春小麦苗期耐盐性差异及聚类分析

霍鹏，李士磊，李卫华

（石河子大学农学院／新疆兵团绿洲生态农业重点实验室，石河子832003）

土壤盐渍化已成为一个世界性的资源和生态问题［1－3］，据统计全球约占20%的耕作土地及半数可灌溉土地已受到不同程度的盐渍化影响，中国有盐渍化和次生盐渍化土地4．0×107hm2以上［4］，占全国耕地总面积的1／10，随着人类活动的加剧，盐渍化还在进一步恶化，严重地影响着粮食产量。小麦作为人类主要粮食作物之一，其耐盐性是多基因控制的数量性状，生长率与品种的耐盐能力呈正相关［6］。盐胁迫下，小麦在发芽势、发芽率、根长、胚芽鞘长、苗高、根数、根鲜重、苗鲜重、根苗含水量以及苗的活力指数方面均有统计学意义，并随着盐浓度的增大而降低，达到一定浓度后，小麦则不能正常发芽［7－8］。对于大多数作物，种子萌发及早期幼苗阶段对生长环境胁迫最为敏感［9－10］，此时的发育都是以胚的生长为基础，而胚的生长则是种子内部所有生理生化系统协调作用的结果［11］。但由于盐环境的胁迫作用，小麦生长受到抑制，因此，对其耐盐品种的选育及其耐盐性研究，受到了越来越多的关注［5］。

小麦是我国的重要粮食作物之一，耐盐小麦的种植有利于土壤的改良［12］．因此，耐盐材料的筛选以及系统地研究盐胁迫下小麦苗期各种指标的变化，对鉴定春小麦品种（系）的耐盐性是非常必要且有意义。本研究选用来自不同国家和地区的116份春小麦品种（系），通过苗期盐胁迫处理，了解苗期耐盐性的差异，同时通过隶属函数综合值筛选出耐盐性较好的品种（系），旨在为耐盐小麦品种的选育提供物质基础。

1 材料与方法

1．1 材料

本研究选用了墨88－72、陇春4035、新春10号、格尼兰等国内外的116份春小麦材料（表1），材料由石河子大学麦类作物研究所提供。

1．2 方法

1．2．1 实验设计

实验采取纸上发芽的方式，发芽盒先用75%酒精处理，然后在盒底铺上6层滤纸，加入20mL盐溶液。选取50粒籽粒形态正常饱满的种子，用1‰的升汞溶液消毒15min，用去离子水清洗3遍，然后均匀的排放于发芽盒中。每个材料设3个重复和1个对照，放置于20℃的组培室进行发芽试验。由于水分蒸发会导致盐分浓度增大，为了减小误差，根据蒸发量，在4d时向发芽盒内加入一定量的去离子水，以润湿发芽纸无积水为宜。

对参试材料用0．15mol／L的Na2SO4溶液进行盐处理。该盐处理浓度是通过5个春小麦品种的多梯度预备试验及显著性比较筛选出的春小麦Na2SO4耐盐阈值（数据略）。

1．2．2 测量指标

按照小麦种子发芽实验标准［13］，在第4d测量发芽势（%），第8d测量发芽率（%），并在第8d分别从每个发芽盒中随机抽取10株幼苗，测量苗高（cm）、苗鲜重（g）、根数（个）、主根长度（cm）。

1．2．3 数据分析

采用文献［14］中的方法计算小麦受胁迫下的相对耐盐系数：

利用Excel分别计算各调查性状的平均值（x）、标准差（s）和变异系数（CV）。根据各性状平均值和依此计算遗传多样性指数（Shannon－Weaver）［15］：

式1中，pi为某性状第i级别内材料份数占总份数的百分比，ln为自然对数。

通过Excel对各性状进行隶属函数度的计算，并计算出隶属函度综合值；采用SPSS分析程序进行 Nearest neighbor（最短距离法）、Squared Euclidean distance（欧氏距离平方）聚类分析。

隶属函数度计算公式［16］：

式2中，X为作物各品种的某一指标测定值，Xmax为所试品种中某一指标测定值的最大值，Xmin为该指标中最小值。

耐盐隶属函数综合值计算：通过各指标的相对耐盐系数计算出苗期各指标的隶属函数度，并计算它们的和，即为隶属函数综合值。

2 结果与分析

2．1 盐胁迫下苗期性状的多样性分析

在0．15mol／L的Na2SO4盐胁迫处理下，供试材料的6个苗期性状差异较大（表2）。发芽势的最大值为28．6%，最小值为0．0%，变异系数高达166%（较对照在该性状上变异系数增大了154%）；苗鲜重和发芽率变异系数也较对照高，分别为41%和40%；盐胁迫处理下变异系数最小的是根数，其变异系数仅为16%。由此可以看，出供试材料在盐胁迫条件下的性状变异范围较大，各性状对照中的变异系数明显低于盐胁迫下的变异系数，可见盐胁迫下各供试品种的耐盐性存在很大的差异。同时也发现，发芽势、苗鲜重和发芽率对盐胁迫表现较为敏感，而根数对盐胁迫表现最不敏感。

根据各材料耐盐性状多样性分析的结果（表2）可见，各性状的多样性指数变化范围为1．42～2．06，平均值为1．74。这表明盐胁迫处理下参试品种（系）间各苗期性状差异明显，变异范围大，具有较丰富的多样性。多样性指数最高的是发芽率，为2．06；其次根长和苗鲜重的多样性指数，为2．05；而根数的多样性指数最低，为1．65。

2．2 参试品种（系）隶属函数综合值分析

小麦苗期耐盐性是一个受多因素综合影响的复杂数量性状，不同指标对盐胁迫的反应不尽相同，单一指标的研究很难真实的反应材料的耐盐性。隶属函数综合值能直观的反映出小麦品种（系）的耐盐性，隶属函数综合值越大，相对耐盐性越强。

由表3可见，不同材料间的耐盐性差异较大。在0．15mol／L的Na2SO4盐胁迫处理下，隶属函数综合值最大为10鉴2，其隶属函数综合值为4．49，其次陇春24、line NO．8和LY3的隶属函数综合值也较高，分别为4．43、4．37和4．31。隶属函数综合值最小的是临优2号，其隶属函数综合值为0．59，另外13247－8、6－45和新春6号的隶属函数综合值也较小，分别为0．61、0．74和0．81。由此可见，在盐胁迫下苗期耐盐性表现相对较好的是10鉴2、陇春24号、Crystal和LY3，而临优2号、13247－8、6－45和新春6号的苗期耐盐性相对较差。隶属函数值差异也反映小麦品种间耐盐性的多样性。

2．3 参试品种（系）苗期耐盐性聚类分析

基于苗期性状耐盐隶属函数综合值，利用最短距离法对供试材料进行聚类分析，以欧氏距离10时将参试材料分为3个类群（图1）。

第1类群来源广泛，共99份材料，主要来源于新疆、墨西哥、北京、内蒙古、甘肃，代表性材料有新春17号，M182，中2、陇春4035、甘春11号等。这类材料的隶属函数综合值在1．3到3．5之间，这99份材料均表现为根数相对耐盐系数较高，发芽率相对耐盐系数处于中等水平，其他各项指标参差不齐，表现为中等耐盐性。

第2类群由北京、新疆、山西的10份材料组成，这类材料除了13481－5和13119－4隶属函数综合值大于1以外，剩下的隶属函数综合值均小于1，其中隶属函数综合值最小的临优2号仅为0．59。这10个品种所有的指标都处在较低的水平，尤其发芽势的相对耐盐系数基本都是0，说明盐胁迫下这些材料的萌发受到了严重抑制，表现出较差的耐盐性。

第3类群由新疆、陕西、加拿大、天津、辽宁的7份材料组成，这类材料隶属函数综合值为4．0～4．5，通过对这7个品种的整体分析发现，这7个品种（系）的根数相对耐盐系数和苗鲜重耐盐系数都较高，其他各项指标也处于一个较高的水平，说明在盐胁迫下这些品种苗期的根系和苗的生长受到的抑制较小，表现出较好的耐盐性。

3 讨论

植物的耐盐性状是由多基因控制的数量性状，不同的发育时期的耐盐性也存在差异。苗期耐盐性及其机制是耐盐性早期鉴定及耐盐个体与品种早期选择的基础［17－18］，小麦种子发芽率、发芽指数、活力指数、幼苗苗长等指标可以反映种子的发芽速度、发芽整齐度和幼苗健壮的趋势，反映不同小麦品种种子苗期耐盐性的强弱［19－21］。通过对春小麦苗期各个指标的测定，可以对已有春小麦品系耐盐性进行有效的鉴定，从而加快耐盐性小麦的选育。

通过研究发现盐胁迫对小麦苗期的各项指标都有影响，但是不同品种影响的程度也不同。通过对116份小麦材料的苗期耐盐性分析，结果表明小麦苗期耐盐性存在着较为丰富的变异。其中变异系数最大的是发芽势，其次是苗鲜重，最小的是根数，同时实验表明，盐胁迫下，春小麦发芽势影响最为敏感，其次为苗鲜重，根数盐胁迫反应最为迟钝。同时通过各个春小麦材料苗期各项指标的测定，可以对这些材料的苗期耐盐性做出初步了解，从而为耐盐小麦的品种的筛选提供依据，为开展耐盐小麦育种奠定了理论基础。

通过对各实验材料进行苗期耐盐性聚类分析，将各春小麦材料有效的聚成耐盐性较好，中等和较差3类，各类分别材料数量分别为7、99、10，分别占参试品种比例6．0%、85．3%和8．7%，结果表明，实验材料中，耐盐性较好的材料资源贫乏，大多材料的耐盐性中等，因此，耐盐性春小麦的选育具有极其重要的意义，同时，可为春小麦育种亲本的选择提供有效的理论参考。

4 结论

通过对不同春小麦材料的苗期耐盐性指数计算，结果表明小麦苗期的耐盐性多样性较为丰富。通过聚类将参试材料苗期耐盐性划分为3类，其中耐盐性好的有7个品种（系），耐盐性中等的有99个品种（系），耐盐性差的有10个品种（系）。耐盐性较好的有10鉴2、陇春24号、Crystal、LY3、S09原繁－2、航麦96和05引观256，这些材料可以在耐盐春小麦新品种选育过程中作为亲本加以利用。

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