饲用高粱品种种子萌发期耐盐碱指标筛选及耐盐碱性综合评价

2022-02-14张庆昕张玉霞陈卫东孙明雪郭园丛百明杜晓艳

安徽农业科学 2022年1期

张庆昕张玉霞陈卫东孙明雪郭园丛百明杜晓艳

摘要为了评价不同饲用高粱品种萌发期耐盐碱指标，筛选适宜西辽河平原盐碱地区种植的饲用高粱品种，采用NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3按1∶9∶9∶1摩尔比混合，处理浓度为100 mmol/L，混合盐碱模拟盐碱处理，以不加盐碱的蒸馏水为对照，测定发芽指标和根芽长度。采用相关性分析、主成分分析以及隶属函数分析法相结合的方法。结果表明，通过主成分分析，将盐碱处理下饲用高粱萌发期的7个单项指标转换成3个彼此独立综合指标，代表了试验材料92.320%的信息;根据耐盐综合评价值D值得出试验所选11个饲用高粱品种的耐盐碱性，由高到低排序依次为BJ0602、BJ0603、桑根草、牧乐、美国巨人、2180、N5212274、N52K1009、1230、SU9002、1220，发芽率（GR）、根长（RL）和活力指数（VI）是饲用高粱萌发期耐盐碱性评价指标。

关键词饲用高粱;萌发期;耐盐碱;综合评价

中图分类号 S548 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2022）01-0040-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.01.011

Selection of Salt and Alkali Tolerance Indexes and Comprehensive Evaluation of Salt and Alkali Tolerance of Feed Sorghum Varieties during Seed Germination

ZHANG Qing-xin， ZHANG Yu-xia， CHEN Wei-dong et al

（College of Agronomy， Inner Mongolia University for Nationalities， Tongliao， Inner Mongolia 028043）

Abstract In order to evaluate the saline-alkali tolerance index of different forage sorghum varieties during germination， forage sorghum varieties suitable for planting in saline-alkali areas of Xiliaohe Plain were screened. NaCl， Na2SO4， NaHCO3 and Na2CO3 were mixed according to the molar ratio of 1∶9∶9∶1， and the treatment concentration was 100 mmol/L. Mixed saline-alkali simulated saline-alkali treatment was used. The germination index and root bud length were measured with distilled water without saline-alkali as control. We adopted the methods of correlation analysis， correlation analysis， principal component analysis and membership function analysis. The results showed that through principal component analysis， 7 single indexes of forage sorghum germination period under saline-alkali treatment were converted into 3 independent comprehensive indexes， representing 92.320% of the information of test materials. According to the comprehensive evaluation value D of salt tolerance， the order of salt tolerance and alkalinity of 11 forage sorghum varieties was BJ0602 > BJ0603 > Mulberry root grass> Mele > American giant > 2180 > N5212274 > N52K1009 > 1230 > SU9002 > 1220. Germination rate （GR）， root length （RL） and vigor index （VI） were the evaluation indexes of salt and alkaline tolerance of forage sorghum.

Key words Forage sorghum;Germination period;Salt and alkali tolerance;Comprehensive evaluation

基金項目内蒙古自治区科技储备项目（2018MDCB03）;内蒙古自治区“双一流”建设一带一路作物学项目（NMDGJ0018）。

作者简介张庆昕（1990—），内蒙古通辽人，中级实验师，硕士，从事木草栽培研究。通信作者，教授，博士，硕士生导师，从事木草栽培研究。

收稿日期 2021-04-16

土壤盐碱化是限制植物生长与生产的重要因素[1]。目前，全球盐碱地面积为9.544亿hm2，我国盐碱地总面积约为9 913万hm2，约占我国国土面积的10.33%[2]。随着社会的发展，盐碱地问题对我国农业经济的影响日益严重[3-4]。关于牧草耐盐碱性品种的筛选，已从苜蓿[5-6]、无芒雀麦[7]、羊草[8]、燕麦[9]等牧草筛选出耐盐碱性较强的品种。但是鲜见对于饲用高粱耐盐碱性品种筛选的报道。饲用高粱是生物学产量较大的作物之一，其光合效率高、生长速度快、短期内可形成较大的生物量[10]。目前，饲用高粱在畜牧业中存在很大的潜力[11]，已被作为高产饲料在畜牧业中备受关注[12-13]。鉴于此，笔者根据西辽河平原盐碱地的盐碱组成特点，在种子萌发期对引进饲用高粱品种进行筛选，为选育适合西辽河平原盐碱地的饲用高粱品种提供理论参考，为耐盐碱基因的挖掘提供前提。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用饲用高粱品种美国巨人、牧乐、SU9002、桑根草、2180、N52K1009、1230、BJ0602、 N5212274、BJ0603、1220，均來源于北京正道生态有限公司。

1.2 试验设计

饲用高粱试验耐盐碱筛选采用室内盆栽试验方法[14]。首先在规格相同的花盆上套塑料袋，每个花盆装相同重量的土壤，均取自科尔沁砂性土壤，选择大小均匀一致、饱满无残缺、品质优良的11种饲用高粱品种的种子，分别用0.1%HgCl2消毒10 min，用蒸馏水冲洗干净，盐碱处理为NaCl∶Na2SO4∶NaHCO3∶Na2CO3按1∶9∶9∶1摩尔比混合[15]，处理浓度为100 mmol/L，以蒸馏水处理为对照，共设22个处理，3次重复，每个花盆播种50粒种子，每盆加500 g砂土和蛭石按照2∶1的混合培养基质和200 mL相应浓度的混合盐碱溶液，覆土厚度3 cm。将花盆放置于通风、光照良好的环境中，每天记录发芽数，发芽试验结束后，每个重复取5株测定胚根、胚芽长度。

1.3 测定项目与方法

种子发芽指标测定参照《国际种子检验规程》[16]，发芽率=发芽种子数/供试种子数×100%;发芽势=发芽达到高峰期时发芽种子数/供试种子数×100%;发芽指数GI=ΣGt/Dt，Gt：在时间为t天的发芽个数，Dt：至t天的发芽天数[17];活力指数：VI=GI×S，GI为发芽指数，S为根长或芽长;根芽比=根长/种苗长度。

1.4 数据处理与统计分析

1.4.1 单项指标耐盐碱系数。单项指标耐盐碱系数= 不同浓度处理下的平均测定值/对照测定值。

1.4.2 各综合指标的隶属函数值。该公式为

u（x）=（x-xmin）/（xmax-xmin）×100%，x=1，2，…n，u（x）∈[0，1]（1）

式中，u（x）为第x个主成分耐盐碱系数的隶属函数值;x为第x个主成分的耐盐碱系数;xmax为第x个主成分的耐盐碱系数最大值;xmin为第x个主成分的耐盐碱系数最小值。

WX=Vx/m（2）

式中，WX为第x个主成分耐盐碱系数的权重;Vx为第x个主成分耐盐碱系数的贡献率;m为各个主成分耐盐系数的权重之和。

D=nx=1[u（x）×Wx]，x=1，2，…，n（3）

式中，D为加权隶属函数值，即综合评价值。

采用Excel 2010计算各指标值的平均数及耐盐碱系数，采用DPS进行相关性分析、主成分分析以及聚类分析。对耐盐碱系数进行主成分分析，得到3个主成分及贡献率。将3个主成分的耐盐碱系数进行隶属函数分析，得到加权函数值D，据此可对不同高粱品种进行耐盐碱等级评定。

2 结果与分析

2.1 各单项指标的耐盐系数

根据耐盐碱系数公式计算饲用高粱种质材料各单项指标的耐盐碱系数。由表1可知，在盐碱胁迫下，各饲用高粱品种发芽率（GR）、发芽势（GP）、根芽比（RBR）、活力指数（VI）4个指标与对照相比较均有所下降（ω<1），饲用高粱N5212274品种在活力指数（GI）指标中有所增加，饲用高粱1230与BJ0602品种在根长（RL）指标中以及BJ0602品种在芽长（SL）指标中均有所增加（ω>1），但不同基因型饲用高粱各指标的变化幅度各不相同，饲用高粱品种2180在GI指标中数值最低，但在其他指标中均不是最低。饲用高粱品种牧乐在GP指标中数值最高，但在其他指标中均不是最高。因此利用单一指标评价耐盐碱性强弱可能会得到不同，甚至相反的结果。为了弥补单一指标评价的不足之处，该研究运用了多种分析方法进行完善。

2.2 相关性分析

由表2可知，GR与GI、RBR，SL与RBR，VI与GP、SL、RBR均呈显著正相关（P<0.05）;GI与GP、VI，GR与SL、VI，RBR与RL均呈极显著正相关（P<0.01），表明测定的7项指标之间具有一定的影响，不同指标之间影响不同，因此必须进一步将各指标综合起来，对饲用高粱的抗盐碱能力进行评价。

2.3 供试高粱种质材料耐盐系数的主成分分析

采用DPS软件（Data Processing System，中国）对种质材料进行主成分分析，得出前3个成分可以代表绝大多数信息，其中第1主成分的贡献率是62.488%，第2主成分的贡献率是22.624%，第3主成分的贡献率是7.208%，三者累计贡献率达92.320%（表3），可以作为3个新的综合指标对饲用高粱种质材料耐盐碱性进行评价。通过这3个主要成分，再根据每个成分的贡献率评价每个饲用高粱的抗盐碱能力更加具有说服力，既消除单一指标的局限性，又考虑每个指标的贡献率问题。

2.4 供试高粱种质材料权重、隶属函数值及D值分析

由表4可知，同一指标下，BJ0602材料的隶属函数值最大，为1.000，说明该材料耐盐性最强;SU9002材料隶属函数值在u（1）与u（3）指标中最小，表明其耐盐性表现较弱。根据公式（2）和各综合指标贡献率的大小计算权重WX，3个综合指标的权重分别为0.677、0.245、0.078。运用公式（3）计算得出饲用高粱耐盐碱性综合评价值D值，并根据D值对各品种耐盐性进行强弱排序，结果为BJ0602>BJ0603>桑根草>牧乐>美国巨人>2180>N5212274>N52K1009>1230>SU9002>1220，其中BJ0602的D值最大，说明其耐盐碱能力最强，而1220的D值最小，说明其耐盐碱能力最差。

3 结论与讨论

作物的耐盐碱性受环境因子、遗传因素等多重制约。前人的大量试验表明，植物不同生长阶段耐盐碱能力存在差异[18]。植物耐盐碱性在各个生长发育时期表现出的耐盐碱能力存在显著差异，部分植物品种整个生长发育阶段的耐盐碱性强弱变化微小，但有些植物在不同生长发育时期存在着明显变化。因此，明确适合植物某个生长发育时期的耐盐碱能力强弱筛选方法至关重要。对于高粱的耐盐碱性研究报道较多，但有关评价种子萌发期高粱耐盐碱性强弱的研究较少。

植物在盐碱地区的生长过程中，发育会受到严重的抑制，抑制作用的强弱主要由盐碱地的盐碱浓度与植物本身的耐盐碱能力决定。因此，研究盐碱胁迫对植物的生长发育以及筛选出适合盐碱地生长的植物具有重要的意义[19]。在植物生长的整个时期，种子的萌发期是对盐碱胁迫反应较为敏感的阶段，植物耐盐碱强弱是植物耐盐碱性早期鉴定的基础。盐碱胁迫抑制植物的生长发育，浓度到达一定高度时，会造成植物代谢的紊乱，导致在萌发时期种子会受到不同程度的影响[20]。杜利霞等[21]研究认为，盐碱胁迫最敏感的时期是在种子的萌发和幼苗的生长阶段。仅通过1或2个指标对植物种质材料的耐盐碱能力去评价具有片面性，不能够全面反映[22]。该试验为了消除供试材料之间的差异，通过各指标的耐盐系数去评价供试饲用高粱的耐盐碱强弱，选择7项指标进行评价，并且通过相关性分析与主成分分析相结合对其耐盐碱强弱能力进行分析，将测定的7个单项指标转换成3个新的指标，经过贡献率分析得出隶属函数值u（x），将新的指标加权后，计算出供试种质资源的综合评价值（D值），可以客观地评价耐盐碱能力。

通过主成分分析，将盐胁迫处理下不同饲用高粱种质材料萌发期7个单项指标综合成3个新的综合指标，代表了92.320%的信息;通过隶属函数法分析，得到不同种质材料苗期耐盐性综合评价值（D值），评价出饲用高粱的耐盐碱强弱排序为BJ0602>BJ0603>桑根草>牧乐>美国巨人>2180>N5212274>N52K1009>1230>SU9002>1220。

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