春小麥苗期耐鹽性差異及聚類分析

霍鵬，李士磊，李衛(wèi)華

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院／新疆兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室，石河子832003）

土壤鹽漬化已成為一個世界性的資源和生態(tài)問題［1－3］，據(jù)統(tǒng)計全球約占20%的耕作土地及半數(shù)可灌溉土地已受到不同程度的鹽漬化影響，中國有鹽漬化和次生鹽漬化土地4．0×107hm2以上［4］，占全國耕地總面積的1／10，隨著人類活動的加劇，鹽漬化還在進(jìn)一步惡化，嚴(yán)重地影響著糧食產(chǎn)量。小麥作為人類主要糧食作物之一，其耐鹽性是多基因控制的數(shù)量性狀，生長率與品種的耐鹽能力呈正相關(guān)［6］。鹽脅迫下，小麥在發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根長、胚芽鞘長、苗高、根數(shù)、根鮮重、苗鮮重、根苗含水量以及苗的活力指數(shù)方面均有統(tǒng)計學(xué)意義，并隨著鹽濃度的增大而降低，達(dá)到一定濃度后，小麥則不能正常發(fā)芽［7－8］。對于大多數(shù)作物，種子萌發(fā)及早期幼苗階段對生長環(huán)境脅迫最為敏感［9－10］，此時的發(fā)育都是以胚的生長為基礎(chǔ)，而胚的生長則是種子內(nèi)部所有生理生化系統(tǒng)協(xié)調(diào)作用的結(jié)果［11］。但由于鹽環(huán)境的脅迫作用，小麥生長受到抑制，因此，對其耐鹽品種的選育及其耐鹽性研究，受到了越來越多的關(guān)注［5］。

小麥?zhǔn)俏覈闹匾Z食作物之一，耐鹽小麥的種植有利于土壤的改良［12］．因此，耐鹽材料的篩選以及系統(tǒng)地研究鹽脅迫下小麥苗期各種指標(biāo)的變化，對鑒定春小麥品種（系）的耐鹽性是非常必要且有意義。本研究選用來自不同國家和地區(qū)的116份春小麥品種（系），通過苗期鹽脅迫處理，了解苗期耐鹽性的差異，同時通過隸屬函數(shù)綜合值篩選出耐鹽性較好的品種（系），旨在為耐鹽小麥品種的選育提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1．1 材料

本研究選用了墨88－72、隴春4035、新春10號、格尼蘭等國內(nèi)外的116份春小麥材料（表1），材料由石河子大學(xué)麥類作物研究所提供。

1．2 方法

1．2．1 實驗設(shè)計

實驗采取紙上發(fā)芽的方式，發(fā)芽盒先用75%酒精處理，然后在盒底鋪上6層濾紙，加入20mL鹽溶液。選取50粒籽粒形態(tài)正常飽滿的種子，用1‰的升汞溶液消毒15min，用去離子水清洗3遍，然后均勻的排放于發(fā)芽盒中。每個材料設(shè)3個重復(fù)和1個對照，放置于20℃的組培室進(jìn)行發(fā)芽試驗。由于水分蒸發(fā)會導(dǎo)致鹽分濃度增大，為了減小誤差，根據(jù)蒸發(fā)量，在4d時向發(fā)芽盒內(nèi)加入一定量的去離子水，以潤濕發(fā)芽紙無積水為宜。

對參試材料用0．15mol／L的Na2SO4溶液進(jìn)行鹽處理。該鹽處理濃度是通過5個春小麥品種的多梯度預(yù)備試驗及顯著性比較篩選出的春小麥Na2SO4耐鹽閾值（數(shù)據(jù)略）。

1．2．2 測量指標(biāo)

按照小麥種子發(fā)芽實驗標(biāo)準(zhǔn)［13］，在第4d測量發(fā)芽勢（%），第8d測量發(fā)芽率（%），并在第8d分別從每個發(fā)芽盒中隨機(jī)抽取10株幼苗，測量苗高（cm）、苗鮮重（g）、根數(shù)（個）、主根長度（cm）。

1．2．3 數(shù)據(jù)分析

采用文獻(xiàn)［14］中的方法計算小麥?zhǔn)苊{迫下的相對耐鹽系數(shù)：

利用Excel分別計算各調(diào)查性狀的平均值（x）、標(biāo)準(zhǔn)差（s）和變異系數(shù)（CV）。根據(jù)各性狀平均值和依此計算遺傳多樣性指數(shù)（Shannon－Weaver）［15］：

式1中，pi為某性狀第i級別內(nèi)材料份數(shù)占總份數(shù)的百分比，ln為自然對數(shù)。

通過Excel對各性狀進(jìn)行隸屬函數(shù)度的計算，并計算出隸屬函度綜合值；采用SPSS分析程序進(jìn)行 Nearest neighbor（最短距離法）、Squared Euclidean distance（歐氏距離平方）聚類分析。

隸屬函數(shù)度計算公式［16］：

式2中，X為作物各品種的某一指標(biāo)測定值，Xmax為所試品種中某一指標(biāo)測定值的最大值，Xmin為該指標(biāo)中最小值。

耐鹽隸屬函數(shù)綜合值計算：通過各指標(biāo)的相對耐鹽系數(shù)計算出苗期各指標(biāo)的隸屬函數(shù)度，并計算它們的和，即為隸屬函數(shù)綜合值。

2 結(jié)果與分析

2．1 鹽脅迫下苗期性狀的多樣性分析

在0．15mol／L的Na2SO4鹽脅迫處理下，供試材料的6個苗期性狀差異較大（表2）。發(fā)芽勢的最大值為28．6%，最小值為0．0%，變異系數(shù)高達(dá)166%（較對照在該性狀上變異系數(shù)增大了154%）；苗鮮重和發(fā)芽率變異系數(shù)也較對照高，分別為41%和40%；鹽脅迫處理下變異系數(shù)最小的是根數(shù)，其變異系數(shù)僅為16%。由此可以看，出供試材料在鹽脅迫條件下的性狀變異范圍較大，各性狀對照中的變異系數(shù)明顯低于鹽脅迫下的變異系數(shù)，可見鹽脅迫下各供試品種的耐鹽性存在很大的差異。同時也發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽勢、苗鮮重和發(fā)芽率對鹽脅迫表現(xiàn)較為敏感，而根數(shù)對鹽脅迫表現(xiàn)最不敏感。

根據(jù)各材料耐鹽性狀多樣性分析的結(jié)果（表2）可見，各性狀的多樣性指數(shù)變化范圍為1．42～2．06，平均值為1．74。這表明鹽脅迫處理下參試品種（系）間各苗期性狀差異明顯，變異范圍大，具有較豐富的多樣性。多樣性指數(shù)最高的是發(fā)芽率，為2．06；其次根長和苗鮮重的多樣性指數(shù)，為2．05；而根數(shù)的多樣性指數(shù)最低，為1．65。

2．2 參試品種（系）隸屬函數(shù)綜合值分析

小麥苗期耐鹽性是一個受多因素綜合影響的復(fù)雜數(shù)量性狀，不同指標(biāo)對鹽脅迫的反應(yīng)不盡相同，單一指標(biāo)的研究很難真實的反應(yīng)材料的耐鹽性。隸屬函數(shù)綜合值能直觀的反映出小麥品種（系）的耐鹽性，隸屬函數(shù)綜合值越大，相對耐鹽性越強(qiáng)。

由表3可見，不同材料間的耐鹽性差異較大。在0．15mol／L的Na2SO4鹽脅迫處理下，隸屬函數(shù)綜合值最大為10鑒2，其隸屬函數(shù)綜合值為4．49，其次隴春24、line NO．8和LY3的隸屬函數(shù)綜合值也較高，分別為4．43、4．37和4．31。隸屬函數(shù)綜合值最小的是臨優(yōu)2號，其隸屬函數(shù)綜合值為0．59，另外13247－8、6－45和新春6號的隸屬函數(shù)綜合值也較小，分別為0．61、0．74和0．81。由此可見，在鹽脅迫下苗期耐鹽性表現(xiàn)相對較好的是10鑒2、隴春24號、Crystal和LY3，而臨優(yōu)2號、13247－8、6－45和新春6號的苗期耐鹽性相對較差。隸屬函數(shù)值差異也反映小麥品種間耐鹽性的多樣性。

2．3 參試品種（系）苗期耐鹽性聚類分析

基于苗期性狀耐鹽隸屬函數(shù)綜合值，利用最短距離法對供試材料進(jìn)行聚類分析，以歐氏距離10時將參試材料分為3個類群（圖1）。

第1類群來源廣泛，共99份材料，主要來源于新疆、墨西哥、北京、內(nèi)蒙古、甘肅，代表性材料有新春17號，M182，中2、隴春4035、甘春11號等。這類材料的隸屬函數(shù)綜合值在1．3到3．5之間，這99份材料均表現(xiàn)為根數(shù)相對耐鹽系數(shù)較高，發(fā)芽率相對耐鹽系數(shù)處于中等水平，其他各項指標(biāo)參差不齊，表現(xiàn)為中等耐鹽性。

第2類群由北京、新疆、山西的10份材料組成，這類材料除了13481－5和13119－4隸屬函數(shù)綜合值大于1以外，剩下的隸屬函數(shù)綜合值均小于1，其中隸屬函數(shù)綜合值最小的臨優(yōu)2號僅為0．59。這10個品種所有的指標(biāo)都處在較低的水平，尤其發(fā)芽勢的相對耐鹽系數(shù)基本都是0，說明鹽脅迫下這些材料的萌發(fā)受到了嚴(yán)重抑制，表現(xiàn)出較差的耐鹽性。

第3類群由新疆、陜西、加拿大、天津、遼寧的7份材料組成，這類材料隸屬函數(shù)綜合值為4．0～4．5，通過對這7個品種的整體分析發(fā)現(xiàn)，這7個品種（系）的根數(shù)相對耐鹽系數(shù)和苗鮮重耐鹽系數(shù)都較高，其他各項指標(biāo)也處于一個較高的水平，說明在鹽脅迫下這些品種苗期的根系和苗的生長受到的抑制較小，表現(xiàn)出較好的耐鹽性。

3 討論

植物的耐鹽性狀是由多基因控制的數(shù)量性狀，不同的發(fā)育時期的耐鹽性也存在差異。苗期耐鹽性及其機(jī)制是耐鹽性早期鑒定及耐鹽個體與品種早期選擇的基礎(chǔ)［17－18］，小麥種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、幼苗苗長等指標(biāo)可以反映種子的發(fā)芽速度、發(fā)芽整齊度和幼苗健壯的趨勢，反映不同小麥品種種子苗期耐鹽性的強(qiáng)弱［19－21］。通過對春小麥苗期各個指標(biāo)的測定，可以對已有春小麥品系耐鹽性進(jìn)行有效的鑒定，從而加快耐鹽性小麥的選育。

通過研究發(fā)現(xiàn)鹽脅迫對小麥苗期的各項指標(biāo)都有影響，但是不同品種影響的程度也不同。通過對116份小麥材料的苗期耐鹽性分析，結(jié)果表明小麥苗期耐鹽性存在著較為豐富的變異。其中變異系數(shù)最大的是發(fā)芽勢，其次是苗鮮重，最小的是根數(shù)，同時實驗表明，鹽脅迫下，春小麥發(fā)芽勢影響最為敏感，其次為苗鮮重，根數(shù)鹽脅迫反應(yīng)最為遲鈍。同時通過各個春小麥材料苗期各項指標(biāo)的測定，可以對這些材料的苗期耐鹽性做出初步了解，從而為耐鹽小麥的品種的篩選提供依據(jù)，為開展耐鹽小麥育種奠定了理論基礎(chǔ)。

通過對各實驗材料進(jìn)行苗期耐鹽性聚類分析，將各春小麥材料有效的聚成耐鹽性較好，中等和較差3類，各類分別材料數(shù)量分別為7、99、10，分別占參試品種比例6．0%、85．3%和8．7%，結(jié)果表明，實驗材料中，耐鹽性較好的材料資源貧乏，大多材料的耐鹽性中等，因此，耐鹽性春小麥的選育具有極其重要的意義，同時，可為春小麥育種親本的選擇提供有效的理論參考。

4 結(jié)論

通過對不同春小麥材料的苗期耐鹽性指數(shù)計算，結(jié)果表明小麥苗期的耐鹽性多樣性較為豐富。通過聚類將參試材料苗期耐鹽性劃分為3類，其中耐鹽性好的有7個品種（系），耐鹽性中等的有99個品種（系），耐鹽性差的有10個品種（系）。耐鹽性較好的有10鑒2、隴春24號、Crystal、LY3、S09原繁－2、航麥96和05引觀256，這些材料可以在耐鹽春小麥新品種選育過程中作為親本加以利用。

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