穆志新，李萌，秦慧彬

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所，農(nóng)業(yè)部黃土高原作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，雜糧種質(zhì)資源發(fā)掘與遺傳改良山西省重點實驗室，山西太原030031）

高粱芽期耐鹽指標(biāo)篩選及耐鹽性評價

穆志新，李萌，秦慧彬

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所，農(nóng)業(yè)部黃土高原作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，雜糧種質(zhì)資源發(fā)掘與遺傳改良山西省重點實驗室，山西太原030031）

以49份高粱種質(zhì)資源為材料，對其進行耐鹽性分析。在芽期鹽脅迫條件下，萌發(fā)第4天測定發(fā)芽勢，第7天測定發(fā)芽率、芽長、根長、芽鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量，利用隸屬函數(shù)分析、主成分分析及聚類分析進行耐鹽性綜合評價和指標(biāo)篩選。結(jié)果表明，12 g/L NaCl是進行高粱芽期耐鹽性鑒定的適宜鹽濃度，各性狀耐鹽指標(biāo)間變異大；6個芽期性狀間存在著一定相關(guān)性；聚類分析將49份高粱種質(zhì)資源分成耐鹽型、中等耐鹽型和鹽敏感型種質(zhì)3大類。發(fā)芽率、根鮮質(zhì)量和芽鮮質(zhì)量可以作為高粱芽期耐鹽性鑒定的指標(biāo)。

高粱；芽期；耐鹽性；主成分分析；聚類分析

土壤鹽堿化是限制植物生長與生產(chǎn)的重要因素[1]。我國約有鹽堿地0.27億hm2，約占全國可耕地面積的25%[2-4]，嚴(yán)重影響著我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。高粱是世界五大谷類作物之一[5]，屬于短日照C4植物，具有糧、飼、釀造等多種用途，抗旱、耐鹽堿、耐瘠薄[6]，是干旱半干旱地區(qū)的主要作物[7]。研究不同高粱種質(zhì)資源的耐鹽性，培育耐鹽品種，是實現(xiàn)鹽堿地高效利用及高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的有效途徑。

高粱在萌發(fā)期不易保全苗，芽期耐鹽性強是高粱能在鹽漬化嚴(yán)重地區(qū)萌發(fā)成苗必須具備的特性，學(xué)者對小麥[8]、大豆[9]、谷子[10]等作物芽期耐鹽性都有研究，但對高粱萌發(fā)期耐鹽性進行系統(tǒng)全面評價的研究相對較少。

本研究以山西省8個縣收集到的49份高粱種質(zhì)資源為試驗材料，研究了芽期鹽脅迫對不同高粱材料的影響，以期篩選出有效的耐鹽鑒定指標(biāo)，旨在為高粱種質(zhì)資源耐鹽材料的篩選提供理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗選用49份高粱地方種質(zhì)資源為供試材料（表1）。

表1 高粱材料編號、名稱及來源地

1.2 試驗方法

8個縣各選取1份高粱資源為材料，每個試驗材料挑選30粒大小一致且飽滿的種子，經(jīng)0.1% HgCl2溶液消毒10 min，蒸餾水沖洗5次，濾紙吸干，置于鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中。設(shè)0（CK），4，8，12，16，20 g/L共6個NaCl溶液進行預(yù)試驗，各處理3次重復(fù)。每培養(yǎng)皿中加入8 mL蒸餾水或鹽溶液，置于人工氣候箱中發(fā)芽，箱內(nèi)晝/夜溫度28℃/ 25℃，光/暗為12 h/12 h，濕度60%。通過測定發(fā)芽數(shù)以及高粱芽期的生長情況，得到在12 g/L鹽溶液脅迫下，材料間及處理與對照間各生長指標(biāo)的差異最明顯，因此，將12 g/L定為正式試驗的鹽脅迫濃度。

處理組每個培養(yǎng)皿中加入8 mL 12 g/L NaCl溶液，蒸餾水作對照，3次重復(fù)。發(fā)芽條件同預(yù)備試驗。培養(yǎng)第4天統(tǒng)計種子發(fā)芽勢，第7天統(tǒng)計種子發(fā)芽率，并從每個培養(yǎng)皿中選取代表性的5株測量根長、芽長、芽鮮質(zhì)量及根鮮質(zhì)量，計算平均值。

1.3 測定項目及方法

發(fā)芽勢＝4 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)× 100%；發(fā)芽率＝7 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)× 100%；耐鹽指數(shù)＝鹽處理值/對照值。各指標(biāo)的耐鹽指數(shù)分別表示為相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對芽長、相對根長、相對根鮮質(zhì)量、相對芽鮮質(zhì)量。

利用隸屬函數(shù)值法[11]，求各測定指標(biāo)的隸屬值。

其中，Xij為第i個材料第j個指標(biāo)的耐鹽指數(shù)；Xjmax為第j個指標(biāo)測定值的最大值，Xjmin為最小值；X（u）是第j個指標(biāo)的隸屬函數(shù)值。測定指標(biāo)若與耐鹽性呈正相關(guān)，采用公式（1）計算，負(fù)相關(guān)則用公式（2）計算。最后將各材料不同指標(biāo)的隸屬值累加求其均值，得到平均隸屬函數(shù)值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel進行數(shù)據(jù)整理，計算各指標(biāo)的耐鹽指數(shù)，用SPSS 18.0軟件進行相關(guān)性分析、主成分分析以及聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 高粱種質(zhì)資源芽期對鹽脅迫的響應(yīng)

由表2可知，12 g/L鹽溶液對49份高粱種質(zhì)資源的各測定指標(biāo)都有抑制作用，表明鹽脅迫對高粱種子芽期的影響不僅限于發(fā)芽指標(biāo)上，還表現(xiàn)在抑制根及芽的生長上。不同材料抑制程度不同，因此，各測定指標(biāo)變幅不同。發(fā)芽勢的相對值變化范圍為0.000～0.974，相對發(fā)芽率介于0.084～0.942，根長的相對值在0.190～0.660，相對芽長的變化范圍為0.068～0.501，相對根鮮質(zhì)量的變化范圍為0.243～0.900，相對芽鮮質(zhì)量的變化范圍為0.032～0.536。

由表2可知，靈丘縣收集到的白高粱種質(zhì)（4號），在鹽脅迫下仍保持高發(fā)芽率，根的生長受到的抑制作用比較小，芽苗受到的影響卻較大。興縣收集到的軟高粱（9號），在鹽脅迫下，發(fā)芽快，根表現(xiàn)為鹽脅迫不敏感。五臺縣的粘黃狼黍（20號）各項指標(biāo)的相對值都比較居中，說明對鹽脅迫環(huán)境中度敏感。來自石樓縣的茭子（30號）發(fā)芽勢和根長的觀測值高于其他高粱種質(zhì)，根鮮質(zhì)量的相對值也較大，說明受鹽脅迫影響較小。隰縣收集到的帚用高粱（32號）發(fā)芽率、芽長的觀測值都小于其他高粱種質(zhì)，芽鮮質(zhì)量的相對值下降幅度大，表現(xiàn)為發(fā)芽遲緩，芽苗生長受阻，受鹽脅迫影響很大。來自武鄉(xiāng)縣的茭子（44號）芽長、根鮮質(zhì)量以及芽鮮質(zhì)量的相對值均高于其他高粱種質(zhì)，說明對鹽脅迫環(huán)境不敏感。

表2 鹽脅迫下高粱種質(zhì)各性狀相對值

2.2 鹽脅迫下高粱各性狀的相關(guān)性分析

對鹽脅迫下高粱種質(zhì)芽期各性狀的相對值進行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，各項指標(biāo)間具有很強的相關(guān)性（表3）。芽鮮質(zhì)量和芽期其他指標(biāo)間均為極顯著相關(guān)，和芽長的相關(guān)性最大，達到0.867，發(fā)芽率與發(fā)芽勢、芽長之間相關(guān)性也較高，分別為0.765和0.505，根長與發(fā)芽勢、芽長及根鮮質(zhì)量之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.476，0.483和0.460。

表3 鹽脅迫下高粱種質(zhì)各性狀的相關(guān)性分析

2.3 對高粱種質(zhì)芽期耐鹽性的主成分分析

表4 3個主成分特征值及貢獻率

對高粱種質(zhì)芽期各性狀相對值進行主成分分析，結(jié)果顯示，前3個主成分貢獻率分別為56.19%，17.54%，12.11%，其累計貢獻率達到85.84%（表4）。

第I主成分的特征值λ1＝3.371，貢獻率最大，達56.19%，芽長及芽鮮質(zhì)量的負(fù)荷量較大（表5），均達到0.8以上，反映了鹽脅迫下，芽苗生長的情況可以用來鑒定高粱芽期耐鹽性。第Ⅱ主成分的特征值λ2＝1.052，貢獻率為17.54%，根鮮質(zhì)量、發(fā)芽勢、發(fā)芽率載荷數(shù)值較大，反映了高粱發(fā)芽和根部的綜合情況。第Ⅲ主成分的特征值λ3＝0.726，貢獻率為12.11%，其中，根鮮質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)最大，代表了鹽脅迫下根部的生長情況。

表5 各因子的載荷矩陣

綜上分析可看出，3個主成分足以反映出鹽脅迫下高粱芽期耐鹽性的信息，將6個變量減少為3個綜合指標(biāo)。發(fā)芽率、根鮮質(zhì)量、芽鮮質(zhì)量可作為大批量高粱種質(zhì)資源芽期耐鹽性鑒定的主要指標(biāo)。

2.4 不同高粱種質(zhì)資源耐鹽性評價

依據(jù)各種質(zhì)資源的平均隸屬函數(shù)值，利用系統(tǒng)聚類中的組內(nèi)聯(lián)接法，在歐式平方距離為8時，49份材料被歸為3個類群（圖1）。

第Ⅰ類群有包括五臺縣粘黃狼黍等在內(nèi)的30份材料，其中，五臺縣11份，武鄉(xiāng)縣6份，隰縣4份，石樓縣4份，興縣和靈丘縣各2份，繁峙縣1份。平均隸屬函數(shù)值在0.233～0.472，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根長、芽長、根鮮質(zhì)量及芽鮮質(zhì)量的耐鹽指數(shù)分別為0.274，0.528，0.376，0.210，0.427和0.181。其被認(rèn)定為中等耐鹽型種質(zhì)。

第Ⅱ類群有包括隰縣帚用高粱、高粱以及石樓縣黑高粱，共3份材料。平均隸屬函數(shù)值在0.046～0.141，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根長、芽長、根鮮質(zhì)量及芽鮮質(zhì)量的耐鹽指數(shù)分別為0，0.135，0.261，0.087，0.372和0.114。其被認(rèn)定為鹽敏感型種質(zhì)。

第Ⅲ類群有包括武鄉(xiāng)縣茭子等在內(nèi)的16份材料，其中，靈丘縣3份，石樓縣3份，武鄉(xiāng)縣3份，隰縣2份，興縣2份，繁峙、五臺、五寨各1份。平均隸屬函數(shù)值在0.530～0.843，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根長、芽長、根鮮質(zhì)量及芽鮮質(zhì)量的耐鹽指數(shù)分別為0.589，0.787，0.541，0.296，0.629，0.306。其被認(rèn)定為耐鹽型種質(zhì)。

3 討論

根據(jù)作物以及鑒定時期的不同，選擇適宜的鹽脅迫濃度，綜合評價作物耐鹽性。脅迫強度小，試驗材料間變異小，很難準(zhǔn)確估計作物的耐鹽能力；脅迫強度大，試驗材料間變異大，可能會掩蓋作物的某些耐鹽特性[12-13]。本研究中，12 g/L鹽脅迫下，高粱各種質(zhì)資源出芽較晚，植株生長所受影響較大，各性狀耐鹽指數(shù)變動范圍大，材料間各生長指標(biāo)的差異明顯，因此，選擇12 g/L鹽脅迫濃度對高粱種質(zhì)資源芽期進行耐鹽性鑒定是科學(xué)、合理的。

作物在高鹽環(huán)境下，外部形態(tài)、生理代謝都表現(xiàn)出不同的適應(yīng)能力，研究對象、鑒定時期以及調(diào)查方法不同，評價的指標(biāo)也存在一定差異[14]。王金妹等[15]研究不同鹽度脅迫條件下蓖麻的生長情況及生理指標(biāo)，結(jié)果表明，發(fā)芽率、生物量以及Pn，Tr，Ci，Gs，F(xiàn)v/Fm，qP和有效光化學(xué)量子產(chǎn)量可作為蓖麻耐鹽性鑒定的重要指標(biāo)。張國偉等[16]利用砂培試驗?zāi)M鹽脅迫，篩選出株高、葉片伸展速率、地上部干質(zhì)量、根系干質(zhì)量、根系活力和凈光合速率的鹽害系數(shù)，作為棉花苗期耐鹽鑒定指標(biāo)。陳波等[17]研究表明，玉米芽期耐鹽性評價應(yīng)以種子耐鹽指數(shù)、活力耐鹽指數(shù)、相對芽干質(zhì)量、相對根干質(zhì)量、相對儲藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率及相對生長量為主。本研究中，高粱種質(zhì)的萌發(fā)因子（相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率），根部生長因子（相對根長、相對根鮮質(zhì)量）和葉部生長因子（相對芽長、相對芽鮮質(zhì)量）等6個指標(biāo)間的相關(guān)性強，主成分分析表明，發(fā)芽率、根鮮質(zhì)量、芽鮮質(zhì)量可以作為大批量高粱種質(zhì)資源芽期耐鹽性鑒定的主要指標(biāo)。基于各種質(zhì)資源平均隸屬函數(shù)值的聚類分析篩選到16份耐鹽型高粱種質(zhì)，為今后高粱育種奠定了基礎(chǔ)。

高粱種質(zhì)應(yīng)首先具備較好的萌發(fā)特性才能實現(xiàn)高粱生產(chǎn)和鹽漬土壤的有效利用，不同高粱種質(zhì)資源的耐鹽性具有差異性。山西省內(nèi)8個縣均收集到耐鹽性強的高粱地方種質(zhì)資源，農(nóng)家種及其野生近緣種具有許多優(yōu)良性狀，是作物育種的基礎(chǔ)，應(yīng)加大收集力度，篩選出抗逆性強的材料，為土地的高效利用提供資源。

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Screening of Salt Tolerance Indices and Salt Tolerance Evaluation of Sorghum Germplasm Resources at Germination Stage

MUZhixin，LI Meng，QINHuibin
（Key Laboratory ofCrop Gene Resources and Germplasm Enhancement on Loess Plateau，Ministry ofAgriculture，Shanxi Key Laboratory ofGenetic Resources and Genetic Improvement ofMinor Crops，Institute ofCrop Germplasm Resources，Shanxi Academy ofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China）

This study analyzed the salt tolerance of 49 sorghum germplasm resources.Indices were measured under salt stress,the germination force was measured on the fourth day and the germination percentage,shoot length,root length,shoot fresh quality,root fresh quality were measured on the seventh day.Subjection value,principal component analysis and cluster analysis were used to evaluate the salt tolerance and select the salt tolerance index of sorghum during germination stage.The results indicated that 12 g/L NaCl was the suitable salt concentration for salt tolerance identification at germination period,the salt tolerance index range of sorghum strains was different.There were correlations among the 6 traits.The 49 sorghum germplasm resources were divided into salt-resistant,medium salt-resistant and salt-sensitive three categories by cluster analysis.The germination percentage,the root fresh quality and the shoot fresh quality can be used as identification indicators ofsorghum at germination stage.

sorghum;germination stage;salt tolerance;principal component analysis;cluster analysis

S514

：A

：1002-2481（2017）07-1075-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.07.08

2017-01-03

山西省科技基礎(chǔ)條件平臺項目（201605D121018）；山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技自主創(chuàng)新能力提升工程項目（2017zzcx-17）

穆志新（1974-），男，山西渾源人，副研究員，主要從事農(nóng)作物種質(zhì)資源研究工作。