不同基因型綠豆苗期耐鹽堿性分析及其鑒定指標(biāo)的篩選

于 崧,梁海蕓,郭瀟瀟,張翼飛,史京京,付鸞鴻

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院/黑龍江省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)與作物種質(zhì)改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163319)

綠豆(Vignaradiate(L) Wilczek.)是豆科(Leguminosae)蝶形花亞科(Papilionaceae)菜豆族(Phaseoleae)豇豆屬(Vigna)的一年生栽培種，在我國(guó)已有2000多年的栽培歷史。綠豆?fàn)I養(yǎng)豐富，屬低脂肪、中淀粉、高蛋白、藥食同源的主要食用豆類作物，同時(shí)又是較好的出口創(chuàng)匯作物[1-2]。我國(guó)是世界上最大的綠豆出口國(guó)，常年種植面積約為600萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量約100萬(wàn)t，由于綠豆耐瘠薄、耐干旱、適應(yīng)性較強(qiáng)，其產(chǎn)區(qū)主要分布在黑龍江、內(nèi)蒙古、吉林、河北、河南、山西等自然降雨量少、無(wú)灌溉條件地區(qū)[3]，其中我國(guó)松嫩平原西部干旱半干旱區(qū)是綠豆的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)之一。然而，松嫩平原也是世界三大蘇打鹽堿土壤集中分布區(qū)域之一，區(qū)內(nèi)現(xiàn)有鹽堿化土地面積已達(dá)373萬(wàn)hm2[4]，而且由于全球氣候變化背景下的高溫干旱，以及人為灌溉方式不當(dāng)、過(guò)度使用化肥、濫采濫伐和過(guò)度放牧等原因，次生鹽堿化土地面積仍以每年1.4%的速度日趨擴(kuò)大[5-6]。土壤鹽堿化與次生鹽堿化已成為制約干旱半干旱區(qū)綠豆產(chǎn)量穩(wěn)步提升和農(nóng)業(yè)資源高效利用的主要因子[7-10]，積極改良與開(kāi)發(fā)利用鹽堿地資源，對(duì)緩解土地壓力、增加后備耕地儲(chǔ)備和保障糧食安全具有重要意義。為了進(jìn)行鹽堿地開(kāi)發(fā)利用，越來(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)選用生物治鹽的方法[11-13]。因此，挖掘與培育耐鹽堿綠豆資源，明確其鹽堿適應(yīng)機(jī)制，開(kāi)展鹽堿地生物治理，既可以提高綠豆總產(chǎn)量，又可以有效控制和利用鹽堿土地，改善生態(tài)環(huán)境條件，增加生態(tài)效益，從而促進(jìn)鹽堿地區(qū)農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。而合理選擇耐鹽堿鑒定指標(biāo)則是進(jìn)行耐鹽堿育種和耐鹽堿機(jī)理研究的基礎(chǔ)。

鹽堿脅迫不僅會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)含量及其分布失衡[14]，還會(huì)影響植物的形態(tài)學(xué)、解剖學(xué)、超微結(jié)構(gòu)和新陳代謝[15]，最終造成植物生長(zhǎng)受到抑制，產(chǎn)量整體下降。國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為不同基因型綠豆耐鹽堿性差異顯著，在鹽堿濃度脅迫條件下，對(duì)綠豆品種和個(gè)體進(jìn)行耐鹽堿性鑒定篩選，有可能獲得高度耐性材料[16-18]。作為耐鹽堿資源篩選的關(guān)鍵時(shí)期，苗期玉米[19]、水稻[20]、小麥[21]、大豆[22]、棉花[23]等作物的耐鹽性研究較多，而系統(tǒng)全面評(píng)價(jià)綠豆幼苗期耐鹽堿性的研究相對(duì)較少。任建華等[24]以幼苗株高、干重和組織含水量作為指標(biāo)性狀，對(duì)20個(gè)綠豆品種幼苗期耐鹽性進(jìn)行了比較研究。而作物的耐鹽堿能力是一個(gè)復(fù)雜的綜合性狀，與形態(tài)、生理和生化等多個(gè)性狀有關(guān)，而且每個(gè)性狀對(duì)耐鹽堿性所起的作用并不相同。前人對(duì)綠豆耐鹽堿性的鑒定研究多以單項(xiàng)指標(biāo)或人為加權(quán)后的多指標(biāo)衡量，難以全面客觀地反映其耐鹽堿能力。同時(shí)，現(xiàn)有綠豆品種苗期耐鹽堿性鑒定大多采用綠豆先培育后脅迫的處理方式，雖可較快進(jìn)行大批量耐鹽堿材料篩選，但難以反映綠豆在大田條件下的實(shí)際脅迫環(huán)境及真實(shí)抗逆機(jī)制。

為此，本研究結(jié)合松嫩平原鹽堿土自然特點(diǎn)，以NaHCO3模擬鹽堿脅迫，苗期鹽堿土栽培持續(xù)脅迫的方式，采用多種多元分析方法，以綠豆形態(tài)、生理生化等各指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)計(jì)算耐鹽堿性綜合評(píng)價(jià)值，并對(duì)不同基因型綠豆進(jìn)行耐鹽堿性綜合評(píng)價(jià)，確定耐鹽堿鑒定指標(biāo)，同時(shí)建立耐鹽堿數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型，為綠豆耐鹽堿種質(zhì)資源的挖掘，耐鹽堿品種的選育和快速、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)耐鹽堿性提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料為黑龍江省、吉林省、遼寧省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、河北省、山西省綠豆主產(chǎn)區(qū)主栽的30份不同基因型綠豆品種(見(jiàn)表1)。試驗(yàn)在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)寒地作物種質(zhì)改良與栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。分別挑選各品種中大小一致籽粒飽滿的自然風(fēng)干種子，用30% H2O2給種子表面消毒10 min，再用蒸餾水漂洗3次。經(jīng)25℃的溫水浸種12 h，然后將種子置于含有蛭石的育苗盤中，在人工氣候箱內(nèi)催芽至露白。

將1∶1(v/v)蛭石、草炭復(fù)合基質(zhì)于120℃高溫滅菌24 h，按照NaHCO3(分析純)與復(fù)合基質(zhì)質(zhì)量比設(shè)置0(CK)、0.6%兩個(gè)水平，加蒸餾水至基質(zhì)含水量為35%，充分拌勻，裝入塑料培養(yǎng)缽(110 mm×100 mm)中，缽內(nèi)培養(yǎng)基質(zhì)高度9 cm，選擇露白一致的種子植于缽內(nèi)，每盆6粒，用復(fù)合基質(zhì)覆蓋2～3 cm，鋪平適當(dāng)壓緊。每個(gè)品種各種植20盆。將種植綠豆的營(yíng)養(yǎng)缽置于人工氣候室進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為：光照強(qiáng)度400 μmol·m-2·s-1，光照周期(14/10)h(晝/夜)，溫度(23/20)℃(晝/夜)，相對(duì)濕度50%～60%。播種后第7天開(kāi)始，每3天稱量培養(yǎng)缽，并向培養(yǎng)缽內(nèi)復(fù)合基質(zhì)中緩慢滲入蒸餾水，以保證復(fù)合基質(zhì)含水量在30%～35%。

表1 供試綠豆品種編號(hào)、代碼及來(lái)源Table 1 Numbers, codes and origins of mung bean varieties in test

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

播種后第10天，記錄各品種不同處理下的出苗數(shù)，計(jì)算出苗率(ER)=出苗數(shù)/播種總數(shù)×100%。

播種后30 d，選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的幼苗30株，從培養(yǎng)缽中小心完整地取出植株，用清水將根部附著的基質(zhì)洗去，用去離子水快速漂洗根部，吸水紙輕輕拭干植株表面水分。取10株用直尺測(cè)量株高(PLH)和根長(zhǎng)(RL)，并分別稱量地上鮮重(FWG)、地下鮮重(FWUG)，然后將其裝入已經(jīng)編號(hào)的牛皮紙袋中，放于干燥箱中烘干至恒重，用電子天平分別稱量地上干重(DWG)、地下干重(DWUG)，計(jì)算植株含水量(PWC)=(FWG+FWUG-DWG-DWUG)/(FWG+FWUG)；剩余20株取第一片復(fù)葉用于生理生化指標(biāo)的測(cè)定，其中葉綠素含量(Chl)采用1∶1(v/v)的乙醇、丙酮混合液浸提法[25]，可溶性糖含量(SS)采用蒽酮乙酸乙酯法[26]，丙二醛含量(MDA)采用硫代巴比妥酸比色法[26]，游離脯氨酸(Pro)采用茚三酮比色法[25]，葉片相對(duì)電導(dǎo)率(REC)使用FE30K型電導(dǎo)率儀(瑞士METTLER TOLEDO公司)測(cè)定[26]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2013統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與整理，計(jì)算各指標(biāo)的平均值與耐鹽堿系數(shù)，利用SPSS 21.0軟件進(jìn)行主成分分析、相關(guān)性分析、聚類分析及逐步回歸等多元分析。相關(guān)指標(biāo)計(jì)算參照李琳等[27]的方法。

耐鹽堿系數(shù)(saline-alkaline tolerance coefficient，SATC)：

SATC(%)=鹽堿脅迫處理測(cè)定值/對(duì)照處理測(cè)定值×100%

(1)

不同綠豆品種各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值：

U(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)×100%
j=1,2,,…,n

(2)

式中,Xj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)，U(Xj)表示第j個(gè)綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，Xmin與Xmax分別表示第j個(gè)綜合指標(biāo)的最小值與最大值。

不同基因型綠豆綜合指標(biāo)的權(quán)重：

(3)

式中,Wj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的重要程度即權(quán)重，Pj為各基因型綠豆第j個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。

不同基因型綠豆的綜合耐鹽堿能力：

(4)

式中,D為各綠豆品種在鹽堿脅迫條件下的耐鹽堿性綜合評(píng)價(jià)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基因型綠豆各單項(xiàng)指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)及相關(guān)關(guān)系分析

由表2可知，不同基因型綠豆在鹽堿脅迫處理下，植株生長(zhǎng)均受到不同程度的抑制，其中各綠豆品種出苗率(ER)、幼苗葉片凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、PSII最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、PSII實(shí)際光化學(xué)效率(ΦPSII)、株高(PLH)、根長(zhǎng)(RL)、地上鮮重(FWG)、地下鮮重(FWUG)、地上干重(DWG)、地下干重(DWUG)、植株含水量(PWC)、葉綠素含量(Chl)與對(duì)照處理相比，均有所下降(SATC<1)，葉片胞間CO2濃度(Ci)、初始熒光(F0)、丙二醛(MDA)、游離脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)含量及相對(duì)電導(dǎo)率(REC)與對(duì)照處理相比均有所增加(SATC>1)，但不同基因型綠豆各單項(xiàng)指標(biāo)的變化幅度不盡相同，因此利用單一性狀耐鹽堿系數(shù)評(píng)價(jià)綠豆品種萌發(fā)期和苗期的耐鹽堿性可能會(huì)得到不同或者相反的結(jié)果。從綠豆耐鹽堿系數(shù)間的相關(guān)系數(shù)可以看出(表3)，各指標(biāo)之間存在著顯著或極顯著相關(guān)性，從而使得它們所提供的信息發(fā)生重疊，影響耐鹽堿性的鑒定和篩選結(jié)果。為彌補(bǔ)單項(xiàng)指標(biāo)耐鹽堿性評(píng)價(jià)的不足，需在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步利用其他多元統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析。

表2不同基因型綠豆各單項(xiàng)指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)

Table 2 Saline-alkaline tolerance coefficient of each individual indicator of different genotypes of mung bean

品種VarietiesERPnCiTrGsF0Fv/FmΦPSIIPLHRLFWGFWUGDWGDWUGPWCChlMDAProSSRECLF20．870．5631．2790．3840．7681．0480．6630．6870．8170．7520．570．570．9530．7690．910．9181．6271．2751．211．292LF30．7660．3431．0540．3460．6361．4690．6050．650．7560．7290．6040．620．9760．7470．9660．9251．5931．311．0571．34LF50．9110．3451．3020．3630．6361．3270．7820．8530．8690．7090．5990．5890．9810．8840．9490．9151．7021．0561．1071．51NL10．6750．4491．3780．5120．9811．220．9880．7830．6570．6220．4550．4630．8260．970．9530．9141．3581．7741．0811．222GL10．9230．5721．1980．2990．8811．3220．6750．7510．8570．7360．520．5640．930．8520．9780．8071．3571．1671．0771．037GL20．7260．5581．1650．5930．6641．3870．880．7730．7360．6180．5620．5980．9350．7010．8790．9881．3251．3121．0241．163JL30．7620．4691．390．2440．7261．0260．4250．650．7540．7530．5880．6110．8220．8160．8250．6341．2551．1881．1481．238JL50．9120．3381．4340．2070．5011．2390．6630．9130．8670．7840．730．8020．9010．9650．960．9271．0671．021．1231．519JL60．9950．4281．1530．5410．7731．1450．6180．6640．9530．8290．6650．7140．8060．7350．9020．871．5631．1971．0781．099JL70．8410．4581．1060．2910．8541．3730．9990．7810．8250．6680．5820．6050．9450．8660．8640．9321．3171．1471．0741．203JL90．8380．5771．3780．3840．9361．1150．9640．7370．8610．6670．540．5540．880．7620．8910．9671．2041．1861．1311．341BL10．8020．5891．1080．2250．4061．1640．5160．7410．770．6990．5610．6320．9520．8860．870．7431．2121．1381．1021．051BL90．9780．5641．3360．4060．641．3650．5140．7520．9580．8920．6770．6770．9470．8280．930．7771．071．6311．1171．101BL5220．7290．591．3520．530．621．1440．9040．5320．7360．6050．4460．4730．9570．630．9960．9051．4031．4051．0831．234TL30．8070．5381．4240．8030．7541．2950．4560．6550．7830．6610．5820．6360．9850．720．8860．7551．4861．5721．1021．497TL50．8510．3591．0960．3390．781．3820．4270．6410．8340．650．4160．4150．9490．6970．9380．9961．1681．0531．11．29LL80．8540．4441．4380．2950．7781．0580．980．6870．8560．5870．6370．6610．9380．7690．8850．71．261．3871．0761．241LL100．8960．5711．3130．5030．9671．3910．6830．6880．8520．7640．5440．5630．8220．880．8390．9031．3231．4611．0951．069DYGL0．8840．441．2560．4190．7971．3180．4590．6080．8370．7330．5590．5610．8690．6490．8040．9561．0021．271．1041．112ZL10．5550．3111．1110．2430．7251．3340．5310．6250．570．5160．30．3320．9951．0130．8920．7731．0321．1731．1861．09ZL40．850．4421．3490．290．9131．4340．50．5510．8270．570．5820．6050．8510．6870．9330．7711．1271．3571．2041．068ZL60．7160．3271．1960．5070．6551．4910．8230．8120．730．6380．5880．6220．9760．7590．9130．9141．1171．21．0951．381ZL90．9590．4551．4310．230．9361．1640．7570．7950．8830．8260．7890．8540．8970．9170．8520．6851．1941．1491．1351．339JIL20．6730．4521．0290．160．7111．1960．5060．7030．7090．6570．8230．9010．8230．7710．9390．5181．0971．031．0941．4JIL70．9250．4521．340．2850．8011．0910．7580．8640．9110．820．4470．6220．8480．9520．8830．711．2991．2611．091．156JIL100．8740．5371．2540．2850．8021．4220．6360．7530．8780．8010．5620．5520．9230．6210．9240．9331．2831．1051．0311．084MLD0．5850．3421．4740．5170．6181．1640．6160．5290．5810．5630．3480．3660．9930．6330．8220．9861．4021．4981．091．277YLLD0．7770．3411．210．3050．6711．4760．6930．7180．830．7490．6140．6810．9050．8250．9410．6861．4881．1231．0791．427CL30．8690．3271．3260．2460．761．1760．5780．9240．8290．8110．6150．6430．9830．8080．890．7171．2681．4511．1431．043XL10．7840．3421．4080．2460．8441．1180．7660．6690．750．5120．550．5780．9110．8940．9820．891．1271．2971．0621．327

注：ER：出苗率；Pn：凈光合速率；Ci：胞間CO2濃度；Tr：蒸騰速率；Gs：氣孔導(dǎo)度；F0：初始熒光；Fv/Fm：PSII最大光化學(xué)效率；ΦPSII：PSII實(shí)際光化學(xué)效率；PLH：株高；RL：根長(zhǎng)；FWG：地上鮮重；FWUG：地下鮮重；DWG：地上干重；DWUG：地下干重；PWC：植株含水量；Chl：葉綠素；MDA：丙二醛；Pro：游離脯氨酸；SS：可溶性糖；REC：相對(duì)電導(dǎo)率。下同。

Note:ER, emergence rate;Pn, net photosynthetic rate;Ci, intercellular CO2concentration;Tr, transpiration rate;Gs, stomatal conductance;F0, initial fluorescence;Fv/Fm, maximum photochemical efficiency of PSII;ΦPSII, actual photochemical efficiency of PSII;PLH, plant height;RL, root length;FWG, aboveground fresh weight;FWUG, underground fresh weight;DWG, aboveground dry matter weight;DWUG, underground dry matter weight;PWC, plant water content;Chl, chlorophyll content;MDA, malondialdehyde content;Pro, free proline content;SS, soluble sugar content;REC, relative electrical conductivity. The same below.

表3 鹽堿脅迫條件下綠豆幼苗各單項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣Table 3 Correlation matrix of every individual indicator in mung bean seedlings under saline-alkaline condition

注：*和**分別表示P<0.05和P<0.01的顯著水平。

Note: *and ** significant level atP<0.05 andP<0.01.

2.2 不同基因型綠豆耐鹽堿性評(píng)價(jià)指標(biāo)的主成分分析

利用SPSS 21.0軟件對(duì)20個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)進(jìn)行主成分分析(表4)，前8個(gè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率分別為21.96%、13.13%、11.51%、9.52%、7.74%、6.42%、5.04%和4.82%(表4)，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)80.14%，其余可忽略不計(jì)。這樣把原來(lái)的20個(gè)具有相互關(guān)聯(lián)的單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為8個(gè)新的相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)(Comprehensive index，CI)，分別定義為第1(CI1)至第8(CI8)主成分，能代表20個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的絕大部分信息。通過(guò)分析不同綜合指標(biāo)的各特征向量可以看出，CI1中FWUG、FWG的系數(shù)較大；CI2中Pn、Tr的系數(shù)較大；CI3中SS、MDA的系數(shù)較大；CI4中Fv/Fm、Ci的系數(shù)較大；CI5中REC、DWUG的系數(shù)較大；CI6中DWG、SS的系數(shù)較大；CI7中的Gs、Pn系數(shù)較大；CI8中F0、Pro的系數(shù)較大。綜合分析上述結(jié)果，F(xiàn)WUG、Pn、SS、Fv/Fm、REC、DWG、Gs、F0可作為綠豆耐鹽堿性的綜合鑒定指標(biāo)。

2.3 不同基因型綠豆耐鹽堿性的綜合評(píng)價(jià)

2.3.1 隸屬函數(shù)分析 根據(jù)公式(2)計(jì)算不同基因型綠豆各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值U(Xj)。從表5可以看出，對(duì)于某一綜合指標(biāo)而言如CI1，在鹽堿脅迫處理?xiàng)l件下，ZL1的U(Xj)最小，表明此品種在CI1表現(xiàn)為對(duì)鹽堿脅迫高度敏感，而JIL2的U(Xj)最大，表明此品種在該綜合指標(biāo)上表現(xiàn)為高度耐鹽堿。

2.3.2 權(quán)重確定 根據(jù)各綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率大小，利用公式(3)計(jì)算不同綜合指標(biāo)的權(quán)重值Wj。經(jīng)計(jì)算，8個(gè)綜合指標(biāo)的權(quán)重分別為0.274、0.164、0.144、0.119、0.097、0.080、0.063和0.060(見(jiàn)表5)。

2.3.3 品種綜合評(píng)價(jià)及分類 應(yīng)用公式(4)計(jì)算不同基因型綠豆耐鹽堿綜合評(píng)價(jià)值D值，并依據(jù)D值對(duì)其耐鹽堿能力進(jìn)行排序(表5)。其中ZL9的D值最大，表明其耐鹽堿能力最強(qiáng)；MLD的D值最小，表明其耐鹽堿能力最弱。

采用組間連接距離聚類法對(duì)D值進(jìn)行聚類分析，建立了聚類樹(shù)狀圖(圖1)，將30份不同基因型綠豆劃分為4類：ZL9、LF2、JL9和TL3為第I類，屬于高度耐鹽堿類型；JIL2、JL7、BL9、JL5和LL8等13份品種為第II類，屬于中度耐鹽堿類型；BL1、JIL10、NL1、JIL7和LF3等10份品種為第III類，屬于鹽堿敏感型；TL5、ZL1和MLD為第IV類，屬于鹽堿高度敏感型。

2.3.4 回歸模型建立及鑒定指標(biāo)篩選 為分析各農(nóng)藝性狀及生理生化指標(biāo)與綠豆品種耐鹽堿性間的關(guān)系，篩選可靠的耐鹽堿性鑒定指標(biāo)，探討可用于綠豆苗期耐鹽堿性評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型，把不同基因型各單項(xiàng)指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)(SATC)作為自變量，耐鹽堿性綜合評(píng)價(jià)值(D值)作為因變量進(jìn)行逐步回歸分析，建立最優(yōu)回歸方程：D=-1.860+0.592Pn+0.190REC+0.240Fv/Fm+0.865SS+0.150F0+0.283DWG+0.455FWUG，方程決定系數(shù)R2=0.9856，P=0.0001。由方程可知，20個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)中有7個(gè)指標(biāo)對(duì)綠豆苗期耐鹽堿性有顯著影響，分別是Pn、REC、Fv/Fm、SS、F0、DWG和FWUG。對(duì)回歸方程的估計(jì)精度進(jìn)行評(píng)價(jià)(表6)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同基因型綠豆估計(jì)精度均在94.385%以上，說(shuō)明本方程中的指標(biāo)對(duì)綠豆苗期耐鹽堿性影響明顯，可以用于綠豆耐鹽堿性評(píng)價(jià)，即在相同條件下測(cè)定其他品種綠豆的上述7個(gè)指標(biāo)，并計(jì)算其耐鹽堿系數(shù)，進(jìn)而利用該方程預(yù)測(cè)相應(yīng)品種的耐鹽堿性。

表4 各綜合指標(biāo)CIx的系數(shù)及貢獻(xiàn)率Table 4 Coefficients and proportion of comprehensive indicators (CIx)

表5 不同基因型綠豆的耐鹽堿性綜合指標(biāo)值、權(quán)重、U(Xj)、D值及綜合評(píng)價(jià)Table 5 The comprehensive indicator values, index weight, U(Xj), D values and comprehensive evaluation of saline-alkaline tolerance for each variety

續(xù) 表

品種VarietiesCI1CI2CI3CI4CI5CI6CI7CI8U(X1)U(X2)U(X3)U(X4)U(X5)U(X6)U(X7)U(X8)D值Dvalue綜合評(píng)價(jià)ComprehensiveevaluationZL6-0．572-1．0401．1950．175-0．130-0．1570．2841．8150．5090．0560．3810．6930．7140．8970．4331．0000．514中度耐鹽堿Moderatesaline-alkalinetoleranceZL91．9290．039-0．8040．9960．346-0．0290．5550．5430．9180．5140．5940．5790．6260．4790．9200．2980．665高度耐鹽堿Highsaline-alkalinetoleranceJIL21．087-2．130-0．713-0．4521．292-3．080-0．577-0．1251．0000．5040．3750．1410．7520．0860．5290．3660．562中度耐鹽堿Moderatesaline-alkalinetoleranceJIL71．0320．490-0．6800．781-1．1040．719-0．952-0．3900．5090．5030．3520．5800．2470．2190．6870．1400．435敏感SensitiveJIL100．2590．6490．955-1．463-0．918-0．3710．000-0．2910．3860．8070．0390．3680．0980．6160．6880．8520．441敏感SensitiveMLD-2．6160．159-0．4310．2821．5760．874-0．1750．3720．0580．1090．3520．3340．4990．9890．3690．2980．293高度敏感Highsaline-alkalinetoleranceYLLD0．440-1．0891．041-0．0320．384-0．4840．3610．3050．6140．1060．2980．4670．8090．5220．4600．9680．491中度耐鹽堿Moderatesaline-alkalinetoleranceCL30．750-0．262-0．5860．177-0．2401．867-0．7361．0460．5460．0550．6420．2660．0130．9370．6150．3230．417敏感SensitiveXL1-0．502-0．633-0．2361．583-0．537-0．9191．047-0．4100．4320．1090．2060．5940．6020．5520．7610．1990．398敏感sensitive權(quán)重Weight0．2740．1640．1440．1190．0970．0800．0630．060

圖1 30個(gè)綠豆品種的聚類樹(shù)狀圖Table 1 The dendrogram of clusters for 30 mung bean varieties

表6 回歸方程的估計(jì)精度分析Table 6 Analysis of evaluation accuracy of equation

3 討論與結(jié)論

已有大量研究表明，作物在鹽堿逆境條件下，也會(huì)通過(guò)改變生長(zhǎng)、形態(tài)以及滲透調(diào)節(jié)、離子平衡、光合過(guò)程等綜合反應(yīng)及眾多生理生化途徑來(lái)適應(yīng)逆境條件，進(jìn)而調(diào)整生物量分配來(lái)構(gòu)建和維持逆境下植株的存活和生長(zhǎng)[32-33]。因此，作物耐鹽堿性是受多因子影響的復(fù)雜性狀，極易受自身遺傳背景及外界環(huán)境的影響，孤立使用某些單項(xiàng)指標(biāo)很難準(zhǔn)確、客觀地反映作物的耐鹽堿本質(zhì)。同時(shí)，眾多評(píng)價(jià)指標(biāo)間存在一定的相關(guān)性，導(dǎo)致它們所提供的鹽堿響應(yīng)的信息發(fā)生交叉重疊，且其重要程度不盡相同[21,27,34]。為此，本研究基于國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者已篩選出多種與作物耐鹽堿性相關(guān)的形態(tài)、生理生化和代謝等方面的指標(biāo)，選用其中較為便捷、直觀、簡(jiǎn)易的20個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，并在此基礎(chǔ)上運(yùn)用多元分析方法對(duì)綠豆苗期耐鹽堿能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

本研究基于對(duì)照處理及鹽堿脅迫處理下不同基因型綠豆幼苗的20個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)，計(jì)算得到各單項(xiàng)指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)，利用主成分分析，將20個(gè)指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)轉(zhuǎn)換為8個(gè)獨(dú)立的綜合指標(biāo)，并得到不同品種綠豆幼苗的耐鹽堿綜合評(píng)價(jià)值(D值)，參照D值聚類分析結(jié)果，較為客觀地將各參試綠豆品種劃分為高度耐鹽堿、中度耐鹽堿、敏感和高度敏感等4種類型。進(jìn)一步使用逐步回歸法建立了可靠的綠豆幼苗耐鹽堿性評(píng)價(jià)模型D=-1.860+0.592Pn+0.190REC+0.240Fv/Fm+0.865SS+0.150F0+0.283DWG+0.455FWUG，篩選出Pn、REC、Fv/Fm、SS、F0、DWG和FWUG等7個(gè)明顯影響綠豆幼苗耐鹽堿能力的單項(xiàng)指標(biāo)。通過(guò)測(cè)定這7項(xiàng)指標(biāo)，在相同脅迫條件下，應(yīng)用該綜合評(píng)價(jià)模型可以有效預(yù)測(cè)參試綠豆品種的耐鹽堿性強(qiáng)弱，為綠豆抗逆栽培、種質(zhì)資源鑒定及良種選育提供科學(xué)依據(jù)。

一般認(rèn)為，植物受到鹽堿脅迫影響的首要生理過(guò)程是光合作用[35]，氣孔、非氣孔因素以及光合作用機(jī)制在鹽堿逆境下發(fā)生改變進(jìn)而影響植物的凈光合速率[36]。其中，非氣孔因素主要由1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)活性和光合電子傳遞至1，5-二磷酸核酮糖(RuBP)的再生能力所決定[37-38]。此外，F(xiàn)orni等[39]報(bào)道認(rèn)為鹽堿脅迫對(duì)植物的傷害也體現(xiàn)在短期的水分代謝平衡失調(diào)，組織器官相對(duì)含水量減少，而且存在長(zhǎng)效的離子毒害。為了盡可能保持水分以進(jìn)行正常代謝，植物體內(nèi)往往會(huì)積累大量的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)(如脯氨酸、可溶性糖等)。本研究將聚類與逐步回歸分析結(jié)果相互驗(yàn)證，得到各耐鹽堿綠豆品種幼苗的生理生化表現(xiàn)特征，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)耐鹽堿綠豆品種幼苗在鹽堿逆境條件下Pn、Fv/Fm、DWG和FWUG保持較高水平，而REC、F0、SS較低，說(shuō)明在相同鹽堿環(huán)境下，此類綠豆品種幼苗擁有較強(qiáng)的逆境保護(hù)機(jī)制，受到傷害較輕，進(jìn)而有利于光合產(chǎn)物的高效積累，最終提升了綠豆植株的耐鹽堿能力。

綜上所述，本試驗(yàn)將參試的30個(gè)不同基因型綠豆品種分成強(qiáng)耐鹽堿型(4個(gè))、中度耐鹽堿型(13個(gè))、鹽堿敏感型(10個(gè))和鹽堿高度敏感型(3個(gè))，其中中綠9號(hào)、綠豐2號(hào)、吉綠9號(hào)和洮綠3號(hào)為高度耐鹽堿型綠豆品種。凈光合速率(Pn)、相對(duì)電導(dǎo)率(REC)、最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、可溶性糖含量(SS)、初始熒光(F0)、地上干重(DWG)、地下鮮重(FWUG)可以作為綠豆耐鹽堿性鑒定指標(biāo)。耐鹽堿能力較強(qiáng)的綠豆品種幼苗在鹽堿逆境條件下凈光合速率、最大光化學(xué)效率、地上干重和地下鮮重較高，而相對(duì)電導(dǎo)率、初始熒光、可溶性糖含量均保持在較低水平。