不同青貯玉米大喇叭口期和成熟期耐鹽堿性綜合評價

張會麗，朱 林，許 興,2

(1．寧夏大學農學院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏大學西北退化生態系統恢復與重建教育部重點實驗室，寧夏 銀川 750021；3.寧夏大學西北土地退化與生態恢復省部共建國家重點實驗室培育基地，寧夏 銀川 750021)

青貯玉米在我國西北、華北及東北的鹽堿化地區種植非常廣泛[1]，鹽堿脅迫是制約青貯玉米產量提高的重要非生物脅迫因子之一，篩選耐鹽堿青貯玉米品種是解決土壤鹽堿脅迫的重要手段[2-3]。

目前，國內外對玉米的耐鹽堿性研究主要集中在對苗期和萌發期等早期耐鹽堿性[4-6]篩選鑒定，對中、后期耐鹽堿性研究較少；對盆栽、營養液條件等模擬環境研究較多[7-8]，對大田環境研究少；關于生理生化指標測定較多[9-10]，對光合氣體交換參數和產量等表型性狀綜合測定偏少；對生育期內某單一時期的研究較多[11-12]，對不同生育期的耐鹽堿性綜合評價較少。

為了提高青貯玉米耐鹽堿性鑒定的精確性和準確性，應選用多個指標[13]不同時期進行綜合分析，進而為生產實踐提供理論支撐。本試驗利用大田鑒定方法，以不同基因型的青貯玉米品種為材料，采用隸屬函數法對25個玉米品種在大喇叭口期和成熟期的耐鹽堿表型性狀的鑒定和光合氣體交換參數進行綜合評價，并對不同時期供試材料的耐鹽堿性進行分類，篩選出各時期具有較強耐鹽堿性的青貯玉米品種，為我國鹽漬化土地的開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以25個供試玉米品種為試驗材料，供試材料由佰青源公司、中科院遺傳發育研究所提供，具體品種名稱見表1。

表1 供試青貯玉米雜交種

1.2 試驗設計

試驗于2016年4-9月在寧夏銀川北部鹽堿地平羅縣進行，試驗地位于東經106°31′28″，北緯38°57′15″。供試土壤為兩塊不同鹽分含量的鹽堿地，將土壤全鹽含量為2.337 g·kg-1的低鹽含量地塊設為對照田(CK)；土壤全鹽含量為6.935 g·kg-1高鹽含量地塊設為鹽堿脅迫地。土壤有機質含量為18.760 g·kg-1，全磷含量2.970 g·kg-1，全氮含量0.9 g·kg-1，堿解氮含量25.228 mg·kg-1，速效磷含量5.020 mg·kg-1，速效鉀含量67.000 mg·kg-1。播種前精選每個品種子粒飽滿大小均勻的種子。試驗按照隨機區組設計，小區面積3 m×5 m，每個品種3個重復小區，均行種植，小區行長3.0 m，行距0.6 m，株距0.2 m，走道0.8 m，穴播(單粒播種，播種深度為3 cm左右)，播前整地耙平，施基肥。整個生長期內統一管理，按時進行中耕除草、灌水施肥。

1.3 測定項目及方法

農藝性狀的測定：采用游標卡尺測量地上莖基部的直徑為莖粗，單位為mm；植株在自然生長狀態下，用卷尺測得從根基部到最高葉尖的長度為株高，單位為cm，每個處理測定3次；用手持式葉綠素SPAD儀于大喇叭口期和成熟期測每個處理的穗位葉相對葉綠素含量，測定時避開葉脈，測量葉片中部，每個品種測3株；采用手持式冠層測溫儀，選擇晴朗的天氣測定各小區的CT值，即冠層溫度，每個小區每個方向重復測定3次，取其平均值作為該次測定的CT值。

光合氣體交換參數的測定：采用便攜式光合作用測量系統(LI-6400，LI-COR公司，美國)，選擇晴天9∶00—12∶00點及14∶00—18∶00，對不同小區玉米植株的光合生理指標進行測定，測定時設定人工光源光強為1 400 μmol·m-2·s-1。測量指標主要包括凈光合速率(Pn, μmol·m-2·s-1)、蒸騰速率(Tr, mmol·m-2·s-1)、氣孔導度(Gs, mol·m-2·s-1)及葉溫(TL, ℃)等。被測作物均需要在每個小區中隨機選取，選取葉片時需要選“棒三葉”的全展葉，并測定5個重復，自然光下待數據穩定后保存3個數據，取其平均值。

產量性狀的測定：從各個小區中取植株鮮樣并稱其鮮重，帶回室內置于烘箱中于105℃殺青30 min，然后80℃烘干至恒重，稱其干重。植株含水量=(鮮重-干重)/鮮重×100%

應用模糊數學隸屬函數法對不同玉米品種大喇叭口期和成熟期的耐鹽堿性進行綜合評價[14-15]。

首先，利用公式計算：

U(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(j=1，2，3，…，n)

式中，Xj為性狀指標的測定值，Xmin、Xmax分別為25個供試材料某一性狀指標的最小值和最大值。

其次，根據性狀相對重要性賦予一定的權重，權重：

式中，Wj表示第j個公因子在所有公因子中的主要程度；Pj為各材料第j個指標與耐鹽堿系數間的相關系數，表示各品種第j個公因子的貢獻率。

最后，把每份材料各項指標隸屬函數值累加，取其平均值為綜合評價值。綜合評價值：

式中，D值為供試材料在鹽堿脅迫條件下用綜合指標評價所得的耐鹽堿性綜合評價值。根據各材料綜合評價值大小確定其耐鹽堿性強弱，D值越大耐鹽堿性越強，反之，耐鹽堿性越弱。

1.4 數據處理及分析

采用Microsoft Excel 2007進行數據整理，利用 DPS 7.05進行顯著性分析及相關分析，采用SPSS 17.0統計軟件完成數據的主成分分析、聚類分析，所有的數值均以“平均值±標準誤”來表示。

2 結果與分析

2.1 鹽堿脅迫條件下不同玉米品種農藝性狀變化

不同玉米品種處于大喇叭口期時的各農藝性狀表現不同，如表2所示。鹽堿地脅迫下的株高、莖粗等農藝性狀指標明顯受到不同程度的抑制，表現為顯著下降(P<0.05)，而鹽堿地條件下的冠層溫度較對照田高(P<0.05)。對于株高而言，鹽堿脅迫時A3/H237、1421/1522相對較高，桂青貯1號和科多8號相對較低；對照田中的1421/1522最高，科多8號最低。對于莖粗，兩種環境下均表現為A49/1522最粗，鹽堿脅迫時TY1最細，對照田中科多8號最細。對于SPAD值，兩種環境下均表現為TY1最小，鹽堿脅迫時寧3-2/1528的SPAD值最大，對照田中H237/1519最小。對于冠層溫度，鹽堿脅迫下H14/1528最高，A18/1506最低；對照田中A3/H237最高，北21/1520最低。

成熟期時鹽堿地中各品種的株高、莖粗明顯小于對照田，且差異達顯著水平(P<0.05)(表3)，而冠層溫度和SPAD值的變化沒有明顯趨勢。對于株高，鹽堿脅迫時寧3-2/1528最高，TY1最低；對照田中133-2/1528最高，H237/A18最低。對于莖粗，鹽堿脅迫時A18/1506最粗，桂青貯1號最細；對照田中寧3-1/1528最粗，A3/H237最細。對于SPAD值，鹽堿脅迫時133-2/1528最大，H237/A26最小；對照田中H242/1522最大，H14/A18最小。對于冠層溫度，鹽堿脅迫時H14/1528最高，寧3-2/1528最低；對照田中A3高/A18最高，H237/A18最低。

2.2 鹽堿脅迫條件下不同玉米品種光合氣體交換參數

不同品種在大喇叭口期的光合氣體交換參數均有差異，如表4所示。鹽堿處理下各品種的凈光合速率顯著低于對照田中相對應品種的凈光合速率(P<0.05)，其他參數的變化不明顯。對于凈光合速率(Pn)，鹽堿脅迫下桂青貯1號、科多8號和TY1相對較高，它們與其他品種間達到顯著差異(P<0.05)，A3高/A18最低；對照田中1517/旬11最高，桂青貯1號最低。對于蒸騰速率(Tr)，脅迫時TY1最高，北21/1522最低；對照田中A49/1522最高，A3/H237最低。對于氣孔導度(Gs)，脅迫時TY1最大，北21/1522最小；對照田中H242/1522最大，1517/旬11最小。對于葉片溫度(TL)，脅迫時H242/1522最大，北21/1522最小；對照田中北21/1522最大，北21/1520最小。

成熟期脅迫下H237/A18Pn最大，科多8號最小(表5)；對照田中A18/1506最大，寧3-2/1528最小。對于Tr和Gs，脅迫下均表現為H14/A18最高，且與其他品種達顯著差異(P<0.05)，科多8號最低；對照田中A3高/A18最高，H237/1519最低。對于TL，脅迫時TY1最高，H242/1522最低，均與其他品種達顯著差異(P<0.05)；對照田中H237/A26最高，1517/旬11最低，后者與其它品種也達到顯著性差異(P<0.05)。

2.3 鹽堿脅迫條件下不同時期各品種間農藝性狀、光合指標及產量的相關性

鹽堿脅迫條件下不同時期各品種間農藝性狀、光合指標及產量的相關性見表6(大喇叭口期)和表7(成熟期)。大喇叭口期：株高與SPAD值呈顯著正相關，與Gs呈顯著負相關，與Pn呈極顯著負相關；莖粗與SPAD值呈顯著正相關，與Pn呈顯著負相關，與Tr、Gs呈極顯著負相關；SPAD值與公頃鮮重呈顯著正相關；Pn與Tr呈顯著正相關，與Gs呈極顯著正相關；Tr與Gs、TL均呈極顯著正相關；Gs與TL呈顯著正相關；植株含水量與公頃干重呈極顯著負相關；公頃鮮重與公頃干重呈極顯著正相關。

成熟期：株高與SPAD值呈顯著正相關，與公頃鮮重、干重均呈極顯著正相關；莖粗與冠層溫度呈極顯著正相關；冠層溫度與SPAD值呈顯著負相關，與公頃鮮重、干重呈極顯著負相關；SPAD值與公頃干重呈顯著正相關，與公頃鮮重呈極顯著正相關；Pn與Tr、Gs呈極顯著正相關；Tr與TL呈顯著正相關，與Gs呈極顯著正相關；公頃干重與植株含水量呈極顯著負相關，與公頃鮮重呈極顯著正相關。

2.4 鹽堿脅迫下不同時期各品種的耐鹽堿性比較

通過對大喇叭口期和成熟期25個品種的農藝性狀(株高、莖粗、SPAD值和冠層溫度)、光合氣體交換參數(Pn、Tr、Gs和TL)及產量性狀(植株含水量、公頃鮮重和公頃干重)等11個指標進行測定分析，利用主成分分析和隸屬函數法對不同時期各品種的耐鹽堿性綜合評價，結果如表8所示。對大喇叭口期和成熟期11個指標分別進行主成分分析，重新整合成11個主成分，從特征值來看，2個時期的前4個主成分特征值均大于1，所以保留前4個主成分。從方差的累計貢獻率可知，大喇叭口期和成熟期第一主成分的貢獻率分別為32.202%、37.552%，第二主成分的貢獻率分別為52.798%、57.068%，第三主成分的貢獻率為64.695%、68.919%，第四主成分的貢獻率分別為74.210%、79.643%，前4個成分的累積貢獻率大于80%，可考慮保留。通過利用隸屬函數法進一步對主成分分析的結果進行綜合分析，25個雜交種材料在不同時期的耐鹽堿性排序不同，其中大喇叭口期耐鹽堿性最強的品種是科多8號，成熟期耐鹽堿性最強的品種是H14/A18。

表6 鹽堿脅迫條件下玉米大喇叭口期各指標的相關系數

注：*和**分別表示在0.05和0.01水平上相關性顯著。X1:株高；X2:莖粗；X3:冠層溫度；X4:葉綠素相對值；X5:凈光合速率；X6:蒸騰速率；X7:氣孔導度；X8:葉片溫度；X9:植株含水量；X10:公頃鮮重；X11:公頃干重。下同。

Note: * and ** indicate significance of correlations at 0.05 and 0.01 probability levels, respectively. X1: plant height; X2: stem diameter; X3: canopy temperature; X4: SPAD values; X5: net photosynthetic rate; X6: transpiration rate; X7: stomatal conductance; X8: leaf temperature; X9: plant moisture content; X10: Ha fresh weight; X11: Ha dry weight. The same below.

表7 鹽堿脅迫條件下玉米成熟期各指標的相關系數

表8鹽堿脅迫條件下各品種于不同時期的綜合評價值及耐鹽堿性排序

Table 8 D-value of comprehensive evaluation and the ranks of saline-alkali-tolerance of maize cultivars in different stages

品種名稱Variety大喇叭口期V14 stageD值 D values排序Order成熟期Mature stageD值 D values排序OrderH242/15220.412130.43615A49/15220.325200.45813A49/15280.43990.5295A3高/1519A3 gao/15190.45660.4899H237/A260.422110.5344A18/15060.378160.26024133-2/15280.61430.5893H242/15230.372170.41418A3/H2370.323210.49971421/15220.392140.41616H237/15190.431100.47411北21/1520Bei 21/15200.261240.34222寧3-1/1528Ning 3-1/15280.420120.4928H14/15280.140250.15525北21/1522Bei 21/15220.343180.38020寧3-2/1528Ning 3-2/15280.45470.41617A3高/A18A3 gao/A180.319220.32423H237/A30.264230.43914H237/A180.379150.50261517/旬111517/xun 110.44480.41119旬11/1517Xun 11/15170.54250.47212H14/A180.340190.7611桂青貯1號Guiqingchu 10.70520.7282科多8號Keduo 80.77010.37421TY10.59440.47910

3 討 論

鹽堿脅迫最明顯的效應表現為植株生長受抑制[16]，而受抑程度取決于作物耐鹽堿的能力和鹽堿脅迫的強度[17]，因此，生長狀況是評價植株是否耐鹽堿的重要參考指標之一。本試驗表明，在鹽堿脅迫條件下同一品種不同鑒定指標及同一指標不同玉米品種都存在明顯差異，不同青貯玉米品種對鹽堿脅迫的耐受能力不同[11]。Huang等[18]研究表明，作物的株高和莖粗是衡量植株生長強弱最直接的反映，它們能夠間接地表明植株的生長狀況與水肥供給情況，而產量是耐鹽堿評價中最直觀、可靠的證據。本研究表明，鹽堿脅迫處理時各品種的株高、莖粗等表型性狀均嚴重受到阻礙(P<0.05)。這與姚正培等[19]、鄭飛等[20]和許興[21]的研究結果吻合，說明鹽堿脅迫條件下，不同玉米品種大喇叭口期和成熟期各性狀指標均受到不同程度的抑制。可能是玉米在遭受鹽堿脅迫時，細胞不能正常地分裂和擴張，為了保證能夠發揮正常的功能，細胞必須要維持離子平衡，并降低其原生質中Na+或其他離子的濃度，使其低于周圍介質環境。因此，必定會消耗對作物生長發揮有效作用的能量，導致植株生長受到抑制[22]。也可能是因為鹽堿脅迫抑制了根系對無機離子和水分的吸收，導致了作物生長發育減緩[23]。本研究結果顯示，鹽堿脅迫下植物葉片葉綠素相對值(SPAD)會隨著外界環境的變化而改變，SPAD值與株高、地上部植株產量達到顯著正相關(P<0.05)，與崔世友等[24]和曹保華[25]對大豆的研究結果類似。而且SPAD值能夠在大田中無損、快速、定量的檢測，因此，可將其作為逆境生理研究中的重要指標之一[26]。

植物維持生命活動的基礎是通過光合作用來實現的，本研究不同青貯玉米品種在鹽堿脅迫下，凈光合速率明顯降低，氣孔導度也有所下降，產量顯著低于對照田(P<0.05)。這與王麗燕等[27]、劉志偉等[28]的報道一致，可能是因為鹽堿脅迫使光合系統受到損害，葉綠素遭到破壞，而葉綠素作為光合作用正常進行的主要色素，它被破壞會引起一系列生理反應，并使自身光合作用受阻，植株體內生理代謝紊亂，最終導致減產甚至絕收[29]。也可能是由于自身存在的因素(如氣孔部分關閉等)，引起葉片光合效率下降[30]。

不同青貯玉米品種的形態學指標和光合氣體交換參數對鹽堿脅迫的反應有很大差別，鹽堿脅迫對玉米植株生長的影響是綜合且復雜多樣的過程，用某一單項指標來評價其耐鹽堿性強弱過于片面、存在局限性，為了彌補單項指標評價耐鹽性的不足，可利用主成分分析客觀準確地對供試玉米種質資源大喇叭口期和成熟期耐鹽性進行深入綜合的評價，利用綜合評價值來對耐鹽性材料進行歸類。本試驗采用主成分分析和隸屬函數法對參試青貯玉米品種大喇叭口期和成熟期的各個指標進行綜合評價，按照隸屬函數值(D值)大小將其耐鹽堿性分級：D值大于0.6為強耐鹽堿性材料；D值在0.2～0.6之間為中耐鹽堿性材料；D值低于0.2為敏鹽堿性材料。25個青貯玉米品種在生長中期(大喇叭口期)和后期(成熟期)耐鹽堿性鑒定結果不一致，在大喇叭口期時具有強耐鹽堿性的材料有：科多8號、桂青貯1號和133-2/1528；在成熟期時具有較強耐鹽堿性的材料有：H14/A18和桂青貯1號；同時表現為敏鹽性的材料為H14/1528，這與邱念偉等[31]關于大白菜的研究結果類似，可能是由于耐鹽堿性基因的遺傳調控受時空誘導表達的影響。本研究充分說明玉米耐鹽堿性具有明顯的發育階段特異性，大喇叭口期與成熟期兩者間的耐鹽堿性不存在明顯的相關性，此種遺傳特性已在水稻中得到證實[32]。由此可知，在試驗研究中不能通過作物某一生育階段的耐鹽堿性來斷定其耐性強弱，要根據最終所需來選取種植的材料，如若為了獲得最終青貯產量，應以成熟期篩選結果為主。通過表型鑒定和光合指標綜合分析不同品種的耐鹽堿性，篩選出的耐鹽堿和鹽堿敏感的玉米種質資源，為青貯玉米在鹽堿地條件下的栽培和生產提供技術依據。