一種植物耐鹽性鑒定配方及其應用

王偉 曹平平 王志 于亮 鈕力亞 王偉偉 王奉芝 曹金鋒

摘要：根據河北省濱海鹽堿地主要鹽分離子含量的檢測數據，利用總鹽含量與各鹽分離子的回歸關系，根據土壤中陰陽離子電荷平衡組配化學試劑，形成貼近自然環境下濱海鹽堿地鹽分實際的化學試劑配方，并將該配方應用于小麥芽期耐鹽性的鑒定。結果表明，鑒定小麥芽期耐鹽時，該配方的適宜添加水平為0.5%、0.6%，同時選擇0.5%總鹽水平作為小麥芽期耐鹽鑒定的鹽分水平，利用主成分分析和聚類分析，對小麥材料進行耐鹽等級評價，相關耐鹽鑒定的結果與小麥田間實際表現吻合，進而說明該配方有效。相關研究結果可為準確、高通量地進行植物耐鹽性鑒定提供技術支撐。

關鍵詞：植物;耐鹽性;鑒定配方;耐鹽等級

中圖分類號： Q945.78;S184 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）13-0089-04

耕地是農業生產的基礎，耕地質量是農業可持續發展的重要保障。土壤鹽堿化導致耕地退化，嚴重影響作物的正常生長和農業生產的發展。目前，世界范圍內有1/5以上的耕地存在不同程度的鹽堿化[1]，僅我國土壤鹽堿化的面積就有近1億hm2，其中河北省鹽堿地總面積約為71.61萬hm2，以濱海鹽堿地為主[2-3]。由于我國具有人多地少的現實國情，因而開發和利用鹽堿化土壤對充分利用有限的耕地資源、改善生態環境和提高耕地生產效率具有重要意義，對于保障農業可持續發展和國家糧食安全具有重要的現實意義。

河北省是我國重要的農業生產大省，以濱海鹽堿化為主的土壤鹽堿化嚴重且面積較大，已經成為影響河北省農業發展水平的主要限制因素之一，開發潛力較大。培育耐鹽堿品種、利用生物途徑提高作物的耐鹽堿能力是有效利用鹽堿耕地的重要途徑，篩選、鑒定和創新小麥、玉米、大豆、棉花等主要農作物的耐鹽堿種質資源是培育耐鹽堿品種的重要基礎，而種質資源耐鹽堿表型的準確鑒定則是上述工作的重要前提。鑒定不同農作物耐鹽堿表型的方法不同，而且不同研究人員的鑒定方法和標準也不相同。就具體鑒定的鹽分而言，有單鹽（NaCl）鑒定[4-6]、多鹽鑒定（多種鹽分配比）[7-8]和人工海水耐鹽鑒定[9-10]等;就鑒定場所而言，有室內耐鹽堿鑒定[4-10]、模擬鹽池鑒定[3]和大田自然鑒定[3]。以上鑒定方法均各有優缺點，如人工海水鑒定的鹽分離子全面，但與實際自然環境下鹽堿地土壤離子組成仍有較大差異;利用鹽堿地直接進行田間鑒定，其土壤離子組成接近或與生產相同，然而存在鹽堿地鹽分分布不勻、受氣候影響較大等問題，導致年度間鑒定結果的重復性較差[11]。因此，迫切需要一種適用于室內、快速、高效的進行農作物耐鹽堿鑒定的試劑配方，以高通量地鑒定農作物的耐鹽性。本研究根據河北省濱海鹽堿地主要鹽分離子含量的特點，利用總含鹽量與各鹽分離子含量的回歸關系，根據土壤中陰陽離子電荷平衡組配化學試劑，形成貼近自然環境下濱海鹽堿地鹽分實際的化學試劑配方，以期為準確、高通量地進行植物耐鹽性表型鑒定提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 土壤中主要鹽分離子的檢測方法

1.1.1 土樣的采集 從2019年開始，在“返鹽”季節（3—5月），分批次在河北省鹽山縣、黃驊市、渤海新區中捷產業園、海興縣 4地典型的鹽堿地上分別取樣，獲得各土層土樣。室內檢測土壤總含鹽量及各主要鹽分離子含量。

1.1.2 測定方法 檢測所有土樣的總含鹽量、pH值和各鹽分離子含量。用電導法[12]測定土壤可溶性總鹽含量。用pH計測定土樣pH值。采用火焰光度計法測定鉀離子、鈉離子含量[13]。對土樣進行相應前處理后，用AA3流動分析儀檢測碳酸根+碳酸氫根離子、鎂離子、氯離子、鈣離子、硅酸根和硫酸根離子含量。

1.2 小麥芽期耐鹽性的鑒定方法

根據筆者所在實驗室關于小麥耐鹽鑒定的實踐經驗[3]，選擇總含鹽量0.3%、0.5%、0.6%、0.7%等4個水平的鹽分溶液和超純水（CK）。在培養皿中放2層濾紙，分別加入超純水和不同含鹽量的鹽分溶液，每個處理設30粒種子，共3次重復。于光照培養箱中進行發芽處理（25 ℃恒溫，光照 16 h）。7 d后調查發芽數，隨機挑選10株幼苗調查芽長、根長、根數、芽鮮質量、根鮮質量及根冠比，最后計算發芽率、相對鹽害率和各指標的相對值[14]。

1.3 數據處理

用Excel 2007和SPSS 21.0進行數據整理和統計分析。小麥芽期耐鹽性的鑒定采用隸屬函數法[15-16]，根據主成分分析和聚類分析結果進行耐鹽等級的評定[17-18]。

1.4 化學試劑配方的形成及應用

1.4.1 化學試劑配方 首先，根據土壤鹽分含量檢測結果，依據各離子含量與總含鹽量的相關關系，根據回歸方程確定各鹽分離子的含量（表1）。然后，根據各離子含量和分子量，轉化成各離子的摩爾數。最后，根據陰陽離子電荷平衡，確定化學試劑的種類和含量（表2）。

1.4.2 制備方法 取800 mL超純水，參照表1中依次加入相應含量的各試劑，充分溶解后用容量瓶定容至1 000 mL，即可形成類似自然環境的濱海鹽堿地相應鹽分的溶液。

1.4.3 化學試劑配方的應用 選擇9個常規小麥材料（表3），在CK和4個梯度水平下分別進行發芽試驗，采用隸屬函數法，利用主成分分析和聚類分析進行小麥芽期耐鹽性評價[19]。

2 結果與分析

2.1 小麥耐鹽性鑒定中鹽分水平的選擇

為了說明本研究中配方在植物耐鹽性鑒定中的可行性和有效性，需要進行方差分析。由表4可以看出，CK與0.3%、0.5%、0.6%、0.7%總鹽分含量配方間在芽長、根長、根數、芽鮮質量、根鮮質量、根冠比和發芽率7個指標上的差異均顯著或極顯著，進一步根據多重比較結果確定小麥芽期耐鹽鑒定的鹽分水平。

由表5可以看出，芽長、根長、根數等7個指標在CK和0.3%總鹽含量處理間的差異均不顯著，而且在0.3%總鹽含量處理下，除芽鮮質量外，其他6個指標均大于或等于CK?？傮w而言，0.3%總鹽含量能夠促進小麥芽期的生長，與對照間差異不明顯。當總鹽含量為0.5%、0.6%時，芽長、根長、芽鮮質量、根鮮質量、根冠比和發芽率等6個指標間的差異均不顯著，但與對照間存在顯著或極顯著差異。當總鹽含量為0.7%時，芽長、芽鮮質量和發芽率與其他4個總鹽含量處理間差異極顯著。綜合分析小麥芽期耐鹽性鑒定的處理水平發現，總鹽含量為0.5%、0.6%均適宜，各指標均與對照間存在極顯著差異。結合趙松山等在田間及模擬鹽池中關于小麥耐鹽性鑒定的經驗，鑒定小麥耐鹽性時，田間土壤總鹽含量為0.4%～0.5%[3]。因此下一步進行小麥芽期耐鹽性鑒定時，將該配方的總鹽含量設為0.5%比較貼合鹽堿地的自然環境實際。

2.2 小麥芽期耐鹽性鑒定結果

以主成分分析獲得的主成分作為鑒定小麥芽期耐鹽性的綜合指標，計算各綜合指標的隸屬函數值及權重，進而得到各材料芽期的耐鹽性綜合評價值（D）。D值是純數值，其范圍為[0，1]，D值越大，耐鹽性越強。采用K-均值聚類方法將供試材料的耐鹽性分為髙耐、耐鹽、中耐、敏感、高感5個級別。由表6可以看出，農家種滄紅的耐鹽鑒定等級為1級（高耐）;茶淀紅、晉麥47和冀麥32的耐鹽鑒定等級為2級（耐鹽）;滄麥6005和山融3號的耐鹽鑒定等級為3級（中耐）;科農9204、矮抗58和中國春的耐鹽鑒定等級為4級（敏感）;衡4399的耐鹽鑒定等級為5級（高感）。

3 討論與結論

3.1 關于植物耐鹽性鑒定配方的特點

本研究在河北省濱海鹽堿地主要鹽分離子含量檢測數據的基礎上，利用總鹽含量與各鹽分離子含量的回歸關系，根據土壤中陰陽離子電荷平衡組配化學試劑，形成植物耐鹽鑒定配方，比單鹽鑒定[4-6]、多種鹽分配比[7-8]和人工海水配方[9-10]中的鹽分離子更加全面，而且配方產生于實際檢測數據，更貼近自然環境下濱海鹽堿地的實際鹽分含量。

3.2 關于植物耐鹽鑒定配方的應用

采用本研究的植物耐鹽鑒定配方，可以在室內快速實現植物耐鹽堿的鑒定工作。小麥芽期耐鹽性鑒定試驗結果表明，總鹽含量為0.5%、0.6%時，小麥芽期各指標均與對照存在顯著差異，均適宜作為小麥芽期耐鹽性鑒定的鹽分水平。結合自然環境下鹽堿地土壤的實際[3]，筆者選擇總鹽含量為0.5%作為小麥芽期耐鹽性鑒定的水平，以超純水作為對照進行小麥耐鹽性鑒定。結果表明，農家種滄紅和茶淀紅是較為耐鹽的材料，鑒定等級與實際相符;晉麥47和冀麥32耐鹽等級鑒定為耐鹽，與彭智等的鑒定結果[19]基本吻合;中國春、科農9204和衡4399是常規意義上的鹽敏感小麥，在本研究中鑒定為敏感或高感。另外，滄麥6005和山融3號的鑒定等級，可能與相關報道[19-20]有一定差異，主要可能由于本研究僅限于小麥芽期耐鹽性鑒定的原因。綜上，采用本研究配方對小麥的芽期耐鹽性的鑒定結果與小麥大田自然鹽堿地鑒定結果基本一致，在一定程度上說明該配方的有效性。另外，在其他植物耐鹽性的鑒定上，本試驗配方的可行性和有效性有待于進一步研究。

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