19份綠豆種子萌發(fā)期耐鹽性鑒定與評價

李小雷， 何瑞超， 賈學(xué)宇， 王 雪， 鮑紅春， 吳小燕， 于 卓

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 呼和浩特 010019; 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)園藝研究院, 呼和浩特 010010)

綠豆(Vignaradiata(Linn.) Wilczek)為豆科(Leguminosae)豇豆屬(Vigna)的一個二倍體栽培種[1]，染色體數(shù)為2 n=22，是我國主要的食用豆類之一。綠豆具有豐富的營養(yǎng)價值和較高的藥用價值，作為重要的藥食兼用作物，在補充人體礦質(zhì)元素、葉酸以及蛋白質(zhì)等方面起到積極作用[2]。近年來，隨著人們保健意識的增強，有關(guān)綠豆?fàn)I養(yǎng)保健產(chǎn)品也日漸增多，消費量逐年增加，發(fā)展前景廣闊，綠豆在人類生產(chǎn)生活中扮演著越來越重要的角色[3]。我國綠豆種質(zhì)資源數(shù)量豐富，種類繁多。研究表明，鹽度是制約綠豆生產(chǎn)的主要因素之一，而我國綠豆耐鹽性種質(zhì)資源相對較少，耐鹽品種選育進(jìn)程緩慢，因此耐鹽性材料的挖掘就顯得十分重要[4-5]。通過對綠豆種質(zhì)的耐鹽性進(jìn)行鑒定與評價，發(fā)掘耐鹽性強的材料，對優(yōu)良品種選育，提高品種耐鹽性，改良鹽堿地具有重要意義。任建華等[6]研究發(fā)現(xiàn)，綠豆種子萌發(fā)期是鹽害的高發(fā)期，常伴隨死苗和植株生長緩慢的現(xiàn)象。因此，常將其作為早期耐鹽性鑒定篩選的關(guān)鍵時期，同時這一時期的鑒定可以通過室內(nèi)模擬鹽漬法來進(jìn)行，該方法既可節(jié)約土地，又能控制單一變量。同時室內(nèi)模擬鹽漬法不受周圍環(huán)境以及人為、季節(jié)等因素的影響，試驗所獲結(jié)果更加直觀可靠[7-8]。

關(guān)于綠豆耐鹽性鑒定的方法報道相對較少，但綠豆耐鹽性材料的篩選又迫在眉睫，因此亟待提出新的評價方法來彌補當(dāng)前的空白[9-10]。目前，研究者常以不同材料間的育種需求為依據(jù)，制定不同耐鹽性評價方法，常見的方法主要有聚類分析法和隸屬函數(shù)法[11-13]。同時指標(biāo)間相互結(jié)合的方法也成為公認(rèn)的最可靠，最方便的方法之一[14-15]。本研究以6個不同梯度的NaCl溶液為鹽脅迫處理，采用隸屬函數(shù)法探究19份材料間的種子萌發(fā)期耐鹽情況，以期為耐鹽性種質(zhì)利用及抗鹽新品種的選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

19份參試材料編號、名稱、產(chǎn)地詳見表1。

表1 參試材料信息Table 1 Information on participating materials

1.2 試驗方法

參照王樂政等[16]的研究方法，設(shè)0(ck)、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%等6個NaCl濃度梯度，3次重復(fù)。試驗前，選取籽粒大小一致飽滿的種子25粒，經(jīng)75%酒精消毒60 s，無菌水沖洗3次后放于墊有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，同時加入15 mL相應(yīng)濃度的溶液。待前期準(zhǔn)備工作完成后將其放入培養(yǎng)箱中，并將培養(yǎng)箱光周期設(shè)為18 h，暗周期設(shè)為6 h，白天溫度為25 ℃，夜間為22 ℃。采用稱重法，每日及時補充無菌水，以確保各處理間的濃度保持不變[17-19]。自第2天起每24 h記錄一次種子發(fā)芽情況，連續(xù)2 d發(fā)芽數(shù)相同時停止計數(shù)。發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)為胚根與種子等長時即為發(fā)芽。統(tǒng)計結(jié)束后隨機取5株測量其鮮重[20]。

1.3 測定指標(biāo)及方法

發(fā)芽率(%)=(試驗結(jié)束后發(fā)芽的種子/參試種子數(shù))×100 %；

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)，Gt為天發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的天數(shù)；

發(fā)芽勢(%)=(種子第4天發(fā)芽數(shù)/參試種子數(shù))×100%;

各指標(biāo)相對值=鹽脅迫下的測定值/ck的測定值。

當(dāng)平均相對發(fā)芽率降至75%以下時為耐鹽適宜濃度，平均相對發(fā)芽率降至50%以下時為半致死濃度，致死濃度為平均相對發(fā)芽率下降至10 %以下。

1.4 耐鹽評價方法及數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 25.0統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行方差分析。耐鹽性評價方法則采用隸屬函數(shù)法[21]。利用DPS 7.05軟件進(jìn)行Logistic方程擬合[16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對種子相對發(fā)芽率的影響

如表2所，在不同鹽濃度下，各材料的相對發(fā)芽率分別為94.72%、92.04%、71.59%、35.85%、8.37%。隨著鹽濃度的增加，相對發(fā)芽率呈下降趨勢。0.6%、0.8%鹽濃度對發(fā)芽率影響較小。1.0%濃度下各材料的平均相對發(fā)芽率低于75%，1.4%濃度下相對發(fā)芽率低于10%。由此可知，1.0%鹽濃度能夠較好地反映各材料的耐鹽性。

表2 鹽脅迫下參試材料種子相對發(fā)芽率的變化Table 2 The change of relative germination rate of seeds of test materials under salt stress

2.2 鹽脅迫對種子相對活力指數(shù)的影響

各材料相對活力指數(shù)如表3所，不同濃度下的相對活力指數(shù)分別為58.67%、47.50%、23.55%、7.73%、1.93%，隨著鹽濃度的升高，相對活力指數(shù)不斷下降，但降幅明顯大于相對發(fā)芽率。由此可知，鹽脅迫對種子的相對活力指數(shù)影響較大(圖1)。

表3 鹽脅迫下參試材料種子相對活力指數(shù)的變化Table 3 Development of relative seed vigor indices of test materials under salt stress

注：a為3號材料；b為9號材料；c為10號材料。圖1 不同鹽濃度下種子發(fā)芽情況Fig.1 Different salt concentrations for seed germination

2.3 基于種子相對發(fā)芽率的回歸分析

相對發(fā)芽率回歸分析(表4)表明，綠豆的相對發(fā)芽率與鹽脅迫濃度成Logistic負(fù)相關(guān)，平均相關(guān)系數(shù)為0.999 6。19份材料的耐鹽適宜濃度在0.819 2%～1.100 3%之間，平均為0.983 4%。半致死濃度變幅在0.971 5%～1.192 2%之間，平均為1.123 9%，致死濃度變幅介于1.088 9%～1.490 3%之間，平均為1.389 8%，這與相對發(fā)芽率研究結(jié)果基本一致。

表4 鹽脅迫下參試材料相對發(fā)芽率的Logistic方程及種子耐鹽性分析Table 4 The Logistic equation of relative germination rate of test materials under salt stress and analysis of salt tolerance of seeds

2.4 鹽脅迫對種子相對發(fā)芽指數(shù)的影響

如表5所，不同鹽濃度下平均相對發(fā)芽指數(shù)分別為76.53%、74.59%、39.1%、15.4%、3.28%。其中相對發(fā)芽指數(shù)隨著鹽濃度的升高呈先上升后下降的材料有綠霸1號、小明綠豆、河引1號、黃綠豆、廣育密莢9760、綠寶石、洮綠9號，其余材料隨著鹽濃度的升高相對發(fā)芽指數(shù)呈下降趨勢。研究表明，各材料間的相對發(fā)芽指數(shù)存在顯著差異(p<0.05)，當(dāng)鹽濃度為1.0%時，大明綠豆和鑫綠1號相對發(fā)芽指數(shù)為55.97%、54.26%，其余材料的相對發(fā)芽指數(shù)均低于50%。小明綠豆相對發(fā)芽指數(shù)下降幅度最大，較ck下降81.78%。

表5 鹽脅迫下參試材料種子相對發(fā)芽指數(shù)的變化Table 5 The changes of relative germination index of seeds of test materials under salt stress

2.5 鹽脅迫對種子相對發(fā)芽勢的影響

由表6可知，各材料的相對發(fā)芽勢在不同鹽濃度下的均值分別為96.04%、90%、49.88%、15.7%、1.78%。種子相對發(fā)芽勢隨鹽濃度的升高而下降。研究表明，低于0.8%的鹽濃度對種子相對發(fā)芽勢影響較小。其中0.6%鹽濃度下，河引1號的相對發(fā)芽勢高于ck，可以看出0.6%鹽濃度對河引1號的發(fā)芽有促進(jìn)作用。1.0%鹽濃度下，小明綠豆相對發(fā)芽勢下降最快，較ck下降93.94%，由此可知，該材料對1.0%的鹽濃度最敏感。

表6 鹽脅迫下參試材料種子相對發(fā)芽勢的變化Table 6 The changes in the relative germination potential of seeds of the test materials under salt stress

2.6 參試材料耐鹽性綜合評價

目前，模糊隸屬函數(shù)法已成為評價種質(zhì)資源耐鹽性的主要方法之一，其均值越大表明耐鹽性越強，反之越弱。根據(jù)綠豆種子相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、相對活力指數(shù)、相對發(fā)芽指數(shù)、耐鹽適宜濃度、半致死濃度和致死濃度7個指標(biāo)綜合評價出19份材料耐鹽性，由高到低分別為：廣育密莢9760、鑫綠1號、厚綠1號、大明綠豆、綠寶石、豐綠1號、大至綠豆王、洮綠9號、河引1號、密莢王、黃綠豆、綠霸1號、綠豐2號、徐科綠豆、綠小豆、消暑綠豆、布魯克綠1號、東北綠豆、小明綠豆。其中4份材料隸屬均值大于0.7，具有較高的耐鹽性。小明綠豆的隸屬均值僅為0.14，屬于鹽分敏感類型(表7)。

表7 19份參試材料耐鹽性綜合評價Table 7 Comprehensive evaluation of salt tolerance of 19 test materials

3 討 論

綠豆作為中等抗旱、低耐鹽的作物，目前在耐鹽材料篩選方面亟待取得突破成就[22]。張濤等[23]研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫會迫使種子再度進(jìn)入生理休眠期，從而影響種子出苗。目前，有關(guān)鹽分對種子萌發(fā)的影響主要有以下兩種觀點，一是鹽分對種子的萌發(fā)有抑制作用，隨著濃度的增加抑制效果更加明顯；二是低鹽對種子萌發(fā)有刺激作用，高鹽環(huán)境下對種子萌發(fā)有抑制作用[24-27]。本試驗對參試材料的相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽指數(shù)、相對活力指數(shù)研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽濃度的增高種子的萌發(fā)均受到不同程度的抑制作用，低濃度下各指標(biāo)并未出現(xiàn)高于對照的現(xiàn)象，這與王樂政等[16]的研究結(jié)果一致。當(dāng)濃度為1%時，參試材料間的相對值會發(fā)生明顯變化，其中以小明綠豆和東北綠豆最為明顯，各項相對指標(biāo)呈直線下降，這一結(jié)果說明，2份材料對鹽分敏感程度高于其他材料。

試驗通過擬定Logistic方程預(yù)測各參試材料的耐鹽適宜濃度、半致死濃度以及致死濃度。結(jié)果表明，0.983 4%可作為參試材料的耐鹽適宜濃度，這與試驗測得1.0%為參試材料的耐鹽適宜濃度結(jié)果幾乎一致。因此，該濃度可作為參試材料的耐鹽臨界值，從而指導(dǎo)育種實踐；但這一結(jié)果低于王樂政等[16]提出的1.2%為14個綠豆材料的耐鹽適宜濃度。原因可能是材料間的耐鹽性差異較為明顯，致使相對發(fā)芽率數(shù)值降低。

隸屬函數(shù)分析法是一種將多個指標(biāo)進(jìn)行綜合分析的新方法，利用該方法既可直觀地評價植物抗逆性的強弱，又可克服單一指標(biāo)評價的局限性。本試驗利用綠豆種子相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、相對活力指數(shù)、相對發(fā)芽指數(shù)、耐鹽適宜濃度、半致死濃度和致死濃度7個指標(biāo)對19份參試材料進(jìn)行綜合性耐鹽性評價，認(rèn)為隸屬均值越高則說明耐鹽性越強，且材料的隸屬均值大于0.5時可作為耐鹽材料推廣。本研究表明，耐鹽性材料有14份，高耐鹽性(隸屬均值>0.7)材料有4份，其中3份來自內(nèi)蒙古，1份來自山西。這為后期耐鹽品種的培育提供了理論基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

1) 1.0%鹽濃度為本試驗的相對適宜濃度，可以較好地區(qū)分材料間的耐鹽差異。

2) 利用Logistic方程得出參試材料平均耐鹽適宜濃度、半致死濃度、致死濃度分別為：0.983 4%、1.123 9%、1.389 8%。

3) 經(jīng)隸屬函數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，耐鹽性較高的材料為廣育密莢9760、鑫綠1號、厚綠1號、大明綠豆(隸屬均值>0.7)。屬于鹽分敏感的材料為小明綠豆與東北綠豆，其隸屬均值僅為0.14和0.27。