29份國(guó)內(nèi)外甜高粱品種的耐鹽性篩選

麥麥提依明 胡文明 古麗扎爾 徐翠蓮

(塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院， 新疆 阿拉爾 843300)

土壤鹽漬化對(duì)農(nóng)業(yè)的威脅是一個(gè)全球性的問(wèn)題，在世界范圍內(nèi)引起多種作物減產(chǎn)。全世界鹽漬化土地面積約有4億多公頃，占地球陸地面積的10%以上。我國(guó)鹽漬土面積約有9913萬(wàn)hm2，約占全國(guó)可耕地面積的25%，因此，開(kāi)展作物耐鹽性研究及鹽漬土的綜合治理是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重大研究課題[1]。

鹽脅迫對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育有很大影響，尤其對(duì)作物萌發(fā)期和幼苗生長(zhǎng)期影響嚴(yán)重。已有學(xué)者利用人工模擬鹽脅迫對(duì)水稻[2]、小麥[3]、玉米[4]、棉花[5]、苜蓿[6]等作物的芽期和苗期進(jìn)行耐鹽研究，研究發(fā)現(xiàn)隨著鹽濃度增加，作物均表現(xiàn)出一定程度的生長(zhǎng)抑制。甜高粱是普通粒用高粱的一個(gè)變種，其特點(diǎn)是生物產(chǎn)量高、莖稈汁液富含糖分，具有適應(yīng)性強(qiáng)、耐鹽堿等優(yōu)良特性[7]。也有學(xué)者開(kāi)展了關(guān)于高粱和甜高粱耐鹽性研究，李豐先等[8]將高粱發(fā)芽率、葉長(zhǎng)、根長(zhǎng)、葉鮮重、根鮮重、葉干重、根干重、子粒殘余干重等性狀通過(guò)模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法和主成分分析法對(duì)各品種進(jìn)行耐堿性綜合評(píng)定，結(jié)果表明：根長(zhǎng)、發(fā)芽指數(shù)和葉干重分別在根部、萌發(fā)因子和葉部中的負(fù)荷量最大，可作為萌發(fā)期高粱耐堿性篩選的主要鑒定指標(biāo)，隸屬函數(shù)和聚類分析也可為高粱品種耐堿性在植物育種和鑒定方面提供依據(jù)。張士超等[9]的研究結(jié)果表明，根部干重的鹽害率可以作為甜高粱苗期篩選耐鹽品種的一個(gè)重要參考指標(biāo)。孫璐等[10]采用人工氣候箱內(nèi)培養(yǎng)皿培養(yǎng)，用150 mmol/l NaCl對(duì)42個(gè)高粱品種進(jìn)行脅迫處理，表明根長(zhǎng)、葉重和發(fā)芽率分別在根部、葉部和萌發(fā)因子中的負(fù)荷量最大，可作為萌發(fā)期高粱耐鹽性篩選的主要鑒定指標(biāo)。由于上述研究在不同鹽濃度下對(duì)不同品種的芽期耐鹽指標(biāo)進(jìn)行研究，其結(jié)論也有差異。本研究采用不同濃度的鹽溶液對(duì)前期收集的29份甜高粱品種的芽期耐鹽性相關(guān)形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行鑒定，旨在為研究甜高粱鹽脅迫下各指標(biāo)變化規(guī)律，篩選可靠的芽期耐鹽指標(biāo)，以期鑒定篩選出耐鹽品種，為耐鹽相關(guān)基因定位奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015年4月～2016年5月在塔里木大學(xué)遺傳育種實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，29份甜高粱(見(jiàn)表1)由國(guó)家種質(zhì)資源庫(kù)提供，代號(hào)為T02～T30，其中T24～T30為較耐鹽的品種。NaCl溶液設(shè)四個(gè)濃度：A1(100 mmol/L)、A2(200 mmol/L)、A3(300 mmol/L)、A4(400 mmol/L)，以0 mmol/L為對(duì)照。采用完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。

表1 供試材料基本信息

續(xù)上表

代號(hào)品種名稱來(lái)源地代號(hào)品種名稱來(lái)源地T12散穗甜高粱中國(guó)T27YOM-2美國(guó)T13甘蔗粱中國(guó)T28MN-3091美國(guó)T14CHINESEAMBER美國(guó)T29MN-4136美國(guó)T15EARLYFOLGER美國(guó)T30T339FETERITAABVDEREGA美國(guó)T16EARLYFOLGER美國(guó)

1.2 試驗(yàn)方法

種子消毒后擺放在鋪有濾紙的培養(yǎng)皿上，培養(yǎng)皿內(nèi)倒入12ml相應(yīng)濃度的鹽溶液浸透濾紙，置于人工氣候箱中發(fā)芽，白天/黑夜溫度為28 ℃/25 ℃(白天、黑夜各12h)，濕度70%左右。以后每天用噴壺噴灑蒸餾水，使濾紙完全浸透，以保證培養(yǎng)皿內(nèi)溶液濃度處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。第2，4，6，8，10天分別統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù)，第4天發(fā)芽種子數(shù)所占比率計(jì)算發(fā)芽勢(shì)(germination potential, GP)，第8天發(fā)芽種子數(shù)所占比率計(jì)算發(fā)芽率(germination rate, GR)。第10天取有代表性的5株測(cè)定其芽長(zhǎng)(Shoot Length, SL)、根長(zhǎng)(Root Length, RL)、芽重(Shoot Weight, SW)、根重(Root Weight, RW)，計(jì)算相對(duì)芽長(zhǎng)(Relative Shoot Length, RSL)、相對(duì)根長(zhǎng)(Relative Root Length, RRL)、根芽長(zhǎng)比(Root Length/ Shoot Length, RL/SL)、相對(duì)根芽長(zhǎng)比(Relative Root Length/ Relative Shoot Length, RRL/RSL)、相對(duì)芽重(Relative Shoot Weight, RSW)、相對(duì)根重(Relative Root Weight, RRW)、根芽重比(Root Weight/ Shoot Weight, RW/SW)、相對(duì)根芽重比(Relative Root Weight/Relative Shoot Weight, RRW/RSW)。相對(duì)值=處理值/對(duì)照值×100%，5株取均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

1.3 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用R 3.0.2軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜高粱發(fā)芽指標(biāo)的基本描述統(tǒng)計(jì)及相關(guān)關(guān)系

由表2可知，不同指標(biāo)間的變異系數(shù)存在較大差異。其變異范圍為0. 55～2. 02。其中相對(duì)根芽重比的變異系數(shù)最大，變異系數(shù)為2. 02，其次為根芽重比和相對(duì)芽重，變異系數(shù)分別為1. 75和1. 70；變異系數(shù)最小的指標(biāo)為相對(duì)根長(zhǎng)，變異系數(shù)為0. 55，其次為根長(zhǎng)，變異系數(shù)為0. 56(見(jiàn)表2)。

表2 甜高粱發(fā)芽指標(biāo)的基本描述統(tǒng)計(jì)

續(xù)上表

指標(biāo)均值標(biāo)準(zhǔn)差最大值最小值極差變異系數(shù)SW0.060.040.190.000.190.67RSW1.873.1725.560.0025.561.70RW/SW1.913.3524.500.0024.501.75RRW/RSW0.571.1511.720.0011.722.02

從表3可以看出，大部分指標(biāo)間存在顯著或極顯著的相關(guān)關(guān)系。與根、芽長(zhǎng)度相關(guān)的指標(biāo)間均存在顯著或極顯著的相關(guān)，除根長(zhǎng)/芽長(zhǎng)、相對(duì)根長(zhǎng)與芽長(zhǎng)與其他指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)為負(fù)值，其它指標(biāo)均為正值，相關(guān)系數(shù)最大的指標(biāo)為根長(zhǎng)和相對(duì)根長(zhǎng)、根長(zhǎng)/芽長(zhǎng)、相對(duì)根長(zhǎng)與芽長(zhǎng)，相關(guān)系數(shù)為0. 92，均在0. 001水平極顯著。與根、芽鮮重相關(guān)的指標(biāo)其相關(guān)系數(shù)達(dá)到顯著的對(duì)數(shù)較根、芽長(zhǎng)度相關(guān)的指標(biāo)間要少，15對(duì)指標(biāo)間僅有9對(duì)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)至少達(dá)到顯著，最大的正相關(guān)指標(biāo)為根重與相對(duì)根重，相關(guān)系數(shù)為0. 91，在0. 001水平極顯著，芽重與根重/芽重間的相關(guān)系數(shù)為-0. 39，亦在0. 001水平極顯著。值得注意的是，根、芽長(zhǎng)度與鮮重指標(biāo)間亦存在較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系：芽重、相對(duì)根重與所有6個(gè)根、芽長(zhǎng)度相關(guān)指標(biāo)均至少在0. 05水平顯著，根重除與相對(duì)根長(zhǎng)/芽長(zhǎng)相關(guān)不顯著外，與其它5個(gè)長(zhǎng)度指標(biāo)均顯著相關(guān)，相對(duì)芽重、根重/芽重以及相對(duì)根重/芽重與根、芽長(zhǎng)度指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系相對(duì)較弱，相對(duì)芽重僅與相對(duì)芽長(zhǎng)在0. 001水平顯著，根重/芽重以及相對(duì)根重/芽重均分別與根長(zhǎng)/芽長(zhǎng)、相對(duì)根長(zhǎng)/芽長(zhǎng)在0. 001水平顯著(見(jiàn)表3)。

表3 各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)及其顯著性檢驗(yàn)

“*、**、***”分別表示在0. 05，0. 01和0. 001水平上差異顯著，下同。

2.2 不同鹽處理對(duì)甜高粱發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率的影響

對(duì)不同鹽處理下甜高粱的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率進(jìn)行方差分析，結(jié)果(見(jiàn)表4)表明：不同處理間、不同品種間均存在極顯著差異。對(duì)于發(fā)芽勢(shì)來(lái)說(shuō)，處理和品種因素的F值分別為19. 00和2. 63，均在0. 001水平顯著。對(duì)于發(fā)芽率，處理和品種因素的F值分別為20. 34和3. 41，亦均在0. 001水平顯著。

表4 不同鹽處理下甜高粱發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率的方差分析

由圖1可以看出，與對(duì)照相比，四個(gè)鹽處理的發(fā)芽勢(shì)均有所降低，且隨著鹽處理濃度的升高，其發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率均呈現(xiàn)出先降低后升高又降低的趨勢(shì)。差異顯著性分析結(jié)果表明： A1、A4的發(fā)芽勢(shì)和CK間均存在顯著差異，A1、A3與A4間以及A4與其他處理間的發(fā)芽勢(shì)均存在顯著差異,而A2和A3、A1和A2間不存在顯著差異；A4與各處理的發(fā)芽率間存在顯著差異，其余處理間差異不顯著。

對(duì)不同甜高粱品種在發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率上的差異顯著性分析(圖2)表明：T03、T04、T11、T12、T13、T18、T19、T24、T26、T27、T28共11個(gè)品種的發(fā)芽勢(shì)與T05間存在顯著差異，它們之間以及其余品種間無(wú)顯著差異；除T02、T06、T08、T10、T14、T20、T22外，其余品種的發(fā)芽率與T05的發(fā)芽率顯著差異。

圖1 不同NaCl濃度對(duì)甜高粱發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的影響

圖2 不同甜高粱品種發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率的差異表現(xiàn)

2.3 不同鹽處理對(duì)甜高粱根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)的影響

由表5可知：鹽處理間在根、芽長(zhǎng)度相關(guān)的6個(gè)性狀在0. 001水平存在顯著差異，品種間在根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、相對(duì)根長(zhǎng)無(wú)顯著差異，在根芽長(zhǎng)比在0. 05水平上有顯著差異，在相對(duì)芽長(zhǎng)、相對(duì)根/芽長(zhǎng)存在0. 01和0. 001水平極顯著差異(見(jiàn)表5)。

表5 不同鹽處理下甜高粱根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)的方差分析

續(xù)上表

性狀變異來(lái)源自由度平方和均方F值SL處理335.6711.89131.11***品種284.250.151.67誤差847.620.09RL/SL處理39.093.0313.84***品種289.910.351.62*誤差8418.370.22RRL處理31.570.5283.719***品種280.280.011.58誤差840.520.01RSL處理38.092.70144.16***品種282.070.073.95***誤差841.570.02RRL/RSL處理37.472.4915.05***品種2810.960.392.37**誤差8413.900.17

由圖3可以看出：隨著鹽濃度的增加，甜高粱的根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)芽長(zhǎng)逐步減少，對(duì)照的根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)芽長(zhǎng)最大，處理A3的最小，A1和A2根長(zhǎng)、相對(duì)根長(zhǎng)無(wú)顯著差異，芽長(zhǎng)、相對(duì)芽長(zhǎng)有顯著差異，A2較A1具有更大的芽長(zhǎng)和相對(duì)芽長(zhǎng)；隨著鹽濃度的增加，根芽的長(zhǎng)度比值增加，但A1和A2與CK間差異不顯著，A3根芽長(zhǎng)度比最大，且與CK、A1、A2的根芽長(zhǎng)度比存在顯著差異，說(shuō)明隨著鹽濃度的增加，其對(duì)芽長(zhǎng)的抑制作用比對(duì)根長(zhǎng)的更大。

對(duì)不同甜高粱品種間的相對(duì)芽長(zhǎng)、根芽長(zhǎng)比以及相對(duì)根芽長(zhǎng)度比進(jìn)行差異顯著分析，結(jié)果如圖4所示。T14的相對(duì)芽長(zhǎng)最大，T23的相對(duì)芽長(zhǎng)最小，二者之間差異顯著而與其它品種的差異均不顯著。T03的根/芽長(zhǎng)比最大，T24的最小，二者之間差異顯著與其它品種差異亦均不顯著。T03的相對(duì)根/芽長(zhǎng)，T24的最小，T03與T05、T20、T21、T24和T25差異顯著，與其它品種的差異不顯著。

圖3 不同NaCl濃度對(duì)甜高粱芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)及其相關(guān)指標(biāo)的影響

2.4 不同鹽處理對(duì)甜高粱根重、芽重的影響

方差分析表明，與根芽重量相關(guān)的6個(gè)性狀在處理間均表現(xiàn)極顯著差異，在品種間相對(duì)根/芽重上差異顯著，根重、芽重及相對(duì)芽重上存在極顯著差異(見(jiàn)表6)。

表6 不同鹽處理下甜高粱根重、芽重的方差分析

由圖5可以看出：隨著鹽濃度的增加，甜高粱根重、相對(duì)根重總體呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)，其中，CK和A3的根重和相對(duì)根重均與A1和A2差異顯著，而A1和A2差異均不顯著；隨著鹽濃度的增加，芽重呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，在A2達(dá)最大值，A3芽重最小，A1和A2的芽重也表現(xiàn)無(wú)顯著差異，與CK、A3差異顯著；根/芽重比在A1和A2無(wú)顯著差異，與CK、A3均差異顯著；相對(duì)根芽重比表現(xiàn)為A1、A2、A3間差異不顯著，但與CK相比均有顯著降低，表明鹽脅迫對(duì)根重的影響較芽重的要大。

圖5 不同NaCl濃度對(duì)甜高粱根、芽重及相關(guān)指標(biāo)的影響

對(duì)品種間根重、相對(duì)芽重、相對(duì)根/芽重進(jìn)行差異顯著性分析，結(jié)果(如圖6所示)表明：根重最大的品種為T10，最小的品種為T02，T10與T02、T04、T05和T23間差異顯著，與其它品種間無(wú)顯著差異；T14的相對(duì)芽重最大，且與其它品種的差異顯著；T03品種的相對(duì)根/芽重最大，T24的最小，T03與T24差異顯著，其它品種的差異均不顯著(見(jiàn)圖6)。

圖6 不同甜高粱品種間相對(duì)根重、相對(duì)芽重、相對(duì)根/芽重的差異表現(xiàn)

3 討論

鹽脅迫影響作物根細(xì)胞滲透壓，造成植物生理干旱，進(jìn)而對(duì)甜高粱的芽期生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。本研究利用不同濃度氯化鈉溶液處理模擬鹽脅迫條件，對(duì)甜高粱種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、幼苗根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、鮮重及其相對(duì)值進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：在300 mmol/l的NaCl溶液處理下，甜高粱仍具有較高的萌發(fā)能力，這與Francois等[11]高粱種子萌發(fā)耐鹽濃度約為318 mmol/l比較接近；方差分析結(jié)果表明：處理間和品種間GR和GP均存在極顯著差異，因此，GR和GP可作為甜高粱芽期耐鹽篩選的指標(biāo)，與趙鎖勞等[12]認(rèn)為種子發(fā)芽率可作為小麥種子發(fā)芽期的耐鹽性鑒定指標(biāo)這一觀點(diǎn)基本一致；研究還發(fā)現(xiàn)除了發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率指標(biāo)外，隨著鹽處理濃度的增加，各處理在根重、芽重、相對(duì)芽長(zhǎng)、相對(duì)芽重、相對(duì)根長(zhǎng)/芽長(zhǎng)等指標(biāo)上表現(xiàn)顯著或極顯著差異，各品種間也有不同的差異表現(xiàn)，因此，這些性狀也可作為甜高粱芽期耐鹽性篩選的指標(biāo)，這與任根增[13]認(rèn)為在鹽脅迫下，根、葉鮮重、發(fā)芽勢(shì)作為高粱萌發(fā)期耐鹽性鑒定的主要指標(biāo)的觀點(diǎn)部分基本吻合，然而不同品種在各指標(biāo)的表現(xiàn)不一，因此，在明確甜高粱耐鹽篩選濃度及可靠指標(biāo)的前提下，對(duì)不同品種耐鹽評(píng)價(jià)的相關(guān)內(nèi)容還有待于進(jìn)一步研究。另外，在A4處理下，甜高粱雖有一定的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率，但種子的根和芽生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制，故本研究未對(duì)該處理下的根、芽重及根芽長(zhǎng)進(jìn)行分析。

致謝

本研究所用的甜高粱種質(zhì)資源均由國(guó)家種質(zhì)庫(kù)提供，在此謹(jǐn)表感謝！

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