不同油莎豆种质资源苗期耐盐性鉴定评价

赵琦琦张斌郭玉静王艳珂于梦斐魏海峰王颖高文伟

(1.山东省农业科学院农作物种质资源研究所，山东 济南 250100；2.新疆农业大学农学院，新疆 乌鲁木齐 830000；3.湖南大学研究生院隆平分院，湖南 长沙 410125；4.曲阜师范大学生命科学学院，山东 曲阜 273165)

我国盐渍化耕地面积广阔，且呈逐年上升趋势，土壤盐渍化严重影响农作物种子萌发、生长发育、产量及品质等[1]，严重制约耕地的利用效率和现代农业发展。土壤盐渍化对植物的危害主要是通过离子胁迫和渗透胁迫，进而影响植物的光合作用[2]，干扰植物的新陈代谢[3]，破坏植物的细胞膜系统[4，5]，造成植物减产甚至死亡。利用工程措施改造盐渍土耗资巨大且达不到理想效果，筛选创制耐盐碱作物种质资源、培育耐盐碱作物新品种并加以推广种植，是改良和利用盐碱地的有效途径。

油莎豆(Cyperus esculentus)为莎草科莎草属多年生植物，原产于非洲及地中海沿岸[6]。油莎豆具有适应性好、抗逆性强、产量高等特点，可用于压榨食用油、酿酒及饲料添加剂等，是一种综合利用价值较高的新型油料作物[7]。油莎豆根系发达、生物质量高，具有防风固沙、环境生态修复等作用[8]。目前，油莎豆在新疆、甘肃、内蒙古、吉林、河南等省区均有种植[9，10]。但国内外针对油莎豆的研究主要集中在种植密度[11]、栽培技术[12]、营养成分及加工利用[13]等方面，而关于品种耐盐性鉴定及耐盐机理方面的研究较少。本试验以22份油莎豆种质资源为材料，研究盐胁迫条件下不同油莎豆种质苗期生理生化指标的变化规律、苗期盐胁迫的耐受能力和适应能力，旨在为优质抗逆油莎豆新种质筛选创制和优质高产耐盐碱油莎豆新品种培育提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2021年在山东省农业科学院温室大棚内进行。供试油莎豆种质资源共22份(以下统称油莎豆种质)，其中20份源于新疆、甘肃、北京、内蒙古、河北、河南、江苏、湖北、广西、云南、吉林共11个省区，另有本团队自育油莎豆新品种鲁油莎1号、鲁油莎2号，详见表1。

表1 油莎豆种质资源号及来源

盆栽胁迫组土壤为黄河三角洲农高区试验示范田盐渍土，含盐量0.3%，pH 7.4；对照组土壤为常规土。

1.2 试验设计

试验采用盆栽方式，将22份籽粒饱满、大小一致且无虫眼的油莎豆种子浸种3～5 d，于6月初分别播种于底径26 cm、高23 cm、口径34 cm的花盆中，每盆3穴，每穴1粒。每个油莎豆种质胁迫组和对照组均种植3盆，重复3次。

播种后定时浇水，胁迫组浇水时要适量不能溢出，否则会造成盐分丢失。7月初，测定苗期油莎豆分蘖数和株高，并采集不同油莎豆种质嫩叶，-80℃超低温冰箱保存，用于生理指标测定。

1.3 指标测定及方法

1.3.1 植株生长指标 每个处理随机选3株幼苗测定统计株高和分蘖数，重复3次，并计算平均值。株高:植株根茎相交处到最长叶尖处距离，利用卷尺测量。

1.3.2 幼苗生理指标 叶绿素含量测定采用浸提法[14]，可溶性蛋白含量测定采用BCA法，PRO含量测定采用酸性茚三酮法[15]，MDA含量测定采用硫代巴比妥酸显色法[16]，SOD活性测定采用氮蓝四唑法[17]。所用相关生理指标测定试剂盒均购自苏州科铭生物科技公司，具体步骤参照试剂盒内说明书。

1.4 数据处理与分析

用Microsoft Excel 2013对数据进行统计分析与作图；用SPSS 19.0软件进行相关性分析和主成分分析；采用隶属函数法[18]对22份油莎豆种质进行耐盐性综合评价。

为排除种质间的差异，所有指标均转化为耐盐系数，计算公式如下:

耐盐系数(%)＝胁迫测定值/正常测定值×100。

隶属函数值:μ(Xj)＝(Xj-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)。j＝1，2，…，n；Xj为第j个综合指标，Xjmin为第j个综合指标的最小值，Xjmax为第j个综合指标的最大值。

耐盐性评价标准:0.7＜D值≤1为高度耐盐；0.5＜D值≤0.7为耐盐；0.3＜D值≤0.5为中度耐盐；0＜D值≤0.3为盐敏感。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对不同油莎豆种质苗期株高的影响

盐胁迫下，各油莎豆种质幼苗生长都受到一定程度抑制，其株高均极显著降低(图1)。其中S03、S05降幅最大，分别达67.13%和66.82%；S01降幅最小，为34.03%。

图1 盐胁迫对不同油莎豆种质苗期株高的影响

2.2 盐胁迫对不同油莎豆种质苗期分蘖的影响

盐胁迫下不同油莎豆种质的分蘖数绝大部分降低(图2)。其中降幅最大的是S01、S09、S10，均为33.33%；而S03、S04、S08、S13、S22胁迫组的分蘖数高于对照组，其中S03的分蘖数比对照组高出33.33%。

图2 盐胁迫对不同油莎豆种质分蘖数的影响

2.3 盐胁迫对不同油莎豆种质苗期叶片叶绿素含量的影响

盐胁迫下，各油莎豆种质幼苗叶片的叶绿素含量大多极显著降低(图3)。其中下降最显著的是S14和S12，分别达63.61%和61.62%；下降最少的是S03，只降16.92%。

图3 盐胁迫对不同油莎豆种质苗期叶片叶绿素含量的影响

2.4 盐胁迫对不同油莎豆种质苗期可溶性蛋白含量的影响

盐胁迫下，S02、S06、S01苗期叶片可溶性蛋白含量极显著增加(图4)，分别达836.08%、332.74%和212.39%；S11的可溶性蛋白含量增加较少，为8.55%。

图4 盐胁迫对不同油莎豆种质苗期可溶性蛋白含量的影响

2.5 盐胁迫对不同油莎豆种质苗期脯氨酸含量的影响

盐胁迫下，各油莎豆种质苗期叶片的脯氨酸(PRO)含量均显著或极显著高于对照组(图5)。其中S16、S08和S17的脯氨酸含量增加最为显著，分别达65.45%、65.17%和62.43%；S18增加最少，为0.52%。

图5 盐胁迫对不同油莎豆种质苗期脯氨酸含量的影响

2.6 盐胁迫对不同油莎豆种质苗期丙二醛含量的影响

盐胁迫下不同油莎豆种质苗期叶片的丙二醛(MDA)含量均增加(图6)。其中，S01、S02、S08的MDA含量与对照组相比分别增加279.78%、126.90%和118.68%；S09增加最少，为7.69%。

图6 盐胁迫对不同油莎豆种质苗期丙二醛含量的影响

2.7 盐胁迫对不同油莎豆种质苗期超氧化物歧化酶活性的影响

盐胁迫下各油莎豆种质苗期叶片的超氧化物歧化酶(SOD)活性与对照组相比均有不同程度增加(图7)。其中，S02、S01、S19、S14的SOD活性增幅最为显著，分别增加160.67%、133.60%、127.77%和120.27%，而S20增幅最小，为5.44%。

图7 盐胁迫对不同油莎豆种质苗期SOD活性的影响

2.8 不同油莎豆种质苗期耐盐性综合评价

植物耐盐性是多种因素相互作用的复杂性状，用单一指标进行耐盐性评价难以全面反映植物真实的耐盐能力。因此本研究首先统计盐胁迫下各个油莎豆种质各指标的耐盐系数，并据此进行相关性分析和主成分分析，而后再用隶属函数值综合评价各个油莎豆种质的耐盐性。相关性分析结果(表2)表明，分蘖数与株高呈显著负相关，但与叶绿素含量呈显著正相关。脯氨酸含量与可溶性蛋白含量呈显著负相关。SOD活性与可溶性蛋白含量、MDA含量呈极显著正相关，相关系数分别为0.605和0.621。

表2 盐胁迫下油莎豆苗期各性状的相关性分析

对7个特征指标进行主成分分析，结果(表3)表明，第一主成分的贡献率是35.115%，主要与可溶性蛋白含量、MDA含量和SOD活性有关；第二主成分的贡献率是23.337%，主要与分蘖数和叶绿素含量有关；第三主成分的贡献率是15.227%，主要与脯氨酸含量有关。3个主成分的起始特征值均大于1，主成分累计贡献率为73.729%，符合主成分分析要求。因此，可以利用3个相互独立的综合指标对不同油莎豆种质萌发苗期的耐盐性进行客观分析。

表3 盐胁迫下不同油莎豆种质苗期各性状的主成分分析

将主成分分析得到的各种质的F值(表4)代入隶属函数值公式，计算出相应的μ(Xi)值，其值越高表明材料耐盐性越好。第一综合指标下S02耐盐性最强，S17耐盐性最差；第二综合指标下S03耐盐性最强，S09耐盐性最差；第三综合指标下S08耐盐性最强，S03耐盐性最差。

表4 不同油莎豆种质苗期耐盐性综合评价

根据隶属函数值和各综合指标的权重计算出各种质的D值，其中S02的D值最大，表明其综合耐盐能力最强；S09的D值最小，其综合耐盐能力最弱。依据耐盐性评价标准将22份油莎豆种质的苗期耐盐性划分为四类:第一类为高度耐盐型，D值最高为0.744，只有1份种质；第二类为耐盐型，D值为0.687，也只有1份种质；第三类为中度耐盐型，D值为0.302～0.442，包含12份种质；第四类为盐敏感型，D值为0.131～0.288，包含8份种质。

3 讨论

3.1 盐胁迫对不同油莎豆种质形态发育的影响

植株生长形态可以直观地反映盐胁迫对植物造成的影响，是观察植物耐盐性的重要指标[19]。对盐(土)胁迫下油莎豆苗期表型观察可以看出，盐胁迫使22份油莎豆幼苗株高极显著降低，但对苗期分蘖数的影响存在差异，绝大部分种质减少，部分种质有所增加。本试验结果与唐榕等[20]对油莎豆的研究结果一致。

3.2 盐胁迫对不同油莎豆种质生理代谢的影响

盐胁迫下植物叶片中叶绿素含量下降，可能是由于逆境使叶绿素酶活性增强，造成叶绿素的大量分解[21]。本研究结果表明，盐胁迫下各个油莎豆种质叶绿素含量均显著下降，其中降幅最大和最小的分别为S14和S03。

脯氨酸、可溶性蛋白作为植物重要的有机调节剂调节细胞内外渗透压。渗透调节是植物应对逆境最常见的方式，是提高植物抗逆性、维持细胞内外环境相对稳定的重要基础。本研究结果表明，22份油莎豆种质的可溶性蛋白、脯氨酸含量均有不同程度增加。可溶性蛋白含量与植物的抗逆性之间存在正相关，植物抗逆性的提高可能涉及特异性可溶性蛋白质的形成[22]。盐胁迫对油莎豆可溶性蛋白含量影响最大的是S02，增加836.08%，影响最小的是S11，增加8.55%。该研究结果表明，S02在盐胁迫下产生的特异性可溶性蛋白最多，耐盐性较强；而S11在盐胁迫下产生的特异性可溶性蛋白最少，耐盐性较弱。脯氨酸含量的升高是植物受到逆境后植物为调节自身生理代谢而采取的一种保护性措施[23，24]。Hichri等[25]的研究结果表明，盐胁迫条件下植物体内大量积累脯氨酸。本研究中，盐胁迫下绝大部分油莎豆种质的脯氨酸含量均显著增加，但S18的脯氨酸含量几乎没有增加，说明盐胁迫时该品种对细胞渗透势的调节能力较小，受到的盐胁迫危害较大。

丙二醛含量与植物耐盐性密切相关，许多研究表明，耐盐的植物丙二醛含量比较低[26]。MDA是植物逆境下受到伤害后发生膜脂过氧化的产物，其含量多少是反映细胞膜脂过氧化作用强弱的一个重要指标，也是反映植物抗逆性的重要指标。本研究结果表明，盐胁迫下22份油莎豆种质的MDA含量均大幅增加，说明各个油莎豆细胞膜均受到一定程度的伤害。

盐胁迫能诱导植物体内活性氧积累，对脂质、蛋白质和核酸造成氧化伤害从而严重破坏正常代谢[27]。为了减轻逆境胁迫对植物细胞造成的伤害，植物在长期的进化过程中形成了一套活性氧清除系统，而抗氧化酶系统是清除活性氧的重要保护酶系统，该系统中酶活性的变化具有维持逆境条件下活性氧代谢水平、保持膜结构等重要作用[28，29]。因此，SOD活性的高低在一定程度上能够反映植物耐盐性的强弱。本研究结果表明，盐胁迫下所有油莎豆种质的SOD活性均显著提高，S02高出最多，达160.67%，说明该种质最大程度减轻了盐胁迫对油莎豆的伤害。

3.3 不同油莎豆种质苗期耐盐性综合评价

植物耐盐性是一种非常复杂的生理特性，单一指标的变化常常很难断定一个材料是否耐盐，目前关于植物耐盐性的评价主要通过各指标对其耐盐性的贡献综合分析进行。本研究对22份油莎豆种质的生长指标和生理指标进行了相关性和主成分分析，再利用成分因子和各综合指标权重计算D值，显示:S02耐盐性最强，S09耐盐性最弱。根据耐盐评价标准，将22份油莎豆种质划分为四类，其中中度耐盐型最多，为12份，占供试种质的54.55%。

4 结论

综上所述，盐(土)胁迫下，22份油莎豆种质株高均极显著降低，分蘖数17份种质下降5份增加；所有种质叶绿素含量显著下降，而可溶性蛋白、游离脯氨酸、丙二醛含量和超氧化物歧化酶活性均显著提高。通过相关性和主成分分析，利用D值对所有油莎豆种质各指标进行综合评价，表明S02耐盐性最强，S09耐盐性最弱。根据耐盐评价标准，将不同D值的油莎豆种质划分为高度耐盐型、耐盐型、中度耐盐型和盐敏感型。通过研究油莎豆的耐盐机理进行耐盐类型划分，使其能够在盐渍土环境下有效生长，从而更有利于提高我国盐渍化土壤的利用率。