8個裸燕麥品種萌發期抗逆性綜合評價

馬金慧，周文喜，薩如拉，張 鐵，范 富

（1.內蒙古民族大學 農學院，內蒙古 通遼 028043；2.通遼市農牧科學研究所，內蒙古 通遼 028000；3.通遼市市政事業發展中心，內蒙古 通遼 028000）

鹽堿脅迫影響植物生長發育，是導致產量和品質下降的主要非生物逆境因素之一［1］，也是目前制約農作物產量增加的主要逆境因素之一［2］。目前，在全世界范圍內約有9.6億hm2的鹽堿地，我國大約有3 300萬hm2的鹽堿土地［3］，約占世界總鹽堿土地的1/29。由于全球氣候的變化，土壤鹽漬化的威脅日益加劇。據統計，世界上約有20%的耕地受到土壤鹽漬化影響［4］，土壤鹽漬化導致約50%的作物產量受到影響［5］。土壤中主要的致害鹽類是中性鹽（NaCl）［6］。鹽離子使植物生長發育受到多種危害［7］，如滲透脅迫使植物體內鹽離子濃度過高導致種子在吸水的時候速度變慢，種子萌發受到影響，種子的發芽勢也會降低；再如植物受毒害作用、體內糖分的累積受到抑制［8］等。NaHCO3和Na2CO3等堿性鹽對植物的危害往往大于NaCl和Na2SO4等中性鹽。

燕麥為禾本科燕麥屬，一年生草本植物，具有較高的營養價值。與傳統栽培作物小麥等相比較，燕麥具有更強的抗逆性［9］，對鹽堿土表現出良好的適應性，因此，在許多國家倍受重視并廣泛栽培，被廣泛認為是鹽堿地改良的重要替代作物之一［10-16］。目前，有關燕麥耐鹽性的研究較多［8-10］，但是關于裸燕麥萌發期對鹽堿脅迫抗逆性的綜合評價研究較少。為此，以NaCl模擬鹽脅迫、NaHCO3模擬堿脅迫環境，采用主成分分析法對裸燕麥萌發期各性狀進行綜合鑒定，篩選耐鹽堿能力強的裸燕麥品種及其主要鑒定指標，以期為裸燕麥抗逆基因挖掘和鹽堿地燕麥生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及環境

供試裸燕麥品種為白燕2號（N1）、白燕3號（N2）、白燕4號（N3）、白燕5號（N4）、白燕8號（N5）、白燕11號（N6）、壩莜13號（N7）、寧莜1號（N8），均由吉林省白城市農業科學院提供。試驗于內蒙古民族大學農學院農業資源與環境實驗室進行。

1.2 試驗設計

鹽脅迫環境試驗設置0（CK）、50 mmol·L-1（TY1）、100 mmol·L-1（TY2）、200 mmol·L-1（TY3）、300 mmol·L-1（TY4）5個濃度梯度。堿脅迫環境試驗設置0（CK）、20 mmol·L-1（TJ1）、40 mmol·L-1（TJ2）、60 mmol·L-1（TJ3）、80 mmol·L-1（TJ4）等5個濃度梯度。采用培養皿紙上發芽法對8種裸燕麥種子進行發芽試驗，挑選顆粒飽滿、大小一致的裸燕麥種子，用3%的過氧化氫進行消毒，消毒時長為3~5 min。將培養皿（90 mm）清洗后置于烘箱高溫滅菌，每皿鋪入2層濾紙，再將選出的100粒種子放置在培養皿內。每個培養皿內加入10 mL鹽（堿）溶液，對照培養皿內加入10 mL蒸餾水，設3次重復。將所有培養皿放置恒溫光照培養箱內進行培養，溫度設置為25℃，共培養7 d。

1.3 測試指標

在第4天測定發芽勢，于第7天結束萌發后，分別測定發芽率、芽長、根長、鮮重、干重等指標。

發芽勢（第4天）＝發芽高峰時種子的發芽個數/供試種子個數×100%。

發芽率（第7天）＝發芽種子數/供試種子數×100%。

芽長：第7天用直尺測量裸燕麥苗從胚到最長裸燕麥葉長的長度。

根長：第7天用直尺測量裸燕麥苗從胚到最長裸燕麥根長的長度。

干重：將幼苗置于105℃烘箱2 h殺青，再將溫度調至80℃烘至恒質量，于電子分析天平上稱量［17］。

1.4 數據統計與分析

采用SPSS 19.0數據處理系統進行方差分析、主成分分析。

2 結果與分析

2.1 抗逆脅迫對不同裸燕麥品種萌發的影響

2.1.1 不同裸燕麥品種對鹽脅迫的響應CK條件下8個裸燕麥品種的發芽勢在85.00%~92.33%之間，N2、N4、N5、N6發芽勢較高，N3發芽勢最低；發芽率在87.00%~97.67%之間，N4發芽率最高，N3發芽率最低；芽長在8.03~11.60 cm之間，N1、N2、N5、N6、N8芽長較長，N4芽長最短；各品種根長在3.63~5.57 cm之間，N5和N6根長相對較長；鮮重在109.67~133.33 mg之間，N2、N4和N5鮮重均在130.00 mg以上，N3和N8表現相對較差；各品種干重在11.33~14.43 mg之間，N2、N4和N5干重相對較高且均在14 mg以上。在50 mmol·L-1（TY1）NaCl脅迫下，裸燕麥品種發芽勢在73.33%~94.33%之間，N2和N5發芽勢相對較高，N7表現最差；發芽率在81.67%~96.33%之間，N2、N4和N5表現出較好的耐鹽性，N8表現最差；芽長在8.60~11.37 cm之間，N5表現最好，N4表現最差；根長在3.93~5.83 cm之間，N6表現最好，N8表現最差；鮮重在108.53~139.50 mg之間，N2和N4鮮重相對較重，N3表現最差；干重在10.40~14.83 mg之間，N2、N4和N5干重相對較重，N8表現最差。在100 mmol·L-1（TY2）NaCl脅迫條件下，N2發芽勢最高，為84.00%；N1發芽率最高，為88.00%；N5的芽長、根長、鮮重、干重均在組內表現最好，分別為10.23 cm、4.67 cm、127.40 mg、12.50 mg。在200 mmol·L-1（TY3）NaCl脅迫條件下，各裸燕麥品種的各項指標與TY2的各項指標相比，均呈降低趨勢；發芽勢為22.00%~56.00%，發芽率為22.33%~55.00%，芽長為6.10~9.47 cm，根長為2.00~4.07 cm，鮮重為83.17~114.83 mg，干重為8.13~11.03 mg。在300 mmol·L-1（TY4）NaCl脅迫條件下，發芽勢為7.33%~41.33%，發芽率為9.67%~22.33%，芽長為5.23~8.17 cm，根長為1.20~3.07 cm，鮮重為73.23~96.17 mg，干重為6.60~9.40 mg（表1）。

表1 不同裸燕麥品種對鹽脅迫的響應Tab.1 Responses of different naked oat varieties to salt stress

2.1.2 不同裸燕麥品種對堿脅迫的響應CK條件下8個裸燕麥品種的表現與鹽脅迫的一致。在20 mmol·L-1（TJ1）NaHCO3脅迫條件下，各裸燕麥品種發芽勢在73.33%~92.33%之間，N2和N5發芽勢相對較高，N7和N8表現相對較差；發芽率在79.00%~96.67%之間，N2、N4、N5發芽率相對較高，N8表現最差；芽長在8.33~11.70 cm之間，N5表現最好，N4和N7表現相對較差；根長在3.50~5.53 cm之間，N2、N5和N6表現相對較好，N3根長最短；鮮重在105.73~134.00 mg之間，N4、N5和N6鮮重均在130 mg以上，N3表現最差；干重在10.13~14.50 mg之間，N4表現最好，N3干重最低。在40 mmol·L-1（TJ2）NaHCO3脅迫條件下，N2和N5發芽勢和N1、N2、N5發芽率均較高，都在80.00%以上；N5芽長顯著高于其他裸燕麥品種（P<0.05）；N6根長最長，為4.33 cm；N2、N4、N5和N6鮮重較重，均在110 mg以上，其中，N5顯著高于其他品種；N4、N5和N6干重顯著高于其他品種。在60 mmol·L-1（TJ3）NaHCO3脅迫條件下，與處理TJ1、TJ2相比，各指標值均呈降低趨勢，發芽勢為15.33%~52.33%，發芽率為19.67%~50.67%，芽長為5.73~9.13 cm，根長為1.27~3.77 cm，鮮重為78.33~96.17 mg，干重為7.23~9.70 mg。在80 mmol·L-1（TJ4）NaHCO3脅迫條件下，N2、N5發芽勢最高；N2發芽率最高；N2、N5芽長相對較長；N5、N6根長相對較長；N4、N5、N6鮮重相對較重；N4干重最重（表2）。

表2 不同裸燕麥品種對堿脅迫的響應Tab.2 Responses of different naked oat varieties to alkali stress

2.2 不同裸燕麥品種萌發期抗逆性的主成分分析

主成分分析把多個指標降維為少數幾個綜合指標，以幾個綜合因子來代表原來眾多的變量，使綜合因子盡可能反映原來變量的信息量［18］。通過上述分析發現，在100 mmol·L-1NaCl和40 mmol·L-1NaHCO3脅迫條件下，各品種間生長指標的差異較為明顯，故確定100 mmol·L-1NaCl、40 mmol·L-1NaHCO3為裸燕麥抗逆性試驗的適宜鹽堿劑量。

2.2.1 100 mmol·L-1NaCl脅迫條件下的主成分分析 原始變量之間是否具有較強的相關性是能否進行主成分分析的前提，通過計算，系數矩陣R中的相關系數均大于0.300 0（表3），說明原始變量間有較強的相關性，能夠進行主成分分析。

表3 鹽脅迫條件下各指標間相關系數Tab.3 Correlation coefficient among indexes under salt stress

8個裸燕麥萌發期耐鹽性前2個成分的累計貢獻率達到88.55%。第1個主成分的貢獻率為67.64%，其中，發芽勢和鮮重相對載荷較大，反映了鹽脅迫條件下裸燕麥種子萌發時期的狀況；第2個主成分的貢獻率為20.91%，其中，芽長具有較大載荷，可以反映鹽脅迫下裸燕麥幼苗的萌發情況（表4）。

表4 鹽脅迫條件下主成分的特征向量及貢獻率Tab.4 Eigenvector and contribution rate of principal components under salt stress

結合主成分分析中每個指標所對應的規格化特征向量，以特征向量為權重構建裸燕麥種子萌發期耐鹽性的主成分函數表達式：

式中Yi（i=1，2）為主成分，X1~X6分別為發芽勢、發芽率、芽長、根長、鮮重和干重。

根據主成分的貢獻率占所提取主成分累計貢獻率的比例，計算出2個主成分的權重分別為0.763 9和0.236 1，得到耐鹽性模型為Y=0.763 9Y1+0.236 1Y2。利用模型計算得到8種裸燕麥萌發期耐鹽性的主成分綜合評價見表5。

表5 8個裸燕麥品種的隸屬函數值、權重、綜合評價值（D值）及耐鹽排序Tab.5 Membership function value，weight，comprehensive evaluation value（D value）and salt tolerance ranking of 8 naked oat varieties

根據文獻［17］中的公式計算出各裸燕麥品種的2個主成分隸屬函數值，結合權重計算出各品種萌發期耐鹽性的綜合評價值，依據D值大小進行排序，耐鹽性強弱依次為：N6＞N5＞N2＞N1＞N7＞N3＞N4＞N8。

2.2.2 40 mmol·L-1NaHCO3脅迫條件下的主成分分析 堿脅迫條件下系數矩陣R中的相關系數均大于0.300 0（表6）。

表6 堿脅迫條件下各指標間相關系數Tab.6 Correlation coefficient among indexes under alkali stress

8個裸燕麥萌發期耐堿性前2個成分的累計貢獻率達到87.62%；結合主成分分析中每個指標所對應的規格化特征向量（表7），以特征向量為權重構建裸燕麥種子萌發期耐堿性的主成分函數表達式：

表7 堿脅迫條件下主成分的特征向量及貢獻率Tab.7 Eigenvector and contribution rate of principal components under alkali stress

根據主成分的貢獻率占所提取主成分累計貢獻率的比例，計算出2個主成分的權重為別為0.763 9和0.236 1，得到耐鹽性模型為Y=0.764 5Y1+0.235 5Y2。利用模型計算得到8種裸燕麥萌發期耐鹽性的主成分綜合評價見表8。

表8 8個裸燕麥品種的隸屬函數值、權重、綜合評價值（D值）及耐堿排序Tab.8 Membership function value，weight，comprehensive evaluation value（D value）and alkali tolerance ranking of 8 naked oat varieties

由表8可知，各品種萌發期耐堿性的綜合評價值大小依次為：N6＞N5＞N2＞N7＞N1＞N3＞N4＞N8，耐堿性強弱與耐鹽性基本一致。

3 討論與結論

不同裸燕麥品種的發芽率、發芽勢、芽長、根長、鮮重、干重對不同鹽濃度的響應各不相同，同等鹽濃度條下的不同品種裸燕麥的各項發芽指標也存在很大差異。在低于100 mmol·L-1NaCl脅迫條件下和40 mmol·L-1NaHCO3脅迫條件下，大部分品種的裸燕麥種子發芽情況較好；高鹽濃度的情況下，裸燕麥種子的發芽率相對較低。在鹽脅迫50 mmol·L-1濃度和堿脅迫20 mmol·L-1濃度時，白燕3號的發芽勢、根長和鮮重等指標，白燕8號的發芽勢、發芽率和芽長等指標均有低濃度促進的趨勢，這與賴弟利等［4］、張才喜等［19］的其他作物種子在鹽脅迫條件下萌發的趨勢一致。

鹽堿脅迫對不同裸燕麥品種萌發的影響差異較大，低濃度鹽堿脅迫可以促進裸燕麥種子的萌發，而高濃度鹽堿脅迫則會抑制裸燕麥種子的萌發。通過主成分分析和隸屬函數評價，從6個指標中確定發芽勢和發芽率來評價裸燕麥種子萌發時期的耐鹽堿性強弱。通過綜合評價得出在同濃度下，裸燕麥品種白燕4號、白燕5號、寧莜1號耐鹽堿能力相對較差，白燕11號表現出相對較強的耐鹽堿優勢。今后，將需進一步采用本地區鹽堿土浸出液進行脅迫試驗，驗證白燕3號、白燕8號和白燕11號的較高耐鹽堿性。