24份玉米品種萌發(fā)期耐堿性的綜合評價

鄧杰 ，李婷 ，蔡書婷 ，周凱凱 ，高樹仁

（1.黑龍江八一農墾大學農學院/黑龍江省現(xiàn)代農業(yè)栽培技術與作物種質改良重點實驗室，大慶 163319；2.大慶市農業(yè)農村局）

土壤鹽堿化是影響農作物生長，制約農業(yè)經(jīng)濟發(fā)展，危害生態(tài)環(huán)境的重要因素[1-3]。按所含鹽分類型將鹽堿土分為以氯化鈉（NaCl）、硫酸鈉（Na2SO4）等為主的中性鹽土和以碳酸鈉（Na2CO3）、碳酸氫鈉（NaHCO3）等堿性鹽為主的堿土[4]。松嫩平原是我國重要的糧食主產區(qū)和商品糧基地，同時也是我國最大的蘇打鹽堿地，土壤中的鹽分主要是碳酸鈉和碳酸氫鈉，具有鹽度高、pH高的特點[5]。鹽堿地生態(tài)改良是世界公認的難題，一般通過兩方面進行鹽堿化土壤的改良利用，一是改造土壤，降低土體鹽分和堿化度，為作物創(chuàng)造良好的生長環(huán)境條件[6-8]；二是選用耐鹽堿植物品種，挖掘品種自身的忍耐能力，從而達到直接利用鹽堿土的目的[9]。

大慶地處松嫩平原北部，該地區(qū)旱地耕作層土壤類型是輕、中度鹽堿土，鹽度變化范圍是0.693～3.307 g·kg-1，pH 變化范圍為 7.68～8.72，目前主要耕作的旱田土壤含鹽量＜1 g·kg-1，pH＜7.8，大面積鹽堿土壤未在種植業(yè)方面合理開發(fā)利用[10-12]。玉米是大慶市種植面積最大的農作物，2019年大慶市農作物播種面積 7.55×105ha，其中玉米播種面積 4.03×105ha，占總播種面積的53.38%。玉米是鹽堿敏感類型的作物，中度鹽堿條件可使玉米嚴重減產[13]。萌發(fā)期作為玉米整個生長周期起點，是決定玉米能否在鹽堿環(huán)境下生長最關鍵的時期。國內外學者對玉米耐鹽堿種質資源做了大量篩選、鑒定等研究，包括本地區(qū)的種質資源[14-15]以及從其他地區(qū)引入的資源[16]進行耐鹽堿鑒定，對現(xiàn)有的玉米品種及自交系進行耐鹽堿鑒定[17-19]，鹽堿類型主要以單純中性鹽、堿性鹽為主，復合鹽堿為少數(shù)。對松嫩平原大慶地區(qū)主要的玉米品種進行輕度復合堿條件[20]篩選鮮有報道。因此，研究以大慶地區(qū)市售的玉米品種為研究對象，用NaHCO3與Na2CO3復合堿脅迫模擬輕度堿土條件，比較輕度堿脅迫下不同玉米品種萌發(fā)期的鹽害特征，利用模糊隸屬函數(shù)方法進行綜合分析，篩選出萌發(fā)期耐堿性的玉米品種，為大慶鹽堿地區(qū)耐堿玉米品種的選育與選擇提供理論依據(jù)和參考指標。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試普通玉米品種為大慶市種子管理局對大慶市農資種子市場隨機抽樣獲取，共24份，分別是鳳田 111、先玉 1111、春玉 101、恒育 218、稷秾 1205、阜研 58、豐禾 726、聯(lián)達 F085、豫禾 368、德禹 101、翔玉998、金博士 717、吉農玉 309、九圣禾 551、鐵研 123、中單308、布魯克1099、南北5號、京農科728、C3061、齊玉5號、龍育6號、九龍14、協(xié)玉306。

1.2 試驗方法

1.2.1 鹽堿脅迫處理

選用籽粒飽滿、大小均勻一致的玉米種子用10%的NaClO溶液浸泡消毒20 min，無菌水沖洗后，在輕度蘇打堿溶液中浸泡6 h，堿溶液設置為nNaHCO3∶nNa2CO3=9∶1，濃度為 100 mmol·L-1，pH=8.5，電導率為8.17 ms·cm-1，根據(jù)電導法測定全鹽量的相關方程計算出堿溶液總鹽量為2.57%[14]。利用紙間發(fā)芽法對種子進行發(fā)芽試驗，將浸種后的種子在發(fā)芽盒內均勻擺放后，用蘇打堿溶液打濕濾紙。無菌水作為對照，每個處理3次重復，每個重復40粒種子，于人工氣候箱中25℃12 h光照、12 h黑暗條件培養(yǎng)，每天用無菌水補充損失的水分。

1.2.2 測定項目

從發(fā)芽第2日起，每天觀察發(fā)芽情況，將發(fā)霉的種子及時移出，更換新的濾紙，記錄發(fā)芽數(shù)量，以萌發(fā)幼芽達種子長度1/2為發(fā)芽標準，連續(xù)記錄7 d，最后一天測量所有發(fā)芽種子的胚根長度（RL，Root length）及胚芽長度（PL，Plant length）。

根據(jù)種子發(fā)芽情況計算各指標公式如下：

發(fā)芽勢（GP，%）=第4天正常發(fā)芽種子數(shù)量/供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽率（GR，%）=第7天正常發(fā)芽種子數(shù)量/供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑（Gt/Dt），式中 Gt為 t時間種子發(fā)芽數(shù)，Dt為相應發(fā)芽時間；

活力指數(shù)（VI）=GI×S，S為第 7天胚芽長度。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計方法

利用Excel2003對基礎數(shù)據(jù)進行整理計隸屬函數(shù)值計算，用SPSS20.0進行方差分析及聚類分析。

以每個性狀3次重復測定值的平均值為基礎數(shù)據(jù)，采用性狀相對值來進行耐堿性的綜合評價，按公式（1）計算耐堿系數(shù)（AC），按公式（2）計算耐堿系數(shù)的隸屬函數(shù)值。

（1）AC=Xi/CKii=1，2，3，……，n

（2）μ（ACi）=（ACi-ACimin）/（ACimax-ACimin）

式中Xi、CKi表示鹽堿脅迫、對照處理下某一性狀測定值。ACi、ACimax及ACimin分別為表示供試材料某一性狀的抗堿系數(shù)值、抗堿系數(shù)最大值及抗堿系數(shù)最小值。

對供試材料的萌發(fā)性狀隸屬函數(shù)值求平均值，平均值越大，耐鹽堿性越強，反之，耐鹽堿性越弱，根據(jù)隸屬函數(shù)均值做聚類分析。

2 結果與分析

2.1 玉米品種萌發(fā)性狀的差異分析

由表1可知，24個玉米品種的6個萌發(fā)性狀在對照（CK）及堿脅迫（AS，Alkalistress）下均表現(xiàn)出不同程度的變異。堿處理中6個萌發(fā)性狀的平均數(shù)值均低于對照；活力指數(shù)、胚芽長度及胚根長度的標準差低于對照，其余性狀均高于對照；6個性狀變異系數(shù)均高于對照，對照處理中變異系數(shù)變化范圍為19.62%（發(fā)芽率）～32.94%（活力指數(shù)），鹽堿處理中變異系數(shù)變化范圍為29.54%（胚芽長度）～61.73%（活力指數(shù)），堿處理中變異系數(shù)超過50%的2個性狀分別是活力指數(shù)和胚根長。堿處理的變異系數(shù)范圍較對照處理的變異系數(shù)范圍廣，表明供試品種的萌發(fā)性狀對堿處理反應差異變化大，可進行堿條件下玉米品種適應性的鑒定。

表1 24份玉米品種萌發(fā)性狀的變異情況Table 1 Variation of germination traits in 24 maize varieties

通過表2可以看出，6個萌發(fā)性狀在品種間、處理間及品種與處理交互效應中均表現(xiàn)達到極顯著差異水平，表明堿脅迫對不同品種的萌發(fā)性狀均有極顯著影響，可以繼續(xù)深入分析。

表2 堿脅迫對玉米種子萌發(fā)性狀的方差分析Table 2 Variance analysis of maize seed germination traits by alkali stress

2.2 玉米品種萌發(fā)性狀的耐堿性差異分析

通過各玉米品種萌發(fā)性狀的耐堿系數(shù)對比（見表3）可知，堿處理對供試品種萌發(fā)性狀有不同程度影響。先玉1111、恒育218、豐禾726、豫禾368及京農科728 5個品種的發(fā)芽勢耐堿系數(shù)大于1。恒育218、阜研 58、豐禾 726、聯(lián)達 F085、豫禾 368及京農科728 6個品種的發(fā)芽率耐堿系數(shù)大于1。恒育218、阜研58、豐禾726 3個品種的發(fā)芽指數(shù)耐堿系數(shù)大于1；所有品種的活力指數(shù)、胚芽長度及胚根長度耐堿系數(shù)均小于1。以上結果表明輕度堿溶液可能會促進某些玉米品種的發(fā)芽勢、發(fā)芽率及發(fā)芽速率，但是經(jīng)過堿脅迫的玉米種子胚芽長度、胚根長度及活力指數(shù)受到不同程度抑制作用。

表3 24個玉米品種萌發(fā)性狀的耐堿系數(shù)Table 3 Resistance coefficient of germination traits in 24 maize varieties

2.3 玉米品種萌發(fā)性狀的綜合評價

通過對供試材料堿脅迫下各性狀的隸屬函數(shù)分析（見表4），計算出24個玉米品種在堿脅迫后萌發(fā)性狀的隸屬函數(shù)值和隸屬函數(shù)均值，均值在0.005 3～0.935 1范圍內變化，均值越大，等級越高，對堿脅迫的耐性越強。均值大于0.8的品種2份，綜合得分在0.5～0.8間的品種共8份，14份品種的綜合得分小于0.5。

表4 玉米品種萌發(fā)性狀的隸屬函數(shù)值及綜合排名Table 4 Membership function values and comprehensive ranking of germination traits in maize varieties

續(xù)表4 玉米品種萌發(fā)性狀的隸屬函數(shù)值及綜合排名Continued table 4 Membership function values and comprehensive ranking of germination traits in maize varieties

以隸屬函數(shù)均值為指標，采用組建連接、以平方Euclidean度量標準進行系統(tǒng)聚類分析，結果見圖2。以距離15為分割點，可將24份供試材料分為4類：

第Ⅰ類為耐堿性材料，共2個品種，分別是豐禾726及恒育218，隸屬函數(shù)均值＞0.8，占供試材料的8.33%。

第Ⅱ類中耐堿性材料共8份，分別為豫禾368、阜研 58、鳳田 111、聯(lián)達 F085、春玉 101、C3061、先玉1111及京農科728，隸屬函數(shù)均值在0.5～0.8之間，占供試材料的33.33%。

第Ⅲ類為鹽堿一般敏感材料，共11個品種，分別為翔玉998、稷秾1205、金博士 717、協(xié)玉 306、齊玉5號、德禹101、九龍14、南北5號、龍育6號、布魯克1099及九圣禾551，隸屬函數(shù)均值在0.2～0.5之間，占供試材料的45.83%。

第Ⅲ類為堿敏感材料，共3個品種，分別為中單308、鐵研123及吉農玉309，隸屬函數(shù)均值小于0.2，占供試材料的12.50%。

圖1 玉米品種隸屬函數(shù)均值的聚類分析Fig.1 Cluster analysis of membership function values in maize varieties

3 討論

鹽堿脅迫條件下的種子能夠正常萌發(fā)出苗是保證植株正常生長發(fā)育的前提，通過測定種子在鹽堿脅迫下萌發(fā)期的各項發(fā)芽指標，從而評價耐鹽堿能力，是目前認為最簡單、最直接、應用最廣泛的鑒定方法[21-22]。很多學者通過種子在鹽堿脅迫下萌發(fā)期的性狀表現(xiàn)進行資源篩選和評價，高春華等[23]利用150 mmol·L-1NaCl鹽溶液對38個高粱品種進行芽期耐鹽性的篩選和評價時，結果表明除根冠比外，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根長和葉長均受到不同程度的抑制。景宇鵬等[24]研究玉米耐Na2CO3脅迫的生理響應時發(fā)現(xiàn)隨堿脅迫強度增加，玉米種子發(fā)芽率、胚生長、植株生長、生物量均有明顯降低的變化趨勢。李珍等[25]對飼用燕麥品種種子萌發(fā)期耐鹽堿性研究后認為復合鹽堿脅迫下發(fā)芽率、發(fā)芽勢是評價耐鹽堿性強弱最主要指標。朱曉旭[26]研究表明在低鹽堿脅迫下耐堿能力強的板藍根種子發(fā)芽率高于其對照處理，當堿脅迫濃度增加后，發(fā)芽率逐漸下降。于崧等[27]研究小麥種子在低濃度NaCl和NaHCO3處理下，萌發(fā)及生長均受到促進作用，隨著處理濃度升高則對小麥種苗造成傷害，抑制其生長。不同作物在不同鹽堿類型及濃度條件下處理時，即使測定指標不同，但結果趨于一致，低濃度鹽堿溶液會促進耐鹽堿種子的萌發(fā)及生長，中、高濃度堿溶液會抑制種子萌發(fā)。

根據(jù)大慶地區(qū)土壤鹽堿特征，利用NaHCO3和Na2CO3的復合堿溶液作為篩選條件，鹽度、pH等理化性質更符合該地區(qū)的實際情況，有利于篩選出適合該地區(qū)種植的玉米品種。研究結果表明，供試玉米品種在堿脅迫下6個萌發(fā)性狀的平均值較對照呈不同程度下降、變異系數(shù)較對照均呈現(xiàn)不同程度增加趨勢，表明供試品種在堿脅迫下萌發(fā)生長受到不同程度抑制。堿處理后，不同品種表現(xiàn)顯著差異，表明可以對供試品種進行耐堿性篩選和評價。通過耐堿系數(shù)分析后，發(fā)現(xiàn)恒育218、豐禾7 262個品種的發(fā)芽勢、發(fā)芽率及發(fā)芽指數(shù)耐堿系數(shù)都大于1，豫禾368及京農科7 282個品種的發(fā)芽勢、發(fā)芽率耐堿系數(shù)都大于1，阜研58在堿脅迫下發(fā)芽率及發(fā)芽指數(shù)耐堿系數(shù)大于1，說明這5個品種可能是耐堿玉米品種，也表明和前人研究結果一致。

堿脅迫對作物生長影響復雜，不同作物、同一作物不同品種對堿脅迫的響應機制不同[28-30]，多種分析方法都可以用以評價玉米種質資源的耐鹽堿能力[31-32]。研究利用多個萌發(fā)期指標對供試材料進行全面分析，將發(fā)芽率等6項指標耐堿系數(shù)的隸屬函數(shù)均值進行聚類分析，評價出品種的耐堿性。通過綜合分析對供試品種鑒定出2個耐堿玉米品種，分別是豐禾726及恒育218，可進一步進行苗期或大田耐鹽堿性研究。在以后的研究中可通過增加供試品種數(shù)量，篩選出更多適合大慶鹽堿地種植的玉米品種，為大慶地區(qū)種植玉米品種的選擇和應用具有一定指導意義。

4 結論

在輕度堿脅迫下，3個玉米品種的發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)、6個品種的發(fā)芽率具有促進作用，對所有品種的活力指數(shù)、胚芽長度及胚根長度有抑制作用，不同品種在堿脅迫條件下反應程度不同。通過隸屬函數(shù)分析，將24份供試玉米品種鹽堿級別分為4類，篩選到2份耐堿玉米品種（豐禾726及恒育218）。