基于隸屬函數(shù)法的江蘇沿海地區(qū)羊角椒種子萌發(fā)期耐鹽堿性綜合評價(jià)

朱 麗，姬振蒙，任榮榮，殷 敏，顧閩峰，晏 軍，費(fèi)月躍

（江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所新洋試驗(yàn)站，江蘇 鹽城 224049）

辣椒（L.）是世界范圍內(nèi)常見的一種蔬菜，也是我國主要的蔬菜作物之一，產(chǎn)值達(dá)到最大。目前，在長江流域設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中，由于灌溉方式不當(dāng)、農(nóng)藥噴施嚴(yán)重和化肥大量施用，土壤環(huán)境不斷惡化，辣椒種植中經(jīng)常出現(xiàn)生長不整齊、病蟲害加重、品質(zhì)下降和產(chǎn)量降低等問題，經(jīng)濟(jì)效益受到嚴(yán)重影響。沿海地區(qū)土地面積廣闊，利用潛力巨大，但我國沿海地區(qū)土壤大部分以鹽堿土為主，其成分主要為碳酸鈉和碳酸氫鈉，堿性較強(qiáng)，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境不利，鹽脅迫對作物生長和產(chǎn)量起到很大的限制作用。如何利用鹽漬土壤是未來農(nóng)業(yè)的一個(gè)研究方向，其中提高作物的耐鹽性是一個(gè)關(guān)鍵課題。對此，農(nóng)業(yè)科技工作者紛紛開展了作物鹽堿脅迫相關(guān)研究，為鹽堿地作物種植提供了一定的參考，如萬發(fā)香等探究了生菜種子在不同濃度NaCO脅迫下的萌發(fā)情況，結(jié)果顯示低濃度NaCO促進(jìn)生長、高濃度抑制萌發(fā)的現(xiàn)象。袁典等的研究結(jié)果表明，隨著鹽堿濃度的升高，綠豆種子發(fā)芽指標(biāo)出現(xiàn)逐漸降低的趨勢，脅迫作用逐漸增加。

據(jù)調(diào)查，江蘇沿海地區(qū)的百姓對鮮食辣椒的需求普遍為果形順直光滑，果面鮮亮，皮質(zhì)厚重，且辣度不宜過高，而羊角椒品種正符合這一眾特點(diǎn)，在當(dāng)?shù)乜勺鳛橹髟云贩N進(jìn)行大面積推廣。因此，探究出優(yōu)良羊角椒品種及其對鹽堿環(huán)境的適應(yīng)力，對沿海鹽堿地區(qū)羊角椒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。種子萌發(fā)期是對鹽堿環(huán)境最為敏感的時(shí)期之一，可以作為耐鹽堿生理試驗(yàn)的最佳研究階段，本試驗(yàn)以定向選育的2個(gè)羊角椒品種為試材，探究在不同濃度NaCO脅迫下種子萌發(fā)期的一系列變化，對羊角椒耐鹽堿生理機(jī)制進(jìn)行探討，為培育耐鹽堿品種打下基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

試驗(yàn)于2021年11—12月在江蘇省鹽城市新洋農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

供試的2個(gè)辣椒品種（系）為鹽東鎮(zhèn)羊角椒5號（鹽東羊5號）、鹽東鎮(zhèn)羊角椒13號（鹽東羊13號），其種子均由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取大小一致且顆粒飽滿的羊角椒種子，先用0.3%過氧化氫溶液浸泡20 min，然后用蒸餾水沖洗數(shù)次，將沖洗后的種子用無菌濾紙吸干表面水分后備用。將NaCO配制成0（CK）、5、10、20、30、40 mmol/L共6個(gè)梯度濃度，即6個(gè)試驗(yàn)處理。分別在鋪有2層濾紙的方形培養(yǎng)皿（12 cm×12 cm×5 cm）中加入12 mL的不同濃度NaCO處理液，至濾紙完全濕潤。分別隨機(jī)挑選100粒消毒處理過的種子，均勻排列于培養(yǎng)皿中，置于28 ℃恒溫光照培養(yǎng)箱培養(yǎng)14 d，光暗周期設(shè)為16 h/8 h，每個(gè)處理均設(shè)3次重復(fù)。種子萌發(fā)期間，采用稱重法每天定量補(bǔ)水，以保持溶液滲透勢不變，每7 d更換1次濾紙。

1.4 指標(biāo)測定

以胚芽長度達(dá)到種子長度的1/2作為種子發(fā)芽的標(biāo)準(zhǔn)，自種子發(fā)芽的第1天起每天記錄發(fā)芽數(shù)，在發(fā)芽試驗(yàn)的第5天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢，第14天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，并在每個(gè)培養(yǎng)皿中隨機(jī)選取8株芽苗，用蒸餾水沖洗數(shù)次后用無菌濾紙吸干水分，利用游標(biāo)卡尺分別測定胚根長、胚芽長，隨后用千分之一天平稱其鮮質(zhì)量，稱后樣品于120 ℃下殺青15 min，80 ℃烘至恒質(zhì)量，稱其干質(zhì)量，計(jì)算相對含水量。

相對含水量、發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、相對鹽害率、根長抑制率、芽長抑制率和鮮質(zhì)量抑制率的計(jì)算公式如下：

1.5 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2016軟件整理數(shù)據(jù)，使用SPSS 21.0軟件對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。為綜合評價(jià)2個(gè)羊角椒品種的耐鹽堿性差異，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論，計(jì)算不同處理下各發(fā)芽指標(biāo)隸屬值，相應(yīng)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值計(jì)算如下：R（T）＝（T-）/（-），若某指標(biāo)與耐鹽性為負(fù)相關(guān)，則采用反隸屬函數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，即R（T）＝1-（T-）/（-）。式中，T表示該指標(biāo)的測定值，表示該指標(biāo)測定的最小值，表示該指標(biāo)測定的最大值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度Na2CO3處理對羊角椒種子萌發(fā)的影響

經(jīng)不同濃度NaCO溶液處理后，2個(gè)羊角椒品種表現(xiàn)出不同的發(fā)芽能力。在發(fā)芽率方面（圖1A），NaCO濃度為5、10 mmol/L時(shí)，2個(gè)品種發(fā)芽率與對照均無顯著性差異；當(dāng)濃度為20 mmol/L時(shí)，2個(gè)品種發(fā)芽率均較對照有所減小，其中鹽東羊13號與對照存在顯著性差異；而當(dāng)濃度達(dá)到30～40 mmol/L時(shí)，發(fā)芽率均受到極顯著性抑制，且處理濃度越大抑制作用越強(qiáng)，而鹽東羊13號發(fā)芽率高于鹽東羊5號，側(cè)面說明鹽東羊13號耐鹽堿性相對較好。

圖1 不同濃度Na2CO3處理對羊角椒種子萌發(fā)的影響

在發(fā)芽勢方面（圖1B），與對照相比較，2個(gè)羊角椒品種均隨處理濃度的增加呈現(xiàn)出先促進(jìn)后抑制的變化趨勢。鹽東羊5號在處理濃度為5 mmol/L時(shí)達(dá)到最大，較對照極顯著增加55.54%；而處理濃度≥20 mmol/L時(shí)，2個(gè)品種均出現(xiàn)下降趨勢；但鹽東羊13號變化不大，各處理間無顯著差異。

在發(fā)芽指數(shù)方面（圖1C），鹽東羊5號隨處理濃度的增加呈現(xiàn)出先促進(jìn)后抑制的變化趨勢，與對照相比較，在5、10 mmol/L處理下發(fā)芽指數(shù)顯著或極顯著增加，30、40 mmol/L處理則極顯著下降；鹽東羊13號則均表現(xiàn)下降趨勢，20 mmol/L處理較對照顯著下降，30、40 mmol/L處理則極顯著低于對照。

在種子萌發(fā)的活力指數(shù)方面（圖1D），鹽東羊5號在NaCO濃度為5、10 mmol/L時(shí)分別是對照的1.23、1.24倍，均極顯著高于對照；而在濃度≥20 mmol/L時(shí)則極顯著降低，尤其在30、40 mmol/L時(shí)活力指數(shù)幾乎為0。鹽東羊13號在濃度為5 mmol/L時(shí)，活力指數(shù)達(dá)到最佳，顯著高于對照；當(dāng)濃度≥10 mmol/L時(shí)，則極顯著低于對照且隨處理濃度的增加呈依次減小的趨勢。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，2個(gè)羊角椒品種的相對鹽害率存在一定差異，當(dāng)NaCO濃度為40 mmol/L時(shí)，鹽東羊5號相對鹽害率高達(dá)49.67%，而鹽東羊13號僅為17.23%，這一結(jié)果也直觀說明了高濃度鹽堿脅迫下鹽東羊13號展現(xiàn)出更好的耐鹽堿性（圖1E）。

2.2 不同濃度Na2CO3處理對羊角椒種子萌發(fā)期芽苗生長的影響

在不同濃度NaCO脅迫下，2個(gè)羊角椒品種的芽苗生長指標(biāo)（胚根長、胚芽長、鮮/干質(zhì)量）整體呈現(xiàn)出低濃度下促進(jìn)、高濃度下抑制的現(xiàn)象（圖2A—D）。在胚根長和胚芽長方面，2個(gè)品種均隨NaCO濃度的增加呈先上升再降低的趨勢。當(dāng)NaCO濃度為5 mmol/L時(shí)，2個(gè)品種胚根長均較對照顯著增加且達(dá)最大值；胚芽長方面，鹽東羊13號較對照極顯著增加且達(dá)最大值，鹽東羊5號較對照有所增加但差異不顯著。當(dāng)NaCO濃度為10 mmol/L時(shí)，鹽東羊5號的胚根長較對照顯著增加，而鹽東羊13號卻較對照顯著降低；此時(shí)，鹽東羊13號的根長抑制率較對照和鹽東羊5號分別增加了38.17和50.31個(gè)百分點(diǎn)，這說明鹽東羊13號種子的胚根對低濃度NaCO溶液的脅迫刺激更敏感（圖2E）；而胚芽長方面，鹽東羊5號較對照極顯著增加且達(dá)最大值，鹽東羊13號較對照顯著增加。當(dāng)NaCO濃度≥20 mmol/L時(shí)，2個(gè)品種的胚根和胚芽生長均受到較強(qiáng)的抑制作用，長度均極顯著小于對照，2個(gè)品種芽長抑制率表現(xiàn)大同小異（圖2F），但2個(gè)品種的胚芽對NaCO溶液的敏感度差別不大；其中在濃度為30 mmol/L時(shí)，2個(gè)品種的胚根均未長出，胚芽長僅為對照的40%左右，與此同時(shí)，根長抑制率均達(dá)到了100%（圖2E）；當(dāng)濃度為40 mmol/L時(shí)，種子萌發(fā)受抑制程度最強(qiáng)，種胚僅突破種皮，且截止到14 d培養(yǎng)結(jié)束，種子均出現(xiàn)牙尖變黃發(fā)黑，逐漸腐爛而死亡的現(xiàn)象。

圖2 不同濃度Na2CO3處理對羊角椒種子萌發(fā)期芽苗生長的影響

芽苗鮮質(zhì)量方面（圖2C），鹽東羊5號在NaCO濃度為10 mmol/L時(shí)較對照顯著增加且達(dá)最大值，鹽東羊13號則在濃度為5 mmol/L時(shí)達(dá)到最大值且較對照極顯著增加；當(dāng)NaCO濃度≥20 mmol/L時(shí)，2個(gè)品種較對照均極顯著降低，與此同時(shí)，鮮質(zhì)量抑制率也隨著處理濃度的增加而增大，這一結(jié)果表明高濃度NaCO能夠顯著抑制辣椒萌發(fā)期芽苗的生長（圖2G）。在芽苗干質(zhì)量方面（圖2D），在5 mmol/L的NaCO脅迫處理下，鹽東羊5號較對照極顯著增加且達(dá)到最大值，鹽東羊13號與對照無顯著性差異；之后隨處理濃度的增加2個(gè)品種均表現(xiàn)下降趨勢，其中在30、40 mmol/L處理下均較對照極顯著降低。

通過計(jì)算植物種子萌發(fā)期芽苗的含水量可以分析判斷種子代謝能力的變化。從圖2H可得，鹽堿脅迫對辣椒芽苗含水量的影響僅出現(xiàn)在高濃度處理?xiàng)l件下，當(dāng)NaCO濃度≥20 mmol/L時(shí)，2個(gè)品種芽苗相對含水量均顯著或極顯著低于對照，表明此時(shí)芽苗的代謝能力急劇下降。

2.3 羊角椒種子發(fā)芽指標(biāo)的相關(guān)性分析

活力指數(shù)是種子發(fā)芽速率和生長量的綜合反映，通過對2個(gè)羊角椒品種發(fā)芽指標(biāo)的相關(guān)性分析得出（表1）， 與活力指數(shù)呈極顯著正相關(guān)的有發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、胚根長、胚芽長、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量和相對含水量（共8項(xiàng)指標(biāo)），其中活力指數(shù)與胚根長的正相關(guān)系數(shù)最大，而與發(fā)芽勢的正相關(guān)系數(shù)最??；與活力指數(shù)呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)的有相對鹽害率、根長抑制率、芽長抑制率和鮮質(zhì)量抑制率（共4項(xiàng)指標(biāo)），其中活力指數(shù)與根長抑制率之間負(fù)相關(guān)系數(shù)最大，與相對鹽害率負(fù)相關(guān)系數(shù)最小。而鹽堿脅迫主要通過相對鹽害率指標(biāo)判斷，與相對鹽害率呈極顯著正相關(guān)的是根長抑制率、芽長抑制率以及鮮質(zhì)量抑制率，其中相對鹽害率與鮮質(zhì)量抑制率之間正相關(guān)系數(shù)最大，與根長抑制率正相關(guān)系數(shù)最小；與相對鹽害率呈極顯著負(fù)相關(guān)的有系列發(fā)芽指標(biāo)以及芽苗生長量指標(biāo)（共9項(xiàng)），其中相對鹽害率與發(fā)芽率的負(fù)相關(guān)系數(shù)最大，與發(fā)芽勢的負(fù)相關(guān)系數(shù)最小。

表1 Na2CO3脅迫下羊角椒萌發(fā)指標(biāo)間的相關(guān)性分析

2.4 羊角椒種子發(fā)芽指標(biāo)的隸屬函數(shù)分析

根據(jù)各個(gè)發(fā)芽指標(biāo)的隸屬函數(shù)值求得不同處理下的總隸屬函數(shù)值，利用隸屬函數(shù)來綜合評價(jià)不同濃度處理對種子萌發(fā)的影響時(shí)，總隸屬函數(shù)值越大表明其影響越小。如表2結(jié)果顯示，鹽東羊5號品種在10 mmol/L NaCO鹽堿脅迫下，隸屬函數(shù)總加權(quán)值最大，展現(xiàn)出較好的耐鹽堿性；當(dāng)NaCO濃度為5 mmol/L時(shí)，鹽東羊5號品種隸屬函數(shù)總加權(quán)值高于鹽東羊13號高，說明前者較后者表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐鹽堿性；而當(dāng)NaCO濃度為20 mmol/L和30 mmol/L時(shí)，鹽東羊13號品種的總加權(quán)值要比鹽東羊5號高，濃度為40 mmol/L時(shí)種子雖能部分萌發(fā)，但后期均失去活性，兩者之間的總加權(quán)值比較接近。因此綜合評價(jià)表明，低鹽堿條件下鹽東羊5號品種具有較好的耐鹽堿性，而在適宜濃度范圍內(nèi)的高濃度鹽堿脅迫下，鹽東羊13號品種的耐鹽堿性相對較好。

表2 Na2CO3脅迫下羊角椒萌發(fā)指標(biāo)間的加權(quán)隸屬函數(shù)值

3 結(jié)論與討論

種子萌發(fā)受多種因素影響，包括植物內(nèi)源因子和外部環(huán)境因素，而外部環(huán)境中的鹽分、酸堿度、光照、水分和溫度是重要影響因素。其中，鹽堿脅迫對種子的生長發(fā)育有較大影響，鄭佳秋等研究表明，種子萌發(fā)期耐鹽堿性可以反映出該品種其他時(shí)期的耐鹽堿性。因此，探究出種子萌發(fā)的耐鹽堿閾值和抗鹽堿品種對促進(jìn)沿海地區(qū)作物生產(chǎn)起到一定的參考作用。本研究采用NaCO溶液模擬鹽堿脅迫的方法在羊角椒種子萌芽期進(jìn)行脅迫試驗(yàn)。

在種子萌發(fā)期間，分析種子的發(fā)芽情況常用發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)等評價(jià)指標(biāo)，并且使用相對鹽害率來描述種子受鹽脅迫的程度。發(fā)芽率是檢測種子質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，發(fā)芽勢能反映種子的發(fā)芽速度和整齊度，發(fā)芽指數(shù)代表了種子的活力指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，低濃度NaCO（0～5 mmol/L）處理下2個(gè)品種羊角椒種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)與處理濃度呈線性正相關(guān)，萌發(fā)數(shù)量多于對照；在NaCO濃度≥10 mmol/L時(shí)，其發(fā)芽指標(biāo)則與處理濃度呈線性負(fù)相關(guān)；在濃度達(dá)到40 mmol/L時(shí)，鹽東羊5號種子發(fā)芽率已經(jīng)不足50%，低于生產(chǎn)所需的發(fā)芽率，抑制效應(yīng)達(dá)到最大，而鹽東羊13號種子發(fā)芽率仍達(dá)到81%，發(fā)芽指數(shù)也相對較高，說明高濃度鹽堿條件下鹽東羊13號品種的萌發(fā)能力較強(qiáng)。在NaCO濃度≥20 mmol/L時(shí)，2個(gè)品種相對鹽害率較對照極顯著增加，發(fā)芽指數(shù)較對照下降，說明羊角椒種子在NaCO中濃度（20 mmol/L）鹽堿脅迫條件下具有一定的耐受性，這與張海英等的研究結(jié)果相呼應(yīng)，可為鹽堿化地的開發(fā)利用提供有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)。

梁國生等研究表明，在模擬鹽堿環(huán)境下測定新生胚根的生長速度，可以科學(xué)地分析鹽堿脅迫對羊角椒種子萌發(fā)成幼苗期間的危害。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在NaCO濃度為5～10 mmol/L時(shí)，胚芽長較對照均有顯著提升；而在濃度到達(dá)20 mmol/L時(shí)，2個(gè)品種的胚根和胚芽均受到了一定的抑制，長度均較對照極顯著減?。划?dāng)濃度為30 mmol/L時(shí)，2個(gè)品種的胚根均不再生長，且胚芽受到極顯著抑制，芽尖有部分發(fā)黑現(xiàn)象；當(dāng)濃度達(dá)到40 mmol/L時(shí)，種子的胚僅突破種皮，且在培養(yǎng)中后期已經(jīng)失去了活力，胚芽出現(xiàn)變黑腐爛等現(xiàn)象，這說明低濃度鹽堿脅迫可在一定程度上促進(jìn)羊角椒種子的萌發(fā)，而高濃度脅迫則會(huì)抑制新生胚根與胚芽的生長，這與曹亞萍等的研究結(jié)果一致。

綜上所述，鹽堿脅迫能抑制羊角椒種子萌發(fā)及其胚根、胚芽的生長，但在0～10 mmol/L濃度范圍內(nèi)，羊角椒種子對鹽堿脅迫具有一定的耐受性，甚至有一定的促進(jìn)萌發(fā)作用，而NaCO濃度超過20 mmol/L時(shí)則出現(xiàn)較大程度的萌發(fā)和生長抑制，并且抑制程度與鹽堿濃度呈線性正相關(guān)。通過隸屬函數(shù)綜合評價(jià)發(fā)現(xiàn)，鹽東羊5號品種的耐低濃度鹽堿性較好，鹽東羊13號品種在適宜范圍內(nèi)的高濃度鹽堿脅迫下則表現(xiàn)更好，這一結(jié)果可為江蘇沿海鹽堿地區(qū)羊角椒適宜栽培環(huán)境和品種篩選提供可靠的依據(jù)。因氣候原因，本試驗(yàn)未進(jìn)行幼苗期鹽堿脅迫試驗(yàn)研究，在后續(xù)試驗(yàn)中則會(huì)進(jìn)行補(bǔ)充改進(jìn)，以保證研究結(jié)果的系統(tǒng)性和完整性。