大豆發芽期和苗期耐鹽性的隸屬函數分析

張彥威 張禮鳳 李偉 王彩潔 張軍 徐冉

摘要：土地鹽漬化是一個全球性的問題，開展大豆品種耐鹽性評價在提高大豆產量、擴大其種植面積方面具有重要意義。本研究在測定NaCl處理下大豆萌發率、芽長、丙二醛含量、脯氨酸含量等指標的基礎上利用隸屬函數對指標數據進行分析，并完成供試15個黃淮海大豆品種（系）的耐鹽性評價，鑒定出阜107-3、徐豆10、齊黃34、山寧17、臨豆10、齊黃35、菏豆21、嘉豆43共8個耐鹽性較強的大豆品種（系），同時初步研究了芽期和苗期耐鹽性的綜合鑒定方法。

關鍵詞：大豆；萌發率；芽長；耐鹽性；隸屬函數

中圖分類號：S565.101

文獻標識號：A

文章編號：1001-4942（2016）01-0021-05

大豆是我國重要的糧、油、飼兼用作物，在國民經濟發展和保障國家糧食與食品安全中具有重要的戰略作用。2013年我國進口大豆6 338萬噸，對外依存度已高達84.4%，發展大豆生產保障自給能力刻不容緩。土地鹽漬化是一個全球性的問題，世界灌溉地鹽堿化的面積達1/3左右。盡管大豆是一種中度耐鹽作物，鹽脅迫仍然可使其品質降低、減產甚至絕產。鹽堿地的利用對解決大豆安全供應具有巨大潛力，培育和種植耐鹽大豆品種是開發利用鹽堿地經濟有效的方法之一，在提高大豆產量、擴大其種植面積方面具有重要意義。

建立便捷、穩定的大豆耐鹽性鑒定體系，是耐鹽大豆篩選、種植推廣的必要前提。姜靜涵選取4個耐鹽品種和4個鹽敏感品種，利用蛭石為培養基質，種植在人工培養箱中，通過對植株葉片失綠萎蔫的表型變化、Na⁺含量和葉綠素含量的分析，最終建立起一種穩定高效的大豆苗期耐鹽性鑒定的簡便方法。柏錫等選取綏農28、合豐50和合豐55為材料，用沙土水溶液的培養方法，分別在種子發芽期、第二片三出復葉長出期進行不同濃度NaCl處理，測定多項生理指標，建立了3個大豆品種的耐鹽轉基因大豆篩選體系。李亮等利用水培鹽處理的方式，觀察分析不同大豆品種幼苗的生長情況，同時測定鹽脅迫下不同大豆品種幼苗葉片和根系中SOD活性、POD活性和MDA的含量，以區分不同大豆品種的耐鹽性差異。張鵬等以99個大豆品種為材料，從種子萌發開始用80mmol·L^-1鹽溶液對備品種耐鹽性進行鑒定，并結合盆栽鹽脅迫試驗，觀察植株整個生育期的耐鹽表現，以驗證種子發芽率作為大豆品種耐鹽性鑒定指標的可行性。

本研究通過測定NaCl溶液處理下大豆萌發率、芽長、丙二醛含量、脯氨酸含量等指標，并用隸屬函數對各指標數據進行處理，完成了15個黃淮海大豆品種（系）的耐鹽性評價，鑒定出阜107-3、徐豆10、齊黃34、山寧17、臨豆10、齊黃35、菏豆21和嘉豆43共8個適于黃淮海鹽堿地種植的大豆品種，這對黃淮海鹽堿地區的大豆生產具有指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料是本課題組保存的黃淮海主推大豆品種和新培育的優良大豆品系（表1）。

1.2 方法

1.2.1 芽期NaCl處理精選籽粒飽滿、種皮完整、大小均勻的種子，將其擺放在鋪有滅菌濾紙的12cm的培養皿上，用滅菌的NaCl溶液10mL進行鹽脅迫處理。各處理的NaCl溶液濃度分別為O（CK）、100、150、200、250mmol·L^-1。每個處理30粒，重復3次。于25c℃、16h/8h光照溫室中進行發芽試驗，第3天統計萌發率。其標準為胚根伸出種臍部分的長度超過10mm，且發育正常；胚根彎曲并呈螺旋狀盤繞者不予統計。

1.2.2 苗期NaCl處理將大豆種子播種于鋪滿細沙的育苗盤中，用1/4MS培養液澆灌至大豆第一片三出復葉全展，將幼苗移至含有200mmol·L^-1NaCl的1/4 MS培養液中培養，觀察并測定其生理指標。

1.2.3 生理指標測定 丙二醛（MDA）含量測定：1.2.2中的幼苗NaCl處理6h后取樣，利用硫代巴比妥酸法進行測定。脯氨酸（PRO）含量測定：1.2.2中的幼苗NaCl處理6h后取樣，利用磺基水楊酸法進行測定。

1.2.4 統計分析 相對指標計算公式：相對指標=（處理指標/對照指標）×100%。數據采用Microsoft Excel 2010進行方差、回歸、隸屬函數及相關系數分析。隸屬函數的計算公式：正相關指標X（u）=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）；負相關指標X（u）=（Xmax-Xi）/（Xmax-Xmin）；式中X（u）為隸屬函數值，Xi為每個指標測定的平均值，Xmin為所有品種對應指標的最小值，Xmax為所有品種對應指標的最大值。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫下不同大豆品種（系）的萌發率

15個大豆品種（系）在不同濃度NaCl處理下的萌發率見表2。隨著NaCl濃度的增高，15個大豆品種（系）的萌發率均逐漸降低，說明該處理方法能夠保證處理條件的穩定性。方差分析表明，不同濃度NaCl處理對大豆的萌發率影響極顯著[F=218.4>F0.0l（3，42）]，品種間差異顯著[F=2.537>F0.05（14，42）]，說明NaCl處理下的大豆萌發率能夠反映大豆的耐鹽性。本研究中，100、150、200、250mmol·L^-1NaCl處理下，徐豆10、臨豆10、齊黃34、阜107-3具有較高的萌發率，說明這4個大豆品種具有較高的鹽脅迫耐性。

2.2 鹽脅迫下不同大豆品種（系）的芽長

鹽分可以抑制種子萌發時下胚軸的伸長，15個大豆品種（系）在不同濃度NaCl處理下的相對芽長見表3。隨著NaCl濃度的增高，15個大豆品種（系）的芽長均逐漸減小，進一步說明該處理方法能夠保證處理條件的穩定性。方差分析表明，不同濃度NaCl處理對大豆的芽長影響差異極顯著[F=129.9>F0.01（3，42）]，品種間差異極顯著[F=2.739>F0.01 （14，42）]，說明NaCl處理下的大豆芽長能夠反映大豆的耐鹽性。不同濃度NaCl處理下，山寧17、齊黃34、冀豆12、齊黃35具有較高的平均相對芽長，說明這4個品種具有較高的耐鹽能力。

2.3 鹽脅迫生理指標

丙二醛（ MDA）和脯氨酸（PRO）是衡量植物抗逆性的重要指標，在植物逆境脅迫中起著重要作用。15個大豆品種（系）在200mmol·L^-1NaCl溶液脅迫處理6h后，其葉片內的MDA含量和PRO均顯著升高，且不同品種（系）表現出不同程度的變化（圖1），說明本研究中MDA和PRO在鹽脅迫下的變化水平可以一定程度地反映品種（系）的耐鹽性。本研究中，阜107-3、徐豆10、齊黃35、齊黃34等大豆品種的MDA變化水平相對較低，說明這些大豆品種具有較高的耐鹽性；汾豆95、冀豆12、菏豆21、中黃13等大豆品種的PRO變化水平相對較低，說明這些大豆品種耐鹽性較低。

2.4 不同大豆品種（系）耐鹽性的隸屬函數

利用隸屬函數計算15個大豆品種（系）不同濃度鹽脅迫下的萌發率、芽長、MDA含量、PRO含量4項性狀共10個指標的隸屬函數值，并據此進行品種（系）耐鹽性綜合評價。用隸屬函數法進行抗逆評價時，其平均值越大，抗性越強。根據隸屬函數平均值的大小對15個大豆品種（系）的耐鹽性進行綜合排序，結果見表4，其中阜107-3的隸屬函數平均值最大，為0.7823，說明其芽期和苗期的耐鹽性最強，而汾豆95隸屬函數平均值最小，為0.1396，說明其芽期和苗期的耐鹽性最弱。

利用大豆品種耐鹽性的隸屬函數進行分級，可將大豆品種的耐鹽性分為以下4級。

1級：隸屬函數平均值在0.75以上——高耐鹽型，只有阜107-3；

2級：隸屬函數平均值在0.50～0.75之間——耐鹽型，包括臨豆10、齊黃34、徐豆10、齊黃35、嘉豆43、山寧17、菏豆21共7個材料；

3級：隸屬函數平均值在0.25～0.50之間——低耐鹽型，包括周08010-5-3、中黃13、冀豆12、邯豆5號、齊黃1號、安豆203共6個材料；

4級：隸屬函數平均值在0.25以下——鹽敏感型，只有汾豆95。

3 討論

3.1 大豆芽期和苗期耐鹽性

鹽分可以影響種子的發芽率，抑制種子萌發時下胚軸的伸長，且隨著鹽濃度的升高，其抑制作用更加明顯。張鵬等認為種子萌發期的耐鹽性表現與植株生長后期的耐鹽性基本一致，種子萌發期的發芽率可以用于抗鹽性的鑒定。但是對多種濃度NaCl處理下大豆的耐鹽性差異研究較少。在本研究中，15個大豆品種（系）的萌發率和芽長隨著NaCl濃度的增加而降低，但不同品種（系）對NaCl的敏感程度不一，方差分析表明NaCl處理濃度及品種間均對大豆的萌發率和芽長產生顯著或極顯著的影響。所以，本研究認為設置多種濃度的NaCl處理研究其對大豆萌發率和芽長的影響以鑒定大豆品種（系）芽期的耐鹽性是篩選耐鹽品種的一個較為有效的措施。

大豆苗期耐鹽性分析也是大豆耐鹽品種（系）篩選中一個較為常用的方法。本研究中，以鹽脅迫后相關生理指標MDA和PRO的相對變化情況來分析大豆苗期耐鹽性發現，不同品種（系）的苗期耐鹽性存在較大差異。同時發現雖然大豆苗期耐鹽性與大豆芽期耐鹽性顯著相關，但是不同品種（系）的芽期和苗期的鹽敏感程度存在一定差異，如阜107-3芽期耐鹽性低于徐豆10，但其苗期耐鹽性高于徐豆10。因此，本研究認為對大豆品種芽期和苗期的耐鹽性進行綜合分析能夠高效準確地進行大豆耐鹽品種篩選。

3.2 大豆鹽脅迫相關生理指標的選擇

逆境脅迫能造成植物體內活性氧（ROS）的累積，ROS是植物細胞有氧代謝過程中具有很強毒性的副產品，可直接造成膜脂過氧化。MDA是脂質過氧化的主要產物，對膜有毒害作用，通常作為衡量植物抗逆性的重要指標。PRO作為一種滲透調節物質，在植物逆境脅迫中起著重要的作用。本研究中，MDA和PRO的相對含量呈極顯著負相關，且與芽期生理指標分別呈顯著負相關和顯著正相關，所以本研究選擇MDA和PRO作為苗期耐鹽性鑒定的相關生理指標。

3.3 大豆鹽脅迫耐性動態鑒定體系

植物的鹽脅迫耐性機制十分復雜，是復合數量性狀，由于同一材料的不同形態和生理生化特性指標在鹽脅迫下表現并不完全一致，單獨以某一指標來進行材料間耐鹽性分析會存在一定誤差。姜奇彥等利用鹽害指數進行耐鹽性分級將中黃13劃人芽期高耐鹽級別，但在本研究中，雖然中黃13芽期的鹽害指數較低，但由于采用隸屬函數進行分析，其耐鹽性仍低于其它多個品種。利用模糊數學中的隸屬函數對各個指標綜合分析能夠隨著樣品份數的增減、抗性指標的增減而形成一種作物脅迫耐性的動態鑒定體系。劉太林等利用隸屬函數對不同大豆品種種子萌芽期的耐鹽性進行了研究；孫靜利用隸屬函數對切花菊抗旱性進行了評價，并對其抗旱機制進行初步分析。本研究利用隸屬函數分別分析了15個大豆品種（系）芽期和苗期的4項性狀的10個耐鹽指標，并對其進行綜合分析，從而準確而有效地鑒定了15個品種（系）的耐鹽性。

4 結論

建立了一種在可控條件下，采用隸屬函數綜合分析大豆芽期和苗期各項生理指標的大豆芽期和苗期耐鹽性綜合鑒定方法。利用該方法對15個大豆品種（系）進行耐鹽性鑒定，其中阜107-3、徐豆10、齊黃34、山寧17、臨豆10、齊黃35、菏豆21、嘉豆43共8個品種（系）耐鹽性較強，汾豆95耐鹽性較差，其它6個品種（系）耐鹽性居中。