16個(gè)玉米品種萌芽期耐旱性和耐鹽性評(píng)價(jià)

邱鵬程，苗永茂，杜永春，常國(guó)有，吳云霞

（1.鄂爾多斯市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古康巴什017000；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)中心，內(nèi)蒙古呼和浩特010011；3.達(dá)拉特旗種子管理站，內(nèi)蒙古樹(shù)林召014300；4.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010031）

玉米作為我國(guó)第一大農(nóng)作物，在農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)和工業(yè)等領(lǐng)域有著不可替代的用途[1]。在我國(guó)玉米種植區(qū)，干旱和鹽脅迫是影響產(chǎn)量穩(wěn)定的重要因素之一[2]。如何利用、改良鹽堿地并增加作物產(chǎn)量是亟待解決的全球性問(wèn)題[3]。本研究通過(guò)模擬玉米萌芽期干旱、鹽脅迫環(huán)境，通過(guò)萌芽期相關(guān)鑒定指標(biāo)的測(cè)定，利用加權(quán)隸屬函數(shù)法和GGE雙標(biāo)圖法綜合評(píng)價(jià)玉米品種抗性，篩選出的抗逆品種，可推薦進(jìn)行種植檢驗(yàn)，建立的評(píng)價(jià)鑒定體系可為品種選育、種質(zhì)資源鑒定提供參考。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試材料為16個(gè)玉米品種，包括鄂爾多斯市滿(mǎn)世通科技種業(yè)有限公司提供的伊單131、伊單52、伊單81、伊單507和滿(mǎn)世通526。鄂爾多斯市勝豐種業(yè)有限公司提供的勝豐青貯2號(hào)、勝豐177、勝豐157、勝豐162、勝豐167和勝豐10。內(nèi)蒙古真金種業(yè)科技有限公司提供的真金308、真金327、真金328、真金329和真金3305。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

每個(gè)品種選25粒飽滿(mǎn)的種子，用0.1%的高錳酸鉀溶液消毒10 min，清水洗2遍，將種子放入鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿，加入20 mL 15%和20%的PEG-6000溶液模擬玉米萌芽期干旱脅迫環(huán)境，對(duì)照為清水，3次重復(fù)。

用20 mL 220 mmol/L、300 mmol/L的NaCl溶液模擬玉米萌芽期鹽脅迫環(huán)境，清水為對(duì)照，3次重復(fù)。每隔1 d在發(fā)芽盒中更換PEG-6000和NaCl溶液維持脅迫程度并統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)。計(jì)算發(fā)芽勢(shì)（第4天的發(fā)芽率）、發(fā)芽率（第8天的發(fā)芽率）、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)受害率和種子芽期耐鹽（旱）指數(shù)[4]。

式中，P2、P4、P6、P8分別為脅迫2、4、6、8 d的發(fā)芽率[4]。

1.3 玉米耐鹽和耐旱性的綜合性評(píng)價(jià)

以供試品種的各鑒定指標(biāo)為依據(jù)，利用加權(quán)隸屬函數(shù)法對(duì)品種進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[5]。

隸屬函數(shù)值計(jì)算公式為

式中，Xi為指標(biāo)測(cè)定值；Xmin、Xmax分別為樣品某一指標(biāo)的最小值和最大值。

權(quán)重計(jì)算公式為

式中，CVi為各供試材料的變異系數(shù)；Wi為CVi在總變異中所占比率。

綜合評(píng)價(jià)D值計(jì)算公式為

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析。用GGE-biplot軟件對(duì)不同脅迫處理進(jìn)行疊圖法分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱和鹽脅迫對(duì)玉米發(fā)芽的影響

由表1可知，對(duì)照清水處理后玉米的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率分別為54.00%、97.00%。15% PEG-6000脅迫處理下玉米各品種發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率分別為22.00%、40.00%，與對(duì)照相比，發(fā)芽勢(shì)降低32個(gè)百分點(diǎn)，發(fā)芽率降低57個(gè)百分點(diǎn)，耐旱指數(shù)平均為0.46，相對(duì)受害率為59.00%。20% PEG-6000脅迫下各品種發(fā)芽勢(shì)平均值降低43個(gè)百分點(diǎn)，發(fā)芽率平均值降低76個(gè)百分點(diǎn)，各品種耐旱指數(shù)為0.23，相對(duì)受害率為78.00%。結(jié)果表明，干旱脅迫對(duì)發(fā)芽率的抑制作用大于發(fā)芽勢(shì)，15% PEG-6000對(duì)玉米發(fā)芽有抑制作用，20% PEG-6000脅迫處理的抑制作用更為明顯。

表1 干旱脅迫對(duì)玉米發(fā)芽的影響

由表2可知，220 mmol/L NaCl脅迫下各品種的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率分別為4.00%、12.00%，與對(duì)照相比，發(fā)芽勢(shì)降低50個(gè)百分點(diǎn)，發(fā)芽率降低85個(gè)百分點(diǎn)，耐鹽指數(shù)為0.11，相對(duì)受害率為88.00%。300 mmol/L NaCl脅迫下各品種的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率分別為10.00%、21.00%，與對(duì)照相比，發(fā)芽勢(shì)降低53個(gè)百分點(diǎn)，發(fā)芽率降低87個(gè)百分點(diǎn)，耐鹽指數(shù)為0.07，相對(duì)受害率為9.00%。

表2 鹽脅迫對(duì)玉米發(fā)芽的影響

2.2 基于GGE疊圖法分析玉米萌芽期耐旱耐鹽性

利用GGE疊圖法分析16個(gè)玉米品種萌芽期耐旱和耐鹽性。由圖1可知，PEG-6000干旱脅迫GGE疊圖展示了各處理真實(shí)信息的94.6%。將G1、G3、G2、G5和G4用直線連接，組成了一個(gè)多邊形。通過(guò)中心對(duì)每條邊作垂線，將雙標(biāo)圖分為幾個(gè)扇區(qū)，品種分布在扇區(qū)，每個(gè)分區(qū)內(nèi)的頂角處理就是該分區(qū)包含的所有性狀指標(biāo)的最優(yōu)處理[6]。結(jié)果表明，干旱脅迫下伊單131和伊單81發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽率表現(xiàn)較好，真金308干旱受害相對(duì)較輕。

圖1 玉米耐旱性GGE分析

由圖2可知，鹽脅迫GGE疊圖展示了各處理真實(shí)信息的99.4%。結(jié)果表明，伊單81在220 mmol/L NaCl脅迫下發(fā)芽率、耐鹽指數(shù)、相對(duì)發(fā)芽率和300 mmol/L NaCl脅迫下發(fā)芽勢(shì)表現(xiàn)較好。220 mmol/L NaCl脅迫下，伊單507的發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽勢(shì)表現(xiàn)較好，勝豐青貯2號(hào)鹽脅迫受害率較低。

圖2 玉米耐鹽性GGE分析

由圖3可知，對(duì)16個(gè)玉米品種萌芽期抗逆指標(biāo)通過(guò)加權(quán)隸屬函數(shù)值法確定的D值，分析4個(gè)脅迫環(huán)境的關(guān)系。T1～T4代表15% PEG-6000干旱脅迫、20% PEG-6000干旱脅迫、220 mmol/L NaCl鹽脅迫、300 mmol/L NaCl鹽脅迫。4個(gè)環(huán)境中，15%PEG-6000干旱脅迫、20% PEG-6000干旱脅迫和300 mmol/L NaCl鹽脅迫3個(gè)脅迫環(huán)境之間夾角小于90 °，說(shuō)明三者正相關(guān)。220 mmol/L NaCl鹽脅迫、300 mmol/L NaCl鹽脅迫之間角度略大于90°，呈一定的負(fù)相關(guān)。圖中環(huán)境線段的長(zhǎng)度反映試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)品種的區(qū)分能力[7]，220 mmol/L NaCl脅迫條件線段最長(zhǎng)，在4個(gè)環(huán)境中區(qū)分能力最強(qiáng)，可以用于淘汰不穩(wěn)定的品種，選育良種。

圖3 不同脅迫環(huán)境的關(guān)系

2.3 加權(quán)隸屬函數(shù)值法分析不同玉米品種萌芽期耐旱和耐鹽性

本研究以玉米萌芽期的耐旱、耐鹽鑒定指標(biāo)為依據(jù)，結(jié)合變異系數(shù)為權(quán)重，利用加權(quán)隸屬函數(shù)值法計(jì)算D值，可以綜合評(píng)價(jià)玉米品種耐旱性和耐鹽性。耐旱耐鹽鑒定中，發(fā)芽勢(shì)的D值平均值最大，受害率D值平均值最小。根據(jù)16個(gè)玉米品種D值分為高耐、耐、敏感、高敏感4類(lèi)（表3）。通過(guò)GGE疊圖法分析，干旱脅迫下G1（伊單131）和G12（真金308）發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽率和受害表現(xiàn)較好，屬于萌芽期相對(duì)耐旱品種。兩個(gè)濃度鹽脅迫下，G3（伊單81）發(fā)芽率、耐鹽指數(shù)、相對(duì)發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)好于其他品種，屬于相對(duì)耐鹽品種。

表3 基于D值對(duì)16個(gè)玉米品種耐旱和耐鹽分級(jí)結(jié)果

3 結(jié)論與討論

3.1 耐旱耐鹽性綜合評(píng)價(jià)方法

玉米耐旱性耐鹽性由數(shù)量性狀控制，單一指標(biāo)不能全面反映抗性強(qiáng)弱[8]，不同鑒定指標(biāo)反映不同的抗逆排序和權(quán)重[9]。加權(quán)隸屬函數(shù)值法通過(guò)無(wú)量綱化將各指標(biāo)的耐鹽系數(shù)都轉(zhuǎn)換為0/1的度量值，從而將不同指標(biāo)放到同一個(gè)比較水平上，增強(qiáng)了指標(biāo)間的可比性，能夠較好地定量評(píng)價(jià)每個(gè)材料，同時(shí)也考慮到各個(gè)鑒定指標(biāo)對(duì)耐鹽性的貢獻(xiàn)（即權(quán)重）。加權(quán)隸屬函數(shù)值法能科學(xué)、有效地對(duì)抗逆性進(jìn)行評(píng)價(jià)。加權(quán)隸屬函數(shù)值法作為綜合性評(píng)價(jià)方法，能夠綜合考慮不同鑒定指標(biāo)基礎(chǔ)上較全面地評(píng)價(jià)品種。本研究中用該方法可以綜合評(píng)價(jià)玉米品種耐鹽耐旱性，并通過(guò)D值進(jìn)行分類(lèi)，更為科學(xué)地評(píng)價(jià)各個(gè)品種抗逆水平。GGE疊圖法是一種能夠直觀展示多個(gè)因素相互作用的方法，可以分析農(nóng)作物多點(diǎn)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)以及與環(huán)境互作的影響[10-12]，能夠反映各個(gè)品種在各環(huán)境下的表現(xiàn)。本研究中利用該方法評(píng)價(jià)4個(gè)脅迫環(huán)境關(guān)系，同時(shí)分析4個(gè)脅迫環(huán)境下表現(xiàn)較好的品種，是對(duì)該研究方法的進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.2 耐旱耐鹽脅迫條件間的關(guān)系

已有研究表明，有些代謝途徑同時(shí)控制植物對(duì)生物和非生物脅迫的反應(yīng)[13]，非生物脅迫下作物有些抗逆QTL位點(diǎn)是存在遺傳重疊現(xiàn)象的[14-15]。本研究通過(guò)GGE疊圖法分析4個(gè)脅迫處理在品種評(píng)價(jià)上的相似性和區(qū)分能力，2個(gè)干旱脅迫和220 mmol/L NaCl鹽脅迫條件正相關(guān)，也說(shuō)明玉米萌芽期耐旱和耐鹽性狀存在一定聯(lián)系。由于數(shù)量性狀控制抗逆位點(diǎn)，非生物抗逆脅迫在脅迫機(jī)理上有一定關(guān)聯(lián)，本研究鑒定結(jié)果為下一步從分子角度鑒定提供了參考。

3.3 玉米耐鹽耐旱評(píng)價(jià)結(jié)果

通過(guò)對(duì)萌芽期鑒定指標(biāo)進(jìn)行GGE疊圖法分析，結(jié)果表明，干旱脅迫下伊單131和伊單81發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽率表現(xiàn)較好，真金308相對(duì)受害較輕。鹽脅迫下伊單81和伊單507的發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽勢(shì)表現(xiàn)較好，勝豐青貯2號(hào)受害率較低。

通過(guò)對(duì)萌芽期鑒定指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)隸屬函數(shù)值法分析，結(jié)果表明，干旱脅迫下，伊單131和真金308屬于相對(duì)耐旱品種。鹽脅迫條件下，伊單81屬于相對(duì)耐鹽品種。

本研究使用加權(quán)隸屬函數(shù)值法對(duì)供試品種進(jìn)行了抗性分級(jí)，用GGE疊圖法分析玉米干旱和鹽脅迫下表現(xiàn)，兩種方法確定的抗性品種不完全相同，但伊單81是16個(gè)玉米品種中兩種方法下萌芽期耐旱、耐鹽試驗(yàn)中抗性表現(xiàn)較好的品種。研究中篩選出耐旱耐鹽玉米品種，以及綜合評(píng)價(jià)方法可為今后的抗性材料篩選、品種推廣和栽培技術(shù)研究提供材料和技術(shù)支持。