大豆發(fā)芽期和苗期耐鹽性的隸屬函數(shù)分析

張彥威 張禮鳳 李偉 王彩潔 張軍 徐冉

摘要：土地鹽漬化是一個(gè)全球性的問題，開展大豆品種耐鹽性評(píng)價(jià)在提高大豆產(chǎn)量、擴(kuò)大其種植面積方面具有重要意義。本研究在測(cè)定NaCl處理下大豆萌發(fā)率、芽長(zhǎng)、丙二醛含量、脯氨酸含量等指標(biāo)的基礎(chǔ)上利用隸屬函數(shù)對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并完成供試15個(gè)黃淮海大豆品種（系）的耐鹽性評(píng)價(jià)，鑒定出阜107-3、徐豆10、齊黃34、山寧17、臨豆10、齊黃35、菏豆21、嘉豆43共8個(gè)耐鹽性較強(qiáng)的大豆品種（系），同時(shí)初步研究了芽期和苗期耐鹽性的綜合鑒定方法。

關(guān)鍵詞：大豆；萌發(fā)率；芽長(zhǎng)；耐鹽性；隸屬函數(shù)

中圖分類號(hào)：S565.101

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A

文章編號(hào)：1001-4942（2016）01-0021-05

大豆是我國(guó)重要的糧、油、飼兼用作物，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保障國(guó)家糧食與食品安全中具有重要的戰(zhàn)略作用。2013年我國(guó)進(jìn)口大豆6 338萬(wàn)噸，對(duì)外依存度已高達(dá)84.4%，發(fā)展大豆生產(chǎn)保障自給能力刻不容緩。土地鹽漬化是一個(gè)全球性的問題，世界灌溉地鹽堿化的面積達(dá)1/3左右。盡管大豆是一種中度耐鹽作物，鹽脅迫仍然可使其品質(zhì)降低、減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)。鹽堿地的利用對(duì)解決大豆安全供應(yīng)具有巨大潛力，培育和種植耐鹽大豆品種是開發(fā)利用鹽堿地經(jīng)濟(jì)有效的方法之一，在提高大豆產(chǎn)量、擴(kuò)大其種植面積方面具有重要意義。

建立便捷、穩(wěn)定的大豆耐鹽性鑒定體系，是耐鹽大豆篩選、種植推廣的必要前提。姜靜涵選取4個(gè)耐鹽品種和4個(gè)鹽敏感品種，利用蛭石為培養(yǎng)基質(zhì)，種植在人工培養(yǎng)箱中，通過(guò)對(duì)植株葉片失綠萎蔫的表型變化、Na⁺含量和葉綠素含量的分析，最終建立起一種穩(wěn)定高效的大豆苗期耐鹽性鑒定的簡(jiǎn)便方法。柏錫等選取綏農(nóng)28、合豐50和合豐55為材料，用沙土水溶液的培養(yǎng)方法，分別在種子發(fā)芽期、第二片三出復(fù)葉長(zhǎng)出期進(jìn)行不同濃度NaCl處理，測(cè)定多項(xiàng)生理指標(biāo)，建立了3個(gè)大豆品種的耐鹽轉(zhuǎn)基因大豆篩選體系。李亮等利用水培鹽處理的方式，觀察分析不同大豆品種幼苗的生長(zhǎng)情況，同時(shí)測(cè)定鹽脅迫下不同大豆品種幼苗葉片和根系中SOD活性、POD活性和MDA的含量，以區(qū)分不同大豆品種的耐鹽性差異。張鵬等以99個(gè)大豆品種為材料，從種子萌發(fā)開始用80mmol·L^-1鹽溶液對(duì)備品種耐鹽性進(jìn)行鑒定，并結(jié)合盆栽鹽脅迫試驗(yàn)，觀察植株整個(gè)生育期的耐鹽表現(xiàn)，以驗(yàn)證種子發(fā)芽率作為大豆品種耐鹽性鑒定指標(biāo)的可行性。

本研究通過(guò)測(cè)定NaCl溶液處理下大豆萌發(fā)率、芽長(zhǎng)、丙二醛含量、脯氨酸含量等指標(biāo)，并用隸屬函數(shù)對(duì)各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成了15個(gè)黃淮海大豆品種（系）的耐鹽性評(píng)價(jià)，鑒定出阜107-3、徐豆10、齊黃34、山寧17、臨豆10、齊黃35、菏豆21和嘉豆43共8個(gè)適于黃淮海鹽堿地種植的大豆品種，這對(duì)黃淮海鹽堿地區(qū)的大豆生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料是本課題組保存的黃淮海主推大豆品種和新培育的優(yōu)良大豆品系（表1）。

1.2 方法

1.2.1 芽期NaCl處理精選籽粒飽滿、種皮完整、大小均勻的種子，將其擺放在鋪有滅菌濾紙的12cm的培養(yǎng)皿上，用滅菌的NaCl溶液10mL進(jìn)行鹽脅迫處理。各處理的NaCl溶液濃度分別為O（CK）、100、150、200、250mmol·L^-1。每個(gè)處理30粒，重復(fù)3次。于25c℃、16h/8h光照溫室中進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，第3天統(tǒng)計(jì)萌發(fā)率。其標(biāo)準(zhǔn)為胚根伸出種臍部分的長(zhǎng)度超過(guò)10mm，且發(fā)育正常；胚根彎曲并呈螺旋狀盤繞者不予統(tǒng)計(jì)。

1.2.2 苗期NaCl處理將大豆種子播種于鋪滿細(xì)沙的育苗盤中，用1/4MS培養(yǎng)液澆灌至大豆第一片三出復(fù)葉全展，將幼苗移至含有200mmol·L^-1NaCl的1/4 MS培養(yǎng)液中培養(yǎng)，觀察并測(cè)定其生理指標(biāo)。

1.2.3 生理指標(biāo)測(cè)定 丙二醛（MDA）含量測(cè)定：1.2.2中的幼苗NaCl處理6h后取樣，利用硫代巴比妥酸法進(jìn)行測(cè)定。脯氨酸（PRO）含量測(cè)定：1.2.2中的幼苗NaCl處理6h后取樣，利用磺基水楊酸法進(jìn)行測(cè)定。

1.2.4 統(tǒng)計(jì)分析 相對(duì)指標(biāo)計(jì)算公式：相對(duì)指標(biāo)=（處理指標(biāo)/對(duì)照指標(biāo)）×100%。數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行方差、回歸、隸屬函數(shù)及相關(guān)系數(shù)分析。隸屬函數(shù)的計(jì)算公式：正相關(guān)指標(biāo)X（u）=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）；負(fù)相關(guān)指標(biāo)X（u）=（Xmax-Xi）/（Xmax-Xmin）；式中X（u）為隸屬函數(shù)值，Xi為每個(gè)指標(biāo)測(cè)定的平均值，Xmin為所有品種對(duì)應(yīng)指標(biāo)的最小值，Xmax為所有品種對(duì)應(yīng)指標(biāo)的最大值。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫下不同大豆品種（系）的萌發(fā)率

15個(gè)大豆品種（系）在不同濃度NaCl處理下的萌發(fā)率見表2。隨著NaCl濃度的增高，15個(gè)大豆品種（系）的萌發(fā)率均逐漸降低，說(shuō)明該處理方法能夠保證處理?xiàng)l件的穩(wěn)定性。方差分析表明，不同濃度NaCl處理對(duì)大豆的萌發(fā)率影響極顯著[F=218.4>F0.0l（3，42）]，品種間差異顯著[F=2.537>F0.05（14，42）]，說(shuō)明NaCl處理下的大豆萌發(fā)率能夠反映大豆的耐鹽性。本研究中，100、150、200、250mmol·L^-1NaCl處理下，徐豆10、臨豆10、齊黃34、阜107-3具有較高的萌發(fā)率，說(shuō)明這4個(gè)大豆品種具有較高的鹽脅迫耐性。

2.2 鹽脅迫下不同大豆品種（系）的芽長(zhǎng)

鹽分可以抑制種子萌發(fā)時(shí)下胚軸的伸長(zhǎng)，15個(gè)大豆品種（系）在不同濃度NaCl處理下的相對(duì)芽長(zhǎng)見表3。隨著NaCl濃度的增高，15個(gè)大豆品種（系）的芽長(zhǎng)均逐漸減小，進(jìn)一步說(shuō)明該處理方法能夠保證處理?xiàng)l件的穩(wěn)定性。方差分析表明，不同濃度NaCl處理對(duì)大豆的芽長(zhǎng)影響差異極顯著[F=129.9>F0.01（3，42）]，品種間差異極顯著[F=2.739>F0.01 （14，42）]，說(shuō)明NaCl處理下的大豆芽長(zhǎng)能夠反映大豆的耐鹽性。不同濃度NaCl處理下，山寧17、齊黃34、冀豆12、齊黃35具有較高的平均相對(duì)芽長(zhǎng)，說(shuō)明這4個(gè)品種具有較高的耐鹽能力。

2.3 鹽脅迫生理指標(biāo)

丙二醛（ MDA）和脯氨酸（PRO）是衡量植物抗逆性的重要指標(biāo)，在植物逆境脅迫中起著重要作用。15個(gè)大豆品種（系）在200mmol·L^-1NaCl溶液脅迫處理6h后，其葉片內(nèi)的MDA含量和PRO均顯著升高，且不同品種（系）表現(xiàn)出不同程度的變化（圖1），說(shuō)明本研究中MDA和PRO在鹽脅迫下的變化水平可以一定程度地反映品種（系）的耐鹽性。本研究中，阜107-3、徐豆10、齊黃35、齊黃34等大豆品種的MDA變化水平相對(duì)較低，說(shuō)明這些大豆品種具有較高的耐鹽性；汾豆95、冀豆12、菏豆21、中黃13等大豆品種的PRO變化水平相對(duì)較低，說(shuō)明這些大豆品種耐鹽性較低。

2.4 不同大豆品種（系）耐鹽性的隸屬函數(shù)

利用隸屬函數(shù)計(jì)算15個(gè)大豆品種（系）不同濃度鹽脅迫下的萌發(fā)率、芽長(zhǎng)、MDA含量、PRO含量4項(xiàng)性狀共10個(gè)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，并據(jù)此進(jìn)行品種（系）耐鹽性綜合評(píng)價(jià)。用隸屬函數(shù)法進(jìn)行抗逆評(píng)價(jià)時(shí)，其平均值越大，抗性越強(qiáng)。根據(jù)隸屬函數(shù)平均值的大小對(duì)15個(gè)大豆品種（系）的耐鹽性進(jìn)行綜合排序，結(jié)果見表4，其中阜107-3的隸屬函數(shù)平均值最大，為0.7823，說(shuō)明其芽期和苗期的耐鹽性最強(qiáng)，而汾豆95隸屬函數(shù)平均值最小，為0.1396，說(shuō)明其芽期和苗期的耐鹽性最弱。

利用大豆品種耐鹽性的隸屬函數(shù)進(jìn)行分級(jí)，可將大豆品種的耐鹽性分為以下4級(jí)。

1級(jí)：隸屬函數(shù)平均值在0.75以上——高耐鹽型，只有阜107-3；

2級(jí)：隸屬函數(shù)平均值在0.50～0.75之間——耐鹽型，包括臨豆10、齊黃34、徐豆10、齊黃35、嘉豆43、山寧17、菏豆21共7個(gè)材料；

3級(jí)：隸屬函數(shù)平均值在0.25～0.50之間——低耐鹽型，包括周08010-5-3、中黃13、冀豆12、邯豆5號(hào)、齊黃1號(hào)、安豆203共6個(gè)材料；

4級(jí)：隸屬函數(shù)平均值在0.25以下——鹽敏感型，只有汾豆95。

3 討論

3.1 大豆芽期和苗期耐鹽性

鹽分可以影響種子的發(fā)芽率，抑制種子萌發(fā)時(shí)下胚軸的伸長(zhǎng)，且隨著鹽濃度的升高，其抑制作用更加明顯。張鵬等認(rèn)為種子萌發(fā)期的耐鹽性表現(xiàn)與植株生長(zhǎng)后期的耐鹽性基本一致，種子萌發(fā)期的發(fā)芽率可以用于抗鹽性的鑒定。但是對(duì)多種濃度NaCl處理下大豆的耐鹽性差異研究較少。在本研究中，15個(gè)大豆品種（系）的萌發(fā)率和芽長(zhǎng)隨著NaCl濃度的增加而降低，但不同品種（系）對(duì)NaCl的敏感程度不一，方差分析表明NaCl處理濃度及品種間均對(duì)大豆的萌發(fā)率和芽長(zhǎng)產(chǎn)生顯著或極顯著的影響。所以，本研究認(rèn)為設(shè)置多種濃度的NaCl處理研究其對(duì)大豆萌發(fā)率和芽長(zhǎng)的影響以鑒定大豆品種（系）芽期的耐鹽性是篩選耐鹽品種的一個(gè)較為有效的措施。

大豆苗期耐鹽性分析也是大豆耐鹽品種（系）篩選中一個(gè)較為常用的方法。本研究中，以鹽脅迫后相關(guān)生理指標(biāo)MDA和PRO的相對(duì)變化情況來(lái)分析大豆苗期耐鹽性發(fā)現(xiàn)，不同品種（系）的苗期耐鹽性存在較大差異。同時(shí)發(fā)現(xiàn)雖然大豆苗期耐鹽性與大豆芽期耐鹽性顯著相關(guān)，但是不同品種（系）的芽期和苗期的鹽敏感程度存在一定差異，如阜107-3芽期耐鹽性低于徐豆10，但其苗期耐鹽性高于徐豆10。因此，本研究認(rèn)為對(duì)大豆品種芽期和苗期的耐鹽性進(jìn)行綜合分析能夠高效準(zhǔn)確地進(jìn)行大豆耐鹽品種篩選。

3.2 大豆鹽脅迫相關(guān)生理指標(biāo)的選擇

逆境脅迫能造成植物體內(nèi)活性氧（ROS）的累積，ROS是植物細(xì)胞有氧代謝過(guò)程中具有很強(qiáng)毒性的副產(chǎn)品，可直接造成膜脂過(guò)氧化。MDA是脂質(zhì)過(guò)氧化的主要產(chǎn)物，對(duì)膜有毒害作用，通常作為衡量植物抗逆性的重要指標(biāo)。PRO作為一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在植物逆境脅迫中起著重要的作用。本研究中，MDA和PRO的相對(duì)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，且與芽期生理指標(biāo)分別呈顯著負(fù)相關(guān)和顯著正相關(guān)，所以本研究選擇MDA和PRO作為苗期耐鹽性鑒定的相關(guān)生理指標(biāo)。

3.3 大豆鹽脅迫耐性動(dòng)態(tài)鑒定體系

植物的鹽脅迫耐性機(jī)制十分復(fù)雜，是復(fù)合數(shù)量性狀，由于同一材料的不同形態(tài)和生理生化特性指標(biāo)在鹽脅迫下表現(xiàn)并不完全一致，單獨(dú)以某一指標(biāo)來(lái)進(jìn)行材料間耐鹽性分析會(huì)存在一定誤差。姜奇彥等利用鹽害指數(shù)進(jìn)行耐鹽性分級(jí)將中黃13劃人芽期高耐鹽級(jí)別，但在本研究中，雖然中黃13芽期的鹽害指數(shù)較低，但由于采用隸屬函數(shù)進(jìn)行分析，其耐鹽性仍低于其它多個(gè)品種。利用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)對(duì)各個(gè)指標(biāo)綜合分析能夠隨著樣品份數(shù)的增減、抗性指標(biāo)的增減而形成一種作物脅迫耐性的動(dòng)態(tài)鑒定體系。劉太林等利用隸屬函數(shù)對(duì)不同大豆品種種子萌芽期的耐鹽性進(jìn)行了研究；孫靜利用隸屬函數(shù)對(duì)切花菊抗旱性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并對(duì)其抗旱機(jī)制進(jìn)行初步分析。本研究利用隸屬函數(shù)分別分析了15個(gè)大豆品種（系）芽期和苗期的4項(xiàng)性狀的10個(gè)耐鹽指標(biāo)，并對(duì)其進(jìn)行綜合分析，從而準(zhǔn)確而有效地鑒定了15個(gè)品種（系）的耐鹽性。

4 結(jié)論

建立了一種在可控條件下，采用隸屬函數(shù)綜合分析大豆芽期和苗期各項(xiàng)生理指標(biāo)的大豆芽期和苗期耐鹽性綜合鑒定方法。利用該方法對(duì)15個(gè)大豆品種（系）進(jìn)行耐鹽性鑒定，其中阜107-3、徐豆10、齊黃34、山寧17、臨豆10、齊黃35、菏豆21、嘉豆43共8個(gè)品種（系）耐鹽性較強(qiáng)，汾豆95耐鹽性較差，其它6個(gè)品種（系）耐鹽性居中。