31份玉米自交系萌发期耐盐碱性综合评价

于 莹，张树权，郭永利，姚玉波，周 菲，赵东升，刘继忠，李文华

（1.黑龙江省农业科学院经济作物研究所，哈尔滨 150086；2.黑龙江省农业科学院，哈尔滨 150086）

土壤盐碱化已成为影响农业生产的主要非生物胁迫因素之一。松嫩平原是世界三大苏打盐碱土集中分布区之一，也是我国重要商品粮基地[1]。该地区土壤盐碱化严重影响农作物生长，制约当地农业经济发展。利用盐碱地有多种途径，筛选耐盐碱作物品种是最为经济有效方法之一[2]。

玉米作为我国三大重要粮食作物之一，对盐分中度敏感，耐盐性相对较差。玉米生长适宜土壤pH 6.5～7.0，极限盐度1.7 ds·m-1（1 ds·m-1=0.01 mol·L-1NaCl），每超过极限盐度1 ds·m-1，产量降低12%[2]。盐胁迫下，玉米生长受抑制，芽势弱，出苗迟缓，根系生长不良，相对活力降低，叶片失绿，严重影响玉米生长发育及产量[3]。目前，玉米耐盐碱育种研究进展缓慢，缺少玉米耐盐碱种质资源。不同玉米品种受基因型、表现型和体内生理生化反应影响，盐碱胁迫敏感程度不同，耐盐碱性差异大[4]。鉴定不同玉米自交系耐盐碱性，可为玉米耐盐碱品种选育提供基础材料。

植物耐盐性鉴定方法主要包括发芽期筛选法、苗期鉴定法、营养液筛选法、大田鉴定法等。种子萌发是盐胁迫下植物生命过程的关键时期，其发芽状况、胚根胚芽生长情况均对后续生长和发育具有决定性作用[5]。研究表明，植物种子萌发阶段对盐胁迫较敏感[6]。因此，种子萌发期是耐盐性鉴定重要时期[7]。萌发期耐盐性鉴定因其周期短、操作方便、结果稳定等特点，应用广泛。

近年来，研究者从不同角度提出植物耐盐性鉴定试验设计、指标选择、评价方法及耐盐性分级等方法[8-9]。针对不同作物和不同育种需求，开发全面耐盐评价方法，如隶属函数法[10]、聚类分析法[11]等，采用的评价指标包括鲜重[9]、发芽率[12]、发芽势[13]、根长[14]等。其中，多指标多方法相结合的耐盐性综合评价，更加真实可靠。

玉米在盐碱地改良利用中具有重要作用和应用前景，提高和改良玉米品种耐盐碱能力已成为玉米育种重点目标。目前国内耐盐碱玉米种质资源匮乏、遗传基础狭窄、耐盐碱玉米品种较少，选育与鉴定耐盐碱玉米自交系是耐盐碱玉米品种培育关键。本研究分别采用中性盐NaCl和碱性盐NaHCO3盐碱胁迫处理31份玉米自交系，在萌发期选用相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指数、相对活力指数、相对根长、相对芽长、相对芽鲜重、相对根鲜重、相对芽干重、相对根干重等10个指标计算隶属函数值并聚类分析，以期筛选出萌发期耐盐碱性较强的玉米自交系，为耐盐碱玉米品种选育提供种质资源及理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为黑龙江省农业科学院经济作物研究所自育和外引的31份不同基因型玉米自交系（见表1），编号命名为Z1-Z31。

表1 31份玉米自交系血缘类型Table1 Pedigreeof 31 maize inbred lines

1.2 方法

1.2.1 盐碱胁迫下萌发试验

选取籽粒成熟、饱满且大小适中、均匀一致玉米种子，75%乙醇消毒3 min，灭菌蒸馏水冲洗3遍，滤纸吸干附着水分，将30粒种子播于铺有双层滤纸9 cm灭菌培养皿中，分别向培养皿中加入15 mL 100 mmol·L-1NaCl和75 mmol·L-1NaHCO3溶液，以无菌水作对照，试验设3次重复。将培养皿置于25℃恒温培养箱中，以萌发幼芽达种子长度1/2为发芽标准，第2、4、6、8天统计发芽种子数，第8天取10株幼苗测量根长和芽长，称量根鲜重、芽鲜重，105℃杀青30 min后，70℃烘干至恒重，称量根干重和芽干重，万分之一天平称重[10]。

1.2.2 耐盐碱评价方法

根据种子发芽情况计算各指标公式如下[15-16]：发芽率（%）=（第8天发芽种子粒数/供试试验种子粒数）×100%；发芽势（%）=（第4天发芽种子粒数/供试试验种子粒数）×100%；发芽指数（GI）=∑（Gt/Dt），Gt为t天发芽率，Dt为相应发芽天数；活力指数（VI）=GI×S（cm），其中S为发芽第8天芽长。为消除不同玉米自交系遗传背景差异，采用性状相对值作为评价玉米自交系耐盐碱性指标，即耐盐碱系数。耐盐碱系数=盐碱胁迫指标平均值/对照指标平均值。利用模糊数学法求隶属函数值（Membership value，MV）综合分析不同玉米自交系种子萌发期耐盐碱性。隶属函数值U（Xi）=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）（i=1，2，3，…，N），其中，Xi为指标测定值，Xmin和Xmax分别为参试材料某一指标最小值和最大值。先计算各指标隶属值，再累加每项指标隶属值求平均值，平均值越大表明其耐盐性越强，根据隶属函数均值作聚类分析。

1.2.3 数据处理和统计分析

采用Excel 2007统计分析数据并计算隶属函数值，SPSS16.0统计分析软件作聚类分析。

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫对不同玉米自交系萌发的影响

统计分析盐碱胁迫下31份玉米自交系萌发期各指标变化（见表2）。结果表明，不同玉米自交系对照中各性状变异系数为0.20～1.06，表明本试验所选玉米自交系类型丰富；中性及碱性盐胁迫下各性状变异系数分别为0.33～0.93和0.24～0.77，盐碱胁迫下许多指标变异幅度增大，如发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、芽长、芽鲜重、芽干重，说明这些指标对盐碱胁迫反应较敏感。

表2 盐碱胁迫下不同玉米自交系萌发期各指标变化Table 2 Changes of the germination indices for 31 maize inbred lines under saline-alkalinestress

由表2可知，与对照相比，盐碱胁迫下，31份玉米自交系发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、芽长、根长、芽鲜重、根鲜重、芽干重、根干重平均值均减少，说明盐碱胁迫对玉米自交系种子萌发和幼苗生长均有抑制作用。尤其是活力指数受抑制程度最大，中性和碱性盐胁迫均值分别是对照35%和27%。地下部分根较地上部分芽受抑程度大。从发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、芽长、芽鲜重等指标均值看，碱性盐胁迫抑制作用大于中性盐胁迫（且碱性盐胁迫浓度小于中性盐胁迫）。

2.2 31份玉米自交系萌发期耐盐碱性差异

与绝对值相比，相对值排除品种本身差异因素，可更好解释不同玉米自交系萌发期耐盐碱性差异，即采用耐盐碱系数作综合评价（见图1）。结果表明，中性盐胁迫下31份玉米自交系相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指数、相对活力指数、相对芽长、相对根长、相对芽鲜重、相对根鲜重、相对芽干重、相对根干重等指标耐盐碱系数高于平均值的分别有13份、14份、12份、10份、14份、16份、16份、13份、13份、12份；碱性盐胁迫下，各指标耐盐碱系数高于平均值的分别有11份、14份、14份、12份、12份、14份、14份、11份、15份、11份。同一自交系不同指标耐盐碱系数或同一指标不同自交系耐盐碱系数均有较大差异，单一鉴定指标的耐盐碱系数难以全面、准确评价不同玉米自交系耐盐碱性，需要综合分析评价。

图1 31份玉米自交系萌发期各指标耐盐碱系数Fig.1 Saline-alkaline tolerancecoefficient of the germination indicesfor 31 maize inbred lines

由图1可知，仅Z3和Z23所有指标耐盐碱系数均低于平均值。各指标中部分相对值大于1，说明盐碱胁迫促进该指标发展。Z4、Z9、Z18自交系各指标中性盐胁迫耐盐碱系数均高于碱性盐胁迫，说明这些自交系耐中性盐胁迫能力高于耐碱性盐胁迫；Z25和Z26则相反，碱性盐胁迫耐盐碱系数较高，说明两个自交系耐碱性盐能力高于耐中性盐。

2.3 31份玉米自交系耐盐碱性综合评价

隶属函数均值是玉米耐盐碱鉴定重要指标，耐盐碱越强其均值越高[16]。本研究分别分析相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指数、相对活力指数、相对芽长、相对根长、相对芽鲜重、相对根鲜重、相对芽干重、相对根干重等10个指标隶属度，最后得出隶属函数均值（见表3）。由表3可知，中性盐胁迫下隶属函数均值自交系Z11（0.712）最高，Z3（0.051）最低；碱性盐胁迫下隶属函数均值自交系Z14（0.694）最高，Z8（0.002）最低。

表3 盐碱胁迫下31份玉米自交系萌发期各指标隶属函数值Table 3 Membership values of the germination indices for 31 maize inbred lines under saline-alkalinestress

续表

为更好了解31份玉米自交系综合耐盐碱能力，将中性盐胁迫和碱性盐胁迫下隶属函数均值累加后平均，获得盐碱胁迫隶属函数均值，根据盐碱胁迫隶属函数均值对玉米自交系排序（见表4），运用欧氏距离Ward法对31份玉米自交系作耐盐碱性聚类分析。结果表明，31份玉米自交系被划分为四类：Ⅰ高耐，Ⅱ耐，Ⅲ中耐，Ⅳ敏感（见图2）。其中，高耐盐碱自交系6个（Z1、Z6、Z11、Z14、Z18、Z19），盐碱胁迫隶属函数均值为0.5179～0.696，占供试材料19.35%；耐盐碱自交系6个（Z10、Z16、Z20、Z22、Z26、Z29），盐碱胁迫隶属函数均值为0.3771～0.447，占供试材料19.35%；中度耐盐碱自交系14个（Z2、Z4、Z5、Z7、Z9、Z12、Z13、Z15、Z17、Z24、Z25、Z28、Z30、Z31），盐碱胁迫隶属函数均值为0.1904～0.3343，占供试材料45.16%；盐碱敏感自交系5个（Z3、Z8、Z21、Z23、Z27），盐碱胁迫隶属函数均值为0.0732～0.1297，占供试材料16.13%。

表4 31份玉米自交系耐盐碱性划分Table4 Relativetoleranceof 31 maizeinbred linesunder saline-alkalinestress

图2 31份玉米自交系分级聚类Fig.2 Classified cluster diagram of 31 maizeinbred lines

3 讨论与结论

我国东北地区盐碱土有害盐类除中性盐NaCl外，还有大量以NaHCO3和Na2CO3形式存在的碱性盐，该类型盐碱土对植物伤害作用显著大于中性盐土壤[17]。碱性盐胁迫下，植物受Na+、高pH和HCO3-/CO32-胁迫。目前，关于植物耐中性盐胁迫报道较多，盐胁迫下植物生长、光合、蛋白合成、能量和脂类代谢等均受抑制。研究表明，盐胁迫下玉米萌发期对盐胁迫最敏感，而开花期耐盐能力逐渐增强，耐盐玉米材料首先应具备较强萌发期耐盐性[18-19]。关于盐胁迫对玉米种子萌发影响的研究结果存在差异。本研究中，部分玉米自交系在中性盐胁迫下发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数均高于对照，如1153和PHT11，说明本研究的中性盐胁迫浓度偏低，表明两个自交系耐中性盐胁迫能力较强。

植物形态变化是反映盐害最直观指标，发芽率、发芽势、胚芽长、胚根长、胚芽鲜重、胚根鲜重等指标可从不同角度反映种子萌发期耐盐性[20]。陈新等研究表明发芽势、发芽率、根长、苗高等指标可用于裸燕麦品种耐盐性评价[8]。韩飞等研究表明发芽率、发芽指数、相对芽长、相对根长可作为谷子耐盐性评价关键指标[14]。孙东雷等认为发芽势、发芽指数、活力指数、发芽率、鲜重、相对含水量、干重相对值可作为花生萌发期耐盐性筛选指标[21]。由于单个指标具有一定片面性，单纯从萌发期某个指标难以确定材料耐盐性[22]。盐胁迫对玉米生长发育影响复杂，采用单一指标评价玉米自交系耐盐性时，由于不同材料胁迫条件下响应机制不同，各指标耐盐性排序会有不同。如本研究中，中性盐胁迫下玉米自交系1224相对发芽率隶属函数值为1，从这一指标来看，该自交系呈现较强耐中性盐能力，而相对根长隶属函数值为0.132，表明自交系1224不耐盐。因此，为提高玉米耐盐碱性鉴定准确性，应选用不同指标综合分析。隶属函数法可充分挖掘各指标间深层关系，避免单一指标评价片面性，评价结果更科学、合理。本研究利用10个指标的隶属函数均值划分31个玉米自交系耐盐碱级别，最终获得高耐盐碱玉米自交系6个，可用于耐盐碱玉米品种培育，在盐碱地推广。