玉米自交系萌发期耐盐性鉴定

2022-02-18段雅娟曹士亮李文跃杨耿斌王成波刘宝民刘长华

作物杂志 2022年1期

段雅娟曹士亮于滔李文跃杨耿斌王成波刘宝民刘长华

（1黑龙江大学现代农业与生态环境学院，150080，黑龙江哈尔滨；2黑龙江省农业科学院玉米研究所，150086，黑龙江哈尔滨）

盐碱土地面积约占世界陆地面积的25%以上，我国盐碱土地总面积接近1亿hm2[1-2]。不科学的耕作模式和施肥方式等造成了耕地次生盐渍化日益严重，土壤盐渍化已经成为抑制作物增产的重要因素之一[3]。

玉米是我国主要的粮食作物之一，对保障国家粮食安全具有重大意义[4]。玉米属于盐敏感作物，特别是在萌发期受到土壤盐胁迫会延迟出苗时间、降低发芽率和影响养分吸收等，最终造成玉米根系生长受损及产量、品质下降[5-7]。研究[8]表明，探究玉米现有种质资源耐盐性鉴定标准，培育耐盐、抗盐玉米品种是应对土壤大面积盐碱化最经济有效的途径。有关玉米种质的耐盐性研究较多，于莹等[9]研究表明，隶属函数均值是玉米耐盐鉴定的重要指标之一，均值越高其耐盐性越强；邓杰等[10]研究表明，玉米自交系萌发期耐盐性与玉米的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、胚根长、胚芽长、胚根鲜重和胚芽鲜重等性状都呈显著或者极显著的正相关；付艳等[11]研究表明，NaCl溶液浓度为250mmol/L可作为玉米苗期耐盐性鉴定的适宜浓度，且能够较好地反映出不同自交系的耐盐性差异；王秀华等[12]研究表明，耐盐综合评价指数（D值）与各指标耐盐指数的隶属函数值均呈极显著正相关，说明D值可以作为各玉米品种耐盐能力综合评价的指标。而关于玉米萌发期耐盐性鉴定指标及标准尚未统一，因此，本研究以390份玉米自交系为试验材料，研究10个与玉米萌发期耐盐性密切相关的指标，并进行相关性分析、主成分分析及聚类分析，探寻玉米萌发期耐盐性鉴定和评价的指标，筛选出萌发期耐盐性高的玉米种质资源，为培育耐盐玉米新品种提供重要的理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2020年10-12月进行，以黑龙江省农业科学院玉米研究所提供的390份玉米自交系为材料，编号设为1～390。

1.2 试验方法

在390份玉米自交系中分别选取饱满粒大的种子，用0.5% NaClO溶液消毒10min，再用蒸馏水冲洗3次；然后将种子分别泡在0和250mmol/L的NaCl溶液中12h，得到盐胁迫种子。

采用恒温恒湿培养箱（温度20℃～25℃，湿度75%）进行暗发芽培养。设置0（对照）和250mmol/L NaCl溶液2个处理，3次重复。将盐胁迫种子分别置于以蛭石为基质的发芽盒中；4d后，统计种子4d生根率和发芽率；7d后，统计种子7d生根率、发芽率、根鲜重、芽鲜重、根干重、芽干重、根长和芽长。

1.3 数据统计分析

1.3.1 相关性分析采用SPSS 19进行方差基本统计量及相关性分析。

1.3.2 主成分分析用公式（1）计算隶属函数值，

其中，Xj表示第j个综合指标；Xmin表示某自交系第j个综合指标的最小值；Xmax表示第j个综合指标的最大值，U(Xj)为第j个综合指标的隶属函数值[13]。用公式（2）计算指标权重。

其中，Wj表示第j个综合指标在所有综合指标中的重要程度，即权重；Pj为各材料第j个综合指标的贡献率[14]。

用公式（3）计算耐盐综合评价指数（D值）[15]，

1.3.3 聚类分析根据D值用R语言的hclust函数进行系统聚类分析。

2 结果与分析

2.1 玉米萌发期耐盐指标分析

390份玉米自交系的 10个萌发期耐盐指标结果见表1。由表1可知，盐胁迫对不同指标的影响存在差异，且10个指标表现差异较大，其中4d发芽率的变异系数最大，为170.04%，其次为4d生根率的变异系数（71.25%），而根长的变异系数最小，为0.38%。变异系数表现为4d发芽率＞4d生根率＞7d发芽率＞7d生根率＞7d芽鲜重＞7d芽干重＞7d根鲜重＞7d根干重＞芽长＞根长。变异系数大说明该指标对盐胁迫敏感，各自交系间遗传多样性丰富。

表1 玉米自交系耐盐指标的统计分析Table 1 Statistical analysis of salt tolerance indexes of maize inbred lines

2.2 耐盐指标相关性分析

由表2可知，10个指标之间均存在着极显著的正相关关系。根长与7d根鲜重、根干重、芽干重和芽长相关系数分别为0.59、0.55、0.52和0.62；芽长与4d生根率、发芽率和7d生根率、发芽率、根鲜重、芽鲜重、根干重、芽干重和根长之间相关系数分别为 0.56、0.58、0.54、0.63、0.51、0.73、0.52、0.76和0.62。其中，7d生根率与7d发芽率之间相关性最大，相关系数为0.94；4d发芽率与7d根长的相关性最小，相关系数为0.31。说明在供试材料中，盐胁迫对玉米萌发期 10个指标均会产生不同程度的影响，且主要影响玉米发芽后的生长。

表2 玉米自交系耐盐指标间相关性分析Table 2 Correlation analysis between salt tolerance indexes of maize inbred lines

2.3 耐盐指标主成分分析

由表3可知，前4个综合指标的贡献率分别为62.8403%、12.4934%、7.6659%和6.5368%，累计贡献率达到 89.5364%，反映了所有材料的大部分信息。在第1主成分中，7d发芽率和7d芽干重的权重系数较大，分别为0.3464和0.3456，因此确定第1主成分主要由7d发芽率和7d芽干重构成，反映了原始数据信息量的62.8403%；第2主成分中，7d芽鲜重的权重系数（0.3477）最大，携带了12.4934%的信息量；在第3主成分中，7d根干重的权重系数（0.4655）最大，反映了7.6659%的信息量；在第4主成分中，根长的权重系数（0.7044）最大，贡献率为6.5368%。由于前4个主成分累计贡献率反映了大部分的信息，因此将原来 10个具有相关性的指标转换为5个新的综合性状，即7d发芽率和7d芽干重、7d芽鲜重、7d根干重和根长，确定为玉米萌发期耐盐性鉴定和评价指标。

表3 各指标主成分的特征向量及贡献率Table 3 The feature vector and contribution rate of the principal components of each index

2.4 各材料萌发期耐盐性聚类分析及综合评价

根据 5个综合指标贡献率的大小，利用公式（1）、（2）和（3）计算出供试材料D值（表4）。根据D值将390份玉米自交系耐盐性划分为高度盐敏感型、中度盐敏感型、盐敏感型、耐盐型、中度耐盐型和高度耐盐型 6个等级。其中编号 290（18GWASPHG356）和 186（18GWASPHG228）材料的隶属函数U(X1)～U(X4)和D值均较大，为高度耐盐型，占供试材料的0.51%；编号为160、161、336、248和171材料的D值相对较高，为中度耐盐型，占1.28%；编号261、22、142、80、164、245、313、33和325材料的D值相对较高，为耐盐型，占2.31%。耐盐型以上材料占全部供试材料的4.10%，说明供试的390份玉米自交系耐盐型材料较少，多数材料对盐胁迫敏感。

表4 部分玉米自交系D值及综合评价Table 4 D values and comprehensive evaluation of some maize inbred lines

依据D值对 390份玉米自交系材料进行聚类分析。在遗传距离约0.15时，可将供试玉米自交系划分为6个类群（图1）。类群Ⅰ的D值变化范围在0.00～0.19，包括编号为1、2、5和7等298份自交系，属于高度盐敏感型材料；类群Ⅱ的D值变化范围在 0.20～0.30，包括编号为 365、5、152和 158等49份自交系，为中度盐敏感型材料；类群Ⅲ的 D值变化范围在 0.32～0.43，包括编号为 367、52、70和289等27份自交系，为盐敏感型材料；类群Ⅳ的 D值变化范围在0.46～0.58，包括编号为261、22、142、80、164、245、313、33 和 325 9 份自交系，为耐盐型材料；类群Ⅴ的D值变化范围在0.61～0.69，为中度耐盐型材料，包括 160、161、336、248和171 5份自交系；类群Ⅵ有编号290和186这2个自交系，D值分别为0.99和0.86，其耐盐性最强，为高度耐盐型。

3 讨论

当前我国玉米品种研究重点是抗逆品种的培育，随着土壤盐渍化程度加剧，玉米耐盐性的鉴定研究也越来越受到人们重视。高英波等[16]以30个黄淮海区夏玉米为试验材料，确定发芽率、籽粒产量、发芽势、胚芽长和胚芽重5个指标为玉米萌发期耐盐性的评价依据，将30个玉米品种分为4个类群。

常红军等[17]通过不同浓度盐胁迫下，对玉米种子发芽率、幼苗生物量及叶片净光合速率的影响中发现，玉米的耐盐机理较为复杂，同一品种不同生育时期的耐盐性也不相同。郝德荣等[18]以10d的株高、地上鲜重、地下鲜重、地上干重、地下干重及存活率为鉴定指标，将157份玉米自交系分为6个类群，筛选出 10份高耐盐性玉米种质。赵小强等[19]研究表明，16份玉米自交系的发芽率、发芽势、胚芽长、胚根长、胚芽鲜重和胚根鲜重都从不同角度反映出种子萌发期的耐盐性。本研究测定了玉米萌发期盐胁迫后4d的发芽率、生根率以及胁迫后7d的发芽率、生根率、芽鲜重、芽干重、根鲜重、根干重、芽长和根长10个指标，通过主成分分析将10个单一指标简化为5个相互独立的综合指标，即7d芽干重、7d发芽率、7d根干重、7d芽鲜重和根长，这5个指标可作为玉米萌发期耐盐性的鉴定指标，并且根据D值将390份玉米自交系分为6个耐盐等级，能对玉米萌发期的耐盐性进行全面有效的评价。

大多数玉米种子在萌发期对盐胁迫最为敏感，盐胁迫会严重影响种子的发芽及幼苗的生长。刘学等[20]采用154和350mmol/L NaCl溶液研究玉米芽期耐盐性，测定出芽期相对盐害率与已知自交系耐盐性级别的相关系数为0.27，鉴定结果与本身耐盐性符合程度不高。张海艳等[21]研究表明，采用220和270mmol/L NaCl溶液模拟盐胁迫环境均能综合、全面地鉴定玉米品种的耐盐性，且后者的抑制作用更为严重。谷思玉等[22]研究发现，不同品种对不同盐浓度胁迫的反应也不相同，当盐浓度达到120mmol/L时，各组品种的发芽势与对照组的差异均达到显著水平。而本研究中，当NaCl溶液浓度为250mmol/L时，不同玉米自交系品种萌发均受到显著的抑制作用，各指标对盐胁迫的敏感程度表现为4d发芽率＞4d生根率＞7d发芽率＞7d生根率＞7d芽鲜重＞7d芽干重＞7d根鲜重＞7d根干重＞芽长＞根长，故本研究设置0和250mmol/L NaCl溶液2个浓度处理，更准确反映了玉米种子萌发期的耐盐性。