漯系列甘薯品种苗期耐盐性评价

王清，孟凡奇*，张勇跃，马春业，孙健，朱新红，秦素妍，刘勇鹏，黄大华，刘志坚，司学刚

(1.漯河市农业科学院，河南 漯河 462000；2.江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/江苏徐州甘薯研究中心，江苏 徐州 221131；3.漯河市农业技术推广站，河南 漯河 462000)

随着全球人口急剧增加、气候变暖、不合理的灌溉方式及肥料施用等诱发盐渍化土壤面积不断扩大，全世界约有10 亿hm2耕地盐渍化，且呈逐年上升趋势[1]。 目前我国盐碱地面积约9 913 万hm2，据估计到2050 年，将有50%的耕地盐碱化[2，3]。 盐碱胁迫是当前农作物面临的重要问题之一，盐碱地上种植作物会遭受离子毒害、渗透胁迫等，最终导致其形态学、生理学及生物化学等性状受到影响，进而抑制正常生长，严重威胁作物生产与其可持续发展[4-6]。

甘薯作为旋花科一年生或多年生蔓生块根植物，是我国重要的粮食、饲料、工业原料及新型能源作物，种植面积仅次于水稻、小麦和玉米[7，8]，具有营养丰富、用途广泛、产量高、抗逆性(耐旱、耐瘠薄、耐盐碱等)强等特点[9]，而且适宜在边际土地上种植。 随着经济社会的快速发展，甘薯作为经济和能源作物的作用日益凸显[10]。 盐渍化土壤含盐量高，适宜种植的作物少。 相关研究表明，甘薯种植在含盐量0.5%的土地上仍有一定产量，但品种间差异较大[11]。 盐渍化土壤种植甘薯，不仅生长发育受到抑制，成活率降低，产量和品质也下降，限制甘薯增产潜力，使甘薯产业面临巨大危机[12，13]。 因此，培育和筛选耐盐甘薯品种，提高甘薯的耐盐性将是其未来主要育种目标之一[14]。

作物形态变化研究在其耐盐性鉴定与评价中被广泛应用[9]。 而利用隶属函数法、综合评价值(D 值)对水稻[3]、甜瓜[15]、小麦[16]、辣椒[17]等作物进行抗逆性、耐盐性鉴定已有相关报道。 甘薯耐盐性研究也有报道:周志林等[18]研究发现，150 mmol/L NaCl 胁迫下耐盐基因型甘薯可保持较高的生长速率；段文学等[9]通过多元统计分析表明，植株茎叶干鲜重、根系鲜重、叶片SOD 活性、MDA 及脯氨酸含量可以作为甘薯苗期耐盐性的鉴定指标；郭小丁[19]在大田条件下以产量为评价指标，筛选出多个耐盐甘薯品种。 前人虽对甘薯耐盐形态及生理等指标鉴定进行过相关研究，但甘薯具有丰富的遗传多样性，个体差异大，不同品种的耐盐能力差异较大，其耐盐指标的变化情况也不尽相同。 本试验设置100、150、200 mmol/L 3个盐浓度胁迫处理，研究其对16 个甘薯品种幼苗生长的影响，利用相关性分析、主成分分析、隶属函数法对盐胁迫下甘薯苗期12 个农艺性状进行综合分析和评价，并通过聚类分析将参试品种按耐盐能力大小进行分类，客观全面地评价不同甘薯品种苗期耐盐差异，为盐渍土的开发利用挖掘耐盐甘薯品种，也为培育耐盐甘薯新品种、快速评价甘薯苗期耐盐性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 参试品种

紫薯型品种:漯紫薯1 号、漯紫薯4 号、漯紫薯5号和漯紫薯6 号；食用型品种:漯苏薯17 号、A114-2和漯薯13 号；兼用型品种:漯薯6 号、漯徐薯8 号、漯徐薯9 号、漯薯10 号、漯薯11、漯薯12 号、漯薯14号、漯薯15 号和漯薯16 号。 上述品种均由漯河市农业科学院园艺与薯类作物研究所提供。

1.2 试验设计

试验于2021 年5 月在漯河市农业科学院试验基地人工温室内进行。 各品种均选取4 个长20 cm 左右的茎尖薯苗栽插于营养钵(土壤∶蛭石∶腐殖质＝1∶1∶1)中，每个营养钵栽1 株。 设置空白对照和100、150、200 mmol/L NaCl 处理开展耐盐性筛选，对照用1/2Hoagland 营养液浇灌，盐胁迫处理为含有不同盐浓度的1/2Hoagland 营养液。 薯苗栽插5 天时开始处理，每个处理组每天递增50 mmol/L NaCl 至其终浓度，之后每5 天浇灌1 次。 每处理10 个营养钵，重复3 次。

1.3 测定指标及方法

盐胁迫25 天时，测定甘薯总叶数、绿叶数、蔓长、生长量、茎粗、顶3—顶8 节间长、总节间数、叶绿素含量、顶3 叶叶面积、根系长度、地上部干鲜重和地下部干鲜重。 其中，薯苗总叶片数、绿叶数采用观察法计数；蔓长为苗基部到植株生长点的长度，根系长度为茎节的根原基至最长须根的距离，生长量为薯苗终蔓长减去原始蔓长，均用直尺测量；茎粗为苗基部位置直径，用数显游标卡尺测量；地上部和地下部鲜重，用千分度电子天平称量；地上部和地下部干重:其鲜样于烘箱中105℃杀青15 min，然后80℃烘48 h 至恒重，用千分度电子天平称量；叶绿素含量用叶绿素测定仪(YNYLS，郑州锦农科技有限公司产品)测定[19]；顶3叶叶面积用叶面积仪(YaXin-1241，北京雅欣理仪科技有限公司产品)测量。

1.4 数据处理与分析

采用WPS 表格统计试验数据并按下列公式计算各指标相对值、胁迫系数及各指标隶属函数值等；用SPSS 19.0 软件对各指标相对值进行相关性分析，对胁迫系数进行主成分分析，根据D值进行聚类分析。

相对值(%)＝盐胁迫处理值/对照值×100 ；

胁迫系数(%)＝(对照值-盐胁迫处理值)/对照值×100 ；

变异系数(%)＝标准差/均值×100 ；

隶属函数值μ(Xj)＝(Xj-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin) ；

各综合指标的权重Wj＝Pj/∑Pj(j ＝1，2，…，n) ；

各材料耐盐性综合评价值D ＝∑[U(Xj)×Wj](j＝1，2，…，n) 。

式中μ(Xj) 表示第j 个指标的隶属函数值，Xjmax、Xjmin分别表示第j 个指标的最大值和最小值；Wj即权重，表示第j 个指标在所有综合指标中的重要度，Pj则表示每个供试品种第j 个综合指标的贡献率；D 表示各供试品种耐盐性的综合评价值，具体分析参考周亚峰等[15]的方法。

2 结果与分析

2.1 不同盐浓度胁迫下甘薯幼苗农艺性状差异

由表1 可知，与CK 相比，100 mmol/L NaCl胁迫下，除了根系长度、地上地下部鲜重、地上地下部干重外，16 个参试品种的其余各项指标均未达到显著差异；150 mmol/L NaCl 胁迫下，各项指标与CK 均达到显著差异；150 mmol/L 与200 mmol/L NaCl 胁迫处理相比，绿叶数、生长量、茎粗、总节间数、地下部干重差异不显著。 这表明选择150 mmol/L NaCl 胁迫处理对甘薯幼苗进行耐盐性评价较为适宜。

表1 不同盐浓度胁迫下甘薯幼苗农艺性状差异

此外，随着盐浓度升高，14 个指标的均值均表现为不同程度的降低。 150 mmol/L NaCl 胁迫下，对盐胁迫响应较为敏感的是地下部鲜重(胁迫系数 68.85%)、 地下部干重(胁迫系数68.64%)、绿叶数(胁迫系数47.29%)、生长量(胁迫系数40.06%)；除茎粗(胁迫系数2.93%)、叶绿素含量(胁迫系数10.76%)外，其余指标的胁迫系数均超过15%。 说明该浓度盐胁迫下14 个指标在供试品种之间表现出较大差异，变异系数较大的有地下部鲜重(变异系数63.87%)、绿叶数(变异系数61.68%)、地下部干重(变异系数52.79%)，除茎粗(变异系数6.78%)、叶绿素含量(变异系数12.43%)外，其余性状的变异系数均在16%以上，表明这些性状对盐胁迫尤为敏感，不同品种甘薯幼苗的耐盐性存在显著遗传差异。

2.2 盐胁迫下甘薯苗期各农艺性状相对值的相关性分析

由表2 可以看出，甘薯幼苗总叶数与绿叶数、地上部鲜重、地下部鲜重呈极显著正相关，与总节间数、地上部干重、地下部干重呈显著正相关；绿叶数与地上部鲜重、地上部干重呈极显著正相关，与叶绿素含量、地下部鲜重呈显著正相关；蔓长与茎粗呈显著正相关；顶3 叶叶面积与地上部鲜重呈显著正相关；根系长度与地下部鲜重呈显著正相关；地上部鲜重与地上部干重呈极显著正相关；地下部鲜重与地下部干重呈极显著正相关。生长量、顶3—顶8 节间总长与其它指标均无显著相关性，表明除这2 个指标外其余12 个指标均存在不同程度的相关性，综合影响着甘薯幼苗的耐盐能力，可作为甘薯品种耐盐与否的评价指标。

2.3 盐胁迫下甘薯苗期农艺性状的主成分分析

采用主成分分析法，对多个变量进行综合和简化，可有效避免各个指标间的信息重叠。 将12个指标(总叶数、绿叶数、蔓长、茎粗、总节间数、叶绿素含量、顶3 叶叶面积、根系长度、地上部干鲜重和地下部干鲜重)对应的相对变化值(或胁迫系数)构建原始数据矩阵，对数据标准化处理后取大于1 的特征值，共获得4 个主成分(表3)，其贡献率依次为39.986%、19.947%、13.475%和9.252%，累积贡献率达82.660%，即可解释82.660%的总变异，表明这4 个独立的综合指标能够反映12 个原始指标所携带的绝大部分信息，其余8 个成分则可忽略不计。

表3 150 mmol/L NaCl 胁迫下甘薯苗期农艺性状主成分特征值和贡献率

由表3 和表4 可知，主成分1 贡献率为39.986%，主要作用因子是绿叶数(0.882)、地上部鲜重(0.839)、总叶数(0.829)、地上部干重(0.813)、叶绿素含量(0.561)、顶3 叶叶面积(0.501)等；主成分2 贡献率为19.947%，主要作用因子是根系长度(0.857)、地下部鲜重(0.416)、总叶数(0.345)等；主成分3 贡献率为13.475%，主要作用因子是总节间数(0.717)、蔓长(0.676)等；主成分4 贡献率为9.252%，主要作用因子是地下部鲜重(0.490)、地下部干重(0.409)、茎粗(0.387)等。综合4 个主成分所携带的信息看出，绿叶数、地上部鲜重、总叶数、地上部干重、根系长度这5 个关键指标足以反映12 个指标的绝大部分信息。

表4 150 mmol/L NaCl 胁迫下甘薯苗期农艺性状各综合指标的系数

2.4 甘薯苗期耐盐性综合评价

由表5 可知，以4 个综合指标值作为基础数据，利用1.4 中的隶属函数公式分别计算16 个参试品种的隶属函数值μ。 针对某一指标，隶属函数值越大，说明该品种在此综合指标中越耐盐，反之耐盐性越弱。 依据苗期各综合指标对总变异贡献率的大小，利用1.4 中的权重公式计算出4 项指标的权重(W)，依次为:0.4837、0.2413、0.1630、0.1119。 利用4 个综合指标值及其权重计算出供试品种的耐盐性综合评价值(D值)，并根据D值大小对不同品种的耐盐性强弱进行排名，D 值越小，耐盐性越强，反之越弱。 耐盐性前3 位的品种分别是漯薯11、漯苏薯17 号和漯薯13 号，盐敏感前3 位的品种分别是漯薯14 号、漯薯6 号和漯紫薯5 号。

表5 150 mmol/L NaCl 胁迫下16 个甘薯品种的μ(X)、权重(W)和D 值

基于D 值最大距离法进行聚类，用Ward 法的欧氏距离来衡量不同品种的耐盐能力强弱(图1):在欧式距离为5 时16 个供试品种划分为4类，即极耐盐、耐盐、弱耐盐、盐敏感4 个等级。 其中，Ⅰ类极耐盐品种包括漯薯13 号、漯紫薯4 号、漯薯11、漯徐薯9 号和漯苏薯17 号(5 个)；Ⅱ类耐盐品种包括A114-2、漯薯15 号和漯薯16 号(3个)；Ⅲ类弱耐盐品种包括漯紫薯1 号和漯紫薯6号(2 个)；Ⅳ类盐敏感品种包括漯紫薯5 号、漯薯6 号、漯薯10 号、漯薯12 号、漯薯14 号和漯徐薯8 号(6 个)。

图1 盐胁迫下甘薯苗期耐盐性聚类分析

3 讨论与结论

甘薯作为一种重要的杂粮先锋作物，虽具有抗逆性强、适应性广等突出特点，但是盐分过量也会影响植株的正常生长发育，生物量、叶面积等会受到不同程度的抑制[20]。 研究发现，盐胁迫下不同甘薯品种幼苗保护酶活性、脯氨酸含量及维持细胞渗透势的能力各不相同，因此对盐胁迫的反应会呈现出较大差异[21，22]。 有研究表明，随NaCl胁迫浓度的提高，甘薯幼苗株高和叶面积生长受到抑制，叶片中的生长素水平下降[12]；王文婷等[23]研究认为，随着盐浓度逐渐增加，甘薯幼苗盐害程度增大。 本试验中，3 种盐浓度(100、150、200 mmol/L NaCl)胁迫下，随着盐浓度增加不同甘薯幼苗的盐害程度呈现不同变化:150 mmol/L NaCl 胁迫下幼苗14 个农艺性状指标与CK 均差异显著，其与200 mmol/L NaCl 胁迫相比14 个农艺性状中绿叶数、生长量等指标差异均不显著，且除茎粗、叶绿素含量外其它12 个农艺性状的品种间变异系数均在16%以上，因此可作为甘薯幼苗耐盐性评价的适宜浓度。 这与崔纪超等[24]的结论(150 mmol/L NaCl 盐胁迫下，不同甘薯品种苗期相对生长量、叶面积、植株死亡率、盐害率和盐害指数、植株干重、鲜重等均发生变化)、王灵燕等[25]在室内的结论(150 mmol/L NaCl 条件下筛选出了苗期耐盐性强的品种)相一致。 过晓明等[26]研究指出，甘薯幼苗叶绿素含量随盐胁迫浓度的增加不断下降但差异不显著，本研究则发现盐浓度由150 mmol/L 增至200 mmol/L 时差异显著，这与前人研究略有差异，可能主要是由于不同甘薯品种基因型不同所致。

作物耐盐性是多个因素相互作用的综合反应体系，单一或者少量指标存在局限性，也不具有说服力，难以全面准确地反映作物的耐盐能力[27]。赫卫等[28]研究表明，鉴定及描述作物相关农艺性状具有直观、简便、易行、快速的特点，可以利用相关性分析、主成分分析和隶属函数法、聚类分析等多元分析方法对耐盐性、抗逆性强的品种进行鉴定筛选。 本研究对盐胁迫下16 个甘薯品种苗期的14 个生长性状进行相关性、主成分和聚类分析，结果表明，除生长量、顶3—顶8 节间总长这2个指标外其余12 个性状指标均存在不同程度的相关性；采用主成分分析法，将原有12 个指标的胁迫系数按其贡献率大小转换为4 个独立的综合决定指标，其累积贡献率达82.660%，即能代表供试品种的绝大部分信息及耐盐能力的差异，其中筛选的绿叶数、根系长度、总节间数、地下部干重4 个耐盐指标与段文学等[9]利用逐步回归方法、孙凯等[27]利用隶属函数法选出的具有显著性差异的决定性指标结果一致。 运用隶属函数对4 个独立综合指标按其贡献率(权重)进行加权，获得可客观反映各品种耐盐性的综合评价值(D 值)，其可在不同品种之间进行直接比较，并能直观地反映甘薯品种的耐盐性差异。 利用隶属函数对各品种农艺性状指标的胁迫系数归一量化，通过聚类分析将16 个甘薯品种分成4 类:Ⅰ类为极耐盐品种(5 个)、Ⅱ类为耐盐品种(3 个)、Ⅲ类为弱耐盐品种(2 个)、Ⅳ类为盐敏感品种(6 个)。 筛选出耐盐性极强品种3 个，分别是漯薯11、漯苏薯17 号和漯薯13 号。 本试验也发现，耐盐品种对盐胁迫具有很好的适应性，能保持较高生长速率，这与隆小华等[29]的研究结果相似。

温室条件下的甘薯苗期鉴定可以有效避免气候及土壤等外界因素的影响，能相对客观地反映各个甘薯品种苗期的耐盐程度[24，30]，但决定甘薯经济产量的指标主要是块根，因此苗期确定耐盐的甘薯品种是否适宜在盐碱地种植且获得高产，还需要生产实践，结合大田鲜薯及薯干产量等数据进一步验证[31，32]。