一種植物耐鹽性鑒定配方及其應(yīng)用

王偉 曹平平 王志 于亮 鈕力亞 王偉偉 王奉芝 曹金鋒

摘要：根據(jù)河北省濱海鹽堿地主要鹽分離子含量的檢測數(shù)據(jù)，利用總鹽含量與各鹽分離子的回歸關(guān)系，根據(jù)土壤中陰陽離子電荷平衡組配化學試劑，形成貼近自然環(huán)境下濱海鹽堿地鹽分實際的化學試劑配方，并將該配方應(yīng)用于小麥芽期耐鹽性的鑒定。結(jié)果表明，鑒定小麥芽期耐鹽時，該配方的適宜添加水平為0.5%、0.6%，同時選擇0.5%總鹽水平作為小麥芽期耐鹽鑒定的鹽分水平，利用主成分分析和聚類分析，對小麥材料進行耐鹽等級評價，相關(guān)耐鹽鑒定的結(jié)果與小麥田間實際表現(xiàn)吻合，進而說明該配方有效。相關(guān)研究結(jié)果可為準確、高通量地進行植物耐鹽性鑒定提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：植物;耐鹽性;鑒定配方;耐鹽等級

中圖分類號： Q945.78;S184 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）13-0089-04

耕地是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，耕地質(zhì)量是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。土壤鹽堿化導致耕地退化，嚴重影響作物的正常生長和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。目前，世界范圍內(nèi)有1/5以上的耕地存在不同程度的鹽堿化[1]，僅我國土壤鹽堿化的面積就有近1億hm2，其中河北省鹽堿地總面積約為71.61萬hm2，以濱海鹽堿地為主[2-3]。由于我國具有人多地少的現(xiàn)實國情，因而開發(fā)和利用鹽堿化土壤對充分利用有限的耕地資源、改善生態(tài)環(huán)境和提高耕地生產(chǎn)效率具有重要意義，對于保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和國家糧食安全具有重要的現(xiàn)實意義。

河北省是我國重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大省，以濱海鹽堿化為主的土壤鹽堿化嚴重且面積較大，已經(jīng)成為影響河北省農(nóng)業(yè)發(fā)展水平的主要限制因素之一，開發(fā)潛力較大。培育耐鹽堿品種、利用生物途徑提高作物的耐鹽堿能力是有效利用鹽堿耕地的重要途徑，篩選、鑒定和創(chuàng)新小麥、玉米、大豆、棉花等主要農(nóng)作物的耐鹽堿種質(zhì)資源是培育耐鹽堿品種的重要基礎(chǔ)，而種質(zhì)資源耐鹽堿表型的準確鑒定則是上述工作的重要前提。鑒定不同農(nóng)作物耐鹽堿表型的方法不同，而且不同研究人員的鑒定方法和標準也不相同。就具體鑒定的鹽分而言，有單鹽（NaCl）鑒定[4-6]、多鹽鑒定（多種鹽分配比）[7-8]和人工海水耐鹽鑒定[9-10]等;就鑒定場所而言，有室內(nèi)耐鹽堿鑒定[4-10]、模擬鹽池鑒定[3]和大田自然鑒定[3]。以上鑒定方法均各有優(yōu)缺點，如人工海水鑒定的鹽分離子全面，但與實際自然環(huán)境下鹽堿地土壤離子組成仍有較大差異;利用鹽堿地直接進行田間鑒定，其土壤離子組成接近或與生產(chǎn)相同，然而存在鹽堿地鹽分分布不勻、受氣候影響較大等問題，導致年度間鑒定結(jié)果的重復性較差[11]。因此，迫切需要一種適用于室內(nèi)、快速、高效的進行農(nóng)作物耐鹽堿鑒定的試劑配方，以高通量地鑒定農(nóng)作物的耐鹽性。本研究根據(jù)河北省濱海鹽堿地主要鹽分離子含量的特點，利用總含鹽量與各鹽分離子含量的回歸關(guān)系，根據(jù)土壤中陰陽離子電荷平衡組配化學試劑，形成貼近自然環(huán)境下濱海鹽堿地鹽分實際的化學試劑配方，以期為準確、高通量地進行植物耐鹽性表型鑒定提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 土壤中主要鹽分離子的檢測方法

1.1.1 土樣的采集 從2019年開始，在“返鹽”季節(jié)（3—5月），分批次在河北省鹽山縣、黃驊市、渤海新區(qū)中捷產(chǎn)業(yè)園、海興縣 4地典型的鹽堿地上分別取樣，獲得各土層土樣。室內(nèi)檢測土壤總含鹽量及各主要鹽分離子含量。

1.1.2 測定方法 檢測所有土樣的總含鹽量、pH值和各鹽分離子含量。用電導法[12]測定土壤可溶性總鹽含量。用pH計測定土樣pH值。采用火焰光度計法測定鉀離子、鈉離子含量[13]。對土樣進行相應(yīng)前處理后，用AA3流動分析儀檢測碳酸根+碳酸氫根離子、鎂離子、氯離子、鈣離子、硅酸根和硫酸根離子含量。

1.2 小麥芽期耐鹽性的鑒定方法

根據(jù)筆者所在實驗室關(guān)于小麥耐鹽鑒定的實踐經(jīng)驗[3]，選擇總含鹽量0.3%、0.5%、0.6%、0.7%等4個水平的鹽分溶液和超純水（CK）。在培養(yǎng)皿中放2層濾紙，分別加入超純水和不同含鹽量的鹽分溶液，每個處理設(shè)30粒種子，共3次重復。于光照培養(yǎng)箱中進行發(fā)芽處理（25 ℃恒溫，光照 16 h）。7 d后調(diào)查發(fā)芽數(shù)，隨機挑選10株幼苗調(diào)查芽長、根長、根數(shù)、芽鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量及根冠比，最后計算發(fā)芽率、相對鹽害率和各指標的相對值[14]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2007和SPSS 21.0進行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計分析。小麥芽期耐鹽性的鑒定采用隸屬函數(shù)法[15-16]，根據(jù)主成分分析和聚類分析結(jié)果進行耐鹽等級的評定[17-18]。

1.4 化學試劑配方的形成及應(yīng)用

1.4.1 化學試劑配方 首先，根據(jù)土壤鹽分含量檢測結(jié)果，依據(jù)各離子含量與總含鹽量的相關(guān)關(guān)系，根據(jù)回歸方程確定各鹽分離子的含量（表1）。然后，根據(jù)各離子含量和分子量，轉(zhuǎn)化成各離子的摩爾數(shù)。最后，根據(jù)陰陽離子電荷平衡，確定化學試劑的種類和含量（表2）。

1.4.2 制備方法 取800 mL超純水，參照表1中依次加入相應(yīng)含量的各試劑，充分溶解后用容量瓶定容至1 000 mL，即可形成類似自然環(huán)境的濱海鹽堿地相應(yīng)鹽分的溶液。

1.4.3 化學試劑配方的應(yīng)用 選擇9個常規(guī)小麥材料（表3），在CK和4個梯度水平下分別進行發(fā)芽試驗，采用隸屬函數(shù)法，利用主成分分析和聚類分析進行小麥芽期耐鹽性評價[19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥耐鹽性鑒定中鹽分水平的選擇

為了說明本研究中配方在植物耐鹽性鑒定中的可行性和有效性，需要進行方差分析。由表4可以看出，CK與0.3%、0.5%、0.6%、0.7%總鹽分含量配方間在芽長、根長、根數(shù)、芽鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量、根冠比和發(fā)芽率7個指標上的差異均顯著或極顯著，進一步根據(jù)多重比較結(jié)果確定小麥芽期耐鹽鑒定的鹽分水平。

由表5可以看出，芽長、根長、根數(shù)等7個指標在CK和0.3%總鹽含量處理間的差異均不顯著，而且在0.3%總鹽含量處理下，除芽鮮質(zhì)量外，其他6個指標均大于或等于CK?？傮w而言，0.3%總鹽含量能夠促進小麥芽期的生長，與對照間差異不明顯。當總鹽含量為0.5%、0.6%時，芽長、根長、芽鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量、根冠比和發(fā)芽率等6個指標間的差異均不顯著，但與對照間存在顯著或極顯著差異。當總鹽含量為0.7%時，芽長、芽鮮質(zhì)量和發(fā)芽率與其他4個總鹽含量處理間差異極顯著。綜合分析小麥芽期耐鹽性鑒定的處理水平發(fā)現(xiàn)，總鹽含量為0.5%、0.6%均適宜，各指標均與對照間存在極顯著差異。結(jié)合趙松山等在田間及模擬鹽池中關(guān)于小麥耐鹽性鑒定的經(jīng)驗，鑒定小麥耐鹽性時，田間土壤總鹽含量為0.4%～0.5%[3]。因此下一步進行小麥芽期耐鹽性鑒定時，將該配方的總鹽含量設(shè)為0.5%比較貼合鹽堿地的自然環(huán)境實際。

2.2 小麥芽期耐鹽性鑒定結(jié)果

以主成分分析獲得的主成分作為鑒定小麥芽期耐鹽性的綜合指標，計算各綜合指標的隸屬函數(shù)值及權(quán)重，進而得到各材料芽期的耐鹽性綜合評價值（D）。D值是純數(shù)值，其范圍為[0，1]，D值越大，耐鹽性越強。采用K-均值聚類方法將供試材料的耐鹽性分為髙耐、耐鹽、中耐、敏感、高感5個級別。由表6可以看出，農(nóng)家種滄紅的耐鹽鑒定等級為1級（高耐）;茶淀紅、晉麥47和冀麥32的耐鹽鑒定等級為2級（耐鹽）;滄麥6005和山融3號的耐鹽鑒定等級為3級（中耐）;科農(nóng)9204、矮抗58和中國春的耐鹽鑒定等級為4級（敏感）;衡4399的耐鹽鑒定等級為5級（高感）。

3 討論與結(jié)論

3.1 關(guān)于植物耐鹽性鑒定配方的特點

本研究在河北省濱海鹽堿地主要鹽分離子含量檢測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用總鹽含量與各鹽分離子含量的回歸關(guān)系，根據(jù)土壤中陰陽離子電荷平衡組配化學試劑，形成植物耐鹽鑒定配方，比單鹽鑒定[4-6]、多種鹽分配比[7-8]和人工海水配方[9-10]中的鹽分離子更加全面，而且配方產(chǎn)生于實際檢測數(shù)據(jù)，更貼近自然環(huán)境下濱海鹽堿地的實際鹽分含量。

3.2 關(guān)于植物耐鹽鑒定配方的應(yīng)用

采用本研究的植物耐鹽鑒定配方，可以在室內(nèi)快速實現(xiàn)植物耐鹽堿的鑒定工作。小麥芽期耐鹽性鑒定試驗結(jié)果表明，總鹽含量為0.5%、0.6%時，小麥芽期各指標均與對照存在顯著差異，均適宜作為小麥芽期耐鹽性鑒定的鹽分水平。結(jié)合自然環(huán)境下鹽堿地土壤的實際[3]，筆者選擇總鹽含量為0.5%作為小麥芽期耐鹽性鑒定的水平，以超純水作為對照進行小麥耐鹽性鑒定。結(jié)果表明，農(nóng)家種滄紅和茶淀紅是較為耐鹽的材料，鑒定等級與實際相符;晉麥47和冀麥32耐鹽等級鑒定為耐鹽，與彭智等的鑒定結(jié)果[19]基本吻合;中國春、科農(nóng)9204和衡4399是常規(guī)意義上的鹽敏感小麥，在本研究中鑒定為敏感或高感。另外，滄麥6005和山融3號的鑒定等級，可能與相關(guān)報道[19-20]有一定差異，主要可能由于本研究僅限于小麥芽期耐鹽性鑒定的原因。綜上，采用本研究配方對小麥的芽期耐鹽性的鑒定結(jié)果與小麥大田自然鹽堿地鑒定結(jié)果基本一致，在一定程度上說明該配方的有效性。另外，在其他植物耐鹽性的鑒定上，本試驗配方的可行性和有效性有待于進一步研究。

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