120份辣椒种质资源苗期耐盐性研究

张涛，刘勇鹏，韩娅楠，常晓轲，宋丹阳，姚秋菊

(1.河南省农业科学院园艺研究所，河南 郑州 450002；2.河南农业大学园艺学院，河南 郑州 450002；3.漯河市农业科学院，河南 漯河 462000)

辣椒(CapsicumannuumL.)为茄科辣椒属植物，一年或多年生草本植物。原产于中南美洲热带地区。明朝末年经丝绸之路和海路传入中国。果实富含Vc、辣椒素等营养物质，颜色由未成熟时的绿色变为红色或黄色，可鲜食、干制、加工，供食用和药用，其中维生素 C的含量在蔬菜中居第一位，在国际市场上享有盛誉[1]。辣椒在世界各地广泛种植，种植面积在蔬菜作物中排名第2。中国是辣椒的生产和消费大国，由于种植效益高，深受农民喜爱，已成为脱贫致富的主要经济作物。据统计，中国辣椒种植面积约有200万hm2，约占全球种植总面积的30%以上，产量更是接近全球总产量的50%[2-3]。当前由于过量施用化肥，特别是过度偏施 N、P 肥及设施农业的迅猛发展，中国含盐量超出正常水平的土地面积约为 3 460万hm2，盐碱化耕地760万hm2，并且每年都在不断递增，给辣椒高效生产和农业生态环境造成严重影响[4]。研究表明，植物对盐胁迫的适应性反应是一个非常复杂的生理生态学问题，是综合性的反应[5]。盐胁迫下植物引起生理干旱，导致根系吸水困难，根系不发达，其次破坏植物的正常生理代谢，使植物呼吸消耗增多，光合速率降低，植株矮小、病害加重等。因此，提高作物的耐盐性已经成为当前作物育种的一个主攻方向[6-7]。挖掘辣椒物质本身的耐盐能力，筛选培育耐盐品种，建立科学而高效的耐盐性评价方法是极其必要的[8]。在植物耐盐性鉴定方面较多采用多指标主成分分析的隶属函数法对品种耐盐性进行综合评价，该方法在水稻[9]、甜菜[10]、小麦[11-12]等多种植物上得到广泛应用，而在辣椒幼苗期耐盐性快速评价方面相关报道较少[13]。以150 mmol·L-1NaCl溶液为主盐分胁迫的研究在辣椒苗期上已有报道[14-15]，经NaCl胁迫后，辣椒幼苗的地上与地下生长量都呈现下降的趋势，盐浓度越高，相对生长量越小，对幼苗生长的胁迫越严重。本研究以辣椒栽培品种为试材，设置浓度为150 mmol·L-1NaCl营养液对辣椒苗期进行盐胁迫处理，测定苗期的主要农艺性状指标，通过多指标相关性及各指标胁迫系数主成分分析，采用隶属函数法、聚类分析筛选出耐盐性较强的品种，也为辣椒品种的耐盐性苗期快速评价提供科学支撑依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料及编号

供试的120份辣椒种子由河南省农业科学院园艺研究所提供。辣椒品种(系)及编号及名称见表1。

表1 供试辣椒品种(系)Table 1 Pepper varieties (lines) tested

续表 供试辣椒品种(系)Continuing table Pepper varieties (lines) tested

1.2 试验设计

120份辣椒种子进行催芽处理后在河南农业大学第三生活区温室内进行。先用72孔穴盘，采用蛭石进行育苗，长到三叶一心后，选取生长一致的30株，栽入2个15孔穴盘内，其中15株正常灌施(1/2 Hoagland 营养液)当作对照，另外15株在营养液中(1/2 Hoagland 营养液中加150 mmol·L-1NaCl溶液100 mL)灌溉，进行盐胁迫处理。每隔5 d灌施一次。

1.3 测定指标与方法

在盐胁迫处理第30天，测定各品种幼苗叶片数、绿叶数、株高、茎粗、地上部和地下部干鲜质量，根体积、根总表面积、根系平均直径、根总长等生物量。

幼苗叶片数、绿叶数直接采用观察法计数；株高为苗基部到植株生长点的高度，用直尺测量；茎粗为苗基部位置，用数显游标卡尺测量；地上部和地下部鲜质量，用千分之一电子天平测量；地上与地下部干质量，将地上部及地下部于105 ℃烘箱中杀青15 min，然后在 80 ℃的烘箱中烘48 h，用千分之一电子天平测量；根系总长度、根体积、根直径、根表面积的测定，利用根系扫描仪(Epson，Long Beach，USA)进行测量。

相对值=(盐胁迫处理值/正常对照值)×100%；

胁迫系数=(正常对照值-胁迫处理值)/正常对照值×100%；

变异系数=标准差/均值×100%；

隶属函数值X′ij=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

式中：X′ij为i种类j指标的隶属函数值，Xij为i种类j指标的测定值，Xjmax、Xjmin分别为指标的最大值和最小值。

1.4 数据处理

采用WPS表格计算各指标相对值、胁迫系数及相对隶属函数值，用SPSS19.0统计分析软件对胁迫系数的相对隶属函数值进行主成分分析、聚类分析处理。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫下辣椒苗期相关农艺性状差异分析

由表2可知，与对照处理相比，盐胁迫下辣椒苗期株高、茎粗、叶片数、绿叶数、地上鲜质量、地下鲜质量、地上干质量、地下干质量、总根长、根表面积、根体积、根系平均直径12个农艺性状指标的平均值均显著降低，其中，对盐胁迫响应最为敏感的性状为地下鲜质量、地下干质量、地上干质量、根总体积、绿叶数，胁迫系数分别高达43.14%、37.29%、37.11%、34.40%和30.48%。此外，除了株高、茎粗的胁迫系数为8.39%、3.64%外，其他指标的胁迫系数均在10%以上。盐胁迫下辣椒苗期12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，地上鲜质量和地上干质量的变异系数最大，达51.31%和53.18%，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，辣椒苗期在耐盐方面存在显著差异，为耐盐品种(系)的筛选提供了依据。

表2 盐胁迫下辣椒苗期生长发育的差异Table 2 Differences in growth and development of pepper seedlings under salt stress

2.2 盐胁迫下辣椒苗期各农艺性状主成分分析

由表3和表4可知，采用主成分分析综合得分法，将原来的12个农艺性状的相对变化值(胁迫系数)构建原始数据矩阵，经过数据标准化处理，按其贡献率大小选择主成分个数可知：前3个主成分累计贡献率达63.171%，特征值总和为7.580，可以代表供试材料12个指标的绝大部分信息及耐盐能力的差异。主成分1中，方差贡献率为27.536%，根系特征贡献率较大，由大到小依次为根系平均直径、根系总表面积、根系总体积、总根长；主成分2中，方差贡献率为23.329%，株高、地上鲜质量、地上干质量特征贡献率较大，由大到小依次为地上鲜质量、地上干质量、株高；主成分3中，方差贡献率为12.307%，茎粗、绿叶数、叶片数、地下鲜质量特征贡献率较大，由大到小依次为：绿叶数、叶片数、地下鲜质量、茎粗。

表3 盐胁迫下辣椒苗期农艺性状的主成分特征值和贡献率Table 3 Eigenvalues and variance contributions ofthe principal components of pepper agronomic traits at seedling stage under salt stress

表4 盐胁迫下辣椒苗期农艺性状各综合指标的系数Table 4 The contribution rate of comprehensive index of pepper agronomic traits at seedling stage under salt stress

2.3 盐胁迫下120份辣椒种质资源平均隶属函数分析

由表5可知，利用隶属函数对总根长、根系总表面积、根系总体积、根系平均直径、株高、茎粗、叶片数、绿叶数、地上鲜质量、地上干质量、地下鲜质量11个农艺性状的胁迫系数进行平均隶属函数综合评价排名。其中耐盐性排名前10的品种为PC135、PC298-1-1、PC66、PC361F3、PY28、PC308、PC287、PC45、PC41-7、P295，平均隶属函数值为0.839 1、0.873 6、0.870 8、0.864 9、0.863 0、0.858 2、0.857 4、0.846 1、0.845 1、0.834 8 ；后10的品种为PC107-1、PC17-7-1-1、PY351、PC200-2、P351、PC320-1、PC341F3-1、PC32-1、PC115-1、PC323F3，平均隶属函数值为0.583 9、0.577 0、0.571 6、0.550 8、0.544 3、0.539 3、0.537 2、0.517 5、0.507 0、0.478 6 。

表5 盐胁迫下辣椒苗期农艺性状隶属函数分析Table 5 Membership function analysis of agronomic characters of pepper seedling under salt stress

续表 盐胁迫下辣椒苗期农艺性状隶属函数分析Continuing table Membership function analysis of agronomic characters of pepper seedling under salt stress

续表 盐胁迫下辣椒苗期农艺性状隶属函数分析Continuing table Membership function analysis of agronomic characters of pepper seedling under salt stress

2.4 盐胁迫下120份辣椒种质资源聚类分析及筛选

将3个主成分决定指标(总根长、根系总表面积、根系总体积、根系平均直径、株高、叶片数、地上鲜质量、地下鲜质量、地上干质量、茎粗、绿叶数)的胁迫系数利用隶属函数消除量纲差异，进行归一化处理，然后采用 Ward 法的欧氏距离衡量不同品种(系) 耐盐能力差异大小。以取得的隶属函数值对120份辣椒种质资源进行聚类分析，由图1所示，在欧式距离为10：00时将120份辣椒种子资源分为5类，并根据5类材料的平均隶属函数值将其划分极强、强、中、弱、极弱5个等级。Ⅰ类为耐盐性极强品种，分别有豫樱1号、豫椒101、P24-7、P174、P295、P305、P358、PC26-4、PC41-7、PC45、PC66、PC70-17、PC86-2、PC99、PPC110-1-1、C113-1-3、PC135、PC195、PC219-1、PC231、PC237-3、PC241、PC282、PC287、PC289-2、PC298-1-1、PC308、PC329、PC308、PC315、PC334、PC340F3、PC34-19、PC352F3、PC361F3、PY28，共34份；Ⅱ类为耐盐性强品种，P59-25、P296、P300、P302、P312、P338、P356、PC17-7-1-1、PC18-9、PC19、PC28、PC36-4、PC39-28、PC41-29、PC44、PC47-1、PC68、PC73-2、PC96、PC112-1、PC213、PC215、PC221-1、PC236-2、PC242-2-1、PC246、PC267-1、PC270、PC281-1、PC312、PC315、PC318-2、PC328、PC335F3-1、PC336F3-2、PC338-1、PC339F3、PC342F3、PC347F3、PC348F3、PC351-1、PC352-1、PC35-23-1、PC353F3、PC356F3、PC359F3、PC362F3、PY48、PY352、PY353，共50份；Ⅲ类为中耐盐性品种，主要有P336、P354、PC56、PC77、PC79、PC88、PC102-1、PC107-1、PC200-2、PC210、PC247-1、PC268-1、PC277、PC285-1、PC307、PC311F3-1、PC320-1、PC324F3，共计18份种质资源；Ⅵ类为耐盐性弱品种，主要有P355、PC30-2、PC32-1、PC111、PC162、PC236-3、PC266、PC284-1-1、PC319、PC330F3-1、PC349F3，共计11份种质资源；Ⅴ类为耐盐性极弱品种，主要有P351、PC58、PC115-1、PC323F3、PC325F3、PC341F3-1、PY351，共计7份种质资源。

图1 盐胁迫下辣椒苗期隶属函数值的聚类树形图Fig.1 Arborescence of cluster analysis of pepper seedling subordinate function value under salt stress

3 结论与讨论

植物耐盐性是一个受多种因素控制的复杂农艺性状，对植物生长的影响涉及离子毒害、渗透胁迫等众多生理生化的综合反应，且品种不同对盐胁迫的敏感程度和耐盐能力也不同[16-18]。武文珺等[19]研究发现，在NaCl胁迫下株高、茎粗、盐害指数在不同朝天椒品种间表现差别明显，可参考此指标以评价品种的耐盐性；洪茵恬等[20]研究也发现，盐胁迫对线辣椒总根长、总根表面积、平均根系直径、总根体积等有显著的影响，且不同品(系)种间差异明显，可以作为耐盐性评价指标；本研究通过对盐胁迫下辣椒苗期12个农艺性状进行差异性分析得到的结果此结果一致，12个农艺性状在品种(系)间变异系数均在10%以上，这为耐盐品种(系)的筛选提供了依据。采用主成分分析综合得分法，将原来的12个生长性状胁迫系数按其贡献率大小可转换为3个主成分11个性状决定指标，累计贡献率达63.171%，代表供试材料的绝大部分信息及耐盐能力的差异；王勤礼等[21]研究发现，盐胁迫对辣椒根系生长较地上部茎叶生长更为敏感，这与主成分1中，根系特征贡献率较大的结果相一致。赫卫等[22]研究表明，农艺性状的鉴定和描述具有直观、简便、易行、快速的特点，可以利用相关性分析、主成分分析和聚类分析等多元分析方法，能很好地处理大量复杂数据，找出规律，指导育种；本研究利用隶属函数对各品种的性状指标胁迫系数归一量化，通过聚类分析将120份种质资源分成5类，按照平均隶属函数值大小分为:Ⅰ类为耐盐性极强品种(24份)、Ⅱ类为耐盐性强品种(25份)、Ⅲ类为中耐盐性品种(23份)、Ⅵ类为耐盐弱品种(41份)、Ⅴ类为耐盐性极弱品种(7份)，同时排名筛选出耐盐性前10的品种，为PC135、PC298-1-1、PC66、PC361F3、PY28、PC308、PC287、PC45、PC41-7、P295，这为选育耐盐性强的辣椒品种提供一定的耐盐种质资源。

目前辣椒幼苗期耐盐基因型筛选指标仍缺乏统一的标准，相关的研究也比较少，不同研究者评价和鉴定耐盐能力的指标也不一致。本试验根据辣椒幼苗期12个耐盐性相关农艺性状的胁迫系数，利用主成分分析选出具有显著性差异的11个性状指标，其中株高、地下鲜质量、根体积3个耐盐指标与李晓芬等[23]利用多元方差分析选出具有显著性差异的决定相对指标性状上结果一致，与郭春蕊等[24]研究表明，株高、根长、地下部鲜质量和干质量不宜作为辣椒苗期耐盐评价的指标，只做一般性参考，结果不一致。植物的生长量是植物对盐胁迫的综合体现及对盐胁迫的综合适应，其中苗期的生长量最能代表植物各品种间的耐盐性状差异[25-27]。本研究对辣椒幼苗期的生长量进行主成分综合评价能快速有效鉴定出高耐盐材料和相对盐敏感材料，为下一步将要进行的全生育期田间试验耐盐优质品种的筛选提供参考依据，也为后续通过基因克隆、转基因育种等方法培育优质辣椒新品种提供重要基因资源。