利用隶属函数法对不同基因型甘薯耐盐碱能力的分析与评价

孙 凯，张胜利，朱弘博，韩忠才，徐 飞

（吉林省蔬菜花卉科学研究院，吉林 长春130033）

土壤的盐碱化是一个世界性的生态问题，全球超过10%的陆地正遭受着土壤盐碱化的侵蚀.根据联合国粮农组织以及教科文组织的不完全统计，全世界盐碱地的面积约为9.54亿hm2，其中我国约为1.3亿hm2［1］.土壤盐碱化程度加重，次生盐碱土地面积的不断扩大，严重影响和制约了农业的可持续发展.在人口不断增长和能源紧缺的今天，如何利用盐碱化土地，已成为政府和科学界关注的热点问题［2］.

甘薯（Ipomoea betatas Lam.），也称为地瓜、甜薯、红苕、番薯等，属旋花科甘薯属草本植物，是重要的粮食作物、能源原料作物和饲料作物，此外也是一种耐逆性较强的作物.已有的研究主要集中在甘薯的中性盐胁迫上，表明不同甘薯品种的耐盐程度差别很大［3－4］；有关甘薯对盐碱混合胁迫下的研究和品种筛选目前报道的还较少.盐碱胁迫是包含了碱性盐胁迫和中性盐胁迫的混合胁迫，盐碱胁迫下植物不仅受Na＋的毒害，还会受高pH 和低水势的胁迫［5］.因此本实验以5个吉林省主栽的甘薯品种为材料，研究了盐碱胁迫下甘薯的生理指标变化，评价了不同品种的耐盐碱性，旨在研究盐碱混合胁迫下甘薯的生理特性变化，以为甘薯的耐盐碱品种的筛选和盐碱地栽培提供参考.

甘薯的耐盐碱性受多种基因影响，是多个因素相互作用而构成的综合反应体系，由于每一项指标不能一概地反应甘薯的耐盐碱性，单项的机理研究又存在一定的局限性，也不具有说服力，因此综合多个指标进行研究分析才可以使实验结果更加客观.隶属函数法是模糊集合的特征函数，利用隶属函数法对植物的抗逆性进行分析在玉米、马铃薯、水稻等作物的抗逆性研究中都有报道.本文通过求出各耐盐碱性指标在品种中的隶属函数值，再通过平均值来评价各个品种的耐盐碱性，对甘薯的耐盐碱性进行了综合的分析与评价，以期为耐盐碱指标的选择提供一种可行的方法，同时为培育优良的耐盐碱甘薯品种提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 实验材料

供试材料为吉徐薯1号、吉徐薯2号、吉1114、徐紫薯2号、徐薯28，均由吉林省农业科学院经济植物研究所惠赠.

1.2 实验设计

采用沙培方式种植薯苗，选取生长良好、长势一致的甘薯苗为试材.薯苗扦插后第一周作为缓苗期，早晚各浇1次Hoagland营养液，浇灌量为细沙持水量的2倍；扦插后第二周开始处理，用Hoagland营养液将NaHCO3和Na2CO3按照n（NaHCO3）∶n（Na2CO3）＝5∶1的比例配制成盐浓度为100mmol／L的溶液作为盐碱处理液，对照组使用Hoagland营养液，处理后每隔2d取样测量各个指标.

1.3 测定指标及方法

植株鲜干重、叶绿素含量、相对电导率、丙二醛含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、SOD 活性根据张治安和张美善报道的方法进行测定［6］.

1.4 综合评价

采用隶属函数法对各个品种进行耐盐碱性评价.即

式中：F（I）为隶属函数值；I 为指标的测定数值；Imax，Imin分别为实验品种的某一指标的最大值和最小值.当某指标与植物耐盐碱能力成正相关时采用公式（1），当某指标与植物耐盐碱能力成负相关时采用公式（2）；最后将各个指标的隶属函数值求和计算平均值.隶属函数值越大说明植株受到危害的程度越大，即耐盐碱性越弱.通过比较平均值的大小，即可评价各甘薯品种抗盐碱性的强弱.

1.5 数据分析

实验数据用Microsoft Excel 2010（Microsoft）和SPSS 19.0（IBM SPSS）软件进行分析处理.

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫对不同基因型甘薯植株叶绿素含量的影响

盐碱胁迫对不同基因型甘薯品种植株叶绿素含量的影响结果见表1.由表1可见，不同基因型的甘薯在盐碱胁迫下叶绿素的含量均出现下降现象，但各品种间存在差异.与对照相比，徐紫薯2号的叶绿素含量下降的最小，吉徐薯1号和吉徐薯2号下降较大，徐薯28和吉1114居中.盐碱胁迫下，植物吸收水分困难，叶片发黄，植株叶绿素含量有所降低，这也影响了植物的光合作用，进而使植物生长缓慢.

表1 盐碱胁迫对不同基因型甘薯幼苗叶绿素含量的影响

2.2 盐碱胁迫对不同基因型甘薯相对电导率的影响

盐碱胁迫对不同基因型甘薯品种相对电导率的影响结果见表2.由表2可见，盐碱胁迫下，5个甘薯品种的相对电导率均出现增大现象，其中吉徐薯2号增大幅度最大，比对照增大了76.52%；吉徐薯1号增大了63.16%；吉1114增大幅度最小，增大了19.06%；徐紫薯2号和徐薯28的相对电导率增大幅度居中，且差异性不显著.植株相对电导率的变化可以反映出细胞受伤害的程度，5个甘薯品种中，吉徐薯2号的相对电导率最高，说明细胞受伤害的程度最为严重.

2.3 盐碱胁迫对不同基因型甘薯丙二醛含量的影响

盐碱胁迫对5个甘薯品种丙二醛含量的影响结果见表3.由表3可见，在盐碱处理下，不同基因型甘薯的丙二醛含量均出现增大现象，其中吉1114增加最少，且与其他品种间差异显著；吉徐薯1号和吉徐薯2号增加较大，两品种间差异不显著；徐紫薯2号的丙二醛含量大于徐薯28的，且达到了差异显著的水平.植株体内丙二醛含量的变化可以反映植株受危害的程度，盐碱胁迫下吉1114丙二醛含量最低，吉徐薯1号最高，说明吉1114受到的危害最小，而吉徐薯1号最大.

表2 盐碱胁迫对不同基因型甘薯幼苗细胞膜透性的影响

表3 盐碱胁迫对不同基因型甘薯幼苗丙二醛含量的影响

2.4 盐碱胁迫对不同基因型甘薯植株鲜重、干重的影响

盐碱胁迫对5个甘薯品种鲜重、干重的影响结果如图1所示.由图1可见，盐碱胁迫抑制了5个甘薯品种的生长，但对每个品种的抑制程度不同，其中吉徐薯1号的植株鲜重比对照减少60.16%；徐薯28的植株鲜重减小幅度最小，为31.81%；吉徐薯2号的植株干重减小幅度最大为79.81%；吉1114的植株干重减小幅度最小，为44.04%.从甘薯植株鲜、干重的变化可以看出，吉1114的耐盐碱性比较强，而吉徐薯1号和吉徐薯2号较弱.

图1 盐碱胁迫对不同品种甘薯 幼苗鲜重、干重的影响

图2 盐碱胁迫对不同甘薯品种可溶性蛋白、 可溶性糖含量的影响

2.5 盐碱胁迫对不同基因型甘薯可溶性蛋白、可溶性糖含量的影响

盐碱胁迫对不同基因型甘薯植株体内可溶性蛋白、可溶性糖含量的影响结果见图2.由图2可见，盐碱胁迫下甘薯植株体内的可溶性蛋白、可溶性糖含量均有所增加.与对照相比，5个甘薯品种可溶性蛋白含量的增幅在9.22%～27.34%的范围内，吉徐薯1号增加幅度最小，徐紫薯2号增加幅度最大；可溶性糖含量增加幅度差异较大，徐薯28增加幅度最多达到47.87%，吉徐薯1号最小为9.42%.

2.6 盐碱胁迫对不同基因型甘薯保护性酶类的影响

盐碱胁迫下甘薯植株体内的SOD 活性（鲜样）呈先升高后降低的趋势，5个甘薯品种的变化基本趋势相同.如图3所示，在第3次取样时达到峰值，吉1114的峰值最高，且与其他品种间均达到差异显著的水平，其次为徐紫薯2号和徐薯28号，但差异并不显著；从第4次取样开始各品种的SOD 活性开始下降；最后一次取样时，吉1114的SOD 活性最高，吉徐薯2号的SOD 活性最小.

图3 盐碱胁迫对不同甘薯品种SOD活性的影响

2.7 不同基因型甘薯的耐盐碱性评价

以7个指标的变化幅度为依据，利用隶属函数法分析5个甘薯品种的耐盐碱能力，结果见图4.如图4所示，不同基因型甘薯品种的耐盐碱能力存在较大差异.

图4 5个甘薯品种耐盐碱能力综合评价

3 讨论及结论

研究表明，盐碱胁迫引发了甘薯植株体内一系列的生理响应机制，对甘薯具有抑制生长的效应，降低了植株的鲜重、干重、叶绿素含量等指标，且不同品种间存在着明显的差异.本文以丙二醛含量、植株鲜干重、叶绿素含量、细胞膜透性等7个指标的变化为依据，运用隶属函数法分析了5个甘薯品种的耐盐碱能力，根据综合指数的排序，其耐盐碱能力强弱的综合排序为：吉1114＞徐薯28＞徐紫薯2号＞吉徐薯2号＞吉徐薯1号.

有研究表明，盐碱胁迫提高了植株叶绿素酶的活性，进而加快了叶绿素的降解，导致叶绿素含量减少［7］；同时降低了植株碳的同化量，从而降低了植株的光合效率，抑制了植株的生长［8］.大量实验证明，生物量可以综合体现出植物的耐盐碱性，是评价植物耐盐碱性的可信指标［9－10］，在番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）、大豆（Glycine max）、水稻（Oryza glaberrima）、小麦（Triticum aestivum Linn.）等植物的研究中已有报道［11－18］，结果与本文中甘薯的干重、鲜重、叶绿素含量均有所降低的结论一致.

相对电导率是反映植物细胞膜系统稳定性的重要指标，在逆境条件下，膜蛋白会因细胞膜受到破坏使细胞质外渗，进而导致相对电导率加大，增幅越大伤害程度就越大［19］，反映较为直接.本文中，吉1114的相对电导率增幅最小，反映出其具有一定的耐盐碱能力，这与最后耐盐碱性综合评价的结果一致.

盐碱胁迫下，高Na＋的存在使植株吸水困难，植物细胞膜系统也受到一定的破坏而发生失水，植株就会产生一些生理响应机制，合成新的可溶性蛋白、可溶性糖以加强渗透调节作用，增强植株的抗盐碱性.本实验中，5个甘薯品种的可溶性蛋白、可溶性糖含量在受到盐碱胁迫后都有所增加，反映出甘薯具有一定的耐盐碱性，但也因品种的不同存在差异.

植株在逆境时，会积累较多的活性氧，丙二醛是膜脂过氧化的终产物之一，其含量高低可以作为细胞受胁迫程度的指标之一，它的主要伤害是导致膜脂过氧化，损伤生物膜结构；与此同时植物体内保护性酶活性会应激提高以保护植物细胞免受活性氧的损伤［20－21］.本研究中，5个甘薯品种的丙二醛含量均升高，但程度不同，说明不同品种受到伤害的程度不同.甘薯体内活性氧清除系统相关酶活性明显受到盐碱胁迫的影响，SOD 活性应激升高，之后逐渐降低，这说明甘薯植株自身有着比较强的生理适应性，在一定程度上，能有效清除体内产生的活性氧，最大程度减少甘薯所受到的伤害，且品种间存在着差异.

本研究采用隶属函数法对5个甘薯品种的7项指标进行了综合耐盐碱性评价，评价消除了个别指标带来的片面性，较客观地评价了不同基因型甘薯的耐盐碱性.但是此次研究尚未考虑每项指标的贡献率问题，有待在今后的进一步研究中结合聚类分析法、隶属函数法、主成分分析法、灰色关联度法以及数据标准化法等［22－23］进行论证，使抗逆性的研究结果更加明确、客观.

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