)養(yǎng)缽?fù)屑苁範(fàn)I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(duì)照。池內(nèi)溶液深度保持在4cm,每天傍晚緩慢補(bǔ)充蒸餾水至4cm深,每3天更換一次鹽水或蒸餾水。每個(gè)種質(zhì)每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。
1.3 測(cè)定指標(biāo)
待處理到第14天,植株葉片邊緣開(kāi)始出現(xiàn)失水枯萎,將池中鹽溶液或水排出。拆除營(yíng)養(yǎng)缽,取出完整的葡萄植株,做好標(biāo)記,帶回實(shí)驗(yàn)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(dāng)年生綠枝,需用剪刀分割,分別將裝進(jìn)信封并標(biāo)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(jìn)行事后檢驗(yàn)。各種質(zhì)鹽脅迫與對(duì)照之間總干重通過(guò)T-test進(jìn)行比較,比較前進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)。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(jìn)化分析和圖形繪制在Origin 2021中完成。
二、結(jié)果與分析
2.1 鹽脅迫對(duì)不同葡萄種質(zhì)葉干重的影響
同一生長(zhǎng)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(dǎo)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(hào)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(yáng)光玫瑰、5C等,下降幅度45%~60%(相比對(duì)照)。從鹽脅迫下葉干重的比較來(lái)看,貝達(dá)的葉干重最高,相比對(duì)照小幅下降9%,其次為101-14、5BB、Valiant、山河二號(hào)、黃金蜜等,其中Valiant和CR5在正常生長(zhǎng)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(duì)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(hào)、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(yáng)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(dá)、5BB、黃金蜜、8B等,在正常生長(zhǎng)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(shí)發(fā)現(xiàn),5C、A33、1202C莖干重相較葉干重在評(píng)價(jià)種質(zhì)中排序明顯提前,這可能是這些種質(zhì)葉片相對(duì)較小或者莖較粗/長(zhǎng)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(duì)較大或莖較細(xì)/短的原因。
2.3鹽脅迫對(duì)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(dá)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(duì)照相比均值差異較??;雙豐、A32、SO4等根干重低,并與對(duì)照處理無(wú)明顯差異。
2.4 鹽脅迫對(duì)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(duì)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(duì)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(shì),如在CR1經(jīng)鹽脅迫后總干重明顯升高。盡管如此,總體看來(lái),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(dá)、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(duì)鹽脅迫后生物量的影響
為探究葡萄先天生長(zhǎng)活力對(duì)其鹽脅迫下生物量的影響,本研究對(duì)各種質(zhì)鹽脅迫前后的葉干重、莖干重、根干重與總干重進(jìn)行了線性回歸分析。結(jié)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(zhǎng)活力確實(shí)會(huì)影響其在鹽脅迫中的表現(xiàn),具有強(qiáng)生長(zhǎng)勢(shì)的種質(zhì)在鹽脅迫下更傾向于保持其生長(zhǎng)活力上的優(yōu)勢(shì),產(chǎn)出較高的生物量。同時(shí)表明,葡萄先天生長(zhǎng)活力只是影響其在鹽脅迫下生長(zhǎng)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(duì)37份種質(zhì)進(jìn)行了主成分分析與系統(tǒng)聚類分析。主成分分析結(jié)果顯示(圖6),兩個(gè)主成分解釋了變量的96.4%。葉干重與莖干重高度相關(guān),根干重與兩者不相關(guān),同時(shí)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(guān)。鹽脅迫后,貝達(dá)、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(diǎn),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(biāo)中表現(xiàn)均較差。系統(tǒng)進(jìn)化分析顯示(圖7),雙豐以極弱的長(zhǎng)勢(shì)與其他種質(zhì)距離較遠(yuǎn),貝達(dá)則因長(zhǎng)勢(shì)較強(qiáng)而與其他種質(zhì)距離較遠(yuǎn)。除了長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)的貝達(dá)和長(zhǎng)勢(shì)極弱的雙豐外,進(jìn)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(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)的代表種質(zhì)有Valiant、CR5、5BB、101-14等;長(zhǎng)勢(shì)弱的有美人指、SO4、A32等;長(zhǎng)勢(shì)中等的有110R、巨峰、紅地球等。
三、結(jié)論
通過(guò)對(duì)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(duì)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(zhǎng)勢(shì)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(biāo)可主要歸為三類,即強(qiáng)長(zhǎng)勢(shì)組,有貝達(dá)、Valiant、5BB等;中等長(zhǎng)勢(shì)組有110R、巨峰、紅地球等;弱長(zhǎng)勢(shì)組有雙豐、美人指、5C等。
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