基于隸屬函數法的江蘇沿海地區羊角椒種子萌發期耐鹽堿性綜合評價

朱 麗，姬振蒙，任榮榮，殷 敏，顧閩峰，晏 軍，費月躍

（江蘇沿海地區農業科學研究所新洋試驗站，江蘇 鹽城 224049）

辣椒（L.）是世界范圍內常見的一種蔬菜，也是我國主要的蔬菜作物之一，產值達到最大。目前，在長江流域設施蔬菜生產中，由于灌溉方式不當、農藥噴施嚴重和化肥大量施用，土壤環境不斷惡化，辣椒種植中經常出現生長不整齊、病蟲害加重、品質下降和產量降低等問題，經濟效益受到嚴重影響。沿海地區土地面積廣闊，利用潛力巨大，但我國沿海地區土壤大部分以鹽堿土為主，其成分主要為碳酸鈉和碳酸氫鈉，堿性較強，對農業生產與生態環境不利，鹽脅迫對作物生長和產量起到很大的限制作用。如何利用鹽漬土壤是未來農業的一個研究方向，其中提高作物的耐鹽性是一個關鍵課題。對此，農業科技工作者紛紛開展了作物鹽堿脅迫相關研究，為鹽堿地作物種植提供了一定的參考，如萬發香等探究了生菜種子在不同濃度NaCO脅迫下的萌發情況，結果顯示低濃度NaCO促進生長、高濃度抑制萌發的現象。袁典等的研究結果表明，隨著鹽堿濃度的升高，綠豆種子發芽指標出現逐漸降低的趨勢，脅迫作用逐漸增加。

據調查，江蘇沿海地區的百姓對鮮食辣椒的需求普遍為果形順直光滑，果面鮮亮，皮質厚重，且辣度不宜過高，而羊角椒品種正符合這一眾特點，在當地可作為主栽品種進行大面積推廣。因此，探究出優良羊角椒品種及其對鹽堿環境的適應力，對沿海鹽堿地區羊角椒產業的發展具有重要意義。種子萌發期是對鹽堿環境最為敏感的時期之一，可以作為耐鹽堿生理試驗的最佳研究階段，本試驗以定向選育的2個羊角椒品種為試材，探究在不同濃度NaCO脅迫下種子萌發期的一系列變化，對羊角椒耐鹽堿生理機制進行探討，為培育耐鹽堿品種打下基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗時間與地點

試驗于2021年11—12月在江蘇省鹽城市新洋農業試驗站進行。

1.2 試驗材料

供試的2個辣椒品種（系）為鹽東鎮羊角椒5號（鹽東羊5號）、鹽東鎮羊角椒13號（鹽東羊13號），其種子均由江蘇省農業科學院蔬菜研究所提供。

1.3 試驗設計

選取大小一致且顆粒飽滿的羊角椒種子，先用0.3%過氧化氫溶液浸泡20 min，然后用蒸餾水沖洗數次，將沖洗后的種子用無菌濾紙吸干表面水分后備用。將NaCO配制成0（CK）、5、10、20、30、40 mmol/L共6個梯度濃度，即6個試驗處理。分別在鋪有2層濾紙的方形培養皿（12 cm×12 cm×5 cm）中加入12 mL的不同濃度NaCO處理液，至濾紙完全濕潤。分別隨機挑選100粒消毒處理過的種子，均勻排列于培養皿中，置于28 ℃恒溫光照培養箱培養14 d，光暗周期設為16 h/8 h，每個處理均設3次重復。種子萌發期間，采用稱重法每天定量補水，以保持溶液滲透勢不變，每7 d更換1次濾紙。

1.4 指標測定

以胚芽長度達到種子長度的1/2作為種子發芽的標準，自種子發芽的第1天起每天記錄發芽數，在發芽試驗的第5天統計發芽勢，第14天統計發芽率，并在每個培養皿中隨機選取8株芽苗，用蒸餾水沖洗數次后用無菌濾紙吸干水分，利用游標卡尺分別測定胚根長、胚芽長，隨后用千分之一天平稱其鮮質量，稱后樣品于120 ℃下殺青15 min，80 ℃烘至恒質量，稱其干質量，計算相對含水量。

相對含水量、發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數、相對鹽害率、根長抑制率、芽長抑制率和鮮質量抑制率的計算公式如下：

1.5 數據分析

用Excel 2016軟件整理數據，使用SPSS 21.0軟件對相關數據進行分析。為綜合評價2個羊角椒品種的耐鹽堿性差異，根據模糊數學的隸屬度理論，計算不同處理下各發芽指標隸屬值，相應指標的隸屬函數值計算如下：R（T）＝（T-）/（-），若某指標與耐鹽性為負相關，則采用反隸屬函數法進行計算，即R（T）＝1-（T-）/（-）。式中，T表示該指標的測定值，表示該指標測定的最小值，表示該指標測定的最大值。

2 結果與分析

2.1 不同濃度Na2CO3處理對羊角椒種子萌發的影響

經不同濃度NaCO溶液處理后，2個羊角椒品種表現出不同的發芽能力。在發芽率方面（圖1A），NaCO濃度為5、10 mmol/L時，2個品種發芽率與對照均無顯著性差異；當濃度為20 mmol/L時，2個品種發芽率均較對照有所減小，其中鹽東羊13號與對照存在顯著性差異；而當濃度達到30～40 mmol/L時，發芽率均受到極顯著性抑制，且處理濃度越大抑制作用越強，而鹽東羊13號發芽率高于鹽東羊5號，側面說明鹽東羊13號耐鹽堿性相對較好。

圖1 不同濃度Na2CO3處理對羊角椒種子萌發的影響

在發芽勢方面（圖1B），與對照相比較，2個羊角椒品種均隨處理濃度的增加呈現出先促進后抑制的變化趨勢。鹽東羊5號在處理濃度為5 mmol/L時達到最大，較對照極顯著增加55.54%；而處理濃度≥20 mmol/L時，2個品種均出現下降趨勢；但鹽東羊13號變化不大，各處理間無顯著差異。

在發芽指數方面（圖1C），鹽東羊5號隨處理濃度的增加呈現出先促進后抑制的變化趨勢，與對照相比較，在5、10 mmol/L處理下發芽指數顯著或極顯著增加，30、40 mmol/L處理則極顯著下降；鹽東羊13號則均表現下降趨勢，20 mmol/L處理較對照顯著下降，30、40 mmol/L處理則極顯著低于對照。

在種子萌發的活力指數方面（圖1D），鹽東羊5號在NaCO濃度為5、10 mmol/L時分別是對照的1.23、1.24倍，均極顯著高于對照；而在濃度≥20 mmol/L時則極顯著降低，尤其在30、40 mmol/L時活力指數幾乎為0。鹽東羊13號在濃度為5 mmol/L時，活力指數達到最佳，顯著高于對照；當濃度≥10 mmol/L時，則極顯著低于對照且隨處理濃度的增加呈依次減小的趨勢。同時還發現，2個羊角椒品種的相對鹽害率存在一定差異，當NaCO濃度為40 mmol/L時，鹽東羊5號相對鹽害率高達49.67%，而鹽東羊13號僅為17.23%，這一結果也直觀說明了高濃度鹽堿脅迫下鹽東羊13號展現出更好的耐鹽堿性（圖1E）。

2.2 不同濃度Na2CO3處理對羊角椒種子萌發期芽苗生長的影響

在不同濃度NaCO脅迫下，2個羊角椒品種的芽苗生長指標（胚根長、胚芽長、鮮/干質量）整體呈現出低濃度下促進、高濃度下抑制的現象（圖2A—D）。在胚根長和胚芽長方面，2個品種均隨NaCO濃度的增加呈先上升再降低的趨勢。當NaCO濃度為5 mmol/L時，2個品種胚根長均較對照顯著增加且達最大值；胚芽長方面，鹽東羊13號較對照極顯著增加且達最大值，鹽東羊5號較對照有所增加但差異不顯著。當NaCO濃度為10 mmol/L時，鹽東羊5號的胚根長較對照顯著增加，而鹽東羊13號卻較對照顯著降低；此時，鹽東羊13號的根長抑制率較對照和鹽東羊5號分別增加了38.17和50.31個百分點，這說明鹽東羊13號種子的胚根對低濃度NaCO溶液的脅迫刺激更敏感（圖2E）；而胚芽長方面，鹽東羊5號較對照極顯著增加且達最大值，鹽東羊13號較對照顯著增加。當NaCO濃度≥20 mmol/L時，2個品種的胚根和胚芽生長均受到較強的抑制作用，長度均極顯著小于對照，2個品種芽長抑制率表現大同小異（圖2F），但2個品種的胚芽對NaCO溶液的敏感度差別不大；其中在濃度為30 mmol/L時，2個品種的胚根均未長出，胚芽長僅為對照的40%左右，與此同時，根長抑制率均達到了100%（圖2E）；當濃度為40 mmol/L時，種子萌發受抑制程度最強，種胚僅突破種皮，且截止到14 d培養結束，種子均出現牙尖變黃發黑，逐漸腐爛而死亡的現象。

圖2 不同濃度Na2CO3處理對羊角椒種子萌發期芽苗生長的影響

芽苗鮮質量方面（圖2C），鹽東羊5號在NaCO濃度為10 mmol/L時較對照顯著增加且達最大值，鹽東羊13號則在濃度為5 mmol/L時達到最大值且較對照極顯著增加；當NaCO濃度≥20 mmol/L時，2個品種較對照均極顯著降低，與此同時，鮮質量抑制率也隨著處理濃度的增加而增大，這一結果表明高濃度NaCO能夠顯著抑制辣椒萌發期芽苗的生長（圖2G）。在芽苗干質量方面（圖2D），在5 mmol/L的NaCO脅迫處理下，鹽東羊5號較對照極顯著增加且達到最大值，鹽東羊13號與對照無顯著性差異；之后隨處理濃度的增加2個品種均表現下降趨勢，其中在30、40 mmol/L處理下均較對照極顯著降低。

通過計算植物種子萌發期芽苗的含水量可以分析判斷種子代謝能力的變化。從圖2H可得，鹽堿脅迫對辣椒芽苗含水量的影響僅出現在高濃度處理條件下，當NaCO濃度≥20 mmol/L時，2個品種芽苗相對含水量均顯著或極顯著低于對照，表明此時芽苗的代謝能力急劇下降。

2.3 羊角椒種子發芽指標的相關性分析

活力指數是種子發芽速率和生長量的綜合反映，通過對2個羊角椒品種發芽指標的相關性分析得出（表1）， 與活力指數呈極顯著正相關的有發芽勢、發芽率、發芽指數、胚根長、胚芽長、鮮質量、干質量和相對含水量（共8項指標），其中活力指數與胚根長的正相關系數最大，而與發芽勢的正相關系數最小；與活力指數呈現極顯著負相關的有相對鹽害率、根長抑制率、芽長抑制率和鮮質量抑制率（共4項指標），其中活力指數與根長抑制率之間負相關系數最大，與相對鹽害率負相關系數最小。而鹽堿脅迫主要通過相對鹽害率指標判斷，與相對鹽害率呈極顯著正相關的是根長抑制率、芽長抑制率以及鮮質量抑制率，其中相對鹽害率與鮮質量抑制率之間正相關系數最大，與根長抑制率正相關系數最小；與相對鹽害率呈極顯著負相關的有系列發芽指標以及芽苗生長量指標（共9項），其中相對鹽害率與發芽率的負相關系數最大，與發芽勢的負相關系數最小。

表1 Na2CO3脅迫下羊角椒萌發指標間的相關性分析

2.4 羊角椒種子發芽指標的隸屬函數分析

根據各個發芽指標的隸屬函數值求得不同處理下的總隸屬函數值，利用隸屬函數來綜合評價不同濃度處理對種子萌發的影響時，總隸屬函數值越大表明其影響越小。如表2結果顯示，鹽東羊5號品種在10 mmol/L NaCO鹽堿脅迫下，隸屬函數總加權值最大，展現出較好的耐鹽堿性；當NaCO濃度為5 mmol/L時，鹽東羊5號品種隸屬函數總加權值高于鹽東羊13號高，說明前者較后者表現出較強的耐鹽堿性；而當NaCO濃度為20 mmol/L和30 mmol/L時，鹽東羊13號品種的總加權值要比鹽東羊5號高，濃度為40 mmol/L時種子雖能部分萌發，但后期均失去活性，兩者之間的總加權值比較接近。因此綜合評價表明，低鹽堿條件下鹽東羊5號品種具有較好的耐鹽堿性，而在適宜濃度范圍內的高濃度鹽堿脅迫下，鹽東羊13號品種的耐鹽堿性相對較好。

表2 Na2CO3脅迫下羊角椒萌發指標間的加權隸屬函數值

3 結論與討論

種子萌發受多種因素影響，包括植物內源因子和外部環境因素，而外部環境中的鹽分、酸堿度、光照、水分和溫度是重要影響因素。其中，鹽堿脅迫對種子的生長發育有較大影響，鄭佳秋等研究表明，種子萌發期耐鹽堿性可以反映出該品種其他時期的耐鹽堿性。因此，探究出種子萌發的耐鹽堿閾值和抗鹽堿品種對促進沿海地區作物生產起到一定的參考作用。本研究采用NaCO溶液模擬鹽堿脅迫的方法在羊角椒種子萌芽期進行脅迫試驗。

在種子萌發期間，分析種子的發芽情況常用發芽勢、發芽率和發芽指數等評價指標，并且使用相對鹽害率來描述種子受鹽脅迫的程度。發芽率是檢測種子質量的重要指標之一，發芽勢能反映種子的發芽速度和整齊度，發芽指數代表了種子的活力指標。本研究結果表明，低濃度NaCO（0～5 mmol/L）處理下2個品種羊角椒種子的發芽率、發芽勢、發芽指數與處理濃度呈線性正相關，萌發數量多于對照；在NaCO濃度≥10 mmol/L時，其發芽指標則與處理濃度呈線性負相關；在濃度達到40 mmol/L時，鹽東羊5號種子發芽率已經不足50%，低于生產所需的發芽率，抑制效應達到最大，而鹽東羊13號種子發芽率仍達到81%，發芽指數也相對較高，說明高濃度鹽堿條件下鹽東羊13號品種的萌發能力較強。在NaCO濃度≥20 mmol/L時，2個品種相對鹽害率較對照極顯著增加，發芽指數較對照下降，說明羊角椒種子在NaCO中濃度（20 mmol/L）鹽堿脅迫條件下具有一定的耐受性，這與張海英等的研究結果相呼應，可為鹽堿化地的開發利用提供有價值的參考數據。

梁國生等研究表明，在模擬鹽堿環境下測定新生胚根的生長速度，可以科學地分析鹽堿脅迫對羊角椒種子萌發成幼苗期間的危害。本試驗結果表明，在NaCO濃度為5～10 mmol/L時，胚芽長較對照均有顯著提升；而在濃度到達20 mmol/L時，2個品種的胚根和胚芽均受到了一定的抑制，長度均較對照極顯著減小；當濃度為30 mmol/L時，2個品種的胚根均不再生長，且胚芽受到極顯著抑制，芽尖有部分發黑現象；當濃度達到40 mmol/L時，種子的胚僅突破種皮，且在培養中后期已經失去了活力，胚芽出現變黑腐爛等現象，這說明低濃度鹽堿脅迫可在一定程度上促進羊角椒種子的萌發，而高濃度脅迫則會抑制新生胚根與胚芽的生長，這與曹亞萍等的研究結果一致。

綜上所述，鹽堿脅迫能抑制羊角椒種子萌發及其胚根、胚芽的生長，但在0～10 mmol/L濃度范圍內，羊角椒種子對鹽堿脅迫具有一定的耐受性，甚至有一定的促進萌發作用，而NaCO濃度超過20 mmol/L時則出現較大程度的萌發和生長抑制，并且抑制程度與鹽堿濃度呈線性正相關。通過隸屬函數綜合評價發現，鹽東羊5號品種的耐低濃度鹽堿性較好，鹽東羊13號品種在適宜范圍內的高濃度鹽堿脅迫下則表現更好，這一結果可為江蘇沿海鹽堿地區羊角椒適宜栽培環境和品種篩選提供可靠的依據。因氣候原因，本試驗未進行幼苗期鹽堿脅迫試驗研究，在后續試驗中則會進行補充改進，以保證研究結果的系統性和完整性。