24份玉米品種萌發(fā)期耐堿性的綜合評(píng)價(jià)

鄧杰 ，李婷 ，蔡書婷 ，周凱凱 ，高樹仁

（1.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，大慶 163319；2.大慶市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局）

土壤鹽堿化是影響農(nóng)作物生長(zhǎng)，制約農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)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(guó)重要的糧食主產(chǎn)區(qū)和商品糧基地，同時(shí)也是我國(guó)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(diǎn)[5]。鹽堿地生態(tài)改良是世界公認(rèn)的難題，一般通過(guò)兩方面進(jìn)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(zhǎng)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(dá)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(nóng)作物，2019年大慶市農(nóng)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(yán)重減產(chǎn)[13]。萌發(fā)期作為玉米整個(gè)生長(zhǎng)周期起點(diǎn)，是決定玉米能否在鹽堿環(huán)境下生長(zhǎng)最關(guān)鍵的時(shí)期。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)玉米耐鹽堿種質(zhì)資源做了大量篩選、鑒定等研究，包括本地區(qū)的種質(zhì)資源[14-15]以及從其他地區(qū)引入的資源[16]進(jìn)行耐鹽堿鑒定，對(duì)現(xiàn)有的玉米品種及自交系進(jìn)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(fù)合鹽堿為少數(shù)。對(duì)松嫩平原大慶地區(qū)主要的玉米品種進(jìn)行輕度復(fù)合堿條件[20]篩選鮮有報(bào)道。因此，研究以大慶地區(qū)市售的玉米品種為研究對(duì)象，用NaHCO3與Na2CO3復(fù)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(jìn)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(biāo)。

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(duì)大慶市農(nóng)資種子市場(chǎng)隨機(jī)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(dá) F085、豫禾 368、德禹 101、翔玉998、金博士 717、吉農(nóng)玉 309、九圣禾 551、鐵研 123、中單308、布魯克1099、南北5號(hào)、京農(nóng)科728、C3061、齊玉5號(hào)、龍育6號(hào)、九龍14、協(xié)玉306。

1.2 試驗(yàn)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(wú)菌水沖洗后，在輕度蘇打堿溶液中浸泡6 h，堿溶液設(shè)置為nNaHCO3∶nNa2CO3=9∶1，濃度為 100 mmol·L-1，pH=8.5，電導(dǎo)率為8.17 ms·cm-1，根據(jù)電導(dǎo)法測(cè)定全鹽量的相關(guān)方程計(jì)算出堿溶液總鹽量為2.57%[14]。利用紙間發(fā)芽法對(duì)種子進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，將浸種后的種子在發(fā)芽盒內(nèi)均勻擺放后，用蘇打堿溶液打濕濾紙。無(wú)菌水作為對(duì)照，每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)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(wú)菌水補(bǔ)充損失的水分。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)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(shí)移出，更換新的濾紙，記錄發(fā)芽數(shù)量，以萌發(fā)幼芽達(dá)種子長(zhǎng)度1/2為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)記錄7 d，最后一天測(cè)量所有發(fā)芽種子的胚根長(zhǎng)度（RL，Root length）及胚芽長(zhǎng)度（PL，Plant length）。

根據(jù)種子發(fā)芽情況計(jì)算各指標(biāo)公式如下：

發(fā)芽勢(shì)（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(shí)間種子發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)發(fā)芽時(shí)間；

活力指數(shù)（VI）=GI×S，S為第 7天胚芽長(zhǎng)度。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)方法

利用Excel2003對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)隸屬函數(shù)值計(jì)算，用SPSS20.0進(jìn)行方差分析及聚類分析。

以每個(gè)性狀3次重復(fù)測(cè)定值的平均值為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用性狀相對(duì)值來(lái)進(jìn)行耐堿性的綜合評(píng)價(jià)，按公式（1）計(jì)算耐堿系數(shù)（AC），按公式（2）計(jì)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(duì)照處理下某一性狀測(cè)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(duì)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(qiáng)，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(jié)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(gè)玉米品種的6個(gè)萌發(fā)性狀在對(duì)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(gè)萌發(fā)性狀的平均數(shù)值均低于對(duì)照；活力指數(shù)、胚芽長(zhǎng)度及胚根長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)差低于對(duì)照，其余性狀均高于對(duì)照；6個(gè)性狀變異系數(shù)均高于對(duì)照，對(duì)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(zhǎng)度）～61.73%（活力指數(shù)），堿處理中變異系數(shù)超過(guò)50%的2個(gè)性狀分別是活力指數(shù)和胚根長(zhǎng)。堿處理的變異系數(shù)范圍較對(duì)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(duì)堿處理反應(yīng)差異變化大，可進(jìn)行堿條件下玉米品種適應(yīng)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(guò)表2可以看出，6個(gè)萌發(fā)性狀在品種間、處理間及品種與處理交互效應(yīng)中均表現(xiàn)達(dá)到極顯著差異水平，表明堿脅迫對(duì)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(duì)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(guò)各玉米品種萌發(fā)性狀的耐堿系數(shù)對(duì)比（見(jiàn)表3）可知，堿處理對(duì)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(nóng)科728 5個(gè)品種的發(fā)芽勢(shì)耐堿系數(shù)大于1。恒育218、阜研 58、豐禾 726、聯(lián)達(dá) F085、豫禾 368及京農(nóng)科728 6個(gè)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(gè)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(zhǎng)度及胚根長(zhǎng)度耐堿系數(shù)均小于1。以上結(jié)果表明輕度堿溶液可能會(huì)促進(jìn)某些玉米品種的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率及發(fā)芽速率，但是經(jīng)過(guò)堿脅迫的玉米種子胚芽長(zhǎng)度、胚根長(zhǎng)度及活力指數(shù)受到不同程度抑制作用。

表3 24個(gè)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(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)供試材料堿脅迫下各性狀的隸屬函數(shù)分析（見(jiàn)表4），計(jì)算出24個(gè)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(nèi)變化，均值越大，等級(jí)越高，對(duì)堿脅迫的耐性越強(qiáng)。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(biāo)，采用組建連接、以平方Euclidean度量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，結(jié)果見(jiàn)圖2。以距離15為分割點(diǎn)，可將24份供試材料分為4類：

第Ⅰ類為耐堿性材料，共2個(gè)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(dá) F085、春玉 101、C3061、先玉1111及京農(nóng)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(gè)品種，分別為翔玉998、稷秾1205、金博士 717、協(xié)玉 306、齊玉5號(hào)、德禹101、九龍14、南北5號(hào)、龍育6號(hào)、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(gè)品種，分別為中單308、鐵研123及吉農(nóng)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(zhǎng)發(fā)育的前提，通過(guò)測(cè)定種子在鹽堿脅迫下萌發(fā)期的各項(xiàng)發(fā)芽指標(biāo)，從而評(píng)價(jià)耐鹽堿能力，是目前認(rèn)為最簡(jiǎn)單、最直接、應(yīng)用最廣泛的鑒定方法[21-22]。很多學(xué)者通過(guò)種子在鹽堿脅迫下萌發(fā)期的性狀表現(xiàn)進(jìn)行資源篩選和評(píng)價(jià)，高春華等[23]利用150 mmol·L-1NaCl鹽溶液對(duì)38個(gè)高粱品種進(jìn)行芽期耐鹽性的篩選和評(píng)價(jià)時(shí)，結(jié)果表明除根冠比外，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、根長(zhǎng)和葉長(zhǎng)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(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)隨堿脅迫強(qiáng)度增加，玉米種子發(fā)芽率、胚生長(zhǎng)、植株生長(zhǎng)、生物量均有明顯降低的變化趨勢(shì)。李珍等[25]對(duì)飼用燕麥品種種子萌發(fā)期耐鹽堿性研究后認(rèn)為復(fù)合鹽堿脅迫下發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)是評(píng)價(jià)耐鹽堿性強(qiáng)弱最主要指標(biāo)。朱曉旭[26]研究表明在低鹽堿脅迫下耐堿能力強(qiáng)的板藍(lán)根種子發(fā)芽率高于其對(duì)照處理，當(dāng)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(zhǎng)均受到促進(jìn)作用，隨著處理濃度升高則對(duì)小麥種苗造成傷害，抑制其生長(zhǎng)。不同作物在不同鹽堿類型及濃度條件下處理時(shí)，即使測(cè)定指標(biāo)不同，但結(jié)果趨于一致，低濃度鹽堿溶液會(huì)促進(jìn)耐鹽堿種子的萌發(fā)及生長(zhǎng)，中、高濃度堿溶液會(huì)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(fù)合堿溶液作為篩選條件，鹽度、pH等理化性質(zhì)更符合該地區(qū)的實(shí)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(jié)果表明，供試玉米品種在堿脅迫下6個(gè)萌發(fā)性狀的平均值較對(duì)照呈不同程度下降、變異系數(shù)較對(duì)照均呈現(xiàn)不同程度增加趨勢(shì)，表明供試品種在堿脅迫下萌發(fā)生長(zhǎng)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(duì)供試品種進(jìn)行耐堿性篩選和評(píng)價(jià)。通過(guò)耐堿系數(shù)分析后，發(fā)現(xiàn)恒育218、豐禾7 262個(gè)品種的發(fā)芽勢(shì)、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(nóng)科7 282個(gè)品種的發(fā)芽勢(shì)、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(shuō)明這5個(gè)品種可能是耐堿玉米品種，也表明和前人研究結(jié)果一致。

堿脅迫對(duì)作物生長(zhǎng)影響復(fù)雜，不同作物、同一作物不同品種對(duì)堿脅迫的響應(yīng)機(jī)制不同[28-30]，多種分析方法都可以用以評(píng)價(jià)玉米種質(zhì)資源的耐鹽堿能力[31-32]。研究利用多個(gè)萌發(fā)期指標(biāo)對(duì)供試材料進(jìn)行全面分析，將發(fā)芽率等6項(xiàng)指標(biāo)耐堿系數(shù)的隸屬函數(shù)均值進(jìn)行聚類分析，評(píng)價(jià)出品種的耐堿性。通過(guò)綜合分析對(duì)供試品種鑒定出2個(gè)耐堿玉米品種，分別是豐禾726及恒育218，可進(jìn)一步進(jìn)行苗期或大田耐鹽堿性研究。在以后的研究中可通過(guò)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(yīng)用具有一定指導(dǎo)意義。

4 結(jié)論

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