耐鹽堿亞麻種質(zhì)的篩選與綜合評價

郭媛，邱財生，龍松華，鄧欣，郝冬梅，王玉富

(中國農(nóng)業(yè)科學院麻類研究所/中國農(nóng)業(yè)科學院南方經(jīng)濟作物研究所，長沙410205)

土壤鹽堿化是世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要的非生物脅迫因子之一，嚴重影響了作物的生長發(fā)育，進而造成產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降［1－2］。目前，中國鹽堿地總面積約為0.99億hm2，約占中國國土面積的1/3，主要分布在中國東北、華北、西北內(nèi)陸地區(qū)以及長江以北沿海地帶［3］。通過篩選和培育耐鹽作物來改良、利用鹽堿地被認為是具有經(jīng)濟和生態(tài)雙重效益的解決方案［4］。亞麻(Linum usitatissimum L.)是世界上最重要且分布范圍廣泛的纖維類經(jīng)濟作物之一，其纖維為紡織和復合材料提供原材料［5］。與羊毛和棉等其它天然纖維相比，亞麻具有高機械強度和吸水性等優(yōu)點。在國家擴大糧食種植面積、確保糧食安全的大政策背景下，開發(fā)耐鹽堿的優(yōu)良亞麻品種對于鹽堿地的有效利用和麻類作物發(fā)展有重大的意義。

植物的整個生育時期中，芽期和苗期對鹽分最為敏感，其他各生育時期對鹽分耐性較強［6］。鹽堿脅迫下，種子的迅速萌發(fā)和出苗對植株的生長非常重要。在前期的研究中，我們以育成的亞麻品種進行鹽堿脅迫試驗，確定了亞麻適合的鹽脅迫和堿脅迫篩選濃度［7］，并分析了鹽脅迫和堿脅迫對亞麻苗期營養(yǎng)吸收和分配影響［8］。本研究利用復合鹽溶液于萌發(fā)期對世界范圍內(nèi)廣泛收集的342份亞麻種質(zhì)進行鹽堿脅迫試驗，評價其綜合耐性，篩選出的強耐鹽堿品種進一步通過不同區(qū)域和類型的鹽堿土盆栽試驗，并結(jié)合產(chǎn)量等綜合性狀進行了評定，以期為亞麻耐鹽堿種質(zhì)資源的發(fā)掘、鑒定及鹽堿地亞麻品種的選育和生產(chǎn)栽培提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料共計342份，來自27個國家。大部分來自俄羅斯、中國和立陶宛，少部分來自瑞典、波蘭和荷蘭等國家，均由中國農(nóng)業(yè)科學院麻類研究所亞麻課題組繁殖保存。品種來源組成詳見表1。

表1 342份亞麻品種的來源組成Tab.1 Origin of 342 flax varieties

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)置

試驗方法參考《亞麻種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》，按照實際情況有所變化［9］。選取子粒飽滿大小均勻一致的種子，置于直徑9 cm內(nèi)鋪2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿均勻擺放50粒種子，然后分別加入15 mL的處理液和對照液，處理液為NaCl、MgSO4、K2SO4配制成1.5%的復合鹽溶液。其中，NaCl 80%、MgSO410%、K2SO410%，用NaOH調(diào)節(jié)pH到9.5。對照液為蒸餾水。處理和對照各3次重復。置于24℃恒溫培養(yǎng)箱光照和黑暗交替(光照14 h，黑暗10 h)條件下發(fā)芽7天，過程中及時補充處理液使培養(yǎng)皿內(nèi)的各離子濃度保持穩(wěn)定。

1.2.2 測定指標

于試驗的第7天分別統(tǒng)計各處理材料的種子發(fā)芽數(shù)，萌發(fā)以胚芽長達到種子長度1/2為標準。計算發(fā)芽率和相對發(fā)芽率。每皿隨機選取10株幼苗，用游標卡尺測定胚芽的長度。計算公式如下:

發(fā)芽率(GP)=第7天的發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%;

相對發(fā)芽率(RGP)=各個處理的發(fā)芽率/對照的發(fā)芽率×100%;

相對芽長(RSL)=處理的芽長/對照的芽長×100%;

耐鹽堿指數(shù)計算公式為:

式中SA為耐鹽堿指數(shù)，CK為對照的發(fā)芽數(shù)，T為處理的發(fā)芽數(shù)。

1.3 綜合評價方法

采用模糊數(shù)學中的隸屬函數(shù)算法［10］，通過對鹽堿脅迫下10個亞麻品種相對發(fā)芽率、相對芽長和耐鹽堿指數(shù)等各項指標的隸屬值進行累加，對342份亞麻種質(zhì)進行耐鹽堿鑒定。隸屬函數(shù)值Xi的計算方法為:先用下式求出各個品種每個指標的具體隸屬值X(μ):

式中X為各品種的某一指標測定值，Xmax為供試品種中某一指標測定值的最大值，Xmin為供試品種中某一指標測定值的最小值。然后按照下式將每個品種各指標的具體隸屬值進行累加，并求取平均數(shù)，就是該品種的隸屬函數(shù)值Xi。

式中Xi為各品種的隸屬函數(shù)值，X(μ)為各品種某一指標的具體隸屬值，n為測定指標數(shù)。

1.4 鹽堿土盆栽發(fā)芽試驗

在中國農(nóng)業(yè)科學院麻類研究所院內(nèi)溫室中進行盆栽試驗，試驗用鹽堿土壤分別取自吉林省長春市、福建省莆田市和新疆維吾爾自治區(qū)伊寧市3個鹽堿土壤區(qū)域，每個區(qū)域根據(jù)實際情況取輕度、中度和重度3種程度的鹽堿土壤，共計9種鹽堿土樣。所取土樣按照土壤農(nóng)化分析方法使用電導率儀(SmartTester CPC－505，德國)進行pH值和可溶性鹽含量的測定［11］。盆栽使用無孔花盆，內(nèi)側(cè)直徑11.5 cm，高12 cm。每盆裝1.5 kg的土壤，直接播種100粒亞麻種子。每種鹽堿土2次重復，以大田土(非鹽堿土)為對照，共計20盆。8天后調(diào)查每盆的發(fā)芽數(shù)，計算每盆的發(fā)芽率，鹽堿土發(fā)芽率占對照發(fā)芽率的比例為各鹽堿土處理的相對發(fā)芽率。

1.5 田間小區(qū)試驗鑒定

試驗于2010年10月中旬至2011年4月下旬在云南省西雙版納州勐?？h進行。采用隨機區(qū)組設(shè)計，未設(shè)重復，每個小區(qū)面積為4 m2，播種量為2000粒/m2，田間管理同一般大田。生理成熟期時收獲各小區(qū)后測定小區(qū)原莖產(chǎn)量和種子產(chǎn)量。每個小區(qū)隨機取30株進行株高、工藝長度、蒴果數(shù)測定，測定標準參考《亞麻種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》。原莖產(chǎn)量和種子產(chǎn)量根據(jù)所得數(shù)據(jù)折算成公頃產(chǎn)量［9］。

1.6 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

實驗數(shù)據(jù)通過Excel進行基本處理和作圖，采用SPSS軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 不同亞麻種質(zhì)在鹽堿脅迫下各項指標的變化

利用復合鹽堿溶液對342份亞麻種質(zhì)進行了芽期耐鹽堿性鑒定(表2)。鹽堿脅迫下，亞麻種子發(fā)芽率為0～99.33%，平均為58.45%，較對照平均值下降了36.93%;芽長為0～4.85，平均為0.98，較對照平均值下降了72.55%?？梢?，鹽堿脅迫對亞麻種子萌發(fā)的抑制作用在所測指標都有表現(xiàn)，且抑制程度有差異。鹽堿脅迫對芽長的抑制作用較發(fā)芽率大，處理均值僅占對照均值的27.45%。此外，處理較對照相比，所測指標的變異系數(shù)均有不同程度的增加，其中發(fā)芽率的變異系數(shù)較大，是對照的5.01倍，芽長的變異系數(shù)變化較小，是對照的2.13倍。說明不同品種在鹽堿脅迫下生理指標的差異更明顯。342個品種的耐鹽堿范圍為－7～100，變異系數(shù)為78.54%，說明這些品種的鹽堿耐性差別很大。

表2 亞麻芽期鹽堿脅迫下各指標的比較Tab.2 Comparison of the indexes of the flax in the salt－alkali stress at bud stage

2.2 342份亞麻種質(zhì)的耐鹽堿綜合分析與評價

通過對亞麻種子萌發(fā)的相對發(fā)芽率、相對芽長和耐鹽堿指數(shù)3項指標進行評估，綜合隸屬函數(shù)平均值，獲得了342份不同遺傳背景的亞麻種質(zhì)的耐鹽堿差異。大部分品種的隸屬值位于0.3～0.5之間，占所有品種的81.79%，隸屬值0.5以上的品種較少，僅占所有品種的1%(圖1)。

圖1 342份亞麻種質(zhì)的隸屬函數(shù)值分布Fig.1 Subordinate function values of 342 flax accessions

依據(jù)342份品種的平均隸屬值從大到小排序并分為3個等級，1級:0.5≤Xi;2級:0.4≤Xi＜0.5;3級:Xi＜0.4。1級品種耐鹽堿最強，3級品種的耐鹽堿最弱。將1級耐鹽堿最強的5個品種的名稱、來源及各項指標隸屬值列于表3。其中耐鹽堿性最好的品種為Y2I302，來源立陶宛。

2.3 耐鹽堿品種在不同類型鹽堿土中的發(fā)芽率

對篩選出的強耐鹽堿亞麻品種Y0I302進行不同類型的鹽堿土盆栽試驗，并對其發(fā)芽率進行測定(表4)。結(jié)果表明，Y0I302在長春的輕度鹽堿土、伊寧的輕度鹽堿土和中度鹽堿土可以正常發(fā)芽，其相對發(fā)芽率均達到95%以上，在伊寧的輕度鹽堿土發(fā)芽率甚至超過了對照土壤的發(fā)芽率。在莆田輕度鹽堿土和伊寧重度鹽堿土的相對發(fā)芽率較低，分別為77.9%和88.3%。在長春中度和重度鹽堿土，莆田中度和重度鹽堿土的相對發(fā)芽最低，基本沒有發(fā)芽。

長春的鹽堿土類型為蘇打土，特點為pH較高而可溶性鹽含量較低，Y0I302在輕度鹽堿土中可以正常發(fā)芽，在中度和重度鹽堿土中不能發(fā)芽。莆田的鹽堿土特點為pH較低而可溶性鹽含量較高，Y0I302在輕度鹽堿土中可以正常發(fā)芽，在中度和重度鹽堿土中均不能發(fā)芽。伊寧的鹽堿土pH和可溶性鹽含量均較低，Y0I302在3種不同程度的鹽堿土中均能發(fā)芽且發(fā)芽率隨鹽堿程度的升高而降低。

表3 強耐鹽堿亞麻優(yōu)良資源的種質(zhì)信息、隸屬函數(shù)值和耐性評價Tab.3 Information，subordinate function value and evaluation of flax germplasm resource with strong salt－alkali telorance

表4 強耐鹽堿品種YOI302在不同類型鹽堿土中的發(fā)芽率Tab.4 Germination rate of YOI302 in different types of saline－alkali soil

2.4 強耐鹽堿亞麻種質(zhì)的經(jīng)濟性狀評價

將1級強耐鹽堿亞麻種質(zhì)的5個經(jīng)濟性狀的具體數(shù)據(jù)列于表5，這些品種均為纖用品種。其中，Y0I383的原莖產(chǎn)量和種子產(chǎn)量均最高，可作為鹽堿土壤的油纖兼用品種進行推廣種植。Y0I302的工藝長度最高且耐鹽堿性最強，可作為鹽堿地改良作物進行推廣種植。這些品種均可以作為耐鹽堿品種的育種親本，或直接作為鹽堿土壤的改良進行種植和多用途利用。

表5 強耐鹽堿亞麻優(yōu)良資源的性狀相關(guān)信息Tab.5 Traits information of flax germplasm resource with strong salt－alkali telorance

3 討論

鹽堿土里的可溶性鹽主要由Cl－、、Na+、Ca2+、Mg2+、K+等離子組成［12］，不同地區(qū)的鹽堿土離子組成不同。本研究供試亞麻品種主要來自我國東北地區(qū)、華北地區(qū)和西北地區(qū)，以及歐洲如立陶宛、俄羅斯等國家。因此，利用復合鹽溶液對亞麻種質(zhì)資源進行耐鹽堿篩選具有現(xiàn)實意義，既能對中國的亞麻耐鹽堿品種資源進行評價，又能為引進國外耐鹽堿種質(zhì)資源提供參考。

芽期是亞麻對鹽堿敏感的關(guān)鍵時期，芽期耐鹽性鑒定對于亞麻耐鹽種質(zhì)的篩選和抗性品種的選育具有重要意義。鹽分的離子構(gòu)成及適宜濃度是合理評價種質(zhì)耐鹽性的前題。本研究中在pH 9.5，可溶性鹽含量1.5%的脅迫下，各項鑒定指標都出現(xiàn)下降趨勢，而且引起不同材料間的較大的變異程度，說明這些指標能夠有效地鑒別不同材料的耐鹽性。復合鹽脅迫下，幾乎所有供試材料的萌發(fā)和生長都受到了抑制，但雙亞11號、HB13和Y0I348的發(fā)芽率高于對照的發(fā)芽率，Y0I302的芽長高于對照的芽長。這可能是由于復合鹽溶液在它們的萌發(fā)過程中起到了離子促進作用［13］。鹽堿脅迫下芽長受到的抑制作用較發(fā)芽率大，可能是高濃度的鹽離子大量滲入種子體內(nèi)引起離子富集產(chǎn)生離子毒害并引起體內(nèi)營養(yǎng)水平失衡而造成芽生長受到嚴重抑制的緣故。

在作物種質(zhì)資源的耐鹽性評價中，常以基于發(fā)芽率的相對鹽害率來劃分作物萌發(fā)期的耐鹽性級別，或以基于發(fā)芽率的耐鹽臨界值來直接比較萌發(fā)期耐鹽性的大小。但僅僅以發(fā)芽率并不能全面有效的反應(yīng)作物萌發(fā)期的耐鹽性。本研究中相對發(fā)芽率、相對芽長和耐鹽堿指數(shù)的排序不一致(表4)進一步說明了單一指標并不能對作物的耐鹽堿性進行全面有效的評價，也說明了綜合評價是必要的。

本研究用于篩選耐鹽堿品種的鹽溶液為pH 9.5，可溶性鹽含量為1.5%的復合鹽溶液，篩選出的綜合耐鹽堿性最強的品種Y0I302進一步用不同類型的鹽堿土進行盆栽驗證。這些鹽堿土樣除長春中度和重度鹽堿土和莆田重度鹽堿土外，其它鹽堿土的pH值均在9.5以下，可溶性鹽含量均在1.5%以下，但在莆田中度鹽堿土(pH 8.35，可溶性鹽含量0.95%)中其發(fā)芽率為0。在Y0I302發(fā)芽率90%以上的鹽堿土中，莆田中度鹽堿土的可溶性鹽含量最高，說明亞麻種子在復合鹽溶液中的耐性高于鹽堿土中的耐性。研究表明濱海鹽堿地離子構(gòu)成以Cl－和Na+為主，SO2－4和K+普遍缺乏，屬于氯化物型［14］。Y0I302在莆田中度鹽堿土中不能發(fā)芽可能是由于這種土壤的離子組成達不到亞麻種子正常發(fā)芽所需的條件導致。

本研究初步篩選出了5份耐鹽堿強亞麻品種，這些品種在鹽堿土種植，不僅具有較好的鹽堿土改良作用，而且具有較好的經(jīng)濟價值。篩選出的品種中一部分是國內(nèi)的資源，一部分是來自國外的品種，如立陶宛等國家。這些品種雖然原莖、種子等產(chǎn)量性狀較理想，但在我國種植存在氣候和土壤環(huán)境條件適應(yīng)性的問題。因此，若要對亞麻不同種質(zhì)進行全面的耐鹽堿評價，還有待于在鹽堿土壤中進行全生育期的性狀檢測和鑒定，結(jié)合生理生化指標的比較和分子標記輔助選擇，最終可以篩選到可以高效利用于鹽堿土改良的亞麻品種。

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