付鸞鴻，于 崧，于立河，薛盈文，郭 偉

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院/黑龍江省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)與作物種質(zhì)改良重點實驗室，黑龍江 大慶 163319)

關(guān)于作物苗期耐鹽堿性的鑒定，國內(nèi)外已有很多報道。目前已從小麥[7]、蕓豆[8]、玉米[9]等作物中篩選出耐鹽堿性較強的品種。張婷婷等[7]研究表明，150 mmol·L-1NaHCO3是春小麥苗期耐鹽堿性鑒定的適宜篩選濃度，在該濃度下可將30份春小麥分為高耐鹽堿品種、耐鹽堿品種、中度耐鹽堿品種以及鹽堿敏感品種4類。馬艷明等[10]研究表明，75 mM NaCl處理下的相對根長和相對苗高可作為冬小麥品種苗期耐鹽性的參考指標(biāo)。劉雅輝等[11]研究表明，相對出苗率、相對株高和相對葉片數(shù)可準(zhǔn)確反映棉花苗期耐鹽能力的強弱。而至今關(guān)于燕麥耐鹽堿性研究則大多集中在生理生化響應(yīng)機制等方面[12-13]，鮮有針對燕麥苗期耐鹽堿性分析及品種篩選的報道。燕麥(AvenasativaL.)為禾本科早熟禾亞科燕麥屬的一年生草本植物[14]，被稱為耐鹽堿先鋒作物[13]，松嫩平原是重要的燕麥種植區(qū)之一[15]，所以選擇和培育鹽堿脅迫耐性強的燕麥基因型對改良和利用該地區(qū)蘇打鹽堿地意義重大。本研究用NaHCO3脅迫模擬松嫩平原鹽堿生境，利用相關(guān)性分析、主成分分析、隸屬函數(shù)分析以及聚類分析相結(jié)合的方法展開對不同基因型燕麥苗期耐鹽堿性的綜合評價，旨在為選育適合于蘇打鹽堿地種植的燕麥品種提供理論參考，為耐鹽堿基因的挖掘提供前提。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料均為來自國內(nèi)外不同地區(qū)的主栽燕麥品種，見表1。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗于2017年在黑龍江省八一農(nóng)墾大學(xué)生物技術(shù)中心麥類作物實驗室進行。前期為摸索不同燕麥品種苗期耐鹽堿性適宜篩選濃度，本研究進行了預(yù)備試驗：用50～300 mmol·L-1NaHCO3溶液(濃度梯度為50 mmol·L-1)對燕麥進行脅迫處理，測定了株高、地上鮮重以及地下鮮重3項指標(biāo)，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)NaHCO3濃度為250 mmol·L-1時(pH=8.14)，不同燕麥品種的指標(biāo)差異最為明顯，故將該濃度列為本試驗的適宜處理濃度；從各供試品種中挑揀發(fā)育良好、外觀相近的種子，用1%的NaClO溶液消毒20 min，用蒸餾水反復(fù)沖洗干凈后浸泡8 h，經(jīng)人工氣候箱內(nèi)恒溫培養(yǎng)4 d后，將發(fā)芽整齊一致的幼苗移植到盛有培養(yǎng)液的塑料培養(yǎng)缽(37 cm×28 cm×9 cm)中，置于21℃植物組織培養(yǎng)室中進行培養(yǎng)(光強400 μmol·m-2·s-1, 光照14 h/黑暗10 h，相對濕度50%)，3次重復(fù)。前4 d用蒸餾水進行培養(yǎng)，之后每隔5 d更換一次Hoagland營養(yǎng)液，營養(yǎng)液與蒸餾水的比例按1/4、1/2、1倍遞增。

1.3 測定項目與方法

從幼苗長至兩葉一心開始進行鹽堿脅迫處理，每隔3 d更換一次營養(yǎng)液與鹽堿溶液的混合液，脅迫7 d后測定處理與對照(對照組未進行鹽堿脅迫處理，僅為營養(yǎng)液培養(yǎng)，處理組與對照組均為3盆，每盆84株)的株高、根長、地上部及地下部的干、鮮重，并計算耐鹽堿系數(shù)(saline-alkaline tolerance coefficient, SATC)。具體方法：取長勢均勻的燕麥植株，用蒸餾水洗去根部的鹽堿脅迫液后用吸水紙吸去幼苗表面的水分，取直尺測量幼苗的株高與根長。其中株高是植株根頸部到頂部之間的距離；鮮重為采集鮮活植株后立刻測得的重量；干重是植株經(jīng)105℃殺青30 min后，再于80 ℃烘干至恒重的重量；植株含水量=(鮮重-干重)/鮮重×100%；根冠比=地下鮮重/地上鮮重；耐鹽堿系數(shù)=處理值/對照值×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

對耐鹽堿系數(shù)進行主成分分析，得到3個主成分及貢獻率。將3個主成分的耐鹽堿系數(shù)進行隸屬函數(shù)分析，得到加權(quán)隸屬函數(shù)值D，據(jù)此可對不同燕麥品種進行耐鹽堿等級評定。

(1)

式中，U(Si)為第i個主成分耐鹽堿系數(shù)的隸屬函數(shù)值；Si為第i個主成分的耐鹽堿系數(shù)；Simax為第i個主成分的耐鹽堿系數(shù)最大值；Simin為第i個主成分的耐鹽堿系數(shù)最小值。

表1 供試燕麥品種及來源

(2)

式中，Wi為第i個主成分耐鹽堿系數(shù)的權(quán)重；Pi為第i個主成分耐鹽堿系數(shù)的貢獻率。

(3)

式中，D為加權(quán)隸屬函數(shù)值，即綜合評價值。

羥考酮與芬太尼用于腹腔鏡子宮切除術(shù)后的鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜效果和安全性比較 ……………………………… 黃 科等（8）：1102

本試驗用Excel 2003計算各指標(biāo)值的平均數(shù)及耐鹽堿系數(shù)，用SPSS 22.0進行方差分析、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 各指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)及相關(guān)關(guān)系分析

由表2中F值可知，不同燕麥品種各指標(biāo)間存在顯著性差異，各組均值間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義。在250 mmol·L-1NaHCO3脅迫下，各燕麥品種的株高(X1)、根長(X2)、地上部鮮重(X3)、地下部鮮重(X4)、地上部干重(X5)、地下部干重(X6)、地上部含水量(X7)、地下部含水量(X8)與對照處理相比均有所下降(SATC<1)，大部分品種根冠比(X9)與對照處理相比有所增加(SATC>1)，但不同基因型燕麥各指標(biāo)的變化幅度各不相同，因此利用單一指標(biāo)評價耐鹽堿性可能會得到不同甚至相反的結(jié)果。由表3各耐鹽堿系數(shù)間的相關(guān)關(guān)系可以看出，各指標(biāo)間存在著顯著或極顯著的相關(guān)性，它們提供的信息是重疊的，影響了燕麥耐鹽堿性的鑒定和篩選，因此，為彌補單一指標(biāo)評價的不足之處，本研究運用了如下多種分析方法對此進行了完善。

表2各指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)及方差分析(F值)

Table2Saline-alkalitolerancecoefficientsandvarianceanalysisofeachindex(F-value)

品種 CultivarX1X2X3X4X5X6X7X8X910.5240.2730.1330.0910.2710.1130.8560.9840.67920.7110.9510.1380.4560.3520.6440.7670.9721.22330.5940.3230.2240.3350.3890.2000.8530.9951.49640.8290.8300.2430.3610.6430.4860.7810.9791.48450.6930.5570.1620.2650.3490.3450.8260.9791.63760.6180.6440.1940.3010.5330.5000.8010.9721.55370.7560.7750.2350.3350.3720.3710.9250.9921.42380.5340.4270.1530.1990.3200.2800.8270.9691.30490.5850.3340.1770.2050.4280.2410.7690.9861.158100.6800.8990.2070.3190.4140.4800.7910.9811.538110.4980.2830.1220.1340.2380.1600.8010.9881.101120.7470.8180.1780.3970.5130.5000.7350.9831.779130.7480.7380.2300.2640.4870.3490.8500.9811.148140.7170.7690.2390.2890.5850.3460.8200.9871.209150.5000.3380.1220.2890.3420.3260.6960.9901.739160.4960.1710.1480.1720.3830.5000.7490.8591.166170.5190.2610.1500.2490.3220.2410.7710.9961.661180.4720.2650.1130.1720.2950.2010.7470.9861.523190.5920.3350.2200.2630.3490.1610.8750.9921.194200.5000.4300.1740.1990.2690.3230.8030.9891.144210.6430.8450.1700.3280.3430.3570.8710.9931.773220.7280.3420.3130.1790.4640.1550.8980.9950.573230.5980.6870.1400.2790.3130.2990.8410.9941.792240.5200.2660.1220.1400.2730.2470.8120.9481.146250.6050.4270.1660.2740.3130.2380.8540.9891.645260.5520.3460.1410.1290.3270.2110.7790.9520.911270.3330.2370.0460.0310.0950.0610.8540.9350.669280.4480.2220.2090.2570.4220.2290.7990.9731.232290.6080.3560.2030.2110.3620.2130.8650.9991.043300.7790.6990.2980.4060.4730.4380.9030.9941.364310.7440.7020.2750.2930.4650.3550.8910.9861.066320.4600.3770.1220.2340.2840.2390.7710.9981.747330.6340.5640.1270.0700.3380.3750.7770.9280.552340.4630.2070.0740.0960.2140.1640.6880.9511.286350.5850.4860.1270.1770.2960.1820.7740.9981.393360.7250.7570.3340.4710.8970.8370.7760.9511.409370.8630.9820.5170.6370.9520.7960.8820.9841.232380.6270.6260.1830.2450.3650.2770.8670.9921.344390.7090.7450.2710.2540.5020.3200.8860.9830.936400.7850.7240.2410.2940.4700.3250.8410.9931.219410.5660.2810.1410.2360.3630.3090.7110.9801.670420.6960.7550.2150.2700.4420.3380.8650.9861.255430.5830.5270.1920.2640.3040.3140.9050.9851.377440.5560.5220.1920.3250.3610.3400.8550.9961.692450.6950.7740.2520.2880.5190.4220.8680.9711.139460.6090.5330.1980.1710.3780.1780.8710.9970.864470.5220.4430.1550.1930.3020.2300.8430.9861.243480.5700.4530.1860.2620.3240.2840.8740.9931.405490.5910.4140.1870.2560.3750.2670.8380.9961.370F4774.2198679.99751.68781.54127.3832.94511.9172.50972.428

注：α=0.05；X1：株高；X2：根長；X3：地上部鮮重；X4：地下部鮮重；X5：地上部干重；X6：地下部干重；X7：地上部含水量；X8：地下部含水量；X9：根冠比。下同。

Note: α=0.05; X1:Plantheight; X2:Rootlength; X3:Abovegroundfreshweight; X4:Undergroundfreshweight; X5:Abovegrounddryweight; X6:Undergrounddryweight; X7:Abovegroundwatercontent; X8:Undergroundwatercontent; X9:Rootshootratio.Thesamebelow.

2.2 主成分分析

利用SPSS22.0進行降維-因子分析，將9個指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)轉(zhuǎn)化為3個綜合指標(biāo)(comprehensiveindex,CI)，最大程度地反映原有信息。由表4可知，苗期前3個綜合指標(biāo)的貢獻率分別為52.887%、17.769%、15.499%，累計貢獻率達86.155%，高度概括了大量數(shù)據(jù)信息。由于因子載荷是原有變量和因子變量的相關(guān)系數(shù)，所以因子載荷絕對值越大，公共因子與原有變量關(guān)系越強。根據(jù)表4中各主成分因子載荷量絕對值的最大值得出X4(地下部鮮重)、X7(地上部含水量)、X8(地下部含水量)是燕麥苗期耐鹽堿性的主要鑒定指標(biāo)。

2.3 不同燕麥品種耐鹽堿性綜合評價

2.3.1 綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值 根據(jù)(1)式可以計算49份燕麥品種3個主成分(CI1、CI2、CI3)的隸屬函數(shù)值。以表5中CI1為例，在250mmol·L-1NaHCO3處理下，T7的U(S1)值最大為1，表明其在CI1上表現(xiàn)的耐鹽堿性最強，而SX3的U(S2)值最小為0，表明其在CI2上表現(xiàn)的耐鹽堿性最弱。

2.3.2 綜合指標(biāo)的權(quán)重 由各綜合指標(biāo)CI1、CI2、CI3的貢獻率，根據(jù)(2)式可求出其權(quán)重，W1、W2、W3分別為0.515、0.278、0.207(表5)。

2.3.3 品種綜合評價及分類 根據(jù)(3)式計算加權(quán)隸屬函數(shù)值D，進而對49份燕麥品種進行耐鹽堿等級評定。由表5可知加權(quán)隸屬函數(shù)最大值為0.927，對應(yīng)T7，表明其耐鹽堿性最強；加權(quán)隸屬函數(shù)最小值為0.191，對應(yīng)SX3，可見其耐鹽堿性最弱。采用組間連接距離聚類法對加權(quán)隸屬函數(shù)值進行聚類分析，并得到聚類樹狀圖(圖1)，將49份燕麥品種分為3類：

第Ⅰ類：草莜1號、張燕7、T7，共3個耐鹽堿品種。

第Ⅱ類：HLJ1、白燕2號、白燕3號、白燕5號、白燕7號、白燕8號、都燕3號、定燕2號、定莜9號、晉燕8號、晉燕9號、蒙燕1號、蒙燕2號、同燕2號、遠(yuǎn)雜2號、燕科2號、壩莜1號、壩莜3號、壩莜4號、壩燕6號、壩莜9號、壩燕11號、壩莜12號、壩莜18號、冀張燕4號、張燕8號、SX1、SX4、T6、T8、T9、T10、T11、T12、T13、T14、T15、T16、T17、T19、T20，共41個中度耐鹽堿品種。

第Ⅲ類：三分三、壩莜13號、壩莜14號、SX2、SX3，共5個鹽堿敏感品種。

3 討 論

關(guān)于對鹽堿土地的利用，耐鹽堿品種選育是一種行之有效的方法[16]。作物的鹽堿脅迫耐性是受多個數(shù)量性狀基因座調(diào)控的復(fù)雜性狀[17]，且該特性在不同生長時期的表現(xiàn)也不完全相同[18]。苗期是作物對鹽堿脅迫最敏感的階段之一[19]，通過該時期篩選得到抗逆性較強的作物品種是保障苗全、苗齊的前提[20]，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)意義重大。

表3 耐鹽堿系數(shù)間的相關(guān)關(guān)系

注: * 和**分別表示P<0.05和P<0.01的顯著水平。

Note: *and**meansignificantlevelsatP<0.05andP<0.01,respectively.

表4 因子載荷矩陣

表5 不同燕麥品種的權(quán)重、隸屬函數(shù)值、D值及綜合評價

圖1 49份燕麥品種的聚類圖Fig.1 Clustering diagram of 49 oat cultivars

已有一些研究表明，作物會通過改變生長形態(tài)和調(diào)控生理生化響應(yīng)機制來應(yīng)對鹽堿脅迫，并通過調(diào)整生物量的分配來構(gòu)建和維持逆境下的存活與生長[21-22]。此外，由于作物耐鹽堿性是受多因子影響的復(fù)雜性狀[17]，不僅受本身基因座的影響，還受到外部環(huán)境的調(diào)控，因此僅選用單項指標(biāo)來衡量作物的抗逆性不夠科學(xué)和準(zhǔn)確。本研究選擇了一些便捷、直觀的生長指標(biāo)進行測定，并運用多元分析方法進行綜合評價，以期通過更為全面的評價與分析而獲得最有利于農(nóng)業(yè)高產(chǎn)的耐鹽堿燕麥品種。

本研究在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合松嫩平原土壤特點，以NaHCO3脅迫模擬蘇打鹽堿生境，以250mmol·L-1NaHCO3作為燕麥耐鹽堿性鑒定的臨界濃度，通過主成分分析，將 9個生長指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)轉(zhuǎn)換為 3個綜合指標(biāo)，即地下部鮮重、地上部含水量以及地下部含水量，高度概括了大量數(shù)據(jù)信息，可作為燕麥耐鹽堿性的主要鑒定指標(biāo)。本研究在鹽堿脅迫條件下，除根冠比以外，其它各生長指標(biāo)值與對照值相比均有不同程度的下降，說明在高濃度鹽堿脅迫下燕麥會通過降低生長量、生物量以及植株含水量來維持其在逆境條件下的存活與生長[22]。根冠比體現(xiàn)了植物根系與地上部生物量的分配情況，本研究發(fā)現(xiàn)燕麥根冠比的處理值高于對照值，說明在鹽堿脅迫下植株通過增大根冠比來增加其對水分和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收[23]，以實現(xiàn)逆境條件下的自我保護；生物量是檢測作物耐鹽堿性的最佳指標(biāo)之一[24]，高濃度的鹽堿脅迫會抑制植物生物量的積累[25-26]。本研究得出生物量是評定燕麥鹽堿脅迫耐性的重要鑒定指標(biāo)；對于鹽堿脅迫下燕麥植株含水量均低于對照的現(xiàn)象，說明鹽堿脅迫抑制了植物對水分的吸收，這可能是由于高濃度鹽離子造成的滲透脅迫降低了植物細(xì)胞外的水勢，從而增加了細(xì)胞水分吸收的難度[27]，進而導(dǎo)致了植株含水量的降低。本研究中，耐鹽堿品種草莜1號、張燕7號、T7在鹽堿脅迫下各生長指標(biāo)值均較高，說明此類燕麥品種擁有較強的逆境保護機制，受到的鹽堿脅迫傷害較輕，維持了自身的正常生長。在作物耐鹽堿性鑒定指標(biāo)的篩選方面，李琳等[8]發(fā)現(xiàn)全株干重、地上鮮重、根長、地下含水量和地下鮮重可作為蕓豆苗期耐鹽堿性的鑒定指標(biāo)。張國偉等[28]指出株高、地上部干質(zhì)量、根系干質(zhì)量、根系活力等指標(biāo)的鹽害系數(shù)可作為棉花苗期耐鹽性的鑒定指標(biāo)。本研究表明，地下部鮮重、地上部含水量以及地下部含水量可作為燕麥苗期耐鹽堿性的主要鑒定指標(biāo)，這與前人的研究結(jié)果有相似之處。

本研究通過隸屬函數(shù)分析，得到不同燕麥品種的耐鹽堿綜合評價值(D值)， 并參照D值進行了聚類分析，較為客觀地將49份參試燕麥品種劃分為耐鹽堿、中度耐鹽堿以及鹽堿敏感品種3種類型，這不僅有利于豐富燕麥耐鹽堿遺傳資源的多樣性，也為燕麥耐鹽堿分子研究奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

在試驗材料的選擇方面，本研究選用了49份來自國內(nèi)外不同地區(qū)的主栽燕麥品種，雖然它們的遺傳背景多樣，但本研究為各品種創(chuàng)造了一致的試驗環(huán)境，將試驗偏差降到最低；在燕麥耐鹽堿性的評價方面，本研究運用多種分析方法相結(jié)合，避免了使用單一方法的不足，這也體現(xiàn)了綜合評價的意義與價值。由于在實際生產(chǎn)中，產(chǎn)量是評定作物耐鹽堿性強弱的關(guān)鍵所在，因此進一步展開作物田間全生育期的耐鹽堿性鑒定是十分必要的；本研究僅針對苗期進行了不同基因型燕麥耐鹽堿性的評價工作，在對燕麥耐鹽堿生理生化響應(yīng)機制的研究以及分子水平上的研究等方面還需進一步拓展，以期通過更全面的綜合評價與分析而獲得最有利于農(nóng)業(yè)高產(chǎn)的燕麥品種。

4 結(jié) 論

本研究將參試的49個不同基因型燕麥品種分成耐鹽堿型(3個)、中度耐鹽堿型(41個)、鹽堿敏感型(5個)三類，其中草莜1號、張燕7號、T7為耐鹽堿型燕麥品種，三分三、壩莜13號、壩莜14號、SX2、SX3為鹽堿敏感品種，其他41個為中度耐鹽堿品種。此外，通過對不同基因型燕麥苗期各生長指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)進行主成分分析，得到地下部鮮重(X4)、地上部含水量(X7)、地下部含水量(X8)3個綜合指標(biāo)，可作為燕麥耐鹽堿性的主要鑒定指標(biāo)。本研究可為選育適宜于蘇打鹽堿地種植的燕麥品種提供理論參考，為燕麥抗逆栽培、種質(zhì)資源鑒定以及良種選育提供參考。