不同油莎豆種質資源苗期耐鹽性鑒定評價

趙琦琦張斌郭玉靜王艷珂于夢斐魏海峰王穎高文偉

(1.山東省農業科學院農作物種質資源研究所，山東 濟南 250100；2.新疆農業大學農學院，新疆 烏魯木齊 830000；3.湖南大學研究生院隆平分院，湖南 長沙 410125；4.曲阜師范大學生命科學學院，山東 曲阜 273165)

我國鹽漬化耕地面積廣闊，且呈逐年上升趨勢，土壤鹽漬化嚴重影響農作物種子萌發、生長發育、產量及品質等[1]，嚴重制約耕地的利用效率和現代農業發展。土壤鹽漬化對植物的危害主要是通過離子脅迫和滲透脅迫，進而影響植物的光合作用[2]，干擾植物的新陳代謝[3]，破壞植物的細胞膜系統[4，5]，造成植物減產甚至死亡。利用工程措施改造鹽漬土耗資巨大且達不到理想效果，篩選創制耐鹽堿作物種質資源、培育耐鹽堿作物新品種并加以推廣種植，是改良和利用鹽堿地的有效途徑。

油莎豆(Cyperus esculentus)為莎草科莎草屬多年生植物，原產于非洲及地中海沿岸[6]。油莎豆具有適應性好、抗逆性強、產量高等特點，可用于壓榨食用油、釀酒及飼料添加劑等，是一種綜合利用價值較高的新型油料作物[7]。油莎豆根系發達、生物質量高，具有防風固沙、環境生態修復等作用[8]。目前，油莎豆在新疆、甘肅、內蒙古、吉林、河南等省區均有種植[9，10]。但國內外針對油莎豆的研究主要集中在種植密度[11]、栽培技術[12]、營養成分及加工利用[13]等方面，而關于品種耐鹽性鑒定及耐鹽機理方面的研究較少。本試驗以22份油莎豆種質資源為材料，研究鹽脅迫條件下不同油莎豆種質苗期生理生化指標的變化規律、苗期鹽脅迫的耐受能力和適應能力，旨在為優質抗逆油莎豆新種質篩選創制和優質高產耐鹽堿油莎豆新品種培育提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2021年在山東省農業科學院溫室大棚內進行。供試油莎豆種質資源共22份(以下統稱油莎豆種質)，其中20份源于新疆、甘肅、北京、內蒙古、河北、河南、江蘇、湖北、廣西、云南、吉林共11個省區，另有本團隊自育油莎豆新品種魯油莎1號、魯油莎2號，詳見表1。

表1 油莎豆種質資源號及來源

盆栽脅迫組土壤為黃河三角洲農高區試驗示范田鹽漬土，含鹽量0.3%，pH 7.4；對照組土壤為常規土。

1.2 試驗設計

試驗采用盆栽方式，將22份籽粒飽滿、大小一致且無蟲眼的油莎豆種子浸種3～5 d，于6月初分別播種于底徑26 cm、高23 cm、口徑34 cm的花盆中，每盆3穴，每穴1粒。每個油莎豆種質脅迫組和對照組均種植3盆，重復3次。

播種后定時澆水，脅迫組澆水時要適量不能溢出，否則會造成鹽分丟失。7月初，測定苗期油莎豆分蘗數和株高，并采集不同油莎豆種質嫩葉，-80℃超低溫冰箱保存，用于生理指標測定。

1.3 指標測定及方法

1.3.1 植株生長指標 每個處理隨機選3株幼苗測定統計株高和分蘗數，重復3次，并計算平均值。株高:植株根莖相交處到最長葉尖處距離，利用卷尺測量。

1.3.2 幼苗生理指標 葉綠素含量測定采用浸提法[14]，可溶性蛋白含量測定采用BCA法，PRO含量測定采用酸性茚三酮法[15]，MDA含量測定采用硫代巴比妥酸顯色法[16]，SOD活性測定采用氮藍四唑法[17]。所用相關生理指標測定試劑盒均購自蘇州科銘生物科技公司，具體步驟參照試劑盒內說明書。

1.4 數據處理與分析

用Microsoft Excel 2013對數據進行統計分析與作圖；用SPSS 19.0軟件進行相關性分析和主成分分析；采用隸屬函數法[18]對22份油莎豆種質進行耐鹽性綜合評價。

為排除種質間的差異，所有指標均轉化為耐鹽系數，計算公式如下:

耐鹽系數(%)＝脅迫測定值/正常測定值×100。

隸屬函數值:μ(Xj)＝(Xj-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)。j＝1，2，…，n；Xj為第j個綜合指標，Xjmin為第j個綜合指標的最小值，Xjmax為第j個綜合指標的最大值。

耐鹽性評價標準:0.7＜D值≤1為高度耐鹽；0.5＜D值≤0.7為耐鹽；0.3＜D值≤0.5為中度耐鹽；0＜D值≤0.3為鹽敏感。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對不同油莎豆種質苗期株高的影響

鹽脅迫下，各油莎豆種質幼苗生長都受到一定程度抑制，其株高均極顯著降低(圖1)。其中S03、S05降幅最大，分別達67.13%和66.82%；S01降幅最小，為34.03%。

圖1 鹽脅迫對不同油莎豆種質苗期株高的影響

2.2 鹽脅迫對不同油莎豆種質苗期分蘗的影響

鹽脅迫下不同油莎豆種質的分蘗數絕大部分降低(圖2)。其中降幅最大的是S01、S09、S10，均為33.33%；而S03、S04、S08、S13、S22脅迫組的分蘗數高于對照組，其中S03的分蘗數比對照組高出33.33%。

圖2 鹽脅迫對不同油莎豆種質分蘗數的影響

2.3 鹽脅迫對不同油莎豆種質苗期葉片葉綠素含量的影響

鹽脅迫下，各油莎豆種質幼苗葉片的葉綠素含量大多極顯著降低(圖3)。其中下降最顯著的是S14和S12，分別達63.61%和61.62%；下降最少的是S03，只降16.92%。

圖3 鹽脅迫對不同油莎豆種質苗期葉片葉綠素含量的影響

2.4 鹽脅迫對不同油莎豆種質苗期可溶性蛋白含量的影響

鹽脅迫下，S02、S06、S01苗期葉片可溶性蛋白含量極顯著增加(圖4)，分別達836.08%、332.74%和212.39%；S11的可溶性蛋白含量增加較少，為8.55%。

圖4 鹽脅迫對不同油莎豆種質苗期可溶性蛋白含量的影響

2.5 鹽脅迫對不同油莎豆種質苗期脯氨酸含量的影響

鹽脅迫下，各油莎豆種質苗期葉片的脯氨酸(PRO)含量均顯著或極顯著高于對照組(圖5)。其中S16、S08和S17的脯氨酸含量增加最為顯著，分別達65.45%、65.17%和62.43%；S18增加最少，為0.52%。

圖5 鹽脅迫對不同油莎豆種質苗期脯氨酸含量的影響

2.6 鹽脅迫對不同油莎豆種質苗期丙二醛含量的影響

鹽脅迫下不同油莎豆種質苗期葉片的丙二醛(MDA)含量均增加(圖6)。其中，S01、S02、S08的MDA含量與對照組相比分別增加279.78%、126.90%和118.68%；S09增加最少，為7.69%。

圖6 鹽脅迫對不同油莎豆種質苗期丙二醛含量的影響

2.7 鹽脅迫對不同油莎豆種質苗期超氧化物歧化酶活性的影響

鹽脅迫下各油莎豆種質苗期葉片的超氧化物歧化酶(SOD)活性與對照組相比均有不同程度增加(圖7)。其中，S02、S01、S19、S14的SOD活性增幅最為顯著，分別增加160.67%、133.60%、127.77%和120.27%，而S20增幅最小，為5.44%。

圖7 鹽脅迫對不同油莎豆種質苗期SOD活性的影響

2.8 不同油莎豆種質苗期耐鹽性綜合評價

植物耐鹽性是多種因素相互作用的復雜性狀，用單一指標進行耐鹽性評價難以全面反映植物真實的耐鹽能力。因此本研究首先統計鹽脅迫下各個油莎豆種質各指標的耐鹽系數，并據此進行相關性分析和主成分分析，而后再用隸屬函數值綜合評價各個油莎豆種質的耐鹽性。相關性分析結果(表2)表明，分蘗數與株高呈顯著負相關，但與葉綠素含量呈顯著正相關。脯氨酸含量與可溶性蛋白含量呈顯著負相關。SOD活性與可溶性蛋白含量、MDA含量呈極顯著正相關，相關系數分別為0.605和0.621。

表2 鹽脅迫下油莎豆苗期各性狀的相關性分析

對7個特征指標進行主成分分析，結果(表3)表明，第一主成分的貢獻率是35.115%，主要與可溶性蛋白含量、MDA含量和SOD活性有關；第二主成分的貢獻率是23.337%，主要與分蘗數和葉綠素含量有關；第三主成分的貢獻率是15.227%，主要與脯氨酸含量有關。3個主成分的起始特征值均大于1，主成分累計貢獻率為73.729%，符合主成分分析要求。因此，可以利用3個相互獨立的綜合指標對不同油莎豆種質萌發苗期的耐鹽性進行客觀分析。

表3 鹽脅迫下不同油莎豆種質苗期各性狀的主成分分析

將主成分分析得到的各種質的F值(表4)代入隸屬函數值公式，計算出相應的μ(Xi)值，其值越高表明材料耐鹽性越好。第一綜合指標下S02耐鹽性最強，S17耐鹽性最差；第二綜合指標下S03耐鹽性最強，S09耐鹽性最差；第三綜合指標下S08耐鹽性最強，S03耐鹽性最差。

表4 不同油莎豆種質苗期耐鹽性綜合評價

根據隸屬函數值和各綜合指標的權重計算出各種質的D值，其中S02的D值最大，表明其綜合耐鹽能力最強；S09的D值最小，其綜合耐鹽能力最弱。依據耐鹽性評價標準將22份油莎豆種質的苗期耐鹽性劃分為四類:第一類為高度耐鹽型，D值最高為0.744，只有1份種質；第二類為耐鹽型，D值為0.687，也只有1份種質；第三類為中度耐鹽型，D值為0.302～0.442，包含12份種質；第四類為鹽敏感型，D值為0.131～0.288，包含8份種質。

3 討論

3.1 鹽脅迫對不同油莎豆種質形態發育的影響

植株生長形態可以直觀地反映鹽脅迫對植物造成的影響，是觀察植物耐鹽性的重要指標[19]。對鹽(土)脅迫下油莎豆苗期表型觀察可以看出，鹽脅迫使22份油莎豆幼苗株高極顯著降低，但對苗期分蘗數的影響存在差異，絕大部分種質減少，部分種質有所增加。本試驗結果與唐榕等[20]對油莎豆的研究結果一致。

3.2 鹽脅迫對不同油莎豆種質生理代謝的影響

鹽脅迫下植物葉片中葉綠素含量下降，可能是由于逆境使葉綠素酶活性增強，造成葉綠素的大量分解[21]。本研究結果表明，鹽脅迫下各個油莎豆種質葉綠素含量均顯著下降，其中降幅最大和最小的分別為S14和S03。

脯氨酸、可溶性蛋白作為植物重要的有機調節劑調節細胞內外滲透壓。滲透調節是植物應對逆境最常見的方式，是提高植物抗逆性、維持細胞內外環境相對穩定的重要基礎。本研究結果表明，22份油莎豆種質的可溶性蛋白、脯氨酸含量均有不同程度增加。可溶性蛋白含量與植物的抗逆性之間存在正相關，植物抗逆性的提高可能涉及特異性可溶性蛋白質的形成[22]。鹽脅迫對油莎豆可溶性蛋白含量影響最大的是S02，增加836.08%，影響最小的是S11，增加8.55%。該研究結果表明，S02在鹽脅迫下產生的特異性可溶性蛋白最多，耐鹽性較強；而S11在鹽脅迫下產生的特異性可溶性蛋白最少，耐鹽性較弱。脯氨酸含量的升高是植物受到逆境后植物為調節自身生理代謝而采取的一種保護性措施[23，24]。Hichri等[25]的研究結果表明，鹽脅迫條件下植物體內大量積累脯氨酸。本研究中，鹽脅迫下絕大部分油莎豆種質的脯氨酸含量均顯著增加，但S18的脯氨酸含量幾乎沒有增加，說明鹽脅迫時該品種對細胞滲透勢的調節能力較小，受到的鹽脅迫危害較大。

丙二醛含量與植物耐鹽性密切相關，許多研究表明，耐鹽的植物丙二醛含量比較低[26]。MDA是植物逆境下受到傷害后發生膜脂過氧化的產物，其含量多少是反映細胞膜脂過氧化作用強弱的一個重要指標，也是反映植物抗逆性的重要指標。本研究結果表明，鹽脅迫下22份油莎豆種質的MDA含量均大幅增加，說明各個油莎豆細胞膜均受到一定程度的傷害。

鹽脅迫能誘導植物體內活性氧積累，對脂質、蛋白質和核酸造成氧化傷害從而嚴重破壞正常代謝[27]。為了減輕逆境脅迫對植物細胞造成的傷害，植物在長期的進化過程中形成了一套活性氧清除系統，而抗氧化酶系統是清除活性氧的重要保護酶系統，該系統中酶活性的變化具有維持逆境條件下活性氧代謝水平、保持膜結構等重要作用[28，29]。因此，SOD活性的高低在一定程度上能夠反映植物耐鹽性的強弱。本研究結果表明，鹽脅迫下所有油莎豆種質的SOD活性均顯著提高，S02高出最多，達160.67%，說明該種質最大程度減輕了鹽脅迫對油莎豆的傷害。

3.3 不同油莎豆種質苗期耐鹽性綜合評價

植物耐鹽性是一種非常復雜的生理特性，單一指標的變化常常很難斷定一個材料是否耐鹽，目前關于植物耐鹽性的評價主要通過各指標對其耐鹽性的貢獻綜合分析進行。本研究對22份油莎豆種質的生長指標和生理指標進行了相關性和主成分分析，再利用成分因子和各綜合指標權重計算D值，顯示:S02耐鹽性最強，S09耐鹽性最弱。根據耐鹽評價標準，將22份油莎豆種質劃分為四類，其中中度耐鹽型最多，為12份，占供試種質的54.55%。

4 結論

綜上所述，鹽(土)脅迫下，22份油莎豆種質株高均極顯著降低，分蘗數17份種質下降5份增加；所有種質葉綠素含量顯著下降，而可溶性蛋白、游離脯氨酸、丙二醛含量和超氧化物歧化酶活性均顯著提高。通過相關性和主成分分析，利用D值對所有油莎豆種質各指標進行綜合評價，表明S02耐鹽性最強，S09耐鹽性最弱。根據耐鹽評價標準，將不同D值的油莎豆種質劃分為高度耐鹽型、耐鹽型、中度耐鹽型和鹽敏感型。通過研究油莎豆的耐鹽機理進行耐鹽類型劃分，使其能夠在鹽漬土環境下有效生長，從而更有利于提高我國鹽漬化土壤的利用率。