飼用高粱品種種子萌發(fā)期耐鹽堿指標篩選及耐鹽堿性綜合評價

張慶昕 張玉霞 陳衛(wèi)東 孫明雪 郭園 叢百明 杜曉艷

摘要 為了評價不同飼用高粱品種萌發(fā)期耐鹽堿指標，篩選適宜西遼河平原鹽堿地區(qū)種植的飼用高粱品種，采用NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3按1∶9∶9∶1摩爾比混合，處理濃度為100 mmol/L，混合鹽堿模擬鹽堿處理，以不加鹽堿的蒸餾水為對照，測定發(fā)芽指標和根芽長度。采用相關(guān)性分析、主成分分析以及隸屬函數(shù)分析法相結(jié)合的方法。結(jié)果表明，通過主成分分析，將鹽堿處理下飼用高粱萌發(fā)期的7個單項指標轉(zhuǎn)換成3個彼此獨立綜合指標，代表了試驗材料92.320%的信息;根據(jù)耐鹽綜合評價值D值得出試驗所選11個飼用高粱品種的耐鹽堿性，由高到低排序依次為BJ0602、BJ0603、桑根草、牧樂、美國巨人、2180、N5212274、N52K1009、1230、SU9002、1220，發(fā)芽率（GR）、根長（RL）和活力指數(shù)（VI）是飼用高粱萌發(fā)期耐鹽堿性評價指標。

關(guān)鍵詞 飼用高粱;萌發(fā)期;耐鹽堿;綜合評價

中圖分類號 S548? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）01-0040-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.01.011

Selection of Salt and Alkali Tolerance Indexes and Comprehensive Evaluation of Salt and Alkali Tolerance of Feed Sorghum Varieties during Seed Germination

ZHANG Qing-xin， ZHANG Yu-xia， CHEN Wei-dong et al

（College of Agronomy， Inner Mongolia University for Nationalities， Tongliao， Inner Mongolia 028043）

Abstract In order to evaluate the saline-alkali tolerance index of different forage sorghum varieties during germination， forage sorghum varieties suitable for planting in saline-alkali areas of Xiliaohe Plain were screened. NaCl， Na2SO4， NaHCO3 and Na2CO3 were mixed according to the molar ratio of 1∶9∶9∶1， and the treatment concentration was 100 mmol/L. Mixed saline-alkali simulated saline-alkali treatment was used. The germination index and root bud length were measured with distilled water without saline-alkali as control. We adopted the methods of correlation analysis， correlation analysis， principal component analysis and membership function analysis. The results showed that through principal component analysis， 7 single indexes of forage sorghum germination period under saline-alkali treatment were converted into 3 independent comprehensive indexes， representing 92.320% of the information of test materials. According to the comprehensive evaluation value D of salt tolerance， the order of salt tolerance and alkalinity of 11 forage sorghum varieties was BJ0602 > BJ0603 > Mulberry root grass> Mele > American giant > 2180 > N5212274 > N52K1009 > 1230 > SU9002 > 1220. Germination rate （GR）， root length （RL） and vigor index （VI） were the evaluation indexes of salt and alkaline tolerance of forage sorghum.

Key words Forage sorghum;Germination period;Salt and alkali tolerance;Comprehensive evaluation

基金項目 內(nèi)蒙古自治區(qū)科技儲備項目（2018MDCB03）;內(nèi)蒙古自治區(qū)“雙一流”建設(shè)一帶一路作物學項目（NMDGJ0018）。

作者簡介 張慶昕（1990—），內(nèi)蒙古通遼人，中級實驗師，碩士，從事木草栽培研究。通信作者，教授，博士，碩士生導師，從事木草栽培研究。

收稿日期 2021-04-16

土壤鹽堿化是限制植物生長與生產(chǎn)的重要因素[1]。目前，全球鹽堿地面積為9.544億hm2，我國鹽堿地總面積約為9 913萬hm2，約占我國國土面積的10.33%[2]。隨著社會的發(fā)展，鹽堿地問題對我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的影響日益嚴重[3-4]。關(guān)于牧草耐鹽堿性品種的篩選，已從苜蓿[5-6]、無芒雀麥[7]、羊草[8]、燕麥[9]等牧草篩選出耐鹽堿性較強的品種。但是鮮見對于飼用高粱耐鹽堿性品種篩選的報道。飼用高粱是生物學產(chǎn)量較大的作物之一，其光合效率高、生長速度快、短期內(nèi)可形成較大的生物量[10]。目前，飼用高粱在畜牧業(yè)中存在很大的潛力[11]，已被作為高產(chǎn)飼料在畜牧業(yè)中備受關(guān)注[12-13]。鑒于此，筆者根據(jù)西遼河平原鹽堿地的鹽堿組成特點，在種子萌發(fā)期對引進飼用高粱品種進行篩選，為選育適合西遼河平原鹽堿地的飼用高粱品種提供理論參考，為耐鹽堿基因的挖掘提供前提。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用飼用高粱品種美國巨人、牧樂、SU9002、桑根草、2180、N52K1009、1230、BJ0602、 N5212274、BJ0603、1220，均來源于北京正道生態(tài)有限公司。

1.2 試驗設(shè)計

飼用高粱試驗?zāi)望}堿篩選采用室內(nèi)盆栽試驗方法[14]。首先在規(guī)格相同的花盆上套塑料袋，每個花盆裝相同重量的土壤，均取自科爾沁砂性土壤，選擇大小均勻一致、飽滿無殘缺、品質(zhì)優(yōu)良的11種飼用高粱品種的種子，分別用0.1%HgCl2消毒10 min，用蒸餾水沖洗干凈，鹽堿處理為NaCl∶Na2SO4∶NaHCO3∶Na2CO3按1∶9∶9∶1摩爾比混合[15]，處理濃度為100 mmol/L，以蒸餾水處理為對照，共設(shè)22個處理，3次重復，每個花盆播種50粒種子，每盆加500 g砂土和蛭石按照2∶1的混合培養(yǎng)基質(zhì)和200 mL相應(yīng)濃度的混合鹽堿溶液，覆土厚度3 cm。將花盆放置于通風、光照良好的環(huán)境中，每天記錄發(fā)芽數(shù)，發(fā)芽試驗結(jié)束后，每個重復取5株測定胚根、胚芽長度。

1.3 測定項目與方法

種子發(fā)芽指標測定參照《國際種子檢驗規(guī)程》[16]，發(fā)芽率=發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%;發(fā)芽勢=發(fā)芽達到高峰期時發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%;發(fā)芽指數(shù)GI=ΣGt/Dt，Gt：在時間為t天的發(fā)芽個數(shù)，Dt：至t天的發(fā)芽天數(shù)[17];活力指數(shù)：VI=GI×S，GI為發(fā)芽指數(shù)，S為根長或芽長;根芽比=根長/種苗長度。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

1.4.1 單項指標耐鹽堿系數(shù)。單項指標耐鹽堿系數(shù)= 不同濃度處理下的平均測定值/對照測定值。

1.4.2 各綜合指標的隸屬函數(shù)值。該公式為

u（x）=（x-xmin）/（xmax-xmin）×100%，x=1，2，…n，u（x）∈[0，1]（1）

式中，u（x）為第x個主成分耐鹽堿系數(shù)的隸屬函數(shù)值;x為第x個主成分的耐鹽堿系數(shù);xmax為第x個主成分的耐鹽堿系數(shù)最大值;xmin為第x個主成分的耐鹽堿系數(shù)最小值。

WX=Vx/m（2）

式中，WX為第x個主成分耐鹽堿系數(shù)的權(quán)重;Vx為第x個主成分耐鹽堿系數(shù)的貢獻率;m為各個主成分耐鹽系數(shù)的權(quán)重之和。

D=nx=1[u（x）×Wx]，x=1，2，…，n（3）

式中，D為加權(quán)隸屬函數(shù)值，即綜合評價值。

采用Excel 2010計算各指標值的平均數(shù)及耐鹽堿系數(shù)，采用DPS進行相關(guān)性分析、主成分分析以及聚類分析。對耐鹽堿系數(shù)進行主成分分析，得到3個主成分及貢獻率。將3個主成分的耐鹽堿系數(shù)進行隸屬函數(shù)分析，得到加權(quán)函數(shù)值D，據(jù)此可對不同高粱品種進行耐鹽堿等級評定。

2 結(jié)果與分析

2.1 各單項指標的耐鹽系數(shù)

根據(jù)耐鹽堿系數(shù)公式計算飼用高粱種質(zhì)材料各單項指標的耐鹽堿系數(shù)。由表1可知，在鹽堿脅迫下，各飼用高粱品種發(fā)芽率（GR）、發(fā)芽勢（GP）、根芽比（RBR）、活力指數(shù)（VI）4個指標與對照相比較均有所下降（ω<1），飼用高粱N5212274品種在活力指數(shù)（GI）指標中有所增加，飼用高粱1230與BJ0602品種在根長（RL）指標中以及BJ0602品種在芽長（SL）指標中均有所增加（ω>1），但不同基因型飼用高粱各指標的變化幅度各不相同，飼用高粱品種2180在GI指標中數(shù)值最低，但在其他指標中均不是最低。飼用高粱品種牧樂在GP指標中數(shù)值最高，但在其他指標中均不是最高。因此利用單一指標評價耐鹽堿性強弱可能會得到不同，甚至相反的結(jié)果。為了彌補單一指標評價的不足之處，該研究運用了多種分析方法進行完善。

2.2 相關(guān)性分析

由表2可知，GR與GI、RBR，SL與RBR，VI與GP、SL、RBR均呈顯著正相關(guān)（P<0.05）;GI與GP、VI，GR與SL、VI，RBR與RL均呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），表明測定的7項指標之間具有一定的影響，不同指標之間影響不同，因此必須進一步將各指標綜合起來，對飼用高粱的抗鹽堿能力進行評價。

2.3 供試高粱種質(zhì)材料耐鹽系數(shù)的主成分分析

采用DPS軟件（Data Processing System，中國）對種質(zhì)材料進行主成分分析，得出前3個成分可以代表絕大多數(shù)信息，其中第1主成分的貢獻率是62.488%，第2主成分的貢獻率是22.624%，第3主成分的貢獻率是7.208%，三者累計貢獻率達92.320%（表3），可以作為3個新的綜合指標對飼用高粱種質(zhì)材料耐鹽堿性進行評價。通過這3個主要成分，再根據(jù)每個成分的貢獻率評價每個飼用高粱的抗鹽堿能力更加具有說服力，既消除單一指標的局限性，又考慮每個指標的貢獻率問題。

2.4 供試高粱種質(zhì)材料權(quán)重、隸屬函數(shù)值及D值分析

由表4可知，同一指標下，BJ0602材料的隸屬函數(shù)值最大，為1.000，說明該材料耐鹽性最強;SU9002材料隸屬函數(shù)值在u（1）與u（3）指標中最小，表明其耐鹽性表現(xiàn)較弱。根據(jù)公式（2）和各綜合指標貢獻率的大小計算權(quán)重WX，3個綜合指標的權(quán)重分別為0.677、0.245、0.078。運用公式（3）計算得出飼用高粱耐鹽堿性綜合評價值D值，并根據(jù)D值對各品種耐鹽性進行強弱排序，結(jié)果為BJ0602>BJ0603>桑根草>牧樂>美國巨人>2180>N5212274>N52K1009>1230>SU9002>1220，其中BJ0602的D值最大，說明其耐鹽堿能力最強，而1220的D值最小，說明其耐鹽堿能力最差。

3 結(jié)論與討論

作物的耐鹽堿性受環(huán)境因子、遺傳因素等多重制約。前人的大量試驗表明，植物不同生長階段耐鹽堿能力存在差異[18]。植物耐鹽堿性在各個生長發(fā)育時期表現(xiàn)出的耐鹽堿能力存在顯著差異，部分植物品種整個生長發(fā)育階段的耐鹽堿性強弱變化微小，但有些植物在不同生長發(fā)育時期存在著明顯變化。因此，明確適合植物某個生長發(fā)育時期的耐鹽堿能力強弱篩選方法至關(guān)重要。對于高粱的耐鹽堿性研究報道較多，但有關(guān)評價種子萌發(fā)期高粱耐鹽堿性強弱的研究較少。

植物在鹽堿地區(qū)的生長過程中，發(fā)育會受到嚴重的抑制，抑制作用的強弱主要由鹽堿地的鹽堿濃度與植物本身的耐鹽堿能力決定。因此，研究鹽堿脅迫對植物的生長發(fā)育以及篩選出適合鹽堿地生長的植物具有重要的意義[19]。 在植物生長的整個時期，種子的萌發(fā)期是對鹽堿脅迫反應(yīng)較為敏感的階段，植物耐鹽堿強弱是植物耐鹽堿性早期鑒定的基礎(chǔ)。鹽堿脅迫抑制植物的生長發(fā)育，濃度到達一定高度時，會造成植物代謝的紊亂，導致在萌發(fā)時期種子會受到不同程度的影響[20]。杜利霞等[21]研究認為，鹽堿脅迫最敏感的時期是在種子的萌發(fā)和幼苗的生長階段。僅通過1或2個指標對植物種質(zhì)材料的耐鹽堿能力去評價具有片面性，不能夠全面反映[22]。該試驗為了消除供試材料之間的差異，通過各指標的耐鹽系數(shù)去評價供試飼用高粱的耐鹽堿強弱，選擇7項指標進行評價，并且通過相關(guān)性分析與主成分分析相結(jié)合對其耐鹽堿強弱能力進行分析，將測定的7個單項指標轉(zhuǎn)換成3個新的指標，經(jīng)過貢獻率分析得出隸屬函數(shù)值u（x），將新的指標加權(quán)后，計算出供試種質(zhì)資源的綜合評價值（D值），可以客觀地評價耐鹽堿能力。

通過主成分分析，將鹽脅迫處理下不同飼用高粱種質(zhì)材料萌發(fā)期7個單項指標綜合成3個新的綜合指標，代表了92.320%的信息;通過隸屬函數(shù)法分析，得到不同種質(zhì)材料苗期耐鹽性綜合評價值（D值），評價出飼用高粱的耐鹽堿強弱排序為BJ0602>BJ0603>桑根草>牧樂>美國巨人>2180>N5212274>N52K1009>1230>SU9002>1220。

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