基于隶属函数法的江苏沿海地区羊角椒种子萌发期耐盐碱性综合评价

朱 丽，姬振蒙，任荣荣，殷 敏，顾闽峰，晏 军，费月跃

（江苏沿海地区农业科学研究所新洋试验站，江苏 盐城 224049）

辣椒（L.）是世界范围内常见的一种蔬菜，也是我国主要的蔬菜作物之一，产值达到最大。目前，在长江流域设施蔬菜生产中，由于灌溉方式不当、农药喷施严重和化肥大量施用，土壤环境不断恶化，辣椒种植中经常出现生长不整齐、病虫害加重、品质下降和产量降低等问题，经济效益受到严重影响。沿海地区土地面积广阔，利用潜力巨大，但我国沿海地区土壤大部分以盐碱土为主，其成分主要为碳酸钠和碳酸氢钠，碱性较强，对农业生产与生态环境不利，盐胁迫对作物生长和产量起到很大的限制作用。如何利用盐渍土壤是未来农业的一个研究方向，其中提高作物的耐盐性是一个关键课题。对此，农业科技工作者纷纷开展了作物盐碱胁迫相关研究，为盐碱地作物种植提供了一定的参考，如万发香等探究了生菜种子在不同浓度NaCO胁迫下的萌发情况，结果显示低浓度NaCO促进生长、高浓度抑制萌发的现象。袁典等的研究结果表明，随着盐碱浓度的升高，绿豆种子发芽指标出现逐渐降低的趋势，胁迫作用逐渐增加。

据调查，江苏沿海地区的百姓对鲜食辣椒的需求普遍为果形顺直光滑，果面鲜亮，皮质厚重，且辣度不宜过高，而羊角椒品种正符合这一众特点，在当地可作为主栽品种进行大面积推广。因此，探究出优良羊角椒品种及其对盐碱环境的适应力，对沿海盐碱地区羊角椒产业的发展具有重要意义。种子萌发期是对盐碱环境最为敏感的时期之一，可以作为耐盐碱生理试验的最佳研究阶段，本试验以定向选育的2个羊角椒品种为试材，探究在不同浓度NaCO胁迫下种子萌发期的一系列变化，对羊角椒耐盐碱生理机制进行探讨，为培育耐盐碱品种打下基础。

1 材料和方法

1.1 试验时间与地点

试验于2021年11—12月在江苏省盐城市新洋农业试验站进行。

1.2 试验材料

供试的2个辣椒品种（系）为盐东镇羊角椒5号（盐东羊5号）、盐东镇羊角椒13号（盐东羊13号），其种子均由江苏省农业科学院蔬菜研究所提供。

1.3 试验设计

选取大小一致且颗粒饱满的羊角椒种子，先用0.3%过氧化氢溶液浸泡20 min，然后用蒸馏水冲洗数次，将冲洗后的种子用无菌滤纸吸干表面水分后备用。将NaCO配制成0（CK）、5、10、20、30、40 mmol/L共6个梯度浓度，即6个试验处理。分别在铺有2层滤纸的方形培养皿（12 cm×12 cm×5 cm）中加入12 mL的不同浓度NaCO处理液，至滤纸完全湿润。分别随机挑选100粒消毒处理过的种子，均匀排列于培养皿中，置于28 ℃恒温光照培养箱培养14 d，光暗周期设为16 h/8 h，每个处理均设3次重复。种子萌发期间，采用称重法每天定量补水，以保持溶液渗透势不变，每7 d更换1次滤纸。

1.4 指标测定

以胚芽长度达到种子长度的1/2作为种子发芽的标准，自种子发芽的第1天起每天记录发芽数，在发芽试验的第5天统计发芽势，第14天统计发芽率，并在每个培养皿中随机选取8株芽苗，用蒸馏水冲洗数次后用无菌滤纸吸干水分，利用游标卡尺分别测定胚根长、胚芽长，随后用千分之一天平称其鲜质量，称后样品于120 ℃下杀青15 min，80 ℃烘至恒质量，称其干质量，计算相对含水量。

相对含水量、发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、相对盐害率、根长抑制率、芽长抑制率和鲜质量抑制率的计算公式如下：

1.5 数据分析

用Excel 2016软件整理数据，使用SPSS 21.0软件对相关数据进行分析。为综合评价2个羊角椒品种的耐盐碱性差异，根据模糊数学的隶属度理论，计算不同处理下各发芽指标隶属值，相应指标的隶属函数值计算如下：R（T）＝（T-）/（-），若某指标与耐盐性为负相关，则采用反隶属函数法进行计算，即R（T）＝1-（T-）/（-）。式中，T表示该指标的测定值，表示该指标测定的最小值，表示该指标测定的最大值。

2 结果与分析

2.1 不同浓度Na2CO3处理对羊角椒种子萌发的影响

经不同浓度NaCO溶液处理后，2个羊角椒品种表现出不同的发芽能力。在发芽率方面（图1A），NaCO浓度为5、10 mmol/L时，2个品种发芽率与对照均无显著性差异；当浓度为20 mmol/L时，2个品种发芽率均较对照有所减小，其中盐东羊13号与对照存在显著性差异；而当浓度达到30～40 mmol/L时，发芽率均受到极显著性抑制，且处理浓度越大抑制作用越强，而盐东羊13号发芽率高于盐东羊5号，侧面说明盐东羊13号耐盐碱性相对较好。

图1 不同浓度Na2CO3处理对羊角椒种子萌发的影响

在发芽势方面（图1B），与对照相比较，2个羊角椒品种均随处理浓度的增加呈现出先促进后抑制的变化趋势。盐东羊5号在处理浓度为5 mmol/L时达到最大，较对照极显著增加55.54%；而处理浓度≥20 mmol/L时，2个品种均出现下降趋势；但盐东羊13号变化不大，各处理间无显著差异。

在发芽指数方面（图1C），盐东羊5号随处理浓度的增加呈现出先促进后抑制的变化趋势，与对照相比较，在5、10 mmol/L处理下发芽指数显著或极显著增加，30、40 mmol/L处理则极显著下降；盐东羊13号则均表现下降趋势，20 mmol/L处理较对照显著下降，30、40 mmol/L处理则极显著低于对照。

在种子萌发的活力指数方面（图1D），盐东羊5号在NaCO浓度为5、10 mmol/L时分别是对照的1.23、1.24倍，均极显著高于对照；而在浓度≥20 mmol/L时则极显著降低，尤其在30、40 mmol/L时活力指数几乎为0。盐东羊13号在浓度为5 mmol/L时，活力指数达到最佳，显著高于对照；当浓度≥10 mmol/L时，则极显著低于对照且随处理浓度的增加呈依次减小的趋势。同时还发现，2个羊角椒品种的相对盐害率存在一定差异，当NaCO浓度为40 mmol/L时，盐东羊5号相对盐害率高达49.67%，而盐东羊13号仅为17.23%，这一结果也直观说明了高浓度盐碱胁迫下盐东羊13号展现出更好的耐盐碱性（图1E）。

2.2 不同浓度Na2CO3处理对羊角椒种子萌发期芽苗生长的影响

在不同浓度NaCO胁迫下，2个羊角椒品种的芽苗生长指标（胚根长、胚芽长、鲜/干质量）整体呈现出低浓度下促进、高浓度下抑制的现象（图2A—D）。在胚根长和胚芽长方面，2个品种均随NaCO浓度的增加呈先上升再降低的趋势。当NaCO浓度为5 mmol/L时，2个品种胚根长均较对照显著增加且达最大值；胚芽长方面，盐东羊13号较对照极显著增加且达最大值，盐东羊5号较对照有所增加但差异不显著。当NaCO浓度为10 mmol/L时，盐东羊5号的胚根长较对照显著增加，而盐东羊13号却较对照显著降低；此时，盐东羊13号的根长抑制率较对照和盐东羊5号分别增加了38.17和50.31个百分点，这说明盐东羊13号种子的胚根对低浓度NaCO溶液的胁迫刺激更敏感（图2E）；而胚芽长方面，盐东羊5号较对照极显著增加且达最大值，盐东羊13号较对照显著增加。当NaCO浓度≥20 mmol/L时，2个品种的胚根和胚芽生长均受到较强的抑制作用，长度均极显著小于对照，2个品种芽长抑制率表现大同小异（图2F），但2个品种的胚芽对NaCO溶液的敏感度差别不大；其中在浓度为30 mmol/L时，2个品种的胚根均未长出，胚芽长仅为对照的40%左右，与此同时，根长抑制率均达到了100%（图2E）；当浓度为40 mmol/L时，种子萌发受抑制程度最强，种胚仅突破种皮，且截止到14 d培养结束，种子均出现牙尖变黄发黑，逐渐腐烂而死亡的现象。

图2 不同浓度Na2CO3处理对羊角椒种子萌发期芽苗生长的影响

芽苗鲜质量方面（图2C），盐东羊5号在NaCO浓度为10 mmol/L时较对照显著增加且达最大值，盐东羊13号则在浓度为5 mmol/L时达到最大值且较对照极显著增加；当NaCO浓度≥20 mmol/L时，2个品种较对照均极显著降低，与此同时，鲜质量抑制率也随着处理浓度的增加而增大，这一结果表明高浓度NaCO能够显著抑制辣椒萌发期芽苗的生长（图2G）。在芽苗干质量方面（图2D），在5 mmol/L的NaCO胁迫处理下，盐东羊5号较对照极显著增加且达到最大值，盐东羊13号与对照无显著性差异；之后随处理浓度的增加2个品种均表现下降趋势，其中在30、40 mmol/L处理下均较对照极显著降低。

通过计算植物种子萌发期芽苗的含水量可以分析判断种子代谢能力的变化。从图2H可得，盐碱胁迫对辣椒芽苗含水量的影响仅出现在高浓度处理条件下，当NaCO浓度≥20 mmol/L时，2个品种芽苗相对含水量均显著或极显著低于对照，表明此时芽苗的代谢能力急剧下降。

2.3 羊角椒种子发芽指标的相关性分析

活力指数是种子发芽速率和生长量的综合反映，通过对2个羊角椒品种发芽指标的相关性分析得出（表1）， 与活力指数呈极显著正相关的有发芽势、发芽率、发芽指数、胚根长、胚芽长、鲜质量、干质量和相对含水量（共8项指标），其中活力指数与胚根长的正相关系数最大，而与发芽势的正相关系数最小；与活力指数呈现极显著负相关的有相对盐害率、根长抑制率、芽长抑制率和鲜质量抑制率（共4项指标），其中活力指数与根长抑制率之间负相关系数最大，与相对盐害率负相关系数最小。而盐碱胁迫主要通过相对盐害率指标判断，与相对盐害率呈极显著正相关的是根长抑制率、芽长抑制率以及鲜质量抑制率，其中相对盐害率与鲜质量抑制率之间正相关系数最大，与根长抑制率正相关系数最小；与相对盐害率呈极显著负相关的有系列发芽指标以及芽苗生长量指标（共9项），其中相对盐害率与发芽率的负相关系数最大，与发芽势的负相关系数最小。

表1 Na2CO3胁迫下羊角椒萌发指标间的相关性分析

2.4 羊角椒种子发芽指标的隶属函数分析

根据各个发芽指标的隶属函数值求得不同处理下的总隶属函数值，利用隶属函数来综合评价不同浓度处理对种子萌发的影响时，总隶属函数值越大表明其影响越小。如表2结果显示，盐东羊5号品种在10 mmol/L NaCO盐碱胁迫下，隶属函数总加权值最大，展现出较好的耐盐碱性；当NaCO浓度为5 mmol/L时，盐东羊5号品种隶属函数总加权值高于盐东羊13号高，说明前者较后者表现出较强的耐盐碱性；而当NaCO浓度为20 mmol/L和30 mmol/L时，盐东羊13号品种的总加权值要比盐东羊5号高，浓度为40 mmol/L时种子虽能部分萌发，但后期均失去活性，两者之间的总加权值比较接近。因此综合评价表明，低盐碱条件下盐东羊5号品种具有较好的耐盐碱性，而在适宜浓度范围内的高浓度盐碱胁迫下，盐东羊13号品种的耐盐碱性相对较好。

表2 Na2CO3胁迫下羊角椒萌发指标间的加权隶属函数值

3 结论与讨论

种子萌发受多种因素影响，包括植物内源因子和外部环境因素，而外部环境中的盐分、酸碱度、光照、水分和温度是重要影响因素。其中，盐碱胁迫对种子的生长发育有较大影响，郑佳秋等研究表明，种子萌发期耐盐碱性可以反映出该品种其他时期的耐盐碱性。因此，探究出种子萌发的耐盐碱阈值和抗盐碱品种对促进沿海地区作物生产起到一定的参考作用。本研究采用NaCO溶液模拟盐碱胁迫的方法在羊角椒种子萌芽期进行胁迫试验。

在种子萌发期间，分析种子的发芽情况常用发芽势、发芽率和发芽指数等评价指标，并且使用相对盐害率来描述种子受盐胁迫的程度。发芽率是检测种子质量的重要指标之一，发芽势能反映种子的发芽速度和整齐度，发芽指数代表了种子的活力指标。本研究结果表明，低浓度NaCO（0～5 mmol/L）处理下2个品种羊角椒种子的发芽率、发芽势、发芽指数与处理浓度呈线性正相关，萌发数量多于对照；在NaCO浓度≥10 mmol/L时，其发芽指标则与处理浓度呈线性负相关；在浓度达到40 mmol/L时，盐东羊5号种子发芽率已经不足50%，低于生产所需的发芽率，抑制效应达到最大，而盐东羊13号种子发芽率仍达到81%，发芽指数也相对较高，说明高浓度盐碱条件下盐东羊13号品种的萌发能力较强。在NaCO浓度≥20 mmol/L时，2个品种相对盐害率较对照极显著增加，发芽指数较对照下降，说明羊角椒种子在NaCO中浓度（20 mmol/L）盐碱胁迫条件下具有一定的耐受性，这与张海英等的研究结果相呼应，可为盐碱化地的开发利用提供有价值的参考数据。

梁国生等研究表明，在模拟盐碱环境下测定新生胚根的生长速度，可以科学地分析盐碱胁迫对羊角椒种子萌发成幼苗期间的危害。本试验结果表明，在NaCO浓度为5～10 mmol/L时，胚芽长较对照均有显著提升；而在浓度到达20 mmol/L时，2个品种的胚根和胚芽均受到了一定的抑制，长度均较对照极显著减小；当浓度为30 mmol/L时，2个品种的胚根均不再生长，且胚芽受到极显著抑制，芽尖有部分发黑现象；当浓度达到40 mmol/L时，种子的胚仅突破种皮，且在培养中后期已经失去了活力，胚芽出现变黑腐烂等现象，这说明低浓度盐碱胁迫可在一定程度上促进羊角椒种子的萌发，而高浓度胁迫则会抑制新生胚根与胚芽的生长，这与曹亚萍等的研究结果一致。

综上所述，盐碱胁迫能抑制羊角椒种子萌发及其胚根、胚芽的生长，但在0～10 mmol/L浓度范围内，羊角椒种子对盐碱胁迫具有一定的耐受性，甚至有一定的促进萌发作用，而NaCO浓度超过20 mmol/L时则出现较大程度的萌发和生长抑制，并且抑制程度与盐碱浓度呈线性正相关。通过隶属函数综合评价发现，盐东羊5号品种的耐低浓度盐碱性较好，盐东羊13号品种在适宜范围内的高浓度盐碱胁迫下则表现更好，这一结果可为江苏沿海盐碱地区羊角椒适宜栽培环境和品种筛选提供可靠的依据。因气候原因，本试验未进行幼苗期盐碱胁迫试验研究，在后续试验中则会进行补充改进，以保证研究结果的系统性和完整性。