高粱芽期耐鹽指標篩選及耐鹽性評價

穆志新，李萌，秦慧彬

（山西省農業科學院農作物品種資源研究所，農業部黃土高原作物基因資源與種質創制重點實驗室，雜糧種質資源發掘與遺傳改良山西省重點實驗室，山西太原030031）

高粱芽期耐鹽指標篩選及耐鹽性評價

穆志新，李萌，秦慧彬

（山西省農業科學院農作物品種資源研究所，農業部黃土高原作物基因資源與種質創制重點實驗室，雜糧種質資源發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，萌發第4天測定發芽勢，第7天測定發芽率、芽長、根長、芽鮮質量、根鮮質量，利用隸屬函數分析、主成分分析及聚類分析進行耐鹽性綜合評價和指標篩選。結果表明，12 g/L NaCl是進行高粱芽期耐鹽性鑒定的適宜鹽濃度，各性狀耐鹽指標間變異大；6個芽期性狀間存在著一定相關性；聚類分析將49份高粱種質資源分成耐鹽型、中等耐鹽型和鹽敏感型種質3大類。發芽率、根鮮質量和芽鮮質量可以作為高粱芽期耐鹽性鑒定的指標。

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]，嚴重影響著我國的農業生產。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]，是干旱半干旱地區的主要作物[7]。研究不同高粱種質資源的耐鹽性，培育耐鹽品種，是實現鹽堿地高效利用及高產穩產的有效途徑。

高粱在萌發期不易保全苗，芽期耐鹽性強是高粱能在鹽漬化嚴重地區萌發成苗必須具備的特性，學者對小麥[8]、大豆[9]、谷子[10]等作物芽期耐鹽性都有研究，但對高粱萌發期耐鹽性進行系統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，旨在為高粱種質資源耐鹽材料的篩選提供理論基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗選用49份高粱地方種質資源為供試材料（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皿中。設0（CK），4，8，12，16，20 g/L共6個NaCl溶液進行預試驗，各處理3次重復。每培養皿中加入8 mL蒸餾水或鹽溶液，置于人工氣候箱中發芽，箱內晝/夜溫度28℃/ 25℃，光/暗為12 h/12 h，濕度60%。通過測定發芽數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。

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

1.3 測定項目及方法

發芽勢＝4 d內發芽種子數/供試種子數× 100%；發芽率＝7 d內發芽種子數/供試種子數× 100%；耐鹽指數＝鹽處理值/對照值。各指標的耐鹽指數分別表示為相對發芽勢、相對發芽率、相對芽長、相對根長、相對根鮮質量、相對芽鮮質量。

利用隸屬函數值法[11]，求各測定指標的隸屬值。

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

1.4 數據處理

用Excel進行數據整理，計算各指標的耐鹽指數，用SPSS 18.0軟件進行相關性分析、主成分分析以及聚類分析。

2 結果與分析

2.1 高粱種質資源芽期對鹽脅迫的響應

由表2可知，12 g/L鹽溶液對49份高粱種質資源的各測定指標都有抑制作用，表明鹽脅迫對高粱種子芽期的影響不僅限于發芽指標上，還表現在抑制根及芽的生長上。不同材料抑制程度不同，因此，各測定指標變幅不同。發芽勢的相對值變化范圍為0.000～0.974，相對發芽率介于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，相對根鮮質量的變化范圍為0.243～0.900，相對芽鮮質量的變化范圍為0.032～0.536。

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

表2 鹽脅迫下高粱種質各性狀相對值

2.2 鹽脅迫下高粱各性狀的相關性分析

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

表3 鹽脅迫下高粱種質各性狀的相關性分析

2.3 對高粱種質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

對高粱種質芽期各性狀相對值進行主成分分析，結果顯示，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%，芽長及芽鮮質量的負荷量較大（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%，根鮮質量、發芽勢、發芽率載荷數值較大，反映了高粱發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，根鮮質量的相關系數最大，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。發芽率、根鮮質量、芽鮮質量可作為大批量高粱種質資源芽期耐鹽性鑒定的主要指標。

2.4 不同高粱種質資源耐鹽性評價

依據各種質資源的平均隸屬函數值，利用系統聚類中的組內聯接法，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的30份材料，其中，五臺縣11份，武鄉縣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。平均隸屬函數值在0.233～0.472，發芽勢、發芽率、根長、芽長、根鮮質量及芽鮮質量的耐鹽指數分別為0.274，0.528，0.376，0.210，0.427和0.181。其被認定為中等耐鹽型種質。

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。平均隸屬函數值在0.046～0.141，發芽勢、發芽率、根長、芽長、根鮮質量及芽鮮質量的耐鹽指數分別為0，0.135，0.261，0.087，0.372和0.114。其被認定為鹽敏感型種質。

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

3 討論

根據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，高粱各種質資源出芽較晚，植株生長所受影響較大，各性狀耐鹽指數變動范圍大，材料間各生長指標的差異明顯，因此，選擇12 g/L鹽脅迫濃度對高粱種質資源芽期進行耐鹽性鑒定是科學、合理的。

作物在高鹽環境下，外部形態、生理代謝都表現出不同的適應能力，研究對象、鑒定時期以及調查方法不同，評價的指標也存在一定差異[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，結果表明，發芽率、生物量以及Pn，Tr，Ci，Gs，Fv/Fm，qP和有效光化學量子產量可作為蓖麻耐鹽性鑒定的重要指標。張國偉等[16]利用砂培試驗模擬鹽脅迫，篩選出株高、葉片伸展速率、地上部干質量、根系干質量、根系活力和凈光合速率的鹽害系數，作為棉花苗期耐鹽鑒定指標。陳波等[17]研究表明，玉米芽期耐鹽性評價應以種子耐鹽指數、活力耐鹽指數、相對芽干質量、相對根干質量、相對儲藏物質轉運率及相對生長量為主。本研究中，高粱種質的萌發因子（相對發芽勢、相對發芽率），根部生長因子（相對根長、相對根鮮質量）和葉部生長因子（相對芽長、相對芽鮮質量）等6個指標間的相關性強，主成分分析表明，發芽率、根鮮質量、芽鮮質量可以作為大批量高粱種質資源芽期耐鹽性鑒定的主要指標。基于各種質資源平均隸屬函數值的聚類分析篩選到16份耐鹽型高粱種質，為今后高粱育種奠定了基礎。

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

［1］李豐先，周宇飛，王藝陶，等.高粱品種萌發期耐堿性篩選與綜合鑒定[J].中國農業科學，2013，46（9）：1762-1771.

［2］劉建紅.鹽堿地開發治理研究進展[J].山西農業科學，2008，36（12）：21-23.

［3］孫建昌，王興盛，楊生龍.植物耐鹽性研究進展[J].干旱地區農業研究，2008，26（1）：226-230.

［4］張士功，邱建軍，張華.我國鹽漬土資源及其綜合利用[J].中國農業資源與區劃，2000，21（1）：52-56.

［5］梁俊杰，楊慧勇，張福耀.高粱耐鹽種質篩選及耐鹽種質多態性分析[J].山西農業科學，2013，41（5）：401-406.

［6］馬金虎，王宏富，王玉國，等.種子引發對高粱幼苗耐鹽性的生理效應[J].中國農業科學，2009，42（10）：3713-3719.

［7］NAWAZ K，IQRA A T，HUSSAIN K，et al.Induction of salt tolerance in two cultivars ofsorghum（Sorghum bicolor L.）by exogenous application of proline at seedling stage[J].World Applied Sciences Journal，2010，10（1）：93-99.

［8］D魱AZ DE LE魷N J L，CARRILLO-LAGUNA M，RAJARAM S，et al.Rapid in vitro screening of some salt tolerant bread wheats[J].Cereal Research Communications，1995，23（4）：383-389.

［9］那桂秋，寇賀，曹敏建.不同大豆品種種子萌發期耐鹽堿性鑒定[J].大豆科學，2009，28（2）：352-356.

［10］田伯紅，王素英，李雅靜，等.谷子地方品種發芽期和苗期對NaCl脅迫的反應和耐鹽品種篩選[J].作物學報，2008，34（12）：2218-2222.

［11］ZADEH L.Fuzzy sets[J].Information and Control，1965，8：338-353.

［12］張智猛，慈敦偉，丁紅，等.花生品種耐鹽性指標篩選與綜合評價[J].應用生態學報，2013，24（12）：3487-3494.

［13］周福平，柳青山，張一中，等.高粱幼苗耐鹽指標篩選及耐鹽性評價[J].山西農業科學，2015，43（9）：1076-1079.

［14］姚正培，孟君，李冠.玉米自交系芽苗期耐鹽性的鑒定與篩選[J].華北農學報，2007，22（5）：27-30.

［15］王金妹，阮成江，黃明月，等.蓖麻耐鹽性的初步研究[J].河南農業科學，2011，40（5）：67-73.

［16］張國偉，路海玲，張雷，等.棉花萌發期和苗期耐鹽性評價及耐鹽指標篩選[J].應用生態學報，2011，22（8）：2045-2053.

［17］陳波，張燕，蔡光澤，等.玉米地方品種耐鹽性鑒定及評價指標篩選[J].湖北農業科學，2012，51（21）：35-40.

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

山西省科技基礎條件平臺項目（201605D121018）；山西省農業科學院科技自主創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，主要從事農作物種質資源研究工作。