關(guān)鍵詞：大豆；鹽脅迫；干旱脅迫；鹽旱復(fù)合脅迫；幼苗生長；光合特性；綜合評價

中圖分類號：S565.101 文獻(xiàn)標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942（2024）11-0036-08

黑龍江省是全國大豆的主要產(chǎn)區(qū)，其播種面積及總產(chǎn)量均占到40%以上。但黑龍江省的土壤鹽漬化程度較高，全省鹽堿化土地面積已超200萬hm²，鹽堿化耕地面積超過30萬hm²，鹽堿化土地上種植的大豆嚴(yán)重減產(chǎn)。隨著全球氣候不斷變化，近年來的年內(nèi)和年際降水分布不均導(dǎo)致旱災(zāi)發(fā)生頻率和程度加重，干旱和鹽脅迫的同時存在，對農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)造成了極大的負(fù)面影響。鹽害與干旱是制約作物生長發(fā)育的兩大重要非生物因子，僅干旱就導(dǎo)致約40%的產(chǎn)量損失。尤其是在部分干旱、半干旱地區(qū)，降水量小于土壤水分蒸發(fā)量，造成土壤中鹽濃度升高，從而導(dǎo)致鹽害與干旱的復(fù)合脅迫。單一鹽或干旱脅迫都會導(dǎo)致植株生長以及生理代謝異常，當(dāng)兩種或多種非生物脅迫同時發(fā)生時，會比單一脅迫造成更大的產(chǎn)量損失。鹽和干旱都能夠?qū)χ参锂a(chǎn)生滲透脅迫，此外，鈉離子在植物中的長期累積也會對植物造成離子毒害脅迫。但是鹽脅迫對植物的危害并不是滲透脅迫和離子毒害的簡單累加。

植物能夠通過改變表型和生理代謝來適應(yīng)鹽和干旱脅迫等外界不利環(huán)境，例如生長停滯、光合抑制、滲透調(diào)節(jié)、氣孔關(guān)閉和氧化應(yīng)激反應(yīng)等。牟曉璐等研究發(fā)現(xiàn)，土壤鹽漬化會促進(jìn)番茄對Na+的吸收，引發(fā)離子毒害，從而導(dǎo)致番茄營養(yǎng)缺失，發(fā)育減緩，果實產(chǎn)量下降。鹽脅迫通過兩個方面抑制植物光合作用，一方面鹽脅迫導(dǎo)致植物氣孔關(guān)閉而降低細(xì)胞間的CO₂濃度；另一方面鹽脅迫會損傷光合色素和光合膜系統(tǒng)，降低CO₂同化能力等。郝樹榮等研究表明，干旱脅迫會引起葉片水分大量流失，葉片枯萎，葉面積下降，進(jìn)而影響植株生長。盡管諸多研究已經(jīng)從植株形態(tài)建成、生理代謝調(diào)控和信號調(diào)節(jié)等層面揭示了植物對干旱或鹽脅迫的響應(yīng)機制，然而現(xiàn)有研究大多側(cè)重于單一鹽脅迫或干旱逆境對植株生長發(fā)育及生理代謝的影響，關(guān)于鹽和干旱脅迫兩者共同作用對植物生長發(fā)育影響的研究還較少。

大豆是一年生雙子葉草本植物，為豆科大豆屬，是優(yōu)質(zhì)蛋白和食用油脂的主要來源之一，在我國大部分地區(qū)廣泛種植，尤其是在東北地區(qū)。然而最近幾年來，由于環(huán)境的不斷改變，大豆產(chǎn)量出現(xiàn)降低趨勢。一些地區(qū)的大豆生長發(fā)育常受到鹽堿、干旱等多種逆境脅迫，干旱和鹽漬化脅迫的同時發(fā)生，對大豆產(chǎn)量和品質(zhì)造成極大影響，嚴(yán)重制約了大豆產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，了解苗期大豆在鹽害和干旱脅迫下的耐受機制，培育耐鹽、抗旱大豆品種，提高鹽堿、干旱地區(qū)大豆產(chǎn)量，對于提高我國大豆總產(chǎn)量、保障國家糧油安全具有重要意義。本研究以7個大豆品種（系）為試驗材料，通過室外盆栽試驗?zāi)M鹽、干旱和鹽旱復(fù)合三種逆境脅迫，分析不同逆境脅迫對大豆幼苗生長表型、根系構(gòu)型、葉綠素和光合熒光等指標(biāo)的影響，以期為揭示大豆抗旱耐鹽調(diào)控機制和耐鹽旱品種培育提供理論和數(shù)據(jù)支持。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試7個大豆品種（系）具體名稱和來源見表1。

1.2試驗設(shè)計

本試驗于2022年在國家雜糧工程技術(shù)研究中心室外大棚中開展。挑選大小均一、飽滿、無病斑、無蟲斑的大豆種子分別播種于塑料盆（上口徑18cm，下口徑12.5cm，高15cm）中，每盆播種6粒。待真葉展開后，挑選長勢均勻一致的大豆幼苗進(jìn)行定苗，每盆保留3株。設(shè)置4個處理，分別為：CK（正常供水，75%田間最大持水量）、鹽脅迫（S，75%田間最大持水量，75 mmol/L NaCl溶液處理，土壤含鹽量0.44%）、干旱脅迫（D，35%田間最大持水量）和鹽旱復(fù)合脅迫（S+D，35%田間最大持水量，75mmol/L NaCl溶液處理，土壤含鹽量0.44%）。每盆為一個試驗重復(fù)，每處理重復(fù)3次，共計84盆。在第一片三出復(fù)葉完全展開時開始進(jìn)行脅迫處理，脅迫3d后測定相關(guān)指標(biāo)。

1.3測定指標(biāo)及方法

1.3.1大豆幼苗植株形態(tài)指標(biāo)測定 使用植物表型分析掃描儀PlantEye F500（PhenoSpex，荷蘭）對大豆幼苗植株進(jìn)行掃描，測量和收集植株的表型數(shù)據(jù)，測定內(nèi)容包括數(shù)字株高、數(shù)字生物量、葉片角度、葉面積、葉片投影面積、葉片傾斜度、光穿透深度，并測定幼苗植株的色調(diào)值，計算植株的綠度指數(shù)（GI）和歸一化植被指數(shù)（ND-Ⅵ）。

1.3.2大豆幼苗根系構(gòu)型測定在子葉痕處將大豆幼苗植株剪開，用蒸餾水將根系清洗干凈后使用根系掃描分析儀進(jìn)行掃描，掃描時把根系放人掃描儀的托盤內(nèi)，加入適當(dāng)蒸餾水以減少根系之間的纏繞。采用WinRHIZO Pro Vision 5.0a軟件對所得圖片進(jìn)行分析，記錄根尖數(shù)、根分叉數(shù)和交叉數(shù)，計算根直徑、根表面積、總根長、根體積及根投影面積等。

1.3.3大豆幼苗葉片葉綠素含量與熒光參數(shù)測定 晴天上午9：00—12：00，選取大豆幼苗植株的功能葉片，使用便攜式葉綠素?zé)晒鈨x（OS5P，OPTⅠ-Sciences，USA）在進(jìn)行避光暗反應(yīng)30min后測定暗反應(yīng)最大熒光（Fm）、暗反應(yīng)初始熒光（Fo）、最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）、PSⅡ的潛在活性（Fv/Fo）、實際光化學(xué)效率（ΦPSⅡ）、表觀光合電子傳遞速率（ETR）和非光化學(xué)猝滅系數(shù)（NPQ）。同時利用SPAD-502葉綠素儀測定功能葉的葉綠素含量（SPAD值）。

1.3.4大豆幼苗葉片光合參數(shù)測定 晴天上午9：00-12：00，選取大豆幼苗植株的功能葉片，使用光合儀LI-6400（Li-Cor Inc.，Lincoln，NE，USA）測定大豆功能葉光合參數(shù)：光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO₂濃度（Ci）、氣孔導(dǎo)度（Gs）。光合儀參數(shù)設(shè)置為：葉室溫度25℃，相對濕度60%，人工光源1200μmol·m^-2·S^-1;CO₂濃度380μmol.mol^-1；空氣流量500μmol·s^-1。每處理測定3次取平均值。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

使用Microsoft Excel 2016初步處理試驗數(shù)據(jù)，用SPSS Statistics 26.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計及方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1鹽旱脅迫對大豆幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

由表2可知，與CK相比，鹽脅迫顯著降低大豆幼苗的數(shù)字生物量、葉面積和歸一化植被指數(shù)，降幅分別為6.25%、7.25%和37.50%。與對照相比，干旱脅迫下大豆幼苗的葉片傾斜度和色調(diào)值顯著下降，降幅分別為7.69%和7.14%，顯著增加葉片角度和葉片投影面積，增幅分別為12.34%和12.91%。

與對照相比，鹽旱復(fù)合脅迫顯著降低大豆幼苗的數(shù)字生物量、葉面積、葉片投影面積、光穿透深度、綠度指數(shù)、色調(diào)值和歸一化植被指數(shù)，降幅分別為18.27%、11.97%、6.49%、33.99%、63.64%、9.18%和137.50%。

綜上可知，鹽旱復(fù)合脅迫對大豆幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響最大，鹽脅迫次之，干旱脅迫影響最小。

2.2鹽旱脅迫對大豆幼苗根系構(gòu)型的影響

由表3可知，與CK相比，鹽脅迫顯著降低大豆幼苗的總根長、根投影面積、根表面積、根體積、根尖數(shù)、根分叉數(shù)和交叉數(shù)，降幅分別為24.95%、18.77%、20.33%、15.48%、28.74%、25.6%和32.04%：干旱脅迫顯著降低大豆幼苗的根尖數(shù)、根分叉數(shù)和交叉數(shù)，降幅分別為13.43%、13.46%和22.33%：鹽旱復(fù)合脅迫顯著降低大豆幼苗的總根長、根投影面積、根表面積、根體積、根尖數(shù)、根分叉數(shù)和交叉數(shù)，降幅分別為27.62%、23.04%、27.09%、21.94%、33.48%、29.64%和38.95%。三種脅迫處理中，鹽及鹽旱復(fù)合脅迫對大豆根系構(gòu)型的影響較大，干旱脅迫的影響較小。

2.3鹽旱脅迫對大豆幼苗葉片葉綠素含量和熒光參數(shù)的影響

由表4可知，與CK相比，鹽脅迫顯著降低大豆幼苗葉片的SPAD值、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSII、ETR和NPQ，降幅分別為9.41%、41.39%、26.76%、47.47%、39.58%、28.04%和20.59%；干旱脅迫顯著降低大豆幼苗葉片的ΦPSⅡ和ETR，降幅分別為16.67%和13.51%，其他指標(biāo)差異不顯著：鹽旱復(fù)合脅迫顯著降低大豆幼苗葉片的SPAD值、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSⅡ、ETR和NPQ，降幅分別為10. 78%、42. 77%、40. 85%、68.09%、91.67%、88.78%和39.71%。鹽及鹽旱復(fù)合脅迫對大豆幼苗葉片光合機構(gòu)損傷的影響較大，進(jìn)而影響葉綠素?zé)晒獾淖兓?，而干旱脅迫的影響較小。

2.4鹽旱脅迫對大豆幼苗葉片光合特性的影響

由表5可知，與對照（CK）相比，鹽、干旱及鹽旱復(fù)合脅迫均顯著降低大豆幼苗葉片的光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO，濃度、蒸騰速率，降幅分別為92.79%、97.83%、32.17%、91.04%，50.74%、76.09%、28.28%、58.21%和96.29%、97.83%、34.50%、95.31%。鹽旱復(fù)合脅迫對大豆幼苗光合速率、胞間CO，濃度和蒸騰速率的影響最大，鹽脅迫次之，干旱脅迫最小：鹽及鹽旱復(fù)合脅迫對葉片氣孔導(dǎo)度的影響均較大，干旱脅迫次之。

2.5鹽旱脅迫下大豆幼苗各指標(biāo)的主成分分析

對鹽、干旱和鹽旱復(fù)合脅迫下測定的7個大豆品種（系）的31個指標(biāo)進(jìn)行主成分分析（表6）發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫處理下共提取到7個主成分，累計貢獻(xiàn)率達(dá)92.06%；干旱脅迫處理下共提取到7個主成分，累計貢獻(xiàn)率達(dá)91.25%：鹽旱復(fù)合脅迫處理下共提取到6個主成分，累計貢獻(xiàn)率達(dá)87.53%。各脅迫處理下提取到的主成分可分別代表31個指標(biāo)的大部分信息。進(jìn)一步規(guī)格化特征向量，根據(jù)特征值的大小，可知鹽、干旱和鹽旱復(fù)合脅迫下的關(guān)鍵影響因子分別為根長、根尖數(shù)和根分叉數(shù)。

2.6大豆幼苗耐逆性綜合評價

根據(jù)隸屬函數(shù)公式計算得到鹽脅迫下7個大豆品種（系）苗期各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值（表7），根據(jù)各指標(biāo)方差貢獻(xiàn)率求得其權(quán)重分別為0.38、0.23、0.14、0.10、0.06、0.05和0.04，得出各品種（系）的耐鹽性綜合評價值（D值）。根據(jù)D值大小得出7個大豆品種（系）苗期耐鹽性的綜合排序為：21C49gt;華疆2號gt;蒙豆46gt;龍墾330gt;黑科88gt;合豐47gt;黑科68，21C49為耐鹽品系，黑科68為鹽敏感品種。

干旱脅迫下7個大豆品種（系）苗期各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值見表8，根據(jù)各指標(biāo)方差貢獻(xiàn)率求得其權(quán)重分別為0.38、0.20、0.13、0.10、0.08、0.06和0.04，得出各品種的耐旱性綜合評價值（D值）。根據(jù)D值大小得出7個大豆品種（系）苗期耐旱性的綜合排序為：蒙豆46gt;華疆2號gt;21C49gt;黑科88gt;合豐47gt;龍墾330gt;黑科68，蒙豆46為耐旱品種，黑科68為旱敏感品種。

鹽旱復(fù)合脅迫下7個大豆品種（系）苗期各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值見表9，根據(jù)各指標(biāo)方差貢獻(xiàn)率求得其權(quán)重分別為0.35、0.23、0.15、0.13、0.08和0.06，得出各品種的耐鹽旱性綜合評價值（D值）。根據(jù)D值大小得出7個大豆品種（系）苗期耐鹽旱復(fù)合脅迫的綜合排序為：蒙豆46gt;合豐47gt;華疆2號gt;21C49gt;黑科88gt;黑科68gt;龍墾330，蒙豆46為耐鹽旱復(fù)合脅迫品種，龍墾330為鹽旱復(fù)合脅迫敏感品種。

3討論

鹽和干旱脅迫均能夠?qū)χ参镌斐蓾B透脅迫，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)水勢降低、氣孔關(guān)閉、CO，同化速率降低等生理代謝失衡現(xiàn)象，影響作物的生長和產(chǎn)量形成。因此，培育抗旱耐鹽的作物品種以提高作物的抗旱耐鹽水平有利于干旱地區(qū)鹽漬化土地的利用。自動表型測定技術(shù)可對植株的形態(tài)進(jìn)行全面、快速和高效的分析，更精準(zhǔn)地反映出植株表型與脅迫環(huán)境之間的關(guān)系，為選育優(yōu)良品種提供了一種便捷有效的技術(shù)方法。趙強等通過三維掃描儀定量分析鹽堿脅迫對大豆幼苗生長的影響發(fā)現(xiàn)，與對照相比，鹽堿脅迫顯著降低大豆幼苗的數(shù)字生物量、葉片投影面積、光穿透深度、歸一化植被指數(shù)和綠度指數(shù)等形態(tài)和光譜指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫和鹽旱復(fù)合脅迫均顯著降低了大豆植株的數(shù)字生物量、葉面積和歸一化植被指數(shù)等形態(tài)指標(biāo)，表明這兩種脅迫均抑制大豆幼苗的生長：干旱脅迫則能顯著提高大豆幼苗的葉片角度和葉片投影面積，使得植株結(jié)構(gòu)更緊湊。

根系是最先感受到土壤鹽漬化的植物組織，植物在鹽漬逆境土壤中首先表現(xiàn)為根的生長受阻。本研究發(fā)現(xiàn)，與對照相比，鹽、干旱和鹽旱復(fù)合脅迫均抑制大豆根系生長，降低了總根長、根投影面積、根表面積、根體積、根尖數(shù)、根分叉數(shù)和交叉數(shù)，表明大豆通過根系變化來適應(yīng)脅迫環(huán)境，且鹽旱復(fù)合脅迫對根系生長的影響最大，干旱脅迫影響最小。也有研究表明，干旱脅迫能夠增加作物根冠比，這可能是由于干旱脅迫對作物根系生長的抑制小于地上部。植物優(yōu)先保證根系生長來吸收更多水分，或是減少地上部葉片生長，降低葉片蒸騰作用，是作物適應(yīng)干旱逆境并保持水分平衡的一種調(diào)節(jié)機制。

葉綠素含量是衡量植物光合性能和葉片質(zhì)量的重要指標(biāo)，同時能夠影響植物碳水化合物的合成。本研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫和鹽旱復(fù)合脅迫均顯著降低大豆幼苗葉片葉綠素含量，而干旱脅迫處理幼苗葉片葉綠素含量與對照差異不顯著，可能與脅迫時間較短有關(guān)，這有待于進(jìn)一步研究。葉綠素?zé)晒饽茌^精確地反映出植物對光能的吸收與轉(zhuǎn)化過程，能夠影響ATP合成和電子傳遞等生物學(xué)過程。周朝彬等研究干旱脅迫對胡楊光合和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響時發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫對胡楊葉片PSⅡ活性中心造成了不可逆的損傷。本試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫和鹽旱復(fù)合脅迫均顯著降低大豆幼苗葉片的Fm、Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSⅡ、ETR和NPQ，干旱脅迫顯著降低大豆幼苗葉片的ΦPSⅡ和ETR。綜上可知，鹽、干旱及鹽旱復(fù)合脅迫下，大豆幼苗葉片的PSⅡ系統(tǒng)受到損傷，光能利用及轉(zhuǎn)換效率下降，光合作用受到抑制，同時，干旱脅迫造成的損傷明顯小于鹽脅迫及鹽旱復(fù)合脅迫。

氣孔和非氣孔限制是引起光合速率降低的兩種因素，胞間CO₂濃度的變化是區(qū)分氣孔與非氣孔限制的根據(jù)。當(dāng)光合作用是受氣孔限制影響時，葉片光合速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO₂濃度三者會同時下降：受非氣孔限制影響時，葉片光合速率的下降會伴隨胞間CO₂濃度的增加。本試驗結(jié)果得出，鹽、干旱和鹽旱復(fù)合脅迫下，大豆幼苗葉片氣孔導(dǎo)度、光合速率、胞間CO₂濃度和蒸騰速率均較對照顯著下降，表明光合作用是受到了氣孔限制的影響，這與徐晨等的研究結(jié)果相類似。綜上可知，逆境脅迫下，作物通常是通過降低氣孔導(dǎo)度來減少水分散失和蒸騰作用，進(jìn)而維持基本的生理代謝。本研究中，鹽、干旱和鹽旱復(fù)合脅迫相比較，干旱脅迫處理的大豆幼苗葉片氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率降幅明顯低于鹽及鹽旱復(fù)合脅迫，這可能是由于大豆幼苗在受到單一干旱脅迫時，會通過關(guān)閉氣孔來減少葉片水分的蒸騰，這有利于減少水分散失，從而提高它的抗逆性。

目前，作物苗期耐逆性評價先是測定脅迫處理后存活天數(shù)、相關(guān)形態(tài)及生理生化指標(biāo)等，隨后運用主成分分析法、隸屬函數(shù)法等對其耐逆性進(jìn)行綜合評估。主成分分析是一種基于降維的方法，把原有的多個指標(biāo)轉(zhuǎn)換為少量并相互獨立的新的綜合指標(biāo)，被廣泛應(yīng)用于多種作物的多個性狀的綜合評估。張春蘭等通過主成分分析得出，葉面積、根長和葉片丙二醛含量可作為耐鹽大豆品種篩選的評價指標(biāo)。本研究對7個大豆品種（系）在鹽、干旱及鹽旱復(fù)合脅迫下的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果表明，在鹽脅迫下共提取到7個主成分，干旱脅迫下共提取到7個主成分，鹽旱復(fù)合脅迫下共提取到6個主成分，主成分中載荷值最大的因子分別是根長、根尖數(shù)和根分叉數(shù)，綜合來看，三者可分別作為這三種脅迫的評價指標(biāo)。隸屬函數(shù)分析可以建立一套以多個測定指標(biāo)為基礎(chǔ)的抗逆性綜合評估方法，來克服目前用某一種或幾種指標(biāo)來判定不同品種抗性的局限性。如魏秀儉等運用隸屬函數(shù)法對22個玉米自交系的耐旱性進(jìn)行了綜合評定，朱麗偉等運用隸屬函數(shù)法對12個苦蕎品種進(jìn)行了種子質(zhì)量的綜合評價。本研究通過隸屬函數(shù)綜合評價法，對7個大豆品種（系）在鹽、干旱及鹽旱復(fù)合脅迫下的耐性水平進(jìn)行了排序，這有利于揭示大豆的抗逆響應(yīng)機理，進(jìn)而提升大豆耐逆性評價的準(zhǔn)確性。

4結(jié)論

鹽及鹽旱復(fù)合脅迫均降低大豆品種（系）形態(tài)指標(biāo)和根系構(gòu)型參數(shù)，進(jìn)而抑制大豆幼苗生長；鹽、干旱及鹽旱復(fù)合脅迫均降低大豆光合性能和葉綠素?zé)晒鈪?shù)，其中鹽旱復(fù)合脅迫下降的最多。綜上可知，鹽旱復(fù)合脅迫對大豆幼苗的影響最大，鹽脅迫次之，干旱脅迫影響最輕。由主成分分析和隸屬函數(shù)綜合評價結(jié)果得出，21C49為耐鹽品系，蒙豆46為耐旱、耐鹽旱復(fù)合脅迫品種，黑科68為鹽敏感、旱敏感品種，龍墾330為鹽旱復(fù)合脅迫敏感品種。