不同青贮玉米大喇叭口期和成熟期耐盐碱性综合评价

张会丽，朱 林，许 兴,2

(1．宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021；2.宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室，宁夏 银川 750021；3.宁夏大学西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地，宁夏 银川 750021)

青贮玉米在我国西北、华北及东北的盐碱化地区种植非常广泛[1]，盐碱胁迫是制约青贮玉米产量提高的重要非生物胁迫因子之一，筛选耐盐碱青贮玉米品种是解决土壤盐碱胁迫的重要手段[2-3]。

目前，国内外对玉米的耐盐碱性研究主要集中在对苗期和萌发期等早期耐盐碱性[4-6]筛选鉴定，对中、后期耐盐碱性研究较少；对盆栽、营养液条件等模拟环境研究较多[7-8]，对大田环境研究少；关于生理生化指标测定较多[9-10]，对光合气体交换参数和产量等表型性状综合测定偏少；对生育期内某单一时期的研究较多[11-12]，对不同生育期的耐盐碱性综合评价较少。

为了提高青贮玉米耐盐碱性鉴定的精确性和准确性，应选用多个指标[13]不同时期进行综合分析，进而为生产实践提供理论支撑。本试验利用大田鉴定方法，以不同基因型的青贮玉米品种为材料，采用隶属函数法对25个玉米品种在大喇叭口期和成熟期的耐盐碱表型性状的鉴定和光合气体交换参数进行综合评价，并对不同时期供试材料的耐盐碱性进行分类，筛选出各时期具有较强耐盐碱性的青贮玉米品种，为我国盐渍化土地的开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

以25个供试玉米品种为试验材料，供试材料由佰青源公司、中科院遗传发育研究所提供，具体品种名称见表1。

表1 供试青贮玉米杂交种

1.2 试验设计

试验于2016年4-9月在宁夏银川北部盐碱地平罗县进行，试验地位于东经106°31′28″，北纬38°57′15″。供试土壤为两块不同盐分含量的盐碱地，将土壤全盐含量为2.337 g·kg-1的低盐含量地块设为对照田(CK)；土壤全盐含量为6.935 g·kg-1高盐含量地块设为盐碱胁迫地。土壤有机质含量为18.760 g·kg-1，全磷含量2.970 g·kg-1，全氮含量0.9 g·kg-1，碱解氮含量25.228 mg·kg-1，速效磷含量5.020 mg·kg-1，速效钾含量67.000 mg·kg-1。播种前精选每个品种子粒饱满大小均匀的种子。试验按照随机区组设计，小区面积3 m×5 m，每个品种3个重复小区，均行种植，小区行长3.0 m，行距0.6 m，株距0.2 m，走道0.8 m，穴播(单粒播种，播种深度为3 cm左右)，播前整地耙平，施基肥。整个生长期内统一管理，按时进行中耕除草、灌水施肥。

1.3 测定项目及方法

农艺性状的测定：采用游标卡尺测量地上茎基部的直径为茎粗，单位为mm；植株在自然生长状态下，用卷尺测得从根基部到最高叶尖的长度为株高，单位为cm，每个处理测定3次；用手持式叶绿素SPAD仪于大喇叭口期和成熟期测每个处理的穗位叶相对叶绿素含量，测定时避开叶脉，测量叶片中部，每个品种测3株；采用手持式冠层测温仪，选择晴朗的天气测定各小区的CT值，即冠层温度，每个小区每个方向重复测定3次，取其平均值作为该次测定的CT值。

光合气体交换参数的测定：采用便携式光合作用测量系统(LI-6400，LI-COR公司，美国)，选择晴天9∶00—12∶00点及14∶00—18∶00，对不同小区玉米植株的光合生理指标进行测定，测定时设定人工光源光强为1 400 μmol·m-2·s-1。测量指标主要包括净光合速率(Pn, μmol·m-2·s-1)、蒸腾速率(Tr, mmol·m-2·s-1)、气孔导度(Gs, mol·m-2·s-1)及叶温(TL, ℃)等。被测作物均需要在每个小区中随机选取，选取叶片时需要选“棒三叶”的全展叶，并测定5个重复，自然光下待数据稳定后保存3个数据，取其平均值。

产量性状的测定：从各个小区中取植株鲜样并称其鲜重，带回室内置于烘箱中于105℃杀青30 min，然后80℃烘干至恒重，称其干重。植株含水量=(鲜重-干重)/鲜重×100%

应用模糊数学隶属函数法对不同玉米品种大喇叭口期和成熟期的耐盐碱性进行综合评价[14-15]。

首先，利用公式计算：

U(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(j=1，2，3，…，n)

式中，Xj为性状指标的测定值，Xmin、Xmax分别为25个供试材料某一性状指标的最小值和最大值。

其次，根据性状相对重要性赋予一定的权重，权重：

式中，Wj表示第j个公因子在所有公因子中的主要程度；Pj为各材料第j个指标与耐盐碱系数间的相关系数，表示各品种第j个公因子的贡献率。

最后，把每份材料各项指标隶属函数值累加，取其平均值为综合评价值。综合评价值：

式中，D值为供试材料在盐碱胁迫条件下用综合指标评价所得的耐盐碱性综合评价值。根据各材料综合评价值大小确定其耐盐碱性强弱，D值越大耐盐碱性越强，反之，耐盐碱性越弱。

1.4 数据处理及分析

采用Microsoft Excel 2007进行数据整理，利用 DPS 7.05进行显著性分析及相关分析，采用SPSS 17.0统计软件完成数据的主成分分析、聚类分析，所有的数值均以“平均值±标准误”来表示。

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫条件下不同玉米品种农艺性状变化

不同玉米品种处于大喇叭口期时的各农艺性状表现不同，如表2所示。盐碱地胁迫下的株高、茎粗等农艺性状指标明显受到不同程度的抑制，表现为显著下降(P<0.05)，而盐碱地条件下的冠层温度较对照田高(P<0.05)。对于株高而言，盐碱胁迫时A3/H237、1421/1522相对较高，桂青贮1号和科多8号相对较低；对照田中的1421/1522最高，科多8号最低。对于茎粗，两种环境下均表现为A49/1522最粗，盐碱胁迫时TY1最细，对照田中科多8号最细。对于SPAD值，两种环境下均表现为TY1最小，盐碱胁迫时宁3-2/1528的SPAD值最大，对照田中H237/1519最小。对于冠层温度，盐碱胁迫下H14/1528最高，A18/1506最低；对照田中A3/H237最高，北21/1520最低。

成熟期时盐碱地中各品种的株高、茎粗明显小于对照田，且差异达显著水平(P<0.05)(表3)，而冠层温度和SPAD值的变化没有明显趋势。对于株高，盐碱胁迫时宁3-2/1528最高，TY1最低；对照田中133-2/1528最高，H237/A18最低。对于茎粗，盐碱胁迫时A18/1506最粗，桂青贮1号最细；对照田中宁3-1/1528最粗，A3/H237最细。对于SPAD值，盐碱胁迫时133-2/1528最大，H237/A26最小；对照田中H242/1522最大，H14/A18最小。对于冠层温度，盐碱胁迫时H14/1528最高，宁3-2/1528最低；对照田中A3高/A18最高，H237/A18最低。

2.2 盐碱胁迫条件下不同玉米品种光合气体交换参数

不同品种在大喇叭口期的光合气体交换参数均有差异，如表4所示。盐碱处理下各品种的净光合速率显著低于对照田中相对应品种的净光合速率(P<0.05)，其他参数的变化不明显。对于净光合速率(Pn)，盐碱胁迫下桂青贮1号、科多8号和TY1相对较高，它们与其他品种间达到显著差异(P<0.05)，A3高/A18最低；对照田中1517/旬11最高，桂青贮1号最低。对于蒸腾速率(Tr)，胁迫时TY1最高，北21/1522最低；对照田中A49/1522最高，A3/H237最低。对于气孔导度(Gs)，胁迫时TY1最大，北21/1522最小；对照田中H242/1522最大，1517/旬11最小。对于叶片温度(TL)，胁迫时H242/1522最大，北21/1522最小；对照田中北21/1522最大，北21/1520最小。

成熟期胁迫下H237/A18Pn最大，科多8号最小(表5)；对照田中A18/1506最大，宁3-2/1528最小。对于Tr和Gs，胁迫下均表现为H14/A18最高，且与其他品种达显著差异(P<0.05)，科多8号最低；对照田中A3高/A18最高，H237/1519最低。对于TL，胁迫时TY1最高，H242/1522最低，均与其他品种达显著差异(P<0.05)；对照田中H237/A26最高，1517/旬11最低，后者与其它品种也达到显著性差异(P<0.05)。

2.3 盐碱胁迫条件下不同时期各品种间农艺性状、光合指标及产量的相关性

盐碱胁迫条件下不同时期各品种间农艺性状、光合指标及产量的相关性见表6(大喇叭口期)和表7(成熟期)。大喇叭口期：株高与SPAD值呈显著正相关，与Gs呈显著负相关，与Pn呈极显著负相关；茎粗与SPAD值呈显著正相关，与Pn呈显著负相关，与Tr、Gs呈极显著负相关；SPAD值与公顷鲜重呈显著正相关；Pn与Tr呈显著正相关，与Gs呈极显著正相关；Tr与Gs、TL均呈极显著正相关；Gs与TL呈显著正相关；植株含水量与公顷干重呈极显著负相关；公顷鲜重与公顷干重呈极显著正相关。

成熟期：株高与SPAD值呈显著正相关，与公顷鲜重、干重均呈极显著正相关；茎粗与冠层温度呈极显著正相关；冠层温度与SPAD值呈显著负相关，与公顷鲜重、干重呈极显著负相关；SPAD值与公顷干重呈显著正相关，与公顷鲜重呈极显著正相关；Pn与Tr、Gs呈极显著正相关；Tr与TL呈显著正相关，与Gs呈极显著正相关；公顷干重与植株含水量呈极显著负相关，与公顷鲜重呈极显著正相关。

2.4 盐碱胁迫下不同时期各品种的耐盐碱性比较

通过对大喇叭口期和成熟期25个品种的农艺性状(株高、茎粗、SPAD值和冠层温度)、光合气体交换参数(Pn、Tr、Gs和TL)及产量性状(植株含水量、公顷鲜重和公顷干重)等11个指标进行测定分析，利用主成分分析和隶属函数法对不同时期各品种的耐盐碱性综合评价，结果如表8所示。对大喇叭口期和成熟期11个指标分别进行主成分分析，重新整合成11个主成分，从特征值来看，2个时期的前4个主成分特征值均大于1，所以保留前4个主成分。从方差的累计贡献率可知，大喇叭口期和成熟期第一主成分的贡献率分别为32.202%、37.552%，第二主成分的贡献率分别为52.798%、57.068%，第三主成分的贡献率为64.695%、68.919%，第四主成分的贡献率分别为74.210%、79.643%，前4个成分的累积贡献率大于80%，可考虑保留。通过利用隶属函数法进一步对主成分分析的结果进行综合分析，25个杂交种材料在不同时期的耐盐碱性排序不同，其中大喇叭口期耐盐碱性最强的品种是科多8号，成熟期耐盐碱性最强的品种是H14/A18。

表6 盐碱胁迫条件下玉米大喇叭口期各指标的相关系数

注：*和**分别表示在0.05和0.01水平上相关性显著。X1:株高；X2:茎粗；X3:冠层温度；X4:叶绿素相对值；X5:净光合速率；X6:蒸腾速率；X7:气孔导度；X8:叶片温度；X9:植株含水量；X10:公顷鲜重；X11:公顷干重。下同。

Note: * and ** indicate significance of correlations at 0.05 and 0.01 probability levels, respectively. X1: plant height; X2: stem diameter; X3: canopy temperature; X4: SPAD values; X5: net photosynthetic rate; X6: transpiration rate; X7: stomatal conductance; X8: leaf temperature; X9: plant moisture content; X10: Ha fresh weight; X11: Ha dry weight. The same below.

表7 盐碱胁迫条件下玉米成熟期各指标的相关系数

表8盐碱胁迫条件下各品种于不同时期的综合评价值及耐盐碱性排序

Table 8 D-value of comprehensive evaluation and the ranks of saline-alkali-tolerance of maize cultivars in different stages

品种名称Variety大喇叭口期V14 stageD值 D values排序Order成熟期Mature stageD值 D values排序OrderH242/15220.412130.43615A49/15220.325200.45813A49/15280.43990.5295A3高/1519A3 gao/15190.45660.4899H237/A260.422110.5344A18/15060.378160.26024133-2/15280.61430.5893H242/15230.372170.41418A3/H2370.323210.49971421/15220.392140.41616H237/15190.431100.47411北21/1520Bei 21/15200.261240.34222宁3-1/1528Ning 3-1/15280.420120.4928H14/15280.140250.15525北21/1522Bei 21/15220.343180.38020宁3-2/1528Ning 3-2/15280.45470.41617A3高/A18A3 gao/A180.319220.32423H237/A30.264230.43914H237/A180.379150.50261517/旬111517/xun 110.44480.41119旬11/1517Xun 11/15170.54250.47212H14/A180.340190.7611桂青贮1号Guiqingchu 10.70520.7282科多8号Keduo 80.77010.37421TY10.59440.47910

3 讨 论

盐碱胁迫最明显的效应表现为植株生长受抑制[16]，而受抑程度取决于作物耐盐碱的能力和盐碱胁迫的强度[17]，因此，生长状况是评价植株是否耐盐碱的重要参考指标之一。本试验表明，在盐碱胁迫条件下同一品种不同鉴定指标及同一指标不同玉米品种都存在明显差异，不同青贮玉米品种对盐碱胁迫的耐受能力不同[11]。Huang等[18]研究表明，作物的株高和茎粗是衡量植株生长强弱最直接的反映，它们能够间接地表明植株的生长状况与水肥供给情况，而产量是耐盐碱评价中最直观、可靠的证据。本研究表明，盐碱胁迫处理时各品种的株高、茎粗等表型性状均严重受到阻碍(P<0.05)。这与姚正培等[19]、郑飞等[20]和许兴[21]的研究结果吻合，说明盐碱胁迫条件下，不同玉米品种大喇叭口期和成熟期各性状指标均受到不同程度的抑制。可能是玉米在遭受盐碱胁迫时，细胞不能正常地分裂和扩张，为了保证能够发挥正常的功能，细胞必须要维持离子平衡，并降低其原生质中Na+或其他离子的浓度，使其低于周围介质环境。因此，必定会消耗对作物生长发挥有效作用的能量，导致植株生长受到抑制[22]。也可能是因为盐碱胁迫抑制了根系对无机离子和水分的吸收，导致了作物生长发育减缓[23]。本研究结果显示，盐碱胁迫下植物叶片叶绿素相对值(SPAD)会随着外界环境的变化而改变，SPAD值与株高、地上部植株产量达到显著正相关(P<0.05)，与崔世友等[24]和曹保华[25]对大豆的研究结果类似。而且SPAD值能够在大田中无损、快速、定量的检测，因此，可将其作为逆境生理研究中的重要指标之一[26]。

植物维持生命活动的基础是通过光合作用来实现的，本研究不同青贮玉米品种在盐碱胁迫下，净光合速率明显降低，气孔导度也有所下降，产量显著低于对照田(P<0.05)。这与王丽燕等[27]、刘志伟等[28]的报道一致，可能是因为盐碱胁迫使光合系统受到损害，叶绿素遭到破坏，而叶绿素作为光合作用正常进行的主要色素，它被破坏会引起一系列生理反应，并使自身光合作用受阻，植株体内生理代谢紊乱，最终导致减产甚至绝收[29]。也可能是由于自身存在的因素(如气孔部分关闭等)，引起叶片光合效率下降[30]。

不同青贮玉米品种的形态学指标和光合气体交换参数对盐碱胁迫的反应有很大差别，盐碱胁迫对玉米植株生长的影响是综合且复杂多样的过程，用某一单项指标来评价其耐盐碱性强弱过于片面、存在局限性，为了弥补单项指标评价耐盐性的不足，可利用主成分分析客观准确地对供试玉米种质资源大喇叭口期和成熟期耐盐性进行深入综合的评价，利用综合评价值来对耐盐性材料进行归类。本试验采用主成分分析和隶属函数法对参试青贮玉米品种大喇叭口期和成熟期的各个指标进行综合评价，按照隶属函数值(D值)大小将其耐盐碱性分级：D值大于0.6为强耐盐碱性材料；D值在0.2～0.6之间为中耐盐碱性材料；D值低于0.2为敏盐碱性材料。25个青贮玉米品种在生长中期(大喇叭口期)和后期(成熟期)耐盐碱性鉴定结果不一致，在大喇叭口期时具有强耐盐碱性的材料有：科多8号、桂青贮1号和133-2/1528；在成熟期时具有较强耐盐碱性的材料有：H14/A18和桂青贮1号；同时表现为敏盐性的材料为H14/1528，这与邱念伟等[31]关于大白菜的研究结果类似，可能是由于耐盐碱性基因的遗传调控受时空诱导表达的影响。本研究充分说明玉米耐盐碱性具有明显的发育阶段特异性，大喇叭口期与成熟期两者间的耐盐碱性不存在明显的相关性，此种遗传特性已在水稻中得到证实[32]。由此可知，在试验研究中不能通过作物某一生育阶段的耐盐碱性来断定其耐性强弱，要根据最终所需来选取种植的材料，如若为了获得最终青贮产量，应以成熟期筛选结果为主。通过表型鉴定和光合指标综合分析不同品种的耐盐碱性，筛选出的耐盐碱和盐碱敏感的玉米种质资源，为青贮玉米在盐碱地条件下的栽培和生产提供技术依据。