24份玉米品种萌发期耐碱性的综合评价

2020-11-06邓杰李婷蔡书婷周凯凯高树仁

黑龙江八一农垦大学学报 2020年5期

邓杰，李婷，蔡书婷，周凯凯，高树仁

（1.黑龙江八一农垦大学农学院/黑龙江省现代农业栽培技术与作物种质改良重点实验室，大庆 163319；2.大庆市农业农村局）

土壤盐碱化是影响农作物生长，制约农业经济发展，危害生态环境的重要因素[1-3]。按所含盐分类型将盐碱土分为以氯化钠（NaCl）、硫酸钠（Na2SO4）等为主的中性盐土和以碳酸钠（Na2CO3）、碳酸氢钠（NaHCO3）等碱性盐为主的碱土[4]。松嫩平原是我国重要的粮食主产区和商品粮基地，同时也是我国最大的苏打盐碱地，土壤中的盐分主要是碳酸钠和碳酸氢钠，具有盐度高、pH高的特点[5]。盐碱地生态改良是世界公认的难题，一般通过两方面进行盐碱化土壤的改良利用，一是改造土壤，降低土体盐分和碱化度，为作物创造良好的生长环境条件[6-8]；二是选用耐盐碱植物品种，挖掘品种自身的忍耐能力，从而达到直接利用盐碱土的目的[9]。

大庆地处松嫩平原北部，该地区旱地耕作层土壤类型是轻、中度盐碱土，盐度变化范围是0.693～3.307 g·kg-1，pH 变化范围为 7.68～8.72，目前主要耕作的旱田土壤含盐量＜1 g·kg-1，pH＜7.8，大面积盐碱土壤未在种植业方面合理开发利用[10-12]。玉米是大庆市种植面积最大的农作物，2019年大庆市农作物播种面积 7.55×105ha，其中玉米播种面积 4.03×105ha，占总播种面积的53.38%。玉米是盐碱敏感类型的作物，中度盐碱条件可使玉米严重减产[13]。萌发期作为玉米整个生长周期起点，是决定玉米能否在盐碱环境下生长最关键的时期。国内外学者对玉米耐盐碱种质资源做了大量筛选、鉴定等研究，包括本地区的种质资源[14-15]以及从其他地区引入的资源[16]进行耐盐碱鉴定，对现有的玉米品种及自交系进行耐盐碱鉴定[17-19]，盐碱类型主要以单纯中性盐、碱性盐为主，复合盐碱为少数。对松嫩平原大庆地区主要的玉米品种进行轻度复合碱条件[20]筛选鲜有报道。因此，研究以大庆地区市售的玉米品种为研究对象，用NaHCO3与Na2CO3复合碱胁迫模拟轻度碱土条件，比较轻度碱胁迫下不同玉米品种萌发期的盐害特征，利用模糊隶属函数方法进行综合分析，筛选出萌发期耐碱性的玉米品种，为大庆盐碱地区耐碱玉米品种的选育与选择提供理论依据和参考指标。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试普通玉米品种为大庆市种子管理局对大庆市农资种子市场随机抽样获取，共24份，分别是凤田 111、先玉 1111、春玉 101、恒育 218、稷秾 1205、阜研 58、丰禾 726、联达 F085、豫禾 368、德禹 101、翔玉998、金博士 717、吉农玉 309、九圣禾 551、铁研 123、中单308、布鲁克1099、南北5号、京农科728、C3061、齐玉5号、龙育6号、九龙14、协玉306。

1.2 试验方法

1.2.1 盐碱胁迫处理

选用籽粒饱满、大小均匀一致的玉米种子用10%的NaClO溶液浸泡消毒20 min，无菌水冲洗后，在轻度苏打碱溶液中浸泡6 h，碱溶液设置为nNaHCO3∶nNa2CO3=9∶1，浓度为 100 mmol·L-1，pH=8.5，电导率为8.17 ms·cm-1，根据电导法测定全盐量的相关方程计算出碱溶液总盐量为2.57%[14]。利用纸间发芽法对种子进行发芽试验，将浸种后的种子在发芽盒内均匀摆放后，用苏打碱溶液打湿滤纸。无菌水作为对照，每个处理3次重复，每个重复40粒种子，于人工气候箱中25℃12 h光照、12 h黑暗条件培养，每天用无菌水补充损失的水分。

1.2.2 测定项目

从发芽第2日起，每天观察发芽情况，将发霉的种子及时移出，更换新的滤纸，记录发芽数量，以萌发幼芽达种子长度1/2为发芽标准，连续记录7 d，最后一天测量所有发芽种子的胚根长度（RL，Root length）及胚芽长度（PL，Plant length）。

根据种子发芽情况计算各指标公式如下：

发芽势（GP，%）=第4天正常发芽种子数量/供试种子总数×100%；

发芽率（GR，%）=第7天正常发芽种子数量/供试种子总数×100%；

发芽指数（GI）=∑（Gt/Dt），式中 Gt为 t时间种子发芽数，Dt为相应发芽时间；

活力指数（VI）=GI×S，S为第 7天胚芽长度。

1.2.3 数据处理及统计方法

利用Excel2003对基础数据进行整理计隶属函数值计算，用SPSS20.0进行方差分析及聚类分析。

以每个性状3次重复测定值的平均值为基础数据，采用性状相对值来进行耐碱性的综合评价，按公式（1）计算耐碱系数（AC），按公式（2）计算耐碱系数的隶属函数值。

（1）AC=Xi/CKii=1，2，3，……，n

（2）μ（ACi）=（ACi-ACimin）/（ACimax-ACimin）

式中Xi、CKi表示盐碱胁迫、对照处理下某一性状测定值。ACi、ACimax及ACimin分别为表示供试材料某一性状的抗碱系数值、抗碱系数最大值及抗碱系数最小值。

对供试材料的萌发性状隶属函数值求平均值，平均值越大，耐盐碱性越强，反之，耐盐碱性越弱，根据隶属函数均值做聚类分析。

2 结果与分析

2.1 玉米品种萌发性状的差异分析

由表1可知，24个玉米品种的6个萌发性状在对照（CK）及碱胁迫（AS，Alkalistress）下均表现出不同程度的变异。碱处理中6个萌发性状的平均数值均低于对照；活力指数、胚芽长度及胚根长度的标准差低于对照，其余性状均高于对照；6个性状变异系数均高于对照，对照处理中变异系数变化范围为19.62%（发芽率）～32.94%（活力指数），盐碱处理中变异系数变化范围为29.54%（胚芽长度）～61.73%（活力指数），碱处理中变异系数超过50%的2个性状分别是活力指数和胚根长。碱处理的变异系数范围较对照处理的变异系数范围广，表明供试品种的萌发性状对碱处理反应差异变化大，可进行碱条件下玉米品种适应性的鉴定。

表1 24份玉米品种萌发性状的变异情况Table 1 Variation of germination traits in 24 maize varieties

通过表2可以看出，6个萌发性状在品种间、处理间及品种与处理交互效应中均表现达到极显著差异水平，表明碱胁迫对不同品种的萌发性状均有极显著影响，可以继续深入分析。

表2 碱胁迫对玉米种子萌发性状的方差分析Table 2 Variance analysis of maize seed germination traits by alkali stress

2.2 玉米品种萌发性状的耐碱性差异分析

通过各玉米品种萌发性状的耐碱系数对比（见表3）可知，碱处理对供试品种萌发性状有不同程度影响。先玉1111、恒育218、丰禾726、豫禾368及京农科728 5个品种的发芽势耐碱系数大于1。恒育218、阜研 58、丰禾 726、联达 F085、豫禾 368及京农科728 6个品种的发芽率耐碱系数大于1。恒育218、阜研58、丰禾726 3个品种的发芽指数耐碱系数大于1；所有品种的活力指数、胚芽长度及胚根长度耐碱系数均小于1。以上结果表明轻度碱溶液可能会促进某些玉米品种的发芽势、发芽率及发芽速率，但是经过碱胁迫的玉米种子胚芽长度、胚根长度及活力指数受到不同程度抑制作用。

表3 24个玉米品种萌发性状的耐碱系数Table 3 Resistance coefficient of germination traits in 24 maize varieties

2.3 玉米品种萌发性状的综合评价

通过对供试材料碱胁迫下各性状的隶属函数分析（见表4），计算出24个玉米品种在碱胁迫后萌发性状的隶属函数值和隶属函数均值，均值在0.005 3～0.935 1范围内变化，均值越大，等级越高，对碱胁迫的耐性越强。均值大于0.8的品种2份，综合得分在0.5～0.8间的品种共8份，14份品种的综合得分小于0.5。

表4 玉米品种萌发性状的隶属函数值及综合排名Table 4 Membership function values and comprehensive ranking of germination traits in maize varieties

续表4 玉米品种萌发性状的隶属函数值及综合排名Continued table 4 Membership function values and comprehensive ranking of germination traits in maize varieties

以隶属函数均值为指标，采用组建连接、以平方Euclidean度量标准进行系统聚类分析，结果见图2。以距离15为分割点，可将24份供试材料分为4类：

第Ⅰ类为耐碱性材料，共2个品种，分别是丰禾726及恒育218，隶属函数均值＞0.8，占供试材料的8.33%。

第Ⅱ类中耐碱性材料共8份，分别为豫禾368、阜研 58、凤田 111、联达 F085、春玉 101、C3061、先玉1111及京农科728，隶属函数均值在0.5～0.8之间，占供试材料的33.33%。

第Ⅲ类为盐碱一般敏感材料，共11个品种，分别为翔玉998、稷秾1205、金博士 717、协玉 306、齐玉5号、德禹101、九龙14、南北5号、龙育6号、布鲁克1099及九圣禾551，隶属函数均值在0.2～0.5之间，占供试材料的45.83%。

第Ⅲ类为碱敏感材料，共3个品种，分别为中单308、铁研123及吉农玉309，隶属函数均值小于0.2，占供试材料的12.50%。

图1 玉米品种隶属函数均值的聚类分析Fig.1 Cluster analysis of membership function values in maize varieties

3 讨论

盐碱胁迫条件下的种子能够正常萌发出苗是保证植株正常生长发育的前提，通过测定种子在盐碱胁迫下萌发期的各项发芽指标，从而评价耐盐碱能力，是目前认为最简单、最直接、应用最广泛的鉴定方法[21-22]。很多学者通过种子在盐碱胁迫下萌发期的性状表现进行资源筛选和评价，高春华等[23]利用150 mmol·L-1NaCl盐溶液对38个高粱品种进行芽期耐盐性的筛选和评价时，结果表明除根冠比外，发芽势、发芽率、根长和叶长均受到不同程度的抑制。景宇鹏等[24]研究玉米耐Na2CO3胁迫的生理响应时发现随碱胁迫强度增加，玉米种子发芽率、胚生长、植株生长、生物量均有明显降低的变化趋势。李珍等[25]对饲用燕麦品种种子萌发期耐盐碱性研究后认为复合盐碱胁迫下发芽率、发芽势是评价耐盐碱性强弱最主要指标。朱晓旭[26]研究表明在低盐碱胁迫下耐碱能力强的板蓝根种子发芽率高于其对照处理，当碱胁迫浓度增加后，发芽率逐渐下降。于崧等[27]研究小麦种子在低浓度NaCl和NaHCO3处理下，萌发及生长均受到促进作用，随着处理浓度升高则对小麦种苗造成伤害，抑制其生长。不同作物在不同盐碱类型及浓度条件下处理时，即使测定指标不同，但结果趋于一致，低浓度盐碱溶液会促进耐盐碱种子的萌发及生长，中、高浓度碱溶液会抑制种子萌发。

根据大庆地区土壤盐碱特征，利用NaHCO3和Na2CO3的复合碱溶液作为筛选条件，盐度、pH等理化性质更符合该地区的实际情况，有利于筛选出适合该地区种植的玉米品种。研究结果表明，供试玉米品种在碱胁迫下6个萌发性状的平均值较对照呈不同程度下降、变异系数较对照均呈现不同程度增加趋势，表明供试品种在碱胁迫下萌发生长受到不同程度抑制。碱处理后，不同品种表现显著差异，表明可以对供试品种进行耐碱性筛选和评价。通过耐碱系数分析后，发现恒育218、丰禾7 262个品种的发芽势、发芽率及发芽指数耐碱系数都大于1，豫禾368及京农科7 282个品种的发芽势、发芽率耐碱系数都大于1，阜研58在碱胁迫下发芽率及发芽指数耐碱系数大于1，说明这5个品种可能是耐碱玉米品种，也表明和前人研究结果一致。

碱胁迫对作物生长影响复杂，不同作物、同一作物不同品种对碱胁迫的响应机制不同[28-30]，多种分析方法都可以用以评价玉米种质资源的耐盐碱能力[31-32]。研究利用多个萌发期指标对供试材料进行全面分析，将发芽率等6项指标耐碱系数的隶属函数均值进行聚类分析，评价出品种的耐碱性。通过综合分析对供试品种鉴定出2个耐碱玉米品种，分别是丰禾726及恒育218，可进一步进行苗期或大田耐盐碱性研究。在以后的研究中可通过增加供试品种数量，筛选出更多适合大庆盐碱地种植的玉米品种，为大庆地区种植玉米品种的选择和应用具有一定指导意义。