張會麗，袁 闖，許 興，2，朱 林，朱志明，高 雪

(1.寧夏大學農(nóng)學院， 寧夏 銀川 750021； 2.寧夏大學西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建教育部重點實驗室， 寧夏 銀川 750021；3.寧夏大學西北土地退化與生態(tài)恢復省部共建國家重點實驗室培育基地， 寧夏 銀川 750021)

近年來隨著自然環(huán)境的惡化和人類活動的不斷加劇，鹽堿地成為對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展起重要制約作用的一種低產(chǎn)土地類型，其分布日趨廣泛[1]。目前全球鹽堿地面積已占陸地面積的30%左右[2]，我國鹽堿化土地占國土面積的1.03%，主要集中分布于西北、華北和東北的干旱和半干旱地區(qū)[3]。玉米作為我國的三大重要糧食作物之一，它是一種對鹽分中度敏感的重要的糧飼兼用作物[4]及工業(yè)原料。目前玉米的播種面積不斷擴大，已位居我國主要農(nóng)作物之首，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。在我國西北地區(qū)鹽堿脅迫是影響作物生長的非生物脅迫因子之一，土壤鹽漬化狀況的加劇已嚴重影響作物的正常生長和發(fā)育。在鹽漬化土壤改良方法中，許多學者認為種植適宜于鹽堿土壤的植物是最為有效的生物改良方法[5]。因此，研究玉米品種的耐鹽性，培育和篩選耐鹽的玉米品種，是提高鹽堿地玉米產(chǎn)量的重要途徑[6]。

由于同一作物不同品種間耐鹽性存在基因型差異，不同品種指標間差異較大，使用某一單項指標太過于片面，很難準確評價品種耐鹽堿性，因此要選用多指標綜合評價，才能科學、合理地反應作物的耐鹽性。目前，對玉米苗期或芽期的研究較多[7-9]，對玉米大喇叭口期的研究鮮有報道，且苗期的鑒定時間較短，不能完全作為篩選耐鹽堿性強的種質材料方法。大喇叭口期是玉米一生中生長發(fā)育最旺盛，對外界環(huán)境條件最為敏感的時期，也是玉米耐鹽性鑒定的關鍵時期。因此，對鹽脅迫條件下該時期玉米生長及生理生化指標的研究，可為玉米耐鹽性鑒定、品種篩選提供一定的參考依據(jù)。

玉米種質資源耐鹽性鑒定的方法有很多，但由于盆栽或營養(yǎng)液條件下生長的植株大多是以NaCl、Na2CO3作為脅迫因子，與實際的土壤條件有較大差異、與大田環(huán)境相差甚遠，因此選用大田鑒定的方法更能為生產(chǎn)實際提供技術支持和理論指導。本試驗利用大田鑒定的方法，以不同基因型的玉米雜交種為材料，采用隸屬函數(shù)法對25個玉米品種在大喇叭口期的耐鹽堿農(nóng)藝性狀和生理生化指標進行調查和綜合評價，并對供試材料的耐鹽堿性進行分類，有利于篩選出具有較強耐鹽性的玉米雜交種，對我國鹽漬化土地的開發(fā)利用和畜牧業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以25個供試玉米雜交種為試驗材料，供試材料由佰青源公司、中國科學院遺傳發(fā)育研究所提供，具體情況如表1所示。

1.2 試驗設計

試驗于2016年4—9月在寧夏平羅縣進行，供試土壤為三塊不同鹽分含量的鹽堿地，如表2所示，根據(jù)土壤全鹽含量將其劃為三類。土壤有機質含量18.76 g·kg-1，全磷2.97 g·kg-1，全氮0.09 g·kg-1，堿解氮含量25.23 mg·kg-1，速效磷含量5.02 mg·kg-1，速效鉀含量67.00 mg·kg-1。播種前精選每個品種籽粒飽滿大小均勻的種子。試驗按照隨機區(qū)組設計，小區(qū)面積3 m×5 m，每個品種3個重復小區(qū)，均行種植，小區(qū)行長3.0 m，行距0.6 m，株距0.2 m，走道0.8 m，穴播(單粒播種，播種深度為3 cm左右)，播前整地耙平，施基肥。2016年4月25日播種，9月28日收獲，整個生長期內統(tǒng)一管理，按時進行中耕除草、灌水施肥。

表1 供試青貯玉米雜交種 Table 1 The tested silage maize hybrids

表2 土壤本底值(0～50 cm) Table 2 The soil background values

1.3 測定項目及方法

農(nóng)藝性狀的測定：采用游標卡尺測量地上莖基部的直徑為莖粗；植株在自然生長狀態(tài)下，用卷尺測得從根基部到最高葉尖的長度為株高，每個處理測定3次；用手持式葉綠素SPAD儀于大喇叭口期測每個處理的穗位葉相對葉綠素含量。測定時避開葉脈，測量葉片中部，每個品種測3株；采用手持式冠層測溫儀，選擇晴朗的天氣，于玉米大喇叭口期測定各小區(qū)的CT值，為冠層溫度，對每個小區(qū)按每個方向重復測定3次，取其平均值作為該次測定的CT值。

生理指標的測定：用DDS-307型電導率儀測定細胞膜透性，用相對電導率表示[10]；用雙波長硫代巴比妥酸法(TBA)[11]測定丙二醛(MDA)含量；用磺基水楊酸法[12]測定脯氨酸(Pro)含量；愈創(chuàng)木酚法[12]測定過氧化物酶(POD)活性；NBT(氮藍四唑)光還原法[12]測定超氧化物歧化酶(SOD)活性。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel軟件對數(shù)據(jù)進行整理，利用DPS7.0軟件進行顯著性差異統(tǒng)計分析、相關性分析，所有數(shù)值均以“平均值±標準誤”表示。利用Spss17.0進行主成分分析、聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同鹽脅迫程度對25個雜交種玉米大喇叭口期農(nóng)藝性狀的影響

在不同脅迫程度下，不同基因型玉米品種受到鹽脅迫時發(fā)生的反應各不相同，結果如表3所示：在三種不同鹽脅迫條件下，只有A49/1522、A3/H237、北21/1520三個品種的株高沒有達到顯著性差異(P>0.05)，其余品種均不同程度地達到顯著性差異(P<0.05)，且隨著鹽脅迫程度的加大，株高有一定程度的降低。在中度鹽脅迫條件下，H237/A3的株高最高，與其它品種間有顯著性差異(P<0.05)，TY1的株高最低。在重度鹽脅迫條件下，1517/旬11及A3高/1519兩者的株高最高，桂青貯1號、科多8號的株高最低，與其它品種間達到顯著性差異(P<0.05)。在輕度脅迫條件下，1421/1522、H237/1519與其它品種達到顯著性差異(P<0.05)，且株高最高；科多8號的株高最低，與其它品種間的差異也達到顯著水平(P<0.05)。

在中度脅迫程度下，不同品種間莖粗的增加程度有所不同，重度脅迫時莖粗降低。在三種鹽脅迫程度下，A49/1522、A49/1528、H237/A26、A3/H237、1421/1522、H237/1519、寧3-1/1528、寧3-2/1528、H237/A18、旬11/1517、科多8號11個品種的莖粗間沒有顯著性差異，其它品種間均達到顯著性差異(P<0.05)。在重度脅迫時，A49/1522的莖粗達到最大，TY1的莖粗最小，這與其它品種間呈顯著性差異(P<0.05)。

不同鹽脅迫程度下，不同品種SPAD值大小不同。其中，A49/1522、A49/1528、A18/1506、H242/1523、寧3-1/1528、A3高/A18、桂青貯1號、科多8號、TY1 9個品種在三種鹽脅迫程度下均沒有顯著性差異，其它品種間均有所差異。在輕度脅迫時，不同品種的SPAD值相對較高，在中度、重度脅迫時，SPAD值有一定程度的降低。在輕度、中度、重度脅迫條件下，H237/1519、寧3-2/1528、A3高/1519分別達不同鹽脅迫程度的最大值，而在輕度和中度脅迫時，TY1的SPAD值最小，在重度脅迫時，H14/A18的SPAD值最小。

不同鹽脅迫程度下不同品種的冠層溫度也有所不同。A49/1522、A49/1528、A3高/1519、H237/A26、北21/1522、1517/旬11這6個品種的冠層溫度在不同鹽脅迫程度下沒有達到顯著差異，其它品種有顯著性差異(P<0.05)。在不同脅迫程度時，對應的冠層溫度最大、最小值的品種也有所不同。

2.2 不同鹽脅迫程度下各農(nóng)藝性狀之間的相關性

在三種不同脅迫條件下，不同脅迫程度與農(nóng)藝性狀指標間的相關性有所不同，如表4所示，不同脅迫程度下株高與莖粗、SPAD均呈正相關，輕度脅迫時呈極顯著正相關。在輕度和重度脅迫時莖粗與SPAD呈極顯著正相關，在重度脅迫時莖粗與冠溫呈顯著正相關。

表3 不同鹽脅迫程度對25個雜交種玉米大喇叭口期農(nóng)藝性狀的影響 Table 3 Agronomic traits of 25 hybrid maize under salt stress at huge bell period

續(xù)表3

品種編號SpeciesnumberSPAD值SPADvalues中度Moderate重度Severe輕度Mild冠層溫度Canopytemperature/℃中度Moderate重度Severe輕度Mild2255.47±1.04bcdefgB45.40±0.69lC57.90±0.46bcdeA23.13±0.92cdefghA18.00±0.67jkB20.63±0.20eAB2353.67±1.04cdefghA52.77±0.35efgA53.80±0.25efghiA21.73±0.19hiA17.00±0.15kB22.93±0.44bcdA2452.47±1.55efghiA49.87±0.54ghijkA51.10±1.85iA24.27±0.55abcdA19.50±0.21fghijC21.70±0.51deB2545.00±0.38kA46.07±1.11klA45.60±0.06jA24.80±0.85abcA18.10±0.72ijkB22.77±0.78bcdA

注：同一脅迫條件不同品種間的差異性(P<0.05)用小寫字母表示，同一品種不同脅迫條件下的差異性(P<0.05)用大寫字母表示。

Note: different lowercase letters indicate that there are significant difference among different varieties under the same stress conditions(P<0.05); different uppercase letters indicate that the same variety has significant differences under different stress conditions(P<0.05).

2.3 重度鹽脅迫對不同玉米雜交種大喇叭口期生理生化指標的影響

在重度鹽脅迫條件下，不同品種之間的膜透性、MDA、Pro、SOD、POD均有所差異，如表5所示。A3高/1519質膜透性最大，與其它品種間達到顯著差異(P<0.05)，其次是1421/1522的膜透性，A49/1522膜透性最小，受到鹽脅迫破壞的程度最小。在重度鹽脅迫時，MDA含量最高的是科多8號和A3/H237，相對較低的是1517/旬11及H237/A、北21/1522、北21/1520，它們與其它品種之間達到顯著性差異(P<0.05)。在重度脅迫時，A49/1522Pro含量最高，而H242/1523Pro含量最低。H14/A18 SOD活性最大，A49/1528 SOD活性最小，且與其它品種間達到顯著性差異(P<0.05)。H242/1522和A49/1522 POD活性最大，旬11/1517最低。

2.4 在重度脅迫條件下各農(nóng)藝性狀與生理指標間的關系

在重度脅迫條件下，如表6所示：株高和莖粗、SPAD、冠層溫度、膜透性、Pro呈弱正相關，株高與SOD、POD、MDA呈弱負相關。莖粗與SPAD呈極顯著正相關(R=0.54**)，與冠層溫度(R=0.47*)呈顯著正相關，與膜透性、SOD、MDA呈弱負相關。SPAD與冠層溫度(R=0.42*)呈顯著正相關,而冠層溫度與SOD(R=-0.42*)呈顯著負相關。膜透性與SOD(R=0.50**)有極顯著正相關性，其它各農(nóng)藝性狀與生理指標間有弱相關性，但均沒有達到顯著水平。

2.5 不同玉米雜交種材料耐鹽性綜合評價

對大喇叭口期的農(nóng)藝性狀及生理指標進行綜合評價，利用各指標間所占的主成分不同，進而對其耐鹽性進行綜合評價，分析結果如表7所示。對玉米大喇叭口期的9個指標進行主成分分析，重新整合成9個主成分，從特征值來看，前三個主成分的特征值大于1，所以保留前三個主成分。從方差的累積貢獻率可以得知，第一個主成分的貢獻率為27.403%，第二主成分的貢獻率為47.074%，第三主成分的貢獻率為62.691%，前三個成分的累積貢獻率大于80%，可考慮保留。利用模糊隸屬函數(shù)法進一步對主成分分析的結果進行綜合分析，25個雜交種材料的耐鹽性強弱不同，按照綜合評價值的大小，耐鹽性由強到弱依次排列為寧3-2/1528>A3高/1519>旬11/1517>A3高/A18>H237/A26>H242/1523>寧3-1/1528>1421/1522>H237/A3>科多8號>A3/H237>H237/1519>H14/A18>北21/1520>133-2/1528>A49/1522>1517/旬11>桂青貯1號>H237/A18>H14/1528>H242/1522>北21/1522>A18/1506>A49/1528>TY1。

表4 不同鹽脅迫程度條件下各農(nóng)藝性狀指標間的相關性 Table 4 The correlation between the index of agronomic traits under stresse

注：*表示相關性達到顯著(P<0.05)，**表示相關性達到極顯著(P<0.01)。下同。

Note: *, ** indicate significance atP<0.05 andP<0.01 level, respectively; the same below.

表5 鹽脅迫對25個雜交種玉米大喇叭口期相關指標的影響 Table 5 Salt stress to 25 copies of the influence of related parameters of hybrid maize in huge bellbottom period

注：同列數(shù)據(jù)不同字母表示差異顯著(P<0.05)。 Note: different letters in same column indicate significant difference atP<0.05 level.

表6 重度脅迫條件下各農(nóng)藝性狀與生理指標間的相關性 Table 6 The correlation between agronomic traits and physiological indicators under severe stress

3 討 論

3.1 不同鹽脅迫程度對玉米大喇叭口期農(nóng)藝性狀的影響

本試驗研究發(fā)現(xiàn)，在同一脅迫條件下不同玉米品種的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)各不相同，同一品種在不同脅迫條件下的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)也有差異，表明了不同雜交種玉米對鹽脅迫的耐受能力不同，其耐鹽性存在差異。余叔文等研究表明，鹽脅迫下對植物最明顯的影響就是抑制生長[15]。李德鋒研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫

表7 不同雜交種的耐鹽性分析 Table 7 The analysis of salt-tolerance among different hybrid maizes

嚴重影響青貯玉米株高，進而影響產(chǎn)量[16]。許興等研究表明，隨著鹽脅迫濃度的增加小麥株高有所降低[17]。這與本試驗的研究結果一致，可能是鹽脅迫會影響有絲分裂，細胞分化減少，從而導致植物生長受抑，也可能是鹽脅迫抑制了根系對無機離子和水分的吸收，導致了生長發(fā)育減緩[18]。莖粗是衡量植株生長強弱的指標，能夠表明植株的生長狀況與水肥供給情況。本試驗結果表明，同一品種在受到重度脅迫時，莖粗會受到嚴重影響，急劇減小。孫小芳[19]等研究表明，棉花在受到鹽脅迫時，其葉色發(fā)暗，SPAD值較高。而本試驗結果發(fā)現(xiàn)在輕度脅迫時，SPAD值高，中度、重度脅迫時SPAD值均有一定程度的降低，可能是因為鹽脅迫不僅影響葉綠素的生物合成，而且加快葉綠素的分解，進而使SPAD值下降[20]。冠層溫度的差異是作物遺傳特性和環(huán)境條件共同作用的結果，它可以作為指導作物高產(chǎn)品種選育和栽培管理的手段。本試驗結果顯示，在中度脅迫時，冠層溫度最大，輕度和重度時次之，說明鹽分脅迫濃度在一定條件時利于作物的生長發(fā)育，但本試驗的鹽分含量差異較大，具體鹽分含量多少有利于作物生長還需進一步的試驗。此外，本研究表明不同脅迫條件下農(nóng)藝性狀指標間的相關性不一致，如株高與冠溫在輕度和中度脅迫時呈負相關，在重度脅迫時呈正相關，因此在分析兩者之間的相關性時需要根據(jù)試驗中鹽脅迫程度的強弱來具體分析。

3.2 重度脅迫條件對玉米大喇叭口期各生理指標的影響

植物在受到逆境脅迫時，其體內會發(fā)生一系列的生理生化反應來消除或降低外界環(huán)境對其造成的傷害。李倩[21]等研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽脅迫濃度的加大，細胞中外滲的物質增多，質膜透性增強，受到的傷害越大。有研究表明[22-23]，植物體內積累一定的脯氨酸可以調節(jié)植物自身適應逆境條件。劉會超[24]等通過對逆境條件下白三葉莖的保護酶活性的研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫時許多植物的保護酶活性均不同程度增加。本試驗通過測定作物在逆境條件下的細胞膜透性、膜脂過氧化程度(MDA)、滲透調節(jié)物質(Pro)、保護酶活性(SOD、POD)的變化來衡量作物受傷害的程度[25]，試驗結果與前人研究結果吻合。本試驗中還發(fā)現(xiàn)了在重度鹽脅迫條件下農(nóng)藝性狀指標與生理指標之間存在一定的相關性。這可能是因為鹽脅迫條件下，作物生長環(huán)境中的滲透勢增加，引起細胞脫水，從而使得植物細胞的膜系統(tǒng)遭到破壞，導致質膜透性發(fā)生改變，繼而引起細胞外部形態(tài)發(fā)生變化。其中，莖粗與SPAD呈極顯著正相關，這與田間鑒定結果一致，大田考查記錄表明莖稈粗壯長勢好的品種，其葉色深綠；膜透性與SOD呈極顯著正相關，可能是因為在受到鹽脅迫時首先使質膜透性增加，其次引起作物萎蔫，進而影響內部生理機制的變化。

3.3 隸屬函數(shù)法綜合分析不同玉米材料耐鹽性

株高、莖粗、SPAD、冠層溫度等形態(tài)學指標可以反應玉米大喇叭口期的生長狀況，25個雜交玉米種質資源各指標的變化有所不同，對不同程度的鹽脅迫也有不同的生理反應。由此可知，玉米的耐鹽性是一個復雜的綜合性狀，僅僅利用單項指標不能準確、直觀地進行玉米耐鹽性評價，為了彌補單項指標評價耐鹽性的不足，可利用主成分分析對供試玉米種質資源大喇叭口期耐鹽性進行深入綜合的評價，利用綜合評價值來對耐鹽性材料進行歸類。該試驗采用模糊隸屬函數(shù)法對25個雜交種材料大喇叭口期的各個指標進行綜合評價，按照隸屬度(D值)大小將其耐鹽性分為四級：D值大于0.8為強耐鹽性材料，寧3-2/1528、A3高/1519為強耐鹽性材料；D值在0.6～0.8之間為較耐鹽性材料，H237/A26、H242/1523、1421/1522、寧3-1/1528、A3高/A18、旬11/1517為較耐鹽性材料；D值在0.4～0.6之間為弱耐鹽性材料，A3/H237、H237/1519、H237/A3、科多8號、桂青貯1號、H14/A18、1517/旬11、H237/A18、H14/1528、北21/1520、133-2/1528、A49/1522為弱耐鹽性材料；D值小于0.4為不耐鹽性材料，H242/1522、A49/1528、A18/1506、北21/1522、TY1為鹽敏感性材料。通過農(nóng)藝性狀和生理指標綜合分析不同品種的耐鹽性，篩選出耐鹽和鹽敏感的玉米種質資源，為耐鹽性生理機制研究和后期的玉米分子標記、遺傳育種和抗逆高產(chǎn)栽培提供可靠的種質資源和技術支撐。

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