高粱品种萌发期耐盐性筛选与鉴定

徐晓雪，孙 飞，肖梦颖，张瑞栋，周宇飞，黄瑞冬

(沈阳农业大学农学院，辽宁 沈阳 110866)

中国盐碱地面积约为9.9×107hm2，且有呈逐年增加的趋势[1]。盐碱胁迫会抑制作物的生长，使作物的产量和品质降低[2，3]。盐胁迫对作物萌发期生长发育的影响已有较多研究。低浓度的盐对种子的萌发具有一定的促进作用，但随着盐浓度的增高，种子的萌发会受到一定程度的抑制。杨霄乾等发现，用NaCl处理番茄种子，随着盐浓度的增加，种子的发芽率、发芽势、耐盐指数均呈下降的趋势[4]。在谷子[5]、玉米[6]等作物上也有相似的研究结果。此外，盐胁迫不仅会影响作物的渗透调节，还会损伤作物光合系统，影响细胞膜透性，产生离子毒害等直接影响作物的产量与品质[7-9]。

高粱具有耐盐碱、耐贫瘠等特点，适宜在盐碱地等边际土地上种植[10，11]。虽然高粱具有较强的耐盐特性，但是不同的高粱品种，不同生育时期对盐胁迫的耐受力不尽相同，萌发期是高粱对盐胁迫较为敏感的时期之一[12]。本试验以12份不同的高粱杂交种为试材，采用NaCl溶液进行胁迫，研究不同高粱杂交品种萌发期的耐盐性并筛选耐盐性较强的高粱品种，对高粱萌发期的各个耐盐指标进行综合性评价，以期为高粱的耐盐种质资源开发以及耐盐碱栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

表1 供试材料及来源

1.2 试验设计

于人工气候箱内培养。高粱种子用5%的次氯酸钠进行浸泡消毒，然后用蒸馏水将种子表面的次氯酸钠清洗干净，将消毒后的种子放于铺有吸水纸的培养皿(直径150 mm)中进行发芽，每个培养皿中放置25粒高粱种子。以金糯1号、龙杂18号、晋杂34号、辽粘3号和锦杂100为材料进行预备试验，采用0(ck)、50、100、150、200 mmol·L-1NaCl进行胁迫处理，测定发芽率和根长、芽长等指标。前期试验发现，150 mmol·L-1NaCl胁迫下各品种间的性状指标差异最显著，因此，本试验以150 mmol·L-1NaCl浓度作为高粱萌发期耐盐性鉴定的盐浓度。将待试种子分别置于加入10 mL盐溶液和蒸馏水的培养皿中进行培养，每个处理设置3次重复。气候箱设定温度为(25±2)℃，湿度为(60±5)%，光照时间为08：00—20：00时，光强设置为320μmol·(m2·s)-1。培养第3天统计发芽数，统计至第10天，测量高粱的芽鲜重、芽干重、芽长、根鲜重、根干重、根长。

式中，X3为第3天种子发芽数；X10为第10天种子发芽数;X为供试种子总数；Xt为第t天的发芽数；Dt为相应的发芽天数。

1.3 数据处理方法及软件

采用模糊数学隶属函数法、主成分分析、聚类分析对高粱的发芽指标相对值分别进行处理。

式中，A为某一品种某一指标的相对值；Amax为该指标的最大值；Amin为该指标的最小值。

采用Excel 2007软件进行数据整理，DPS 7.05软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫下不同高粱品种萌发性状的变化

对盐胁迫下的12个高粱品种萌发期的根长、芽长、根鲜重、芽鲜重等9个指标进行测量(表2)，12个高粱杂交品种盐胁迫后的性状值几乎都小于对照。根长的范围一般为3.62～13.66 cm，芽长的范围一般为6.15～10.23 cm，单株根鲜重的范围一般为19.83～51.46 mg，单株芽鲜重的范围一般为51.17～78.97 mg，单株根干重的范围一般为1.93～8.21 mg，单株芽干重的范围一般为4.18～9.56 mg，发芽势的范围一般为26.00%～91.00%，发芽率的范围一般为34.00%～91.00%，发芽指数的范围一般为11.88～39.05。盐胁迫后，龙米梁1号、金糯1号的芽鲜重较对照差异不显著，锦杂100的芽长、根长与对照无显著差异，而龙杂10号的各指标与对照间均存在极显著差异水平，龙杂17号的芽鲜重与对照存在显著差异水平，其余各指标较对照极显著下降。各指标下降幅度在不同品种、不同指标间存在差异。

对各萌发指标的相对值进行分析(表3)。相对发芽率的最大值为107.81%，最小值为42.85%；相对发芽势的最大值为109.52%，最小值为32.65%；相对发芽指数的最大值为110.81%，最小值为39.12%；相对芽鲜重的最大值为98.09%，最小值为65.97%；相对芽干重的最大值为91.55%，最小值为52.83%；相对芽长的最大值为91.84%，最小值为59.12%；相对根鲜重的最大值为93.78%，最小值为42.71%；相对根干重的最大值为95.24%，最小值为62.84%；相对根长最大值为83.15%，最小值为31.96%。龙米粱1号和锦杂106各项指标的相对值均比较大，表现出较好的耐盐性，金糯1号除了相对根长和相对根鲜重外，其余各项指标均表现良好。除此之外，一些品种的各项指标较小，表现出对盐胁迫比较敏感的特性，如辽杂37号的相对发芽势、相对发芽率和多个生长指标的相对值均较小，辽粘3号除了相对根长外，其余指标的相对值均表现较小，耐盐性较弱。

表2 盐胁迫下不同高粱品种的萌发性状

表3 盐胁迫下高粱品种各萌发性状的相对值 单位：%

2.2 盐胁迫下高粱品种的耐盐性评价

利用模糊数学隶属函数法对盐胁迫下12个高粱品种的耐盐性进行综合评价，将同一品种的不同性状相对值的隶属值相加后计算隶属平均值，隶属值的平均值越大，耐盐性越强。由表4可以看出，龙米粱1号的隶属值最高，达到0.93，在12个品种中耐盐性最强，锦杂106和金糯1号的隶属值也较高，分别为0.70和0.66，耐盐性较强，辽粘3号的隶属值最低，为0.12，耐盐性较弱。

表4 高粱品种在盐胁迫下各生长指标相对值的隶属值

表5 盐胁迫下各性状隶属平均值的相关系数

2.3 盐胁迫下高粱幼苗各指标隶属平均值的相关性分析

对盐胁迫下高粱萌发各性状的隶属平均值进行相关性分析(表5)，多数性状间都表现为显著或极显著相关。其中，芽鲜重与芽干重，发芽势与发芽率的相关系数最高，达0.96，表现为极显著相关；芽鲜重与根干重之间的相关系数为0.93；根干重与芽干重之间的相关系数为0.86；根干重与发芽势间的相关系数为0.73；根干重与发芽率间的相关系数为0.74，均达极显著相关。发芽指数与发芽率、发芽势之间也呈极显著的正相关，相关系数分别为0.83、0.88。芽鲜重、根干重、芽干重、发芽势、发芽率和发芽指数与总隶属平均值达极显著正相关，其中发芽率的相关系数最高为0.88，芽鲜重和芽干重次之，相关系数均为0.86，发芽势第三，相关系数达到了0.85。

2.4 高粱品种耐盐性的主成分分析

主成分分析法可以将多个实测变量简化为较少变量，是一种降维、简化数据的方法。主成分分析法既简化了数据，又能体现变量间的相关性。对12个高粱品种9个性状指标的相对值进行主成分分析(表6)，将原来的9个指标转化为3个新的相互独立的综合指标，前3个主成分的累计贡献率为88.252%，代表了原来9个指标的大部分信息。3个主成分在9个高粱性状指标的载荷量，反映了主成分与高粱性状指标的相关性(表7)。

表6 3个主成分的特征根值以及贡献率

表7 各因子载荷矩阵

第Ⅰ主成分的贡献率为54.047%，该主成分在发芽率和发芽势中的载荷较大，说明第Ⅰ主成分主要反映了高粱的萌发状况。

第Ⅱ主成分的贡献率为21.671%，该主成分在根干重、根鲜重中载荷较大，说明第Ⅱ主成分主要反映了高粱的根部生长状况。

第Ⅲ主成分的贡献率为12.504%，该主成分在芽干重和芽鲜重中的载荷较大，说明第Ⅲ主成分主要反映了高粱芽部的生长状况。

由于前3个主成分反映了原来9个单项指标88.252%的信息，可对高粱的耐盐性进行评价，而且发芽率、根干重和芽干重分别在高粱的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ主成分中所占载荷量最大，因此可以将这3个指标作为筛选与评价高粱耐盐性的主要指标。

2.5 12个高粱品种的耐盐性聚类分析

对各高粱品种的平均隶属值进行聚类分析(图1)。将12个高粱品种按照耐盐性强弱分为4个类群。

第Ⅰ类群，只有龙米梁1号，该品种各指标的相对值均较高，属于高度耐盐品种。

第Ⅱ类群，包括锦杂106、金糯1号、锦杂100、龙杂17号、龙杂18号，这一类群各性状指标的相对值比较居中，因此可认定该类群为耐盐品种。

第Ⅲ类群，锦杂109，龙杂16号、龙杂10号、辽杂37号、晋杂34号。这一类群各性状指标的相对值比较低，因此可认定该类群为盐敏感品种。

第Ⅳ类群，只有辽粘3号，该品种各项性状指标的相对值最低，属于高度盐敏感品种。

注：编号1、2、3……为12个品种隶属函数平均值降序排序。图1 12个高粱品种耐盐性的聚类分析

3 讨论与结论

土壤盐渍化是影响作物生产和生态环境的因素之一，虽然各地的盐渍化土壤盐分组成比例有所不同，但均大量含有NaCl[13]，因此本试验选用NaCl作为盐胁迫较为合理且具有代表性。不同高粱品种其耐盐性有所不同，不同生育时期的耐盐性也不尽相同，萌发期是高粱对盐胁迫较为敏感的时期。盐胁迫对不同萌发指标的影响也各不相同，单一的指标对高粱耐盐性的评价并不全面，因此应结合多个性状指标来全面的进行高粱耐盐性评价。隶属函数法可以对作物的多个生理指标进行综合评价，利用该方法评测作物抗逆性的强弱，可克服单一指标评价的片面性。柴媛媛等[20]利用隶属函数法对NaCl胁迫下甜高粱种子的发芽指标进行综合评价。高雪等[21]测定盐胁迫下甜高粱孕穗期的生理指标及酶活性，并通过隶属函数法评价5个甜高粱品系的耐盐性。可以判断出隶属函数法是评价高粱耐盐性的有效方法之一[22]。本试验采用模糊数学隶属函数法对12个杂交高粱品种的耐盐性进行综合评价排序，并对其隶属平均值进行聚类分析，将12个高粱品种分为四大类，结果表明，耐盐性最强的品种为龙米粱1号，辽粘3号的耐盐性最差。龙米粱1号的各项指标在150 mmol·L-1NaCl胁迫下均表现较好，尤其是根部生长因子，龙米粱1号可能通过根系的适应性来抵抗盐胁迫，其具体作用机理还有待于进一步研究。

鲜重、干重、株高、根长和萌发因子等指标是判断作物耐盐性强弱的有效指标[23]。本试验通过测定高粱的鲜重、干重、根长、芽长、发芽率和发芽势等指标，将12个高粱品种的9个性状指标的相对值进行主成分分析，将原来的9个鉴定指标转化为3个新的独立综合指标，发现萌发因子与高粱耐盐性的相关性最高，其次为根部生长因子和芽部生长因子。其中，萌发因子中负荷量最大的指标为发芽率、根部生长因子中负荷量最大的指标为根干重、芽部生长因子中负荷量最大的指标为芽干重，因此认为可以将发芽率、根干重和芽干重作为鉴定与筛选高粱萌发期耐盐性强弱的主要指标。孙璐的研究认为，根长、叶重、发芽率可作为判断高粱萌发期耐盐性鉴定的主要指标，与本试验结果基本一致[24]。王明泉等认为，发芽势、苗干重等可作为鉴定玉米自交系苗期耐盐性的指标[25]。牛远等研究认为，下胚轴长、根鲜重和鲜生物量可作为大豆芽期耐盐性鉴定的主要指标[26]。孙东雷等研究表明，可以用相对含水量和鲜重来鉴定花生萌发期的耐盐性[27]。本研究结果与之相似，但也有不同之处，这可能是因为试验材料、生育时期以及耐盐性的鉴定方法有所不同。此外，本试验主要针对的是高粱萌发期的耐盐性筛选，而盐害通常会伴随作物的整个生育时期，所以高粱其他生育时期的耐盐性仍需进一步研究。