高粱芽期耐盐指标筛选及耐盐性评价

穆志新，李萌，秦慧彬

（山西省农业科学院农作物品种资源研究所，农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室，杂粮种质资源发掘与遗传改良山西省重点实验室，山西太原030031）

高粱芽期耐盐指标筛选及耐盐性评价

穆志新，李萌，秦慧彬

（山西省农业科学院农作物品种资源研究所，农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室，杂粮种质资源发掘与遗传改良山西省重点实验室，山西太原030031）

以49份高粱种质资源为材料，对其进行耐盐性分析。在芽期盐胁迫条件下，萌发第4天测定发芽势，第7天测定发芽率、芽长、根长、芽鲜质量、根鲜质量，利用隶属函数分析、主成分分析及聚类分析进行耐盐性综合评价和指标筛选。结果表明，12 g/L NaCl是进行高粱芽期耐盐性鉴定的适宜盐浓度，各性状耐盐指标间变异大；6个芽期性状间存在着一定相关性；聚类分析将49份高粱种质资源分成耐盐型、中等耐盐型和盐敏感型种质3大类。发芽率、根鲜质量和芽鲜质量可以作为高粱芽期耐盐性鉴定的指标。

高粱；芽期；耐盐性；主成分分析；聚类分析

土壤盐碱化是限制植物生长与生产的重要因素[1]。我国约有盐碱地0.27亿hm2，约占全国可耕地面积的25%[2-4]，严重影响着我国的农业生产。高粱是世界五大谷类作物之一[5]，属于短日照C4植物，具有粮、饲、酿造等多种用途，抗旱、耐盐碱、耐瘠薄[6]，是干旱半干旱地区的主要作物[7]。研究不同高粱种质资源的耐盐性，培育耐盐品种，是实现盐碱地高效利用及高产稳产的有效途径。

高粱在萌发期不易保全苗，芽期耐盐性强是高粱能在盐渍化严重地区萌发成苗必须具备的特性，学者对小麦[8]、大豆[9]、谷子[10]等作物芽期耐盐性都有研究，但对高粱萌发期耐盐性进行系统全面评价的研究相对较少。

本研究以山西省8个县收集到的49份高粱种质资源为试验材料，研究了芽期盐胁迫对不同高粱材料的影响，以期筛选出有效的耐盐鉴定指标，旨在为高粱种质资源耐盐材料的筛选提供理论基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验选用49份高粱地方种质资源为供试材料（表1）。

表1 高粱材料编号、名称及来源地

1.2 试验方法

8个县各选取1份高粱资源为材料，每个试验材料挑选30粒大小一致且饱满的种子，经0.1% HgCl2溶液消毒10 min，蒸馏水冲洗5次，滤纸吸干，置于铺有双层滤纸的培养皿中。设0（CK），4，8，12，16，20 g/L共6个NaCl溶液进行预试验，各处理3次重复。每培养皿中加入8 mL蒸馏水或盐溶液，置于人工气候箱中发芽，箱内昼/夜温度28℃/ 25℃，光/暗为12 h/12 h，湿度60%。通过测定发芽数以及高粱芽期的生长情况，得到在12 g/L盐溶液胁迫下，材料间及处理与对照间各生长指标的差异最明显，因此，将12 g/L定为正式试验的盐胁迫浓度。

处理组每个培养皿中加入8 mL 12 g/L NaCl溶液，蒸馏水作对照，3次重复。发芽条件同预备试验。培养第4天统计种子发芽势，第7天统计种子发芽率，并从每个培养皿中选取代表性的5株测量根长、芽长、芽鲜质量及根鲜质量，计算平均值。

1.3 测定项目及方法

发芽势＝4 d内发芽种子数/供试种子数× 100%；发芽率＝7 d内发芽种子数/供试种子数× 100%；耐盐指数＝盐处理值/对照值。各指标的耐盐指数分别表示为相对发芽势、相对发芽率、相对芽长、相对根长、相对根鲜质量、相对芽鲜质量。

利用隶属函数值法[11]，求各测定指标的隶属值。

其中，Xij为第i个材料第j个指标的耐盐指数；Xjmax为第j个指标测定值的最大值，Xjmin为最小值；X（u）是第j个指标的隶属函数值。测定指标若与耐盐性呈正相关，采用公式（1）计算，负相关则用公式（2）计算。最后将各材料不同指标的隶属值累加求其均值，得到平均隶属函数值。

1.4 数据处理

用Excel进行数据整理，计算各指标的耐盐指数，用SPSS 18.0软件进行相关性分析、主成分分析以及聚类分析。

2 结果与分析

2.1 高粱种质资源芽期对盐胁迫的响应

由表2可知，12 g/L盐溶液对49份高粱种质资源的各测定指标都有抑制作用，表明盐胁迫对高粱种子芽期的影响不仅限于发芽指标上，还表现在抑制根及芽的生长上。不同材料抑制程度不同，因此，各测定指标变幅不同。发芽势的相对值变化范围为0.000～0.974，相对发芽率介于0.084～0.942，根长的相对值在0.190～0.660，相对芽长的变化范围为0.068～0.501，相对根鲜质量的变化范围为0.243～0.900，相对芽鲜质量的变化范围为0.032～0.536。

由表2可知，灵丘县收集到的白高粱种质（4号），在盐胁迫下仍保持高发芽率，根的生长受到的抑制作用比较小，芽苗受到的影响却较大。兴县收集到的软高粱（9号），在盐胁迫下，发芽快，根表现为盐胁迫不敏感。五台县的粘黄狼黍（20号）各项指标的相对值都比较居中，说明对盐胁迫环境中度敏感。来自石楼县的茭子（30号）发芽势和根长的观测值高于其他高粱种质，根鲜质量的相对值也较大，说明受盐胁迫影响较小。隰县收集到的帚用高粱（32号）发芽率、芽长的观测值都小于其他高粱种质，芽鲜质量的相对值下降幅度大，表现为发芽迟缓，芽苗生长受阻，受盐胁迫影响很大。来自武乡县的茭子（44号）芽长、根鲜质量以及芽鲜质量的相对值均高于其他高粱种质，说明对盐胁迫环境不敏感。

表2 盐胁迫下高粱种质各性状相对值

2.2 盐胁迫下高粱各性状的相关性分析

对盐胁迫下高粱种质芽期各性状的相对值进行相关性分析，结果显示，各项指标间具有很强的相关性（表3）。芽鲜质量和芽期其他指标间均为极显著相关，和芽长的相关性最大，达到0.867，发芽率与发芽势、芽长之间相关性也较高，分别为0.765和0.505，根长与发芽势、芽长及根鲜质量之间的相关系数分别为0.476，0.483和0.460。

表3 盐胁迫下高粱种质各性状的相关性分析

2.3 对高粱种质芽期耐盐性的主成分分析

表4 3个主成分特征值及贡献率

对高粱种质芽期各性状相对值进行主成分分析，结果显示，前3个主成分贡献率分别为56.19%，17.54%，12.11%，其累计贡献率达到85.84%（表4）。

第I主成分的特征值λ1＝3.371，贡献率最大，达56.19%，芽长及芽鲜质量的负荷量较大（表5），均达到0.8以上，反映了盐胁迫下，芽苗生长的情况可以用来鉴定高粱芽期耐盐性。第Ⅱ主成分的特征值λ2＝1.052，贡献率为17.54%，根鲜质量、发芽势、发芽率载荷数值较大，反映了高粱发芽和根部的综合情况。第Ⅲ主成分的特征值λ3＝0.726，贡献率为12.11%，其中，根鲜质量的相关系数最大，代表了盐胁迫下根部的生长情况。

表5 各因子的载荷矩阵

综上分析可看出，3个主成分足以反映出盐胁迫下高粱芽期耐盐性的信息，将6个变量减少为3个综合指标。发芽率、根鲜质量、芽鲜质量可作为大批量高粱种质资源芽期耐盐性鉴定的主要指标。

2.4 不同高粱种质资源耐盐性评价

依据各种质资源的平均隶属函数值，利用系统聚类中的组内联接法，在欧式平方距离为8时，49份材料被归为3个类群（图1）。

第Ⅰ类群有包括五台县粘黄狼黍等在内的30份材料，其中，五台县11份，武乡县6份，隰县4份，石楼县4份，兴县和灵丘县各2份，繁峙县1份。平均隶属函数值在0.233～0.472，发芽势、发芽率、根长、芽长、根鲜质量及芽鲜质量的耐盐指数分别为0.274，0.528，0.376，0.210，0.427和0.181。其被认定为中等耐盐型种质。

第Ⅱ类群有包括隰县帚用高粱、高粱以及石楼县黑高粱，共3份材料。平均隶属函数值在0.046～0.141，发芽势、发芽率、根长、芽长、根鲜质量及芽鲜质量的耐盐指数分别为0，0.135，0.261，0.087，0.372和0.114。其被认定为盐敏感型种质。

第Ⅲ类群有包括武乡县茭子等在内的16份材料，其中，灵丘县3份，石楼县3份，武乡县3份，隰县2份，兴县2份，繁峙、五台、五寨各1份。平均隶属函数值在0.530～0.843，发芽势、发芽率、根长、芽长、根鲜质量及芽鲜质量的耐盐指数分别为0.589，0.787，0.541，0.296，0.629，0.306。其被认定为耐盐型种质。

3 讨论

根据作物以及鉴定时期的不同，选择适宜的盐胁迫浓度，综合评价作物耐盐性。胁迫强度小，试验材料间变异小，很难准确估计作物的耐盐能力；胁迫强度大，试验材料间变异大，可能会掩盖作物的某些耐盐特性[12-13]。本研究中，12 g/L盐胁迫下，高粱各种质资源出芽较晚，植株生长所受影响较大，各性状耐盐指数变动范围大，材料间各生长指标的差异明显，因此，选择12 g/L盐胁迫浓度对高粱种质资源芽期进行耐盐性鉴定是科学、合理的。

作物在高盐环境下，外部形态、生理代谢都表现出不同的适应能力，研究对象、鉴定时期以及调查方法不同，评价的指标也存在一定差异[14]。王金妹等[15]研究不同盐度胁迫条件下蓖麻的生长情况及生理指标，结果表明，发芽率、生物量以及Pn，Tr，Ci，Gs，Fv/Fm，qP和有效光化学量子产量可作为蓖麻耐盐性鉴定的重要指标。张国伟等[16]利用砂培试验模拟盐胁迫，筛选出株高、叶片伸展速率、地上部干质量、根系干质量、根系活力和净光合速率的盐害系数，作为棉花苗期耐盐鉴定指标。陈波等[17]研究表明，玉米芽期耐盐性评价应以种子耐盐指数、活力耐盐指数、相对芽干质量、相对根干质量、相对储藏物质转运率及相对生长量为主。本研究中，高粱种质的萌发因子（相对发芽势、相对发芽率），根部生长因子（相对根长、相对根鲜质量）和叶部生长因子（相对芽长、相对芽鲜质量）等6个指标间的相关性强，主成分分析表明，发芽率、根鲜质量、芽鲜质量可以作为大批量高粱种质资源芽期耐盐性鉴定的主要指标。基于各种质资源平均隶属函数值的聚类分析筛选到16份耐盐型高粱种质，为今后高粱育种奠定了基础。

高粱种质应首先具备较好的萌发特性才能实现高粱生产和盐渍土壤的有效利用，不同高粱种质资源的耐盐性具有差异性。山西省内8个县均收集到耐盐性强的高粱地方种质资源，农家种及其野生近缘种具有许多优良性状，是作物育种的基础，应加大收集力度，筛选出抗逆性强的材料，为土地的高效利用提供资源。

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Screening of Salt Tolerance Indices and Salt Tolerance Evaluation of Sorghum Germplasm Resources at Germination Stage

MUZhixin，LI Meng，QINHuibin
（Key Laboratory ofCrop Gene Resources and Germplasm Enhancement on Loess Plateau，Ministry ofAgriculture，Shanxi Key Laboratory ofGenetic Resources and Genetic Improvement ofMinor Crops，Institute ofCrop Germplasm Resources，Shanxi Academy ofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China）

This study analyzed the salt tolerance of 49 sorghum germplasm resources.Indices were measured under salt stress,the germination force was measured on the fourth day and the germination percentage,shoot length,root length,shoot fresh quality,root fresh quality were measured on the seventh day.Subjection value,principal component analysis and cluster analysis were used to evaluate the salt tolerance and select the salt tolerance index of sorghum during germination stage.The results indicated that 12 g/L NaCl was the suitable salt concentration for salt tolerance identification at germination period,the salt tolerance index range of sorghum strains was different.There were correlations among the 6 traits.The 49 sorghum germplasm resources were divided into salt-resistant,medium salt-resistant and salt-sensitive three categories by cluster analysis.The germination percentage,the root fresh quality and the shoot fresh quality can be used as identification indicators ofsorghum at germination stage.

sorghum;germination stage;salt tolerance;principal component analysis;cluster analysis

S514

：A

：1002-2481（2017）07-1075-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.07.08

2017-01-03

山西省科技基础条件平台项目（201605D121018）；山西省农业科学院科技自主创新能力提升工程项目（2017zzcx-17）

穆志新（1974-），男，山西浑源人，副研究员，主要从事农作物种质资源研究工作。