CN114199714A - 一种集成萌芽期生长和苗期生理指标高通鉴选植物抗性品种的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及植物抗逆性品种筛选技术领域，具体涉及一种集成萌芽期生长和苗期生理指标高通鉴选植物抗性品种的方法。本发明所述方法是连续监测、收集一个品种在不同逆境水平下的生长状况进行集成计算，具体地，本发明提供的方法采用萌芽期相对芽长和苗期叶片相对气孔导度作为鉴定指标，来判断番茄品种的耐盐性，提供了一种简便、快速、新颖的高通筛选方法。采用本发明所述方法能够高效、准确的筛选出耐盐番茄品种。
Description
技术领域
本发明涉及植物抗逆性品种筛选技术领域，具体涉及一种集成萌芽期生长和苗期生理指标高通鉴选番茄耐盐品种的方法。
背景技术
土壤盐碱化是影响植物生长发育、限制作物生产力的主要非生物胁迫之一。大多数作物是甜土植物，它们不耐盐，易受高盐的不利影响。耐盐品种的鉴选和种植及驯化是提高作物生长耐盐性、保证产量和品质的重要途径。因此，急需确定最优耐盐指标并鉴选耐盐品种，为开发、利用和改良盐碱地，提升作物用水效率提供重要的科学依据。
番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)作为一种世界范围内大量种植的蔬菜作物，其适应性强，耗水量较大。但土壤盐碱化常会伴随番茄生长的整个过程，影响其光合作用并最终导致产量下降。关于番茄耐盐性国内外已有较多报道，并鉴选出了部分抗盐品种。但是已有研究采用的鉴选指标并不一致，应用番茄叶片生理参数作为耐盐鉴选指标以及两个时期耐盐品种鉴选指标异同的研究较少。
气孔是水汽和CO2进出的主要通道，其通过控制植物与外界水汽交换速率从而直接控制着植物的光合作用强度以及蒸腾速率。盐分引起植物生物量的减少主要是由于叶面积和光合作用的减少，而这与叶水势的下降有关。当叶水势下降到某一阈值，气孔将关闭。盐胁迫下，植物降低气孔开放程度，减少蒸腾速率，对于保持植物水分含量，耐受高盐浓度而不受毒性影响是非常重要的。有研究表明，整个植物对盐度反应最敏感、最容易测量的，就是气孔导度的下降。但鲜有报道采用气孔导度作为番茄耐盐鉴选指标。
番茄对盐分胁迫最敏感的时期是种子萌发期和幼苗生长期，所以提高番茄萌芽期和苗期耐盐性要比开花坐果期更为重要。番茄栽培主要采用育苗移栽方法，从苗床移栽到盐碱土壤时的成活率便成为番茄栽培过程中的重要环节。仅从某一角度研究植物的耐盐能力远远不够，用某一个特定指标也不能完全反映品种耐盐性的强弱，宜对指标进行综合评价。因此，建立一种集成萌芽期生长和苗期生理指标高通鉴选番茄耐盐品种的评价方法十分重要。
发明内容
现有技术中，通过表型对植物的抗逆性水平鉴定时，通常采取处理组与对照组单一比较的方法，单一比较的方法不能排除生物因素 (突变)，或其他外界环境的影响。并且单一比较的方法，仅从某一角度研究植物的抗逆性能力，用某一个特定指标不能完全反映品种抗逆性的强弱，也不能有效利用植物在不同逆境水平的表型情况。
本发明为了排除外界因素对植物抗逆性判断的影响，提供植物萌芽期相对芽长、苗期叶片相对气孔导度作为抗逆性判断标准。本发明提供的萌芽期相对芽长、苗期叶片相对气孔导度能够集成植物萌芽期生长和苗期生长的各项生理指标。本发明通过实验验证了，萌芽期相对芽长、苗期叶片相对气孔导度能够有效代表植物在逆境的生长水平。
基于上述信息，第一方面，本发明提供一种用于植物抗逆性比较鉴定的方法，用于抗逆性鉴定的指标，包括：萌芽期相对芽长和苗期叶片相对气孔导度；所述萌芽期相对芽长＝Σ[(LSi-LS(i+1))/LSi]，LSi为逆境处理的芽长；所述苗期叶片相对气孔导度＝Σ[(GSi-GS(i+1))/GSi]，GSi为逆境处理的气孔导度；i为逆境处理的梯度个数，i≥3。
在本发明提供的方法中，获取不同逆境处理梯度下，植物萌芽期的芽长LSi或植物苗期叶片气孔导度GSi，计算萌芽期相对芽长或苗期叶片相对气孔导度。
在本发明提供的方法中，所述相对芽长或所述相对气孔导度与植物抗逆性能力呈负相关。
根据本领域技术人员的理解，本发明请求保护萌芽期相对芽长或苗期叶片相对气孔导度在鉴选作物耐盐品种中的应用；所述萌芽期相对芽长＝Σ[(LSi-LS(i+1))/LSi]，LSi为盐处理下的芽长；所述苗期叶片相对气孔导度＝Σ[(GSi-GS(i+1))/GSi]，GSi为盐处理下的气孔导度；i为盐处理的梯度个数，i≥3。在上述应用中，所述作物为鲜食番茄或樱桃番茄。
第二方面，本发明提供一种集成萌芽期生长和苗期生理指标高通鉴选番茄耐盐品种的方法，将番茄种植在i个不同盐浓度梯度下，采集不同盐浓度下，番茄萌芽期的芽长LSi或番茄苗期叶片气孔导度GSi；
计算番茄萌芽期相对芽长或番茄苗期叶片相对气孔导度；所述番茄萌芽期相对芽长＝Σ[(LSi-LS(i+1))/LSi]，所述番茄苗期叶片相对气孔导度＝Σ[(GSi-GS(i+1))/GSi]。
在本发明提供的鉴选番茄耐盐品种的方法中，所述盐处理为氯化钠处理，盐处理浓度的梯度呈等差数列，差值为50mmol·L-1。
在本发明提供的鉴选番茄耐盐品种的方法中，盐溶液浓度梯度个数i为4个，S1为0mmol·L-1的氯化钠溶液，S2为50mmol·L-1的氯化钠溶液，S3为100mmol·L-1的氯化钠溶液，S4为150mmol·L-1的氯化钠溶液。
在本发明提供的鉴选番茄耐盐品种的方法中，若樱桃番茄的萌芽期相对芽长或苗期叶片相对气孔导度≤1，所述樱桃番茄为耐盐品种；若樱桃番茄的萌芽期相对芽长或苗期叶片相对气孔导度＞1，所述樱桃番茄为盐敏感品种。
在本发明提供的鉴选番茄耐盐品种的方法中，若鲜食番茄的萌芽期相对芽长或苗期叶片相对气孔导度≤0.7，所述鲜食番茄为耐盐品种；若鲜食番茄的萌芽期相对芽长或苗期叶片相对气孔导度＞0.7，所述鲜食番茄为盐敏感品种。
本发明的有益效果至少在于：
(1)本发明首次提出了相对芽长和相对气孔导度可作为耐盐番茄筛选指标；本发明通过计算萌芽期相对芽长和苗期叶片相对气孔导度，提供了一种集成萌芽期生长和苗期生理指标高通鉴选番茄耐盐品种的方法。
(2)本发明为番茄耐盐性的高效鉴定和耐盐机制的研究提供了方法，同时本发明筛选得到的耐盐种质资源为耐盐番茄品种的培育提供了基础材料。
附图说明
图1为本发明实施例1中盐胁迫处理下不同番茄品种的芽长、根长、鲜重和干重的柱状图。其中A为芽长；B为根长；C为鲜重；D为干重。
图2为本发明实施例1中盐胁迫处理下不同番茄品种的发芽势、发芽率和发芽指数的柱状图。其中A为发芽势；B为发芽率；C为发芽指数。
图3为本发明实施例1中盐处理S2和S3下10个番茄品种发芽势、发芽率及发芽指数的聚类分析图。
图4为本发明实施例2中盐胁迫处理下不同番茄品种的气孔导度、叶水势和叶绿素的柱状图。其中A为气孔导度；B为叶水势；C为叶绿素。
图5为本发明实施例2中盐胁迫处理下不同番茄品种的株高、茎粗、地上鲜重和干重的柱状图。其中A为株高；B为茎粗；C为地上鲜重； D为地上干重。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
下述实施例中若无特殊说明，所用实验耗材均可从商业途径得到。
下述实施例中采用数据采用Origin 2021(Origin Lab Software,Inc., MA,USA)进行绘图，采用SPSS 26.0(IBM,Inc.,NY,USA)进行方差分析，并运用Tukey测验法进行多重比较(p<0.05)。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
实施例1
本实施例提供实验，验证萌芽期相对芽长，可以作为抗逆性鉴定的指标。
(1))选取10个番茄品种：京丹8号、京丹小黄玉、黄莺2号、粉玉1号、绿宝石2号、京番104、京番402、京番502、仙客8号和硬粉8 号，依次编号1-10；其中，1-5号为樱桃番茄，6-10号为鲜食番茄。每个番茄品种挑选大小一致的种子，用10％磷酸三钠消毒15分钟，然后用蒸馏水反复清洗4次，最后在室温下用150mL蒸馏水浸泡12小时，挑选大小一致的种子，对种子进行消毒、清洗和浸泡。
(2)将吸涨好的种子均匀的摆在铺有两层滤纸的灭菌培养皿内 (直径9厘米)，将其放入恒温光照培养箱中，于12h/26℃(光照)和 12h/18℃(黑暗)条件下培养10天；
(3)每个品种设置4个盐分处理，分别浇灌0、50、100和150 mmol·L-1(S1-S4)的氯化钠溶液。发芽期间利用称重法及时补充蒸发的水分，保持培养皿内各处理浓度相对稳定。其中，浇灌150 mmol·L-1的氯化钠溶液的灭菌培养皿内种子均未发芽；
(4)第二天开始数发芽个数，胚根突破种子露白即认为发芽，每隔12小时记录一次，直至试验结束。试验结束后记录幼芽生长情况，由于S4处理下，番茄几乎不萌芽，舍弃S4的数据。计算芽长、根长、鲜重和干重(图1)。计算发芽势、发芽率和发芽指数(图2)；发芽势、发芽率和发芽指数计算公式为：
发芽势＝发芽初期(7d)正常发芽种子数/供试种子总数× 100％。
发芽率＝10d发芽种子总数/供试种子总数×100％。
发芽指数＝Σ(Gt/Dt)，式中：Gt为时间t的发芽数；Dt为相应的发芽时间。
对盐胁迫处理S2和S3下10个番茄品种的发芽势、发芽率及发芽指数进行标准化，并进行欧式距离聚类分析将10个番茄品种分为两类 (图3)。
计算相对芽长，相对芽长计算公式为：
相对芽长＝Σ[(LSi-LS(i+1))/LSi]，式中：LSi为盐处理i(i＝1,2,3…) 的芽长。
根据附图3聚类分析的品种分类结果可知，1、3、4和8号为一类，是耐盐品种；2、5、6、7、9和10为一类，是盐敏感品种。
盐敏感品种的芽长在受到盐分胁迫后的下降幅度大于耐盐品种，说明盐敏感品种在受到盐分胁迫后不能将植物本身的生长机制维持在一个稳定水平。
樱桃番茄1、3和4号品种的相对芽长分别为0.28、0.51和0.13，均小于等于1.00，是耐盐品种；2和5号品种的相对芽长分别为1.01和1.19，均大于1.00，为盐敏感品种。
鲜食番茄8号品种的相对芽长为0.20，小于等于0.70，为耐盐品种； 6、7、9和10号品种的相对芽长分别为0.99、0.79、1.05和0.89，均大于0.70，为盐敏感品种，萌芽期相对芽长鉴定的结果与聚类分析结果相同(表1)。
表1萌芽期相对芽长的耐盐性评价
实施例2
本实施例提供实验，验证苗期叶片相对气孔导度，可以作为抗逆性鉴定的指标。
(1)选取10个番茄品种：京丹8号、京丹小黄玉、黄莺2号、粉玉1号、绿宝石2号、京番104、京番402、京番502、仙客8号和硬粉8 号，依次编号1-10；其中，1-5号为樱桃番茄，6-10号为鲜食番茄。每个番茄品种挑选大小一致的种子，用10％磷酸三钠消毒15分钟，然后用蒸馏水反复清洗4次，最后在室温下用150mL蒸馏水浸泡12小时，挑选大小一致的种子，对种子进行消毒、清洗和浸泡。
(2)将浸泡好的种子均匀的播种到育苗盘里，将其放入环境为白天12h/26℃(光照)，晚上12h/18℃(黑暗)，60％环境湿度的人工气候室，20天后选择长势相同的植株移栽到装有营养土的塑料盆中，浇透水，缓苗10天后开始盐处理；
(3)每个品种设置4个盐分处理，分别浇灌0、50、100和150 mmol·L-1(S1-S4)的氯化钠溶液；
(4)浇灌5次后，利用气孔计(LI-600，Li-Cor，Lincoln，NE， USA)对叶片进行气孔导度的快速测量，采用压力室(PMS 1050D，Albany，OR，USA)对该叶片进行叶水势的测定，利用叶绿素仪 (SPAD-502plus)对叶片叶绿素进行快速测量(图4)，用钢尺量取株高，用游标卡尺测量茎粗，分析天平称地上鲜重，烘干后称取地上干重(图5)。
以10个番茄品种所测得的气孔导度、叶水势、叶绿素、株高、茎粗、地上鲜重和干重作为指标，分别作为X1～X7，标准化得到ZX1～ ZX7。利用SPSS 26.0进行主成分分析，前3个主成分特征值分别为4.196、 1.297和0.489，贡献率分别为59.941％、18.535％和6.985％，累计贡献率达到了85.462％。各因子标准化后的主成分公式如下：
F1＝0.232ZX1-0.323ZX2+0.368ZX3+0.409ZX4+0.377ZX5+0.447ZX6 +0.444ZX7
F2＝-0.69634ZX1+0.499ZX2+0.163ZX3-0.151ZX4+0.356ZX5+0.204 ZX6+0.221ZX7
F3＝0.087ZX1+0.069ZX2+0.885ZX3-0.109ZX4-0.014ZX5-0.343ZX6- 0.272ZX7
以每个主成分的特征值占前三特征值之和的比例作为权重计算综合得分模型如下：
F＝0.019ZX1-0.112ZX2+0.366ZX3+0.245ZX4+0.340ZX5+0.330ZX6+ 0.337ZX7
由此模型可以得到每个品种在3种不同盐分胁迫浓度下的得分，计算每个品种的总得分。
计算相对气孔导度，相对气孔导度计算公式为：
相对气孔导度＝Σ[(GS(i+1)-GSi)/GS(i+1)]，式中：GSi为盐处理i(i＝ 1,2,3…)的气孔导度。
根据表2品种得分可知，1-5号樱桃番茄品种中1、2和5号得分为正，是耐盐品种，3和4号得分为负，是盐敏感品种；6-10号鲜食番茄品种中7和8号得分为正，是耐盐品种，6、9和10号品种得分为负，是盐敏感品种。
表2：品种得分和相对气孔导度的耐盐性评价
盐敏感品种的气孔导度在受到盐分胁迫后的下降幅度大于耐盐品种，说明盐敏感品种在受到盐分胁迫后不能将植物本身的生理机制维持在一个稳定水平。
樱桃番茄1、2和5号品种的相对气孔导度分别为0.10、1.00和0.90，均小于等于1.00，是耐盐品种，3和4号品种的相关气孔导度分别为1.26 和1.16，均大于1.00，为盐敏感品种；鲜食番茄7和8号品种的相对气孔导度分别为0.65和0.70，均小于等于0.70，为耐盐品种，6、9和10 号品种的相对气孔导度分别为0.80、0.95和0.85，均大于0.70，为盐敏感品种，与主成分分析结果相同。
因此，可以将相对气孔导度作为番茄苗期耐盐性品种鉴定的重要指标。
本发明首次提出，相对芽长可作为萌芽期耐盐指标；相对气孔导度可用来鉴选苗期耐盐品种。集成萌芽期生长和苗期生理指标鉴选得到1号品种‘京丹8号’为10个番茄品种中最耐盐的品种。
本发明提供的集成萌芽期和苗期的耐盐性评价方法具有周期短、准确性高的特点，可用于耐盐品种的高通鉴选。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种用于植物抗逆性比较鉴定的方法，其特征在于，用于植物抗逆性鉴定的筛选指标包括：萌芽期相对芽长和苗期叶片相对气孔导度；所述萌芽期相对芽长＝Σ[(LSi-LS(i+1))/LSi]，LSi为逆境处理的芽长；所述苗期叶片相对气孔导度＝Σ[(GSi-GS(i+1))/GSi]，GSi为逆境处理的气孔导度；i为逆境处理的梯度个数，i≥3。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取不同逆境处理梯度下，植物萌芽期的芽长LSi或植物苗期叶片气孔导度GSi，计算萌芽期相对芽长或苗期叶片相对气孔导度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述萌芽期相对芽长或所述苗期叶片相对气孔导度与植物抗逆性能力呈负相关。
4.萌芽期相对芽长或苗期叶片相对气孔导度在鉴选作物耐盐品种中的应用；所述萌芽期相对芽长＝Σ[(LSi-LS(i+1))/LSi]，LSi为盐处理下的芽长；所述苗期叶片相对气孔导度＝Σ[(GSi-GS(i+1))/GSi]，GSi为盐处理下的气孔导度；i为盐处理的梯度个数，i≥3。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述作物为鲜食番茄或樱桃番茄。
6.一种集成萌芽期生长和苗期生理指标高通鉴选番茄耐盐品种的方法，其特征在于，将番茄种植在i个不同盐浓度梯度下，采集不同盐浓度下，番茄萌芽期的芽长LSi或番茄苗期叶片气孔导度GSi；计算番茄萌芽期相对芽长或番茄苗期叶片相对气孔导度；
所述番茄萌芽期相对芽长＝Σ[(LSi-LS(i+1))/LSi]，所述番茄苗期叶片相对气孔导度＝Σ[(GSi-GS(i+1))/GSi]。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述盐处理为氯化钠处理，盐处理浓度的梯度呈等差数列，差值为50mmol·L-1。
8.根据权利要求7所述的方法，其特在于，盐溶液浓度梯度个数i为4个，S1为0mmol·L-1的氯化钠溶液，S2为50mmol·L-1的氯化钠溶液，S3为100mmol·L-1的氯化钠溶液，S4为150mmol·L-1的氯化钠溶液。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，若樱桃番茄的萌芽期相对芽长或苗期叶片相对气孔导度≤1，所述樱桃番茄为耐盐品种；若樱桃番茄的萌芽期相对芽长或苗期叶片相对气孔导度＞1，所述樱桃番茄为盐敏感品种。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，若鲜食番茄的萌芽期相对芽长或苗期叶片相对气孔导度≤0.7，所述鲜食番茄为耐盐品种；若鲜食番茄的萌芽期相对芽长或苗期叶片相对气孔导度＞0.7，所述鲜食番茄为盐敏感品种。
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