大豆发芽期和苗期耐盐性的隶属函数分析

张彦威 张礼凤 李伟 王彩洁 张军 徐冉

摘要：土地盐渍化是一个全球性的问题，开展大豆品种耐盐性评价在提高大豆产量、扩大其种植面积方面具有重要意义。本研究在测定NaCl处理下大豆萌发率、芽长、丙二醛含量、脯氨酸含量等指标的基础上利用隶属函数对指标数据进行分析，并完成供试15个黄淮海大豆品种（系）的耐盐性评价，鉴定出阜107-3、徐豆10、齐黄34、山宁17、临豆10、齐黄35、菏豆21、嘉豆43共8个耐盐性较强的大豆品种（系），同时初步研究了芽期和苗期耐盐性的综合鉴定方法。

关键词：大豆；萌发率；芽长；耐盐性；隶属函数

中图分类号：S565.101

文献标识号：A

文章编号：1001-4942（2016）01-0021-05

大豆是我国重要的粮、油、饲兼用作物，在国民经济发展和保障国家粮食与食品安全中具有重要的战略作用。2013年我国进口大豆6 338万吨，对外依存度已高达84.4%，发展大豆生产保障自给能力刻不容缓。土地盐渍化是一个全球性的问题，世界灌溉地盐碱化的面积达1/3左右。尽管大豆是一种中度耐盐作物，盐胁迫仍然可使其品质降低、减产甚至绝产。盐碱地的利用对解决大豆安全供应具有巨大潜力，培育和种植耐盐大豆品种是开发利用盐碱地经济有效的方法之一，在提高大豆产量、扩大其种植面积方面具有重要意义。

建立便捷、稳定的大豆耐盐性鉴定体系，是耐盐大豆筛选、种植推广的必要前提。姜静涵选取4个耐盐品种和4个盐敏感品种，利用蛭石为培养基质，种植在人工培养箱中，通过对植株叶片失绿萎蔫的表型变化、Na⁺含量和叶绿素含量的分析，最终建立起一种稳定高效的大豆苗期耐盐性鉴定的简便方法。柏锡等选取绥农28、合丰50和合丰55为材料，用沙土水溶液的培养方法，分别在种子发芽期、第二片三出复叶长出期进行不同浓度NaCl处理，测定多项生理指标，建立了3个大豆品种的耐盐转基因大豆筛选体系。李亮等利用水培盐处理的方式，观察分析不同大豆品种幼苗的生长情况，同时测定盐胁迫下不同大豆品种幼苗叶片和根系中SOD活性、POD活性和MDA的含量，以区分不同大豆品种的耐盐性差异。张鹏等以99个大豆品种为材料，从种子萌发开始用80mmol·L^-1盐溶液对备品种耐盐性进行鉴定，并结合盆栽盐胁迫试验，观察植株整个生育期的耐盐表现，以验证种子发芽率作为大豆品种耐盐性鉴定指标的可行性。

本研究通过测定NaCl溶液处理下大豆萌发率、芽长、丙二醛含量、脯氨酸含量等指标，并用隶属函数对各指标数据进行处理，完成了15个黄淮海大豆品种（系）的耐盐性评价，鉴定出阜107-3、徐豆10、齐黄34、山宁17、临豆10、齐黄35、菏豆21和嘉豆43共8个适于黄淮海盐碱地种植的大豆品种，这对黄淮海盐碱地区的大豆生产具有指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料是本课题组保存的黄淮海主推大豆品种和新培育的优良大豆品系（表1）。

1.2 方法

1.2.1 芽期NaCl处理精选籽粒饱满、种皮完整、大小均匀的种子，将其摆放在铺有灭菌滤纸的12cm的培养皿上，用灭菌的NaCl溶液10mL进行盐胁迫处理。各处理的NaCl溶液浓度分别为O（CK）、100、150、200、250mmol·L^-1。每个处理30粒，重复3次。于25c℃、16h/8h光照温室中进行发芽试验，第3天统计萌发率。其标准为胚根伸出种脐部分的长度超过10mm，且发育正常；胚根弯曲并呈螺旋状盘绕者不予统计。

1.2.2 苗期NaCl处理将大豆种子播种于铺满细沙的育苗盘中，用1/4MS培养液浇灌至大豆第一片三出复叶全展，将幼苗移至含有200mmol·L^-1NaCl的1/4 MS培养液中培养，观察并测定其生理指标。

1.2.3 生理指标测定 丙二醛（MDA）含量测定：1.2.2中的幼苗NaCl处理6h后取样，利用硫代巴比妥酸法进行测定。脯氨酸（PRO）含量测定：1.2.2中的幼苗NaCl处理6h后取样，利用磺基水杨酸法进行测定。

1.2.4 统计分析 相对指标计算公式：相对指标=（处理指标/对照指标）×100%。数据采用Microsoft Excel 2010进行方差、回归、隶属函数及相关系数分析。隶属函数的计算公式：正相关指标X（u）=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）；负相关指标X（u）=（Xmax-Xi）/（Xmax-Xmin）；式中X（u）为隶属函数值，Xi为每个指标测定的平均值，Xmin为所有品种对应指标的最小值，Xmax为所有品种对应指标的最大值。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫下不同大豆品种（系）的萌发率

15个大豆品种（系）在不同浓度NaCl处理下的萌发率见表2。随着NaCl浓度的增高，15个大豆品种（系）的萌发率均逐渐降低，说明该处理方法能够保证处理条件的稳定性。方差分析表明，不同浓度NaCl处理对大豆的萌发率影响极显著[F=218.4>F0.0l（3，42）]，品种间差异显著[F=2.537>F0.05（14，42）]，说明NaCl处理下的大豆萌发率能够反映大豆的耐盐性。本研究中，100、150、200、250mmol·L^-1NaCl处理下，徐豆10、临豆10、齐黄34、阜107-3具有较高的萌发率，说明这4个大豆品种具有较高的盐胁迫耐性。

2.2 盐胁迫下不同大豆品种（系）的芽长

盐分可以抑制种子萌发时下胚轴的伸长，15个大豆品种（系）在不同浓度NaCl处理下的相对芽长见表3。随着NaCl浓度的增高，15个大豆品种（系）的芽长均逐渐减小，进一步说明该处理方法能够保证处理条件的稳定性。方差分析表明，不同浓度NaCl处理对大豆的芽长影响差异极显著[F=129.9>F0.01（3，42）]，品种间差异极显著[F=2.739>F0.01 （14，42）]，说明NaCl处理下的大豆芽长能够反映大豆的耐盐性。不同浓度NaCl处理下，山宁17、齐黄34、冀豆12、齐黄35具有较高的平均相对芽长，说明这4个品种具有较高的耐盐能力。

2.3 盐胁迫生理指标

丙二醛（ MDA）和脯氨酸（PRO）是衡量植物抗逆性的重要指标，在植物逆境胁迫中起着重要作用。15个大豆品种（系）在200mmol·L^-1NaCl溶液胁迫处理6h后，其叶片内的MDA含量和PRO均显著升高，且不同品种（系）表现出不同程度的变化（图1），说明本研究中MDA和PRO在盐胁迫下的变化水平可以一定程度地反映品种（系）的耐盐性。本研究中，阜107-3、徐豆10、齐黄35、齐黄34等大豆品种的MDA变化水平相对较低，说明这些大豆品种具有较高的耐盐性；汾豆95、冀豆12、菏豆21、中黄13等大豆品种的PRO变化水平相对较低，说明这些大豆品种耐盐性较低。

2.4 不同大豆品种（系）耐盐性的隶属函数

利用隶属函数计算15个大豆品种（系）不同浓度盐胁迫下的萌发率、芽长、MDA含量、PRO含量4项性状共10个指标的隶属函数值，并据此进行品种（系）耐盐性综合评价。用隶属函数法进行抗逆评价时，其平均值越大，抗性越强。根据隶属函数平均值的大小对15个大豆品种（系）的耐盐性进行综合排序，结果见表4，其中阜107-3的隶属函数平均值最大，为0.7823，说明其芽期和苗期的耐盐性最强，而汾豆95隶属函数平均值最小，为0.1396，说明其芽期和苗期的耐盐性最弱。

利用大豆品种耐盐性的隶属函数进行分级，可将大豆品种的耐盐性分为以下4级。

1级：隶属函数平均值在0.75以上——高耐盐型，只有阜107-3；

2级：隶属函数平均值在0.50～0.75之间——耐盐型，包括临豆10、齐黄34、徐豆10、齐黄35、嘉豆43、山宁17、菏豆21共7个材料；

3级：隶属函数平均值在0.25～0.50之间——低耐盐型，包括周08010-5-3、中黄13、冀豆12、邯豆5号、齐黄1号、安豆203共6个材料；

4级：隶属函数平均值在0.25以下——盐敏感型，只有汾豆95。

3 讨论

3.1 大豆芽期和苗期耐盐性

盐分可以影响种子的发芽率，抑制种子萌发时下胚轴的伸长，且随着盐浓度的升高，其抑制作用更加明显。张鹏等认为种子萌发期的耐盐性表现与植株生长后期的耐盐性基本一致，种子萌发期的发芽率可以用于抗盐性的鉴定。但是对多种浓度NaCl处理下大豆的耐盐性差异研究较少。在本研究中，15个大豆品种（系）的萌发率和芽长随着NaCl浓度的增加而降低，但不同品种（系）对NaCl的敏感程度不一，方差分析表明NaCl处理浓度及品种间均对大豆的萌发率和芽长产生显著或极显著的影响。所以，本研究认为设置多种浓度的NaCl处理研究其对大豆萌发率和芽长的影响以鉴定大豆品种（系）芽期的耐盐性是筛选耐盐品种的一个较为有效的措施。

大豆苗期耐盐性分析也是大豆耐盐品种（系）筛选中一个较为常用的方法。本研究中，以盐胁迫后相关生理指标MDA和PRO的相对变化情况来分析大豆苗期耐盐性发现，不同品种（系）的苗期耐盐性存在较大差异。同时发现虽然大豆苗期耐盐性与大豆芽期耐盐性显著相关，但是不同品种（系）的芽期和苗期的盐敏感程度存在一定差异，如阜107-3芽期耐盐性低于徐豆10，但其苗期耐盐性高于徐豆10。因此，本研究认为对大豆品种芽期和苗期的耐盐性进行综合分析能够高效准确地进行大豆耐盐品种筛选。

3.2 大豆盐胁迫相关生理指标的选择

逆境胁迫能造成植物体内活性氧（ROS）的累积，ROS是植物细胞有氧代谢过程中具有很强毒性的副产品，可直接造成膜脂过氧化。MDA是脂质过氧化的主要产物，对膜有毒害作用，通常作为衡量植物抗逆性的重要指标。PRO作为一种渗透调节物质，在植物逆境胁迫中起着重要的作用。本研究中，MDA和PRO的相对含量呈极显著负相关，且与芽期生理指标分别呈显著负相关和显著正相关，所以本研究选择MDA和PRO作为苗期耐盐性鉴定的相关生理指标。

3.3 大豆盐胁迫耐性动态鉴定体系

植物的盐胁迫耐性机制十分复杂，是复合数量性状，由于同一材料的不同形态和生理生化特性指标在盐胁迫下表现并不完全一致，单独以某一指标来进行材料间耐盐性分析会存在一定误差。姜奇彦等利用盐害指数进行耐盐性分级将中黄13划人芽期高耐盐级别，但在本研究中，虽然中黄13芽期的盐害指数较低，但由于采用隶属函数进行分析，其耐盐性仍低于其它多个品种。利用模糊数学中的隶属函数对各个指标综合分析能够随着样品份数的增减、抗性指标的增减而形成一种作物胁迫耐性的动态鉴定体系。刘太林等利用隶属函数对不同大豆品种种子萌芽期的耐盐性进行了研究；孙静利用隶属函数对切花菊抗旱性进行了评价，并对其抗旱机制进行初步分析。本研究利用隶属函数分别分析了15个大豆品种（系）芽期和苗期的4项性状的10个耐盐指标，并对其进行综合分析，从而准确而有效地鉴定了15个品种（系）的耐盐性。

4 结论

建立了一种在可控条件下，采用隶属函数综合分析大豆芽期和苗期各项生理指标的大豆芽期和苗期耐盐性综合鉴定方法。利用该方法对15个大豆品种（系）进行耐盐性鉴定，其中阜107-3、徐豆10、齐黄34、山宁17、临豆10、齐黄35、菏豆21、嘉豆43共8个品种（系）耐盐性较强，汾豆95耐盐性较差，其它6个品种（系）耐盐性居中。