胡麻资源萌发期耐盐综合性评价

赵 玮 齐燕妮 张建平 赵 利 王利民 谢亚萍 王 斌 张艳萍

(1.甘肃省农业科学院作物研究所，兰州 730070； 2.甘肃省农业科学院生物技术研究所，兰州 730070)

胡麻(油用亚麻)属于亚麻科(Lianceace)亚麻属(Linum)[1]，由于它的营养价值和工业价值，逐渐引起了广泛关注，成为我国西北和华北地区重要的特色油料作物[2]，在甘肃的种植面积和总产均居全国首位[3]。甘肃是我国盐碱地面积较大的省份之一，目前我国盐碱地面积有1亿hm2[4]，甘肃的耕地中就有盐碱土壤12.0万公顷[5]，胡麻产业的可持续发展面临着盐渍胁迫的威胁，筛选、培育耐盐碱的优良品种是应对土壤盐渍化问题最经济有效的办法之一[6]，对促进胡麻产业的发展具有重要的现实意义。

种子萌发乃万物生长的起始，这个阶段又是对逆境胁迫极为敏感的时期[7]，此阶段的耐盐情况在一定程度上反映了该品种的耐盐能力，是耐盐植物筛选与早期鉴定的主要依据之一[8]，因此萌发期的耐盐性鉴定至关重要。有关亚麻种质资源萌发期的耐盐性筛选和评价已有一些研究，郭媛[9]等对342份亚麻种质萌发期的耐盐碱性进行了筛选和评价，筛选出了5份高耐性纤用亚麻品种；于莹[10]等对16份亚麻品种进行了萌发期耐盐性鉴定，筛选出黑亚19、Agatha、黑亚17号具有较强的耐盐能力；已有的研究结果多集中于纤用亚麻方面，关于油用亚麻(胡麻)的研究还比较欠缺。因此，本研究选用一定浓度的NaCl溶液对28份胡麻资源进行胁迫，调查萌发期11个不同性状指标，通过因子和主成分分析、聚类分析和回归分析，综合评价不同胡麻资源的萌发期耐盐能力，同时探索胡麻萌发期耐盐性鉴定的关键筛选指标，为室内进行快速耐盐性鉴定提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验选用的28份胡麻资源来源见表1，其中1份引自加拿大，7份为国家特色油料产业技术体系胡麻相关育种岗位专家选育的新品系，其余20份由甘肃省农科院作物研究所胡麻资源库提供。

1.2 试验设计

本试验于2018年6月在25℃的恒温组培室进行。各资源选取籽粒饱满的种子，用70%的乙醇溶液杀菌1 min，无菌水冲洗4～5次，吸干种子表面水份，置于铺有2层滤纸的直径为9 cm的培养皿中，每皿30粒种子。

为了确定适宜的盐浓度，做了盐浓度筛选预实验。选用陇亚10号和R24号2个品种资源作为材料，设置了6个NaCl溶液浓度0(CK)、50、100、150、200、250 mmol·L-1进行试验。通过发芽率、总鲜重、胚根、下胚轴的生长状况(表2)，确定出用浓度100 mmol·L-1的NaCl溶液进行胁迫试验比较适宜。

每培养皿加入15 ml 100 mmol·L-1的NaCl溶液，对照中加入15 mL蒸馏水，均三次重复，做好相应标记后置于恒温组培室黑暗处进行发芽培养。从第3天开始统计发芽数，一直统计到第7天，并在第7天测量相关指标，每培养皿测量10株。

1.3 测定指标与计算方法

发芽以胚根长度达种子长为标准。发芽7天后统计发芽率，直尺法测量下胚轴长、胚根长，使用千分之一电子天平测量芽苗总鲜重、下胚轴鲜重、胚根鲜重、下胚轴干重、胚根干重等性状指标。

表1 28份胡麻资源及来源

发芽势=第3天发芽种子数/供试种子数×100%

(1)

发芽率=第7天发芽种子数/供试种子数×100%

(2)

发芽指数Gi=∑(Gt/Dt)

(3)

式中：Dt为发芽日数；Gt为相对应的每日发芽种子数。

活力指数Vi=发芽指数Gi×芽苗总鲜重

(4)

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2007软件进行基本数据的处理，相对值=盐胁迫下的各指标测定值/无盐胁迫下的各指标测定值；用SPSS 22.0软件进行相关性分析、因子和主成分分析、聚类分析和回归分析。

2 结果与分析

2.1 胡麻萌发期盐胁迫浓度筛选

两个胡麻资源经不同浓度的NaCl溶液胁迫(表2)，除陇亚10号的发芽率在50 mmol·L-1处理下(91.11%)较CK(85.55%)有所上升外，两资源的其它生长指标较CK均表现为随着盐胁迫的增强而降低。在50 mmol·L-1处理下，陇亚10号的发芽率(91.11%)和总鲜重(0.64 g)较CK(85.55%；0.75 g)变化差异均不显著，下胚轴长(4.66cm)和胚根长(3.99 cm)较CK(6.39 cm；5.02 cm)降低幅度差异显著；R24号的总鲜重(0.38 g)和胚根长(2.61 cm)较CK(0.51 g；3.63 cm)下降差异均不显著，发芽率(66.67%)和下胚轴长(2.40 cm)较CK(83.34%；6.36 cm)降低幅度差异显著；当盐胁迫增加到100 mmol·L-1时，除两个资源的发芽率外，其它生长指标均较CK有大幅度降低(50%以上)，差异显著；当盐胁迫增加到150 mmol·L-1时，两资源的下胚轴生长几乎都受到抑制，胚根的生长较CK降低幅度超过85%以上；盐胁迫达到200 mmol·L-1时，生长受到严重抑制，无明显下胚轴和胚根。

表2 NaCl胁迫浓度筛选

注：“—”无明显下胚轴和胚根；表中同列标有不同字母为5%水平差异显著；GT.发芽率； TFW.总鲜重； HL.下胚轴长；RL.胚根长

Note：“—”means that the germinated seeds no significant hypocotyl and radicle; In the table,different letters in the same column mean significant differences(P<0.05)；GT.Germination rate； TFW.Total fresh weight； HL.Hypocotyl length；RL.Radicle l length

表3 盐胁迫下28份胡麻资源萌发期各指标变化

注：“**” 在1%水平显著相关；GP.发芽势；GT.发芽率；GI.发芽指数；VI.活力指数；TFW.总鲜重；HFW.下胚轴鲜重；HDW.下胚轴干重；RFW.胚根鲜重；RDW.胚根干重；HL.下胚轴长；RL.胚根长

Note：“**” mean that correlation is significant atP<0.01;GP.Germination potential；GT.Germination rate；GI.Germination index；VI.Vigor index；TFW.Total fresh weight；HFW.Hypocotyl fresh weight；HDW.Hypocotyl dry weight；RFW.Radicle fresh weight；RDW.Radicle dry weight；HL.Hypocotyl length；RL.Radicle l length

表4 盐胁迫下各指标耐盐相对值的相关系数

注：“**”在0.01水平显著相关；“*”在0.05水平显著相关；RGP.相对发芽势；RGT.相对发芽率；RGI.相对发芽指数；RVI.相对活力指数；RTFW.相对总鲜重；RHFW.相对下胚轴鲜重；RHDW.相对下胚轴干重；RRFW.相对胚根鲜重；RRDW.相对胚根干重；RHL.相对下胚轴长；RRL.相对胚根长(下同)

Note：“**” mean that correlation is significant atP<0.01;“*” mean that correlation is significant atP<0.05;RGP.Relative germination potential；RGT.Relative germination rate；RGI.Relative germination index；RVI.Relative vigor index；RTFW.Relative total fresh weight；RHFW.Relative hypocotyl fresh weight；RHDW.Relative hypocotyl dry weight；RRFW.Relative radicle fresh weight；RRDW.Relative radicle dry weight；RHL.Relative hypocotyl length；RRL.Relative radicle l length The same as below.

2.2 盐胁迫对胡麻萌发期各指标的影响

经100 mmol·L-1的NaCl溶液胁迫，28份胡麻资源的各指标值均受到不同程度的抑制(表3)。依据盐胁迫前后均值降低的幅度看，降低较大的是下胚轴长、下胚轴鲜重、胚根长，分别较CK降低了75.67%、74.96%和68.43%，(P<0.01)；其次降低幅度明显的是胚根鲜重、胚根干重、下胚轴干重、活力指数和总鲜重等指标，分别较CK降低了58.01%、57.21%、57.79%、52.46%和44.25%，(P<0.01)；发芽势、发芽率和发芽指数等指标降低幅度较小，分别较CK降低了6.10%、4.95%、16.43%，(P<0.01)。从变异系数看，受盐胁迫的变异系数均较CK有不同程度的增加，说明各指标对盐胁迫都表现敏感，差异变大，尤其是下胚轴的生长对胁迫最为敏感，其鲜重和长度较CK的变化系数达43.3%和31.64%；其次是胚根表现敏感，其鲜重和长度较CK的变化系数达16.38%和11.15%。

2.3 盐胁迫下各指标的相关性

对11个指标的相对值进行相关性分析表明(表4)：发芽势(除与发芽率)、发芽率(除与总鲜重)、发芽指数(除与活力指数)与各指标之间无相关性，其余指标之间互相都存在极显著的正相关。其中下胚轴鲜重与下胚轴长、下胚轴干重的相关系数达到0.971**、0.947**；胚根鲜重与胚根干重、胚根长的相关系数达到0.964**、0.855**；总鲜重与下胚轴鲜重、下胚轴干重、下胚轴长相关性达到0.931**、0.932**、0.891**；活力指数与总鲜重相关性为0.884**；下胚轴干重与下胚轴长的相关系数为0.898**；胚根干重与胚根长的相关系数为0.853**。

2.4 因子和主成分分析

将盐胁迫下胡麻参试材料11个指标的相对值用SPSS 22.0软件进行因子和主成分分析，根据累计方差占总方差的85%以上和特征值大于等于1两条重要原则[11]，转换成了3个主成分综合指标(表5)，第Ⅰ主成分的贡献率为59.080%，第Ⅱ主成分的贡献率为16.968%，第Ⅲ主成分的贡献率为11.166%，可有效解释原11个指标87.213%的信息量。

表5 主成分的特征值以及贡献率

Table 5 Eigen values of principal components and their contributions

主成分Principal component特征值Eigen value贡献率Contribution(%)累计贡献率Cumulative contribution(%)16.49959.0859.0821.86616.96876.04731.22811.16687.213

表6 各因子载荷矩阵

表7 特征向量矩阵

表8 28份胡麻材料萌发期耐盐性排序

由表6可看出，第一主成分主要反映的是下胚轴长势情况，在下胚轴鲜重、下胚轴干重以及下胚轴长和总鲜重上具有较高的载荷量，可称为下胚轴生长因子；第Ⅱ主成分在胚根鲜重、胚根干重以及胚根长上具有较高的载荷量，主要反映的是胚根长势情况，可称为胚根生长因子；第Ⅲ主成分在发芽势、发芽率以及发芽指数上具有较高的载荷量，主要反映的是胡麻萌发的情况，可称为种子萌发因子。

2.5 耐盐性综合评价

通过对各因子的主成分分析，获得3个主成分的特征向量矩阵(表7)，从而获得主成分的得分公式，如下：

Z1=-0.056X1-0.188X2+0.185X3+0.498X4+0.517X5+0.498X6+0.493X7+0.444X8+0.481X9+0.499X10+0.442X11

Z2=0.496X1+0.483X2+0.081X3-0.012X4-0.052X5-0.048X6-0.037X7+0.125X8+0.099X9-0.033X10+0.207X11

Z3=-0.137X1-0.056X2+0.444X3+0.140X4-0.101X5-0.171X6-0.187X7+0.146X8+0.113X9-0.148X10+0.030X11

式中：X为因子分析中的各原始变量标准化后相对应的变量，X1：相对发芽势；X2：相对发芽率；X3：相对发芽指数；X4：相对活力指数；X5：相对总鲜重；X6：相对下胚轴鲜重；X7：相对下胚轴干重；X8：相对胚根鲜重；X9：相对胚根干重；X10：相对下胚轴长；X11：相对胚根长；根据Z1、Z2和Z3的值，各资源耐盐综合得分公式：Z=6.499Z1+1.866Z2+1.228Z3。

图1 28份胡麻材料萌发期耐盐性的系统聚类图Fig.1 System clustering of salt tolerance of 28 flax materials during germination

根据公式算出各品种的综合Z值，对28份胡麻资源萌发期的耐盐性进行排序(表8)。采用欧氏距离平方和分层聚类法对28份胡麻资源的Z值进行耐盐性聚类分析(图1)，在欧式距离为5处，可将28份胡麻资源聚成4个类群。

第一类群(5份)，占供试材料的17.86%，分别为雁杂10号、轮选1号、陇亚4号、R40号和DYMS，Z值在大于20小于50之间，其中雁杂10号、轮选1号Z值在40以上，属于强耐盐材料；陇亚4号、R40号、DYMSZ值分别为33.596、28.148、25.716，属于较强耐盐材料。

第二类群(11份)，占供试材料的39.29%，Z值在-2和20之间，属于中等耐盐类型。其中伊亚4号、晋亚1号、天亚1号、陇亚10号、宁亚6号、伊亚3号等6个材料，Z值在大于7小于20之间，属于中等偏耐盐型；其中轮选3号、R196号、内亚油1号、内亚6号、晋亚8号聚为一组，Z值在大于-2小于2之间，属于中等偏盐敏感型。

第三类群(9份)，占供试材料的32.14%，Z值在-25和-7之间，属于盐敏感类型。分别为定亚17号、甘亚3号、R119号、R30号、陇亚杂1号、STS、R24号、R68号、坝亚6号等材料。

第四类群(3份)，占供试材料的10.71%，分别为甘亚2号、定亚5号、R84号等材料，Z值分别为-37.801、-38.551、-40.242，属于高度盐敏感类型。

2.6 耐盐鉴定回归方程的建立

把耐盐性鉴定综合Z值作因变量，各相对值作为自变量，通过逐步回归分析获得多元线性逐步回归方程：

Z=-155.359+126.107X5+89.940X9+39.447X3+53.582X10(R2=0.990)

式中：X5、X9、X3、X10分别代表相对总鲜重、相对胚根干重、相对发芽指数和相对下胚轴长等指标。回归模型经回归系数测验和决定系数验证，都达极显著水平，表明胡麻种子在盐胁迫下，总鲜重、胚根干重、发芽指数和下胚轴长等指标可作为其耐盐能力鉴定的关键指标。

3 讨论

植物逆境胁迫临界值一般是以各形态指标受抑制率为50%来确定[12]。本研究预实验中2个胡麻资源在6个NaCL溶液浓度中进行了萌发生长比较，在100 mmol·L-1的NaCL溶液胁迫下，除发芽率受盐胁迫影响较小外，其它生长指标值均较对照都有显著下降，超过了50%。盐胁迫增加到150和200 mmol·L-1时，下胚轴和胚根的生长依次受到完全抑制。作物耐盐碱能力是多种代谢的综合表现[13]，单一指标或者少量指标是难以全面反映作物耐盐强弱的[14]，要对胡麻耐盐性综合评价，就需要从多个指标进行综合考察，故选择100 mmol·L-1的NaCL溶液浓度作为胡麻萌发期耐盐性综合评价的筛选浓度是合理的。

盐胁迫对种子萌发的影响，一方面是渗透胁迫，一方面是离子毒害[15]。这两方面偶联作用抑制种子的萌发和幼苗的生长。本研究中，胡麻参试材料11个指标根据变化率和变异系数的比较分析可以看出，均对盐胁迫表现出不同程度的敏感，其中下胚轴的生长最为敏感，胚根的生长为次敏感，发芽率表现出较不敏感，此结论与于莹[16]对纤用亚麻的研究和姜珊[17]对树种萌发的研究一致。这可能与不同部位对盐胁迫的响应机制和耐受力不同的因素有关。在玉米[18]、小麦[19]、辣椒[20]的研究中有报道，植物的不同器官或组织，或同一组织中的不同细胞，对于同一盐胁迫的响应和耐受阈值会有相当大的变化。

作物的耐盐碱性状是受多个数量性状基因座调控的复杂性状，用不同的指标评价同一个品种的抗逆性，就可能会得到不同的结果[21]，用单一或过少的指标进行评价会使结果片面性，运用过多的指标又会使鉴定工作繁琐。本研究对选用的11个指标进行因子和主成分分析，回归分析，最终确定出总鲜重、胚根干重、发芽指数和下胚轴长这4个指标作为胡麻萌发期耐盐性室内快速鉴定的关键指标。通过这4个指标根据回归方程计算了参试材料的耐盐性预测值，有18个材料的排序与综合评价中的完全一样，仅14、15、16的排序是在三者之间互换，18与19、21与22以及26与27的排序是在两者之间互换。用4个指标计算出的预测值与全部指标计算出的综合Z值之间极显著相关，相关系数为0.9918，表明用筛选出的4个指标对28份胡麻材料萌发期的耐盐性进行预测，结果具有较高的准确性，可以代替原来11个指标对胡麻资源萌发期耐盐性做出快速评价。

另外，有研究已经证实在高粱[22]、玉米[23]和粟米[24]等作物上萌发期的耐盐性与植株生长后期的耐盐性一致，但在小麦和水稻等作物上，发芽期的耐盐性与植株生长后期的耐盐性没有必然的联系[25]。所以胡麻萌发期耐盐性是否与其他生育期的耐盐性相符还有待下一步继续研究。