18份大豆品种耐盐性筛选与综合鉴定

张翠平，王鹏年，张春兰，曹 帅，向殿军，李志刚，刘 鹏

(1.内蒙古民族大学农学院，内蒙古 通辽 028042； 2.吉林省农业科学院，长春 130033；3.内蒙古民族大学生命科学学院，内蒙古 通辽 028042)

近年来，国内外很多学者在盐胁迫对植物影响方面进行了大量的研究[8-10]，李为民等研究表明，盐胁迫会降低大豆叶片可溶性糖含量和酶活性[11]。韩飞等[12]将63份谷子种质按耐盐性差异分为5大类，相对根长、发芽率和相对芽长可作为鉴定谷子耐盐性指标。在菊芋[13]、高粱[14]和芸豆[15]等作物上也有相关研究，但关于大豆耐盐品种综合评价与系统性筛选等方面的研究相对较少。由于不同品种的耐盐机理存在差异，且单一指标不能全面反映大豆的耐盐性[16]，本研究利用生理特性中的渗透调节系统、抗氧化系统、光合特性和荧光参数为鉴定指标，以混合盐(NaCl∶Na2SO4=9∶1)模拟典型的盐胁迫条件，对18份不同品种大豆的耐盐性进行综合评价，以期筛选出评价大豆耐盐性指标和耐盐能力较强的大豆品种，为盐碱地的有效利用，解决大豆供给不足和耐盐育种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为18份大豆品种，分别来自内蒙古民族大学、东北农业大学、沈阳农资市场和吉林省农业科学院。详见表1。

1.2 试验设计

本试验于2017年6—8月在内蒙古民族大学试验基地日光温室内进行，每个品种均挑选均匀一致，无虫害种子，播种于以蛭石为基质的塑料盆中。待第1片复叶长出开始浇灌Hoagland营养液，25 d开始胁迫处理。本试验参照牛陆的研究结果，设置0(ck)、80 mmol·L-1混合盐(NaCl∶Na2SO4的摩尔比为9∶1、pH值(9.110±0.104)溶液进行胁迫处理。各种溶液均在1/2 Hoagland营养液(pH值为7.8)基础上进行配制。随后对植株进行盐胁迫处理，待处理3 d后，观察植株长势，选取生长状况较好的植株进行各个指标的测定，并进行记录。

表1 供试大豆品种编号及来源

1.3 测定指标与方法

1.3.1光合指标的测定

胁迫处理7 d后，于第1个晴天09：00—11：00时，利用LI-6400(Li-Cor.公司)型便携式光合作用测定系统对18份大豆品种叶片光合气体交换参数进行测定，包括净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)。测定时采用固定红蓝光源进行试验，光强为1 200μmol·(m2·s)-1，为避免测定时环境CO2浓度的变化对测定结果的干扰，将仪器的进气口与装有恒定CO2浓度的钢瓶相接，钢瓶CO2浓度配制成370μmol·mol-1，温度设定为25 ℃，空气流速0.500 L·min-1，相对湿度60%[18]，选取3株大豆在主茎上数第3复叶的中间叶片上进行测定。

1.3.2叶绿素荧光参数的测定

在测定光合指标的同时利用FMS-2(英国Hansatech公司)脉冲调制式荧光测定系统先测定光适应下的稳态荧光(qp)等参数。叶片盐迫初始荧光(Fo)和PSⅡ光量子效率(Fv/Fm)等参数需将叶片暗适应30 min后进行测定[19]。

1.3.3生理指标的测定

过氧化氢酶(CAT)活性、过氧化物酶(POD)活性测定参照李合生[20]的方法，可溶性糖含量的测定参照张殿忠等[21]的方法。

1.4 数据统计与分析

用Excel 2012软件进行数据整理并计算各性状的相对值与变化率，利用DPS 16.05软件进行各性状的方差、相关性和主成分等分析。

表2 混合盐碱胁迫下各性状的相对值

2 结果分析

2.1 混合盐胁迫对大豆光合特性的影响

为了更好反映不同大豆品种的耐盐性并消除试材自身之间存在的差异，利用18份不同大豆品种多个性状的相对值进行分析[22](表2)。结果表明，胁迫后各指标相对值变化范围为，Ci：86.280%～126.480%；Pn：65.120%～103.690%；Tr：67.240%～127.110%，Gs：64.790%～112.570%，Fo：101.110%～135.900%，qp：69.440%～103.060%，Fv/Fm：68.330%～107.630%。

盐胁迫后18份大豆材料中所有品种Fo均高于对照，其中东农42、杂交豆5号、吉育257、东农69和NMD 2号升高幅度较小，且Ci均低于对照，其余指标也均较大或者高于对照，表现出较强的耐盐性；吉育611、东农60和铁豆39等11个品种相对值比较居中，表现出中度耐盐性；东农63和吉育256叶片Ci和Fo相对值较高，其他性状相对值均较低，二者反映出盐敏感特性。

2.2 盐胁迫对大豆生理性状的影响

从表3可知，盐胁迫后，所有大豆试验材料CAT活性均低于对照，其中东农63和吉育256叶片CAT活性显著低于对照(p<0.05)。其中NMD 3号和吉育256的变化率最大，分别为0.500%和0.590%，说明叶片CAT活性受盐胁迫影响比较大，而杂交豆5号和吉育257的变化率最小，分别为0.160%和0.110%，CAT活性所受影响较小，2品种表现出较好的耐盐性。

东农63、铁豆62和吉育256叶片POD活性明显低于对照(p<0.05)，但从变化率来看，东农63和吉育256的变化率最大，分别为0.440%和0.300%，表明大豆叶片POD活性受盐影响较大。此外，NMD 2号、东农42、东农69、吉育257和杂交豆5号5个品种的POD活性均高于对照，且变化率较小，分别为0.070%、0.080%、0.040%、0.020%、0.080%，说明NMD 2号、东农42、东农69、吉育257和杂交豆5号在盐胁迫下能够保持稳定的状态，具有较强的耐受性。

从大豆叶片可溶性糖含量来看，东农63和吉育256变化率最大，分别为0.350%和0.340%，且显著低于对照(p<0.05)，东农63和吉育256表现出盐敏感特性。

2.3 混合盐碱胁迫下大豆各性状参数的相关系数

对混合盐胁迫下不同大豆品种的10个性状的相对值和变化率进行相关性分析，结果表明(表4)。胁迫后Pn与Gs和可溶性糖含量之间的相关性最高，其相关系数分别为0.740和0.721。Tr与Fv/Fm相关性最大，相关系数为0.659。Gs和CAT活性与各性状之间均达到显著或极显著相关水平，其中Gs与可溶性糖含量相关性最高，相关系数达到0.830；CAT活性与Fo相关性最大。Fo除与Gs呈极显著正相关外，与其它各性状均达到极显著负相关水平，与Fv/Fm相关性最高，相关系数为-0.837。Fv/Fm和qp与其它性状均达到显著或极显著相关水平。POD活性和可溶性糖含量均与蒸腾速率相关性较小，相关系数仅为0.446和0.422。

表3 盐胁迫对大豆生理性状的影响

表4 混合盐碱胁迫下大豆各指标参数的相关系数

2.4 盐胁迫下大豆各指标参数的主成分分析

对18份大豆材料的各个性状指标的相对值和变化率进行主成分分析(表5)，其最主要的3个主成分的贡献率分别为68.469%、8.237%、6.372%，累计贡献率为83.077%。本试验3个主成分与10个耐盐性状的相关系数关系极好地表现了二者的相关性，第1主成分中特征根λ1=6.847，对应贡献率为68.469%，主成分中对应特征向量比较大的为Gs和Fv/Fm，相关系数为0.837和0.881，主要控制水分损失和生物产量之间的平衡关系，是植物进行光合作用、呼吸作用以及蒸腾作用的主导因素。第2主成分中特征根λ2=0.824，贡献率为8.237%，对应特征向量中叶片可溶性糖含量的相关系数较大，相关系数为0.453，主要反映出大豆叶片的代谢水平。第3主成分的特征根λ3=0.637，其贡献率为6.372%，其中Tr的相关系数最大，为0.589，主要反映盐胁迫下大豆的叶面光合状况。根据以上分析的3个主成分，可利用Fv/Fm、Tr和可溶性糖含量3个指标来概括10个指标中的大多数信息。

表5 盐胁迫下大豆材料各性状的主成分分析及各因子载荷矩阵

表6 混合盐胁迫下大豆各指标参数相对值的隶属值

2.5 盐胁迫下大豆品种的模糊隶属度函数耐盐碱性评价

隶属函数值与强耐盐性呈正相关[22]，本试验采用模糊数学隶属函数法对盐胁迫下的大豆进行耐盐性的综合分析与评价，对18份不同大豆品种的各个指标参数的隶属函数值进行累加求平均值，进行耐盐性排序(表6)。结果表明，18份大豆品种的盐性由强到弱依次为东农42、杂交豆5号、吉育257、东农69、NMD 2号、吉育611、东农60、雅布力、铁豆39、禾丰35、NMD 3号、NMD 1号、开豆18、铁豆62、吉育299、东农64、东农63、吉育256。

2.6 18份大豆品种耐盐性聚类分析

将18份大豆品种的平均隶属函数用DPS 16.05数据处理系统进行聚类分析，结果如图1。按照欧氏距离>5可将18份大豆品种分为3个类群。第1类群，包括NMD 2号、东农42、东农69、吉育257、杂交豆5号，占试验材料的27.800%，该类群各个性状变化率和相对值均较大，可将其归类为耐盐性品种；第2类群，包括NMD 1号、NMD 3号、东农60、东农64、铁豆39、铁豆62、开豆18、雅布力、禾丰35、吉育299、吉育611，占试验材料的61.100%，这一群类各个性状指标相对值较居中，因此认定该群类属于中度耐盐品种；第3类群，包括东农63、吉育256，占试验材料的11.100%，该类群各个指标的相对值较小，所以东农63和吉育256属于盐敏感品种。

图1 18份大豆品种耐盐性的聚类分析图

3 讨 论

优质种质资源的选育是育种的关键，在耕地面积有限的情况下，筛选耐盐碱能力较强的大豆品种对未来盐碱地高效利用及耐盐品种良好培育具有极为重要的意义。光合作用是植物正常生长发育、产量高低及其品质构成的决定性因素[23]，植株体内90%以上的干物质的积累均来自光合作用，但光合作用对外界条件影响较为敏感[24,25]。因此，本研究选用净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度、蒸腾速率、初始荧光、PSⅡ光量子效率、光化学猝灭系数、过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性及可溶性糖含量作为大豆耐盐性筛选指标。结果表明，盐胁迫会使大豆叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度均有所下降，且与对照呈现显著差异，说明盐胁迫明显影响到大豆正常的光合作用，这与姚侠妹等[26]的研究结果一致，但东农69和吉育257两个品种受胁迫后Pn、Gs和Tr所受影响不明显反而会略有升高，说明部分品种受胁迫后一定程度上会促进大豆进行光合作用，间接表现出较强的耐盐性。胞间CO2浓度作为光合作用主要研究的参数，其浓度的变化方向是确定光合速率变化的主要原因。18份不同大豆品种中吉育256和东农63受到胁迫后胞间CO2浓度反而有所升高，说明在一定的盐浓度下大豆细胞呼吸产生的二氧化碳量增多导致其浓度升高，氧气释放受到限制，从而导致光合作用受到抑制。

叶绿素荧光参数可反映应叶片光合作用过程中光系统对光能的吸收、传递和分配等生理过程[27,28]。赵跃峰等研究表明，盐胁迫致茄子幼苗叶片初始荧光(Fo)随盐浓度增强而升高，且茄子幼苗叶片Fv/Fm均低于对照[29]；说明NaCl作为逆境因子导致叶片PSⅡ反应中心捕获光能的效率降低，这进一步诠释了光合速率下降的原因。张璐颖等[30]研究表明，盐胁迫下台湾恺木幼苗PSⅡ光量子效率、光化学猝灭系数上升。本研究表明，在80 mmol·L-1的混合盐胁迫下，所有大豆品种初始荧光(Fo)均高于对照，说明盐胁迫导致各大豆品种PSⅡ反应中心遭到不同程度的破坏[31]。Fv/Fm可有效反映出光反应中心PSⅡ将光能转化为化学能的效率[32]，本研究表明，胁迫后东农63和吉育256等多数大豆品种Fv/Fm均降低，说明盐胁迫降低了各大豆品种PSⅡ反应中心的光能转换效率，而东农42和NMD 2号等少数品种Fv/Fm略有上升，表明盐胁迫对其PSⅡ反应中心所受影响较小，展现出相对较强的耐盐能力。qp主要反映PSⅡ原初电子受体QA的氧化还原状态，同时可体现出植物叶片内光合电子传递活性的变化情况[33,34]，除吉育257和NMD 2号胁迫后qp所受影响较小外，其余各品种均降低，说明所吸收光能用于光合电子传递的比例下降。本实验把CAT活性、POD活性和可溶性糖含量也作为大豆耐盐性筛选指标，研究表明，胁迫后各品种大豆叶片POD和CAT活性均受到不同程度的影响，其中东农42和杂交豆5号表现良好，这与赵俊香等[13]研究结果相似。

对大豆耐盐性所造成影响的因素是多方面的，并且是极为复杂的过程，由于不同大豆品种的耐盐机理或其生理变化也不尽相同，因此多个品种耐盐性筛选应是多个性状共同评价的结果，因此本研究对各性状之间进行相关性分析和主成份分析表明，除Pn和Tr相关性较小外，其余各性状间均达到显著或极显著相关水平，并得出Fv/Fm、可溶性糖含量及蒸腾速率均可作为不同大豆品种耐盐性筛选的指标。利用隶属函数法把各个大豆品种每一个性状抗盐隶属值进行累加求其平均值，平均值越大耐盐性越强[22]，最后采用系统分析方法的类间平均法，对大豆品种进行聚类分析，筛选出NMD 2号、东农42、东农69等5个耐盐性较强的品种，可以为今后系统地研究大豆耐盐机制及盐碱地的开发利用提供良好的材料基础和依据。

4 结 论

本研究依照大豆品种的耐盐性强弱可将其分为3类，NMD 2号、东农42、东农69等5个品种属于耐盐性品种；NMD 1号、NMD 3号、东农60、东农64等11个品种属于中度耐盐品种；东农63和吉育256属于盐敏感品种。Fv/Fm、蒸腾速率和可溶性糖含量等指标可作为不同大豆品种耐盐碱性的筛选依据。