不同地区亚麻萌发期耐盐碱性遗传多样性分析∗

郭栋良，江海霞，钟俐，杨亮杰，闫文亮，张喻，谢丽琼

(新疆大学生命科学与技术学院，新疆乌鲁木齐830046)

0 引言

土壤盐碱化是农业生产中限制土地生产力的主要因素之一，严重降低作物产量和品质.全世界约有10亿hm2盐碱化土壤[1]，中国盐碱地总面积约为0.99亿hm2[2]，有效利用盐碱地对于提高作物产量具有重大意义，通过挖掘作物本身的耐盐能力，筛选和培育耐盐作物品种是开发利用盐碱地的有效途径之一[3].亚麻（Linum usitatissimumL.）是人类最早使用的天然植物纤维之一，具有“麻中皇后”之美称[4].亚麻籽粒含有丰富不饱和脂肪酸，是重要的医疗保健食品[5].筛选亚麻耐盐碱种质对培育高产耐盐碱亚麻品种、促进盐碱地亚麻栽培具有重要的现实意义.

土壤盐化与碱化往往相伴而生[6]，大多数植物在芽期和苗期对土壤盐分较为敏感[7]，在盐碱胁迫下，种子的迅速定植和生长决定出苗率、齐苗率，对作物的产量影响很大.国内外植物耐盐碱性研究主要集中在一些大田作物，如水稻[8,9]、小麦[10,11]、玉米[12]、大豆[13,14]、高粱[15]等，对亚麻耐盐碱的研究较少.赵东升[16]从200份材料中筛选出了11份耐盐碱性较强的亚麻品种.郭媛等[17]从342份亚麻种质获得5份高耐盐碱品种，并分析了盐胁迫和碱胁迫对亚麻苗期阳离子吸收和分配影响[18].郭瑞等[19]认为碱胁迫对亚麻伤害大于盐胁迫的最主要原因是碱胁迫导致Na+过度积累.混合盐碱胁迫Na+与高pH值对亚麻萌发的抑制效应比单独的中性盐或碱性盐胁迫大[20].作物耐盐碱的综合评价，研究者多采用发芽率等生理指标变化的隶属函数法，其中平均隶属函数法将各指标对综合盐碱耐性的贡献视为一致，而加权隶属函数法考虑指标变异程度，侧重点不同对种质耐性的评价也不尽相同.

国内栽培亚麻种质遗传多样性较为狭窄[21].本研究以来自埃及、印度、埃塞尔比亚、中国等42个国家的185份亚麻种质为材料，遗传多样性丰富.在复合盐碱胁迫下，根据发芽率、芽长生理指标，采用平均隶属函数法结合加权隶属函数法综合分析不同来源亚麻种质的耐盐碱遗传多样性，并结合亚麻重要农艺性状，筛选高耐盐碱亚麻种质，为培育耐盐碱优良种质提供依据.

1 材料及方法

1.1 实验材料

来自42个国家的185份亚麻材料，其中国内5份，国外180份.所有材料均由新疆大学生命科学与技术学院生物工程研究中心保存，种质来源见表1.

表1 185份亚麻种质来源

1.2 实验方法

1.2.1 实验设计

试验方法参照《亚麻种质资源描述规范和数据标准》略有改动[22].每个品种挑取50粒种子置于5ml EP管中，75%C2H5OH浸泡5min，无菌水冲洗2次，1%NaClO浸泡20min，无菌水冲洗2～3次晾干.置于含有两层滤纸的培养皿中，加入15mL 1.5%的复合盐碱溶液（NaCl 80%、MgSO410%、K2SO410%，pH=9.5），以蒸馏水为对照.在24◦C，光照16 h/黑暗8h，光照强度5 000lx的条件下培养7d，重复2次，培养过程中及时补充水分.试验于2017年3月-2017年7月在新疆大学生命科学与技术学院生物工程研究中心进行.

1.2.2 测定指标

以胚根长达种子长度1/2为萌发标准，在培养第7天统计各品种发芽数，每皿随机选取10株，用游标卡尺测量芽长(Shoot length).计算发芽率(Germination rate)、相对发芽率(Relative germination rate)、相对芽长(Relative Shoot length).公式如下：发芽率=第7天的发芽种子数/供试种子总数×100%，相对发芽率=各个处理的发芽率/对照的发芽率×100%，相对芽长=处理的芽长/对照的芽长×100%.

1.2.3 耐盐碱性综合评价

以相对发芽率和相对芽长为依据，利用平均、加权隶属函数法对185份亚麻种质进行耐盐碱性综合评价.平均隶属函数值公式：µ(Xi)=(Xi−Ximin)/(Ximax−Ximin)[23]，µ(X)=Pµ(Xi)/N[17].式中Xi为基于鉴定指标i的盐害系数，Ximax和Ximin分别是Xi最大值和最小值，µ(Xi)是基于鉴定指标i的隶属函数值，N为鉴定指标数，µ(X)为多个鉴定指标隶属函数值的平均值.权重计算公式···,n)[24]，式中CVi为各供试材料µ(Xi)的变异系数，Wi表示CVi在总变异中所占比例.加权隶属函数值计算公式.采用SPSS 22.0 软件对亚麻种质耐盐碱性进行聚类分析.

1.2.4 田间产量测定

5月初在新疆乌鲁木齐市米东区试验田播种，釆用随机区组设计，小区面积为2m2，区长1m，宽2m，5行区条播，每平方米有效播种粒数为2 000粒.区间道0.4m，组间道lm，试验区四周设1.5m宽保护行，按常规生产方式进行田间管理.生理成熟期参照《亚麻种质资源描述规范和数据标准》[22]进行农艺性状测定.

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫下亚麻萌发期表型分析

复合盐碱胁迫下185份亚麻种质萌发期GR和SL性状表型值分布如表2所示.对照发芽率为75%～100%,平均发芽率为91.78%，变异系数为5.22%；芽长为1.78cm～4.61cm，平均芽长为3.17cm，变异系数为16.89%.复合盐碱胁迫下，发芽率为0～91.00%，平均发芽率为32.69%，较对照平均值降低64.38%，变异系数为68.32%，是对照变异系数的13.09倍；芽长在0cm～0.96cm之间，平均芽长为0.48cm，较对照平均值降低84.85%，变异系数为36.67%，是对照变异系数的2.17倍.结果表明：与对照相比，盐碱胁迫下亚麻种子发芽率和芽长均受到不同程度的抑制；芽长受到抑制程度更大，1.5%的复合盐碱胁迫下能够明显区分亚麻各品种间耐盐碱性的差异.相对发芽率在0.00%～100%之间，其中高于90%的材料有3份，分别是TOMAGAON（C141）、Mures（C73）、CIli 1918（C109），低于10%的材料有32份，其中低于2%的材料有3份，分别是HINDI（C124）、G 2063-5-10（C70）、Viking（C80）.相对芽长在0.00%-41.09%之间，其中HINDI（C124）、CIli 1689（C183）、Sel.C.I.19-47 Pale Blue（C81）低于3%，BETA 201（C158）、Buda 80（C35）、CIli 1519（C102）、Novelty（C3）高于28%.

表2 复合盐碱溶液对亚麻萌发期的影响

2.2 亚麻种质萌发期耐盐性的综合评价

为了准确评价亚麻种质的耐盐碱性，研究根据相对发芽率、相对芽长的变化，比较了平均隶属函数法（µ(X)）和加权隶属函数法（Dvalue）对供试亚麻种质抗性的评价，并对各指标进行了相关性分析，见表3.结果表明不同隶属函数值间存在极显著的相关性（P<0.001，相关系数为0.991），表明µ(X)、Dvalue均可综合评价亚麻萌发期的耐盐碱性.而µ(RGR)和µ(RSL)相关系数为0.525，表明不同的生理指标在评价亚麻耐盐碱性上存在差异.

表3 基于各指标隶属函数值的相关性分析

分别用µ(X)和D值对供试亚麻种质进行聚类分析，µ(X)值变化范围为0～0.7701.聚类结果显示：185份亚麻种质被分为5个类群，第1类群为18份高度耐盐碱品种（占供试品种总数的9.73%）；第2类群为36份耐盐碱品种（占供试品种总数的19.46%）；第3类群为52份中耐盐碱品种(占供试品种总数的28.11%)；第4类群为60份盐碱敏感品种（占供试品种总数的32.43%）；第5类群为19份盐碱高度敏感品种（占供试品种总数的10.27%）.D值变化范围为0～0.820 4，D值聚类结果将亚麻种质分为5个类群：第1类群为12份高度耐盐碱品种（占供试品种总数的6.49%）；第2类群为37份耐盐碱品种（占供试品种总数的20.00%）；第3类群为63份中耐盐碱品种(占供试品种总数的34.05%)；第4类群为53份盐碱敏感品种（占供试品种总数的28.65%）；第5类群为20份盐碱高度敏感品种（占供试品种总数的10.81%）.两种方法分析185份亚麻种质耐碱性分布均呈现两端少中间型多的特点，见图1.

以µ(X)值为依据的评价结果显示，185份亚麻材料中耐盐碱性最强的是C73、C99、C102，而依据D值，耐性最强的前三位是C73、C141、C99，两种评价方法在分析亚麻种质耐盐碱性上存在差异.综合µ(X)和D值聚类分析获得10份高度耐盐碱种质，占供试材料的5.41%，19份高敏种质，占供试材料的10.27%，其余156份亚麻种质为中间型，占供试材料的84.32%.其中，10份高耐盐碱亚麻种质均为国外品种.

2.3 亚麻耐盐碱性与农艺性状相关性分析

亚麻耐盐碱性、株高、分支数、种子大小等均为与作物产量相关的重要农艺性状.研究分析了亚麻耐盐碱性与各农艺性状的相关性，结果表明：耐盐碱性与株高、工艺长度呈负相关，与蒴果数呈正相关，与种子粒长、粒宽以及千粒重无明显的相关性，见表4.

表4 盐碱胁迫下各指标隶属函数值与农艺性状的相关性分析

为适应不同地区生态环境的变化，及人类驯化方向不同，亚麻现已分为纤用和油用两大类群.选取类型明确的亚麻种质，分析油用（n=17）和纤用（n=56）亚麻种质间耐盐碱性的差异，结果表明不同类型的亚麻耐盐碱存在显著差异，油用亚麻种质盐碱耐性极显著强于纤用亚麻，见图2.

图1 基于两种隶属函数法对185份亚麻相对耐盐碱性聚类分析

图2 亚麻不同类群耐盐碱性差异比较

2.4 亚麻耐盐碱性种质农艺性状评价

通过田间试验对10份高耐盐碱亚麻进行农艺性状统计和产量评估，结果显示：株高在61.00～106.6 cm之间，见表5，其中Mures株高最高，原茎产量也最高，达4 751.75 kg·hm−2；OLEIFERA原茎产量次之，为4 523.25 kg·hm−2；TJK04-20种子产量最高，达1 954.75 kg·hm−2，而株高仅为67.94 cm；Mures、Lusatia、Linota种子产量也均在1 800 kg·hm−2以上.综合盐碱耐性和产量，Mures可作为油纤兼用高耐盐碱育种材料，油用种质TJK04-20种子产量最高，原茎产量不佳，但具有白粉病抗性（未发表数据），可作为抗病耐盐碱油用种质种植.

表5 10份高耐盐碱亚麻种质农艺性状统计

3 讨论

中国盐碱地主要分布于中国东北、华北、西北内陆等区域[2]，亚麻主产区主要集中在甘肃、宁夏、新疆、东北等地，因此筛选和培育耐盐碱亚麻品种对充分利用盐碱地和提高亚麻总产量具有重要的实际意义.可通过温室盆栽和田间耐盐性鉴定等方法评价作物的耐盐碱性[15].不同作物、不同生育期对盐碱的敏感性不同[15]，本研究发现萌发期是亚麻对盐碱最为敏感的时期，苗期（>14DAG）生长的亚麻能够耐受较高离子的盐碱胁迫（数据未发表），因此萌发期耐性强弱是决定亚麻能否定植的关键时期，萌发期耐盐碱性筛选能够快速、高效地对亚麻品种耐性进行评价.

在作物芽期应对盐等非生物胁迫的研究中，多数研究表明单一生理指标不能很好的评价种质抗逆性[3,15]，前人常采用发芽率、发芽势、芽长、根长、耐盐碱指数和鲜重等[15,26,27]不同生理指标组合来衡量品种间抗性的变化.由于发芽率和发芽势，根长、芽长与鲜重等部分生理指标间存在一定的交互关系，进行种质抗性综合评价时，会因信息叠加而导致单一评价指标作用放大.在盐碱胁迫下变异大的生理指标，并不一定是耐盐碱性最显著相关的指标[28]，存在权重与抗性相关性不能很好统一等问题.因此，抗性鉴定生理指标并不是越多越好.

种子进入苗期要完成萌发和定植两个过程，发芽率和芽长分别反映了逆境胁迫下种子活力受影响的程度与萌发后在胁迫环境下植物生长的能力，基本反映了抗逆性的差别.与对照相比，盐碱胁迫下亚麻发芽率和苗生长受到不同程度的抑制，芽长受到抑制程度更大，与郭媛等[17]人的研究结果一致.µ(RGR)与µ(X)、Dvalue的相关性均高于µ(RSL)，说明发芽率与萌发期耐盐碱性的关系最为密切，与裸燕麦[28]中的研究结果一致.本研究以复合盐碱溶液处理185份亚麻种质，鉴定指标的变化在群体中呈现显著的变异（发芽率变异系数为68.32%，芽长变异系数为36.67%），说明该体系能够较准确的评价亚麻种质耐盐碱性.

隶属函数法常用于作物耐盐碱性综合评价[17,28−30]，其中平均隶属函数法将不同生理指标对作物耐盐碱性贡献视为一致，加权隶属函数法则考虑了不同指标的权重，即不同指标的变异程度.本研究分别用这两种方法对数据进行了分析，发现尽管种质抗性的排列顺序有差异，在极端抗性材料中（各10%的高抗和高敏材料），二者的一致性达97.37%，说明平均隶属函数法和加权隶属函数法在评价作物耐盐碱性中只是分析角度不同，并无优劣之别.而利用两种隶属函数法对亚麻耐盐碱性进行综合评价，能更加准确的筛选高耐盐碱亚麻种质.

油用亚麻和纤用亚麻在株高、分支数等表型上有明显的区分.亚麻耐盐碱性与重要农艺性状的相关性分析显示，耐性变化与株高、工艺长度、蒴果数显著相关，见表4.进一步对部分油用和纤用类群耐盐碱性差异分析，结果表明油用亚麻种质盐碱耐性极显著强于纤用亚麻，见图2，这与郭媛等[20]人的研究结果一致.而与郭媛等人[20]的推测相反的是耐盐性与种子大小并无相关性，说明种子大小不是影响纤用和油用亚麻盐碱耐性差异的主要原因.亚麻种子应对干旱胁迫的研究发现，亚麻种子的吸水率与抗旱性相关，而种子大小与抗旱性不相关，以上抗盐碱性的结果表明，在油料作物亚麻中，种子在逆境胁迫下的定植并不依赖种子大小，这与大豆[31]、鹰嘴豆[32]中的研究结果不同.

4 结论

选用可溶性盐含量1.5%、pH 9.5的复合盐碱溶液能够明显区分亚麻品种间耐盐碱性的差异.本研究评价了来自42个国家的185份亚麻种质抗盐碱能力，其中10份为高耐盐碱种质，占供试材料的5.41%，19份为高敏种质，占供试材料的10.27%，其余156份亚麻种质为中间型，占供试材料的84.32%.两种隶属函数法分析亚麻种质耐盐碱性变化，10%极端抗性材料一致性达97.37%.油用亚麻种质盐碱耐性极显著强于纤用亚麻类群，且种子大小并不是影响纤用和油用亚麻盐碱耐性差异的主要原因.