王清，孟凡奇*，張勇躍，馬春業(yè)，孫健，朱新紅，秦素妍，劉勇鵬，黃大華，劉志堅(jiān)，司學(xué)剛

(1.漯河市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 漯河 462000；2.江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所/江蘇徐州甘薯研究中心，江蘇 徐州 221131；3.漯河市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，河南 漯河 462000)

隨著全球人口急劇增加、氣候變暖、不合理的灌溉方式及肥料施用等誘發(fā)鹽漬化土壤面積不斷擴(kuò)大，全世界約有10 億hm2耕地鹽漬化，且呈逐年上升趨勢(shì)[1]。 目前我國(guó)鹽堿地面積約9 913 萬hm2，據(jù)估計(jì)到2050 年，將有50%的耕地鹽堿化[2，3]。 鹽堿脅迫是當(dāng)前農(nóng)作物面臨的重要問題之一，鹽堿地上種植作物會(huì)遭受離子毒害、滲透脅迫等，最終導(dǎo)致其形態(tài)學(xué)、生理學(xué)及生物化學(xué)等性狀受到影響，進(jìn)而抑制正常生長(zhǎng)，嚴(yán)重威脅作物生產(chǎn)與其可持續(xù)發(fā)展[4-6]。

甘薯作為旋花科一年生或多年生蔓生塊根植物，是我國(guó)重要的糧食、飼料、工業(yè)原料及新型能源作物，種植面積僅次于水稻、小麥和玉米[7，8]，具有營(yíng)養(yǎng)豐富、用途廣泛、產(chǎn)量高、抗逆性(耐旱、耐瘠薄、耐鹽堿等)強(qiáng)等特點(diǎn)[9]，而且適宜在邊際土地上種植。 隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，甘薯作為經(jīng)濟(jì)和能源作物的作用日益凸顯[10]。 鹽漬化土壤含鹽量高，適宜種植的作物少。 相關(guān)研究表明，甘薯種植在含鹽量0.5%的土地上仍有一定產(chǎn)量，但品種間差異較大[11]。 鹽漬化土壤種植甘薯，不僅生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制，成活率降低，產(chǎn)量和品質(zhì)也下降，限制甘薯增產(chǎn)潛力，使甘薯產(chǎn)業(yè)面臨巨大危機(jī)[12，13]。 因此，培育和篩選耐鹽甘薯品種，提高甘薯的耐鹽性將是其未來主要育種目標(biāo)之一[14]。

作物形態(tài)變化研究在其耐鹽性鑒定與評(píng)價(jià)中被廣泛應(yīng)用[9]。 而利用隸屬函數(shù)法、綜合評(píng)價(jià)值(D 值)對(duì)水稻[3]、甜瓜[15]、小麥[16]、辣椒[17]等作物進(jìn)行抗逆性、耐鹽性鑒定已有相關(guān)報(bào)道。 甘薯耐鹽性研究也有報(bào)道:周志林等[18]研究發(fā)現(xiàn)，150 mmol/L NaCl 脅迫下耐鹽基因型甘薯可保持較高的生長(zhǎng)速率；段文學(xué)等[9]通過多元統(tǒng)計(jì)分析表明，植株莖葉干鮮重、根系鮮重、葉片SOD 活性、MDA 及脯氨酸含量可以作為甘薯苗期耐鹽性的鑒定指標(biāo)；郭小丁[19]在大田條件下以產(chǎn)量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，篩選出多個(gè)耐鹽甘薯品種。 前人雖對(duì)甘薯耐鹽形態(tài)及生理等指標(biāo)鑒定進(jìn)行過相關(guān)研究，但甘薯具有豐富的遺傳多樣性，個(gè)體差異大，不同品種的耐鹽能力差異較大，其耐鹽指標(biāo)的變化情況也不盡相同。 本試驗(yàn)設(shè)置100、150、200 mmol/L 3個(gè)鹽濃度脅迫處理，研究其對(duì)16 個(gè)甘薯品種幼苗生長(zhǎng)的影響，利用相關(guān)性分析、主成分分析、隸屬函數(shù)法對(duì)鹽脅迫下甘薯苗期12 個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行綜合分析和評(píng)價(jià)，并通過聚類分析將參試品種按耐鹽能力大小進(jìn)行分類，客觀全面地評(píng)價(jià)不同甘薯品種苗期耐鹽差異，為鹽漬土的開發(fā)利用挖掘耐鹽甘薯品種，也為培育耐鹽甘薯新品種、快速評(píng)價(jià)甘薯苗期耐鹽性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 參試品種

紫薯型品種:漯紫薯1 號(hào)、漯紫薯4 號(hào)、漯紫薯5號(hào)和漯紫薯6 號(hào)；食用型品種:漯蘇薯17 號(hào)、A114-2和漯薯13 號(hào)；兼用型品種:漯薯6 號(hào)、漯徐薯8 號(hào)、漯徐薯9 號(hào)、漯薯10 號(hào)、漯薯11、漯薯12 號(hào)、漯薯14號(hào)、漯薯15 號(hào)和漯薯16 號(hào)。 上述品種均由漯河市農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝與薯類作物研究所提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021 年5 月在漯河市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地人工溫室內(nèi)進(jìn)行。 各品種均選取4 個(gè)長(zhǎng)20 cm 左右的莖尖薯苗栽插于營(yíng)養(yǎng)缽(土壤∶蛭石∶腐殖質(zhì)＝1∶1∶1)中，每個(gè)營(yíng)養(yǎng)缽栽1 株。 設(shè)置空白對(duì)照和100、150、200 mmol/L NaCl 處理開展耐鹽性篩選，對(duì)照用1/2Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液澆灌，鹽脅迫處理為含有不同鹽濃度的1/2Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液。 薯苗栽插5 天時(shí)開始處理，每個(gè)處理組每天遞增50 mmol/L NaCl 至其終濃度，之后每5 天澆灌1 次。 每處理10 個(gè)營(yíng)養(yǎng)缽，重復(fù)3 次。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

鹽脅迫25 天時(shí)，測(cè)定甘薯總?cè)~數(shù)、綠葉數(shù)、蔓長(zhǎng)、生長(zhǎng)量、莖粗、頂3—頂8 節(jié)間長(zhǎng)、總節(jié)間數(shù)、葉綠素含量、頂3 葉葉面積、根系長(zhǎng)度、地上部干鮮重和地下部干鮮重。 其中，薯苗總?cè)~片數(shù)、綠葉數(shù)采用觀察法計(jì)數(shù)；蔓長(zhǎng)為苗基部到植株生長(zhǎng)點(diǎn)的長(zhǎng)度，根系長(zhǎng)度為莖節(jié)的根原基至最長(zhǎng)須根的距離，生長(zhǎng)量為薯苗終蔓長(zhǎng)減去原始蔓長(zhǎng)，均用直尺測(cè)量；莖粗為苗基部位置直徑，用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量；地上部和地下部鮮重，用千分度電子天平稱量；地上部和地下部干重:其鮮樣于烘箱中105℃殺青15 min，然后80℃烘48 h 至恒重，用千分度電子天平稱量；葉綠素含量用葉綠素測(cè)定儀(YNYLS，鄭州錦農(nóng)科技有限公司產(chǎn)品)測(cè)定[19]；頂3葉葉面積用葉面積儀(YaXin-1241，北京雅欣理儀科技有限公司產(chǎn)品)測(cè)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用WPS 表格統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)并按下列公式計(jì)算各指標(biāo)相對(duì)值、脅迫系數(shù)及各指標(biāo)隸屬函數(shù)值等；用SPSS 19.0 軟件對(duì)各指標(biāo)相對(duì)值進(jìn)行相關(guān)性分析，對(duì)脅迫系數(shù)進(jìn)行主成分分析，根據(jù)D值進(jìn)行聚類分析。

相對(duì)值(%)＝鹽脅迫處理值/對(duì)照值×100 ；

脅迫系數(shù)(%)＝(對(duì)照值-鹽脅迫處理值)/對(duì)照值×100 ；

變異系數(shù)(%)＝標(biāo)準(zhǔn)差/均值×100 ；

隸屬函數(shù)值μ(Xj)＝(Xj-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin) ；

各綜合指標(biāo)的權(quán)重Wj＝Pj/∑Pj(j ＝1，2，…，n) ；

各材料耐鹽性綜合評(píng)價(jià)值D ＝∑[U(Xj)×Wj](j＝1，2，…，n) 。

式中μ(Xj) 表示第j 個(gè)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，Xjmax、Xjmin分別表示第j 個(gè)指標(biāo)的最大值和最小值；Wj即權(quán)重，表示第j 個(gè)指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的重要度，Pj則表示每個(gè)供試品種第j 個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率；D 表示各供試品種耐鹽性的綜合評(píng)價(jià)值，具體分析參考周亞峰等[15]的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽濃度脅迫下甘薯幼苗農(nóng)藝性狀差異

由表1 可知，與CK 相比，100 mmol/L NaCl脅迫下，除了根系長(zhǎng)度、地上地下部鮮重、地上地下部干重外，16 個(gè)參試品種的其余各項(xiàng)指標(biāo)均未達(dá)到顯著差異；150 mmol/L NaCl 脅迫下，各項(xiàng)指標(biāo)與CK 均達(dá)到顯著差異；150 mmol/L 與200 mmol/L NaCl 脅迫處理相比，綠葉數(shù)、生長(zhǎng)量、莖粗、總節(jié)間數(shù)、地下部干重差異不顯著。 這表明選擇150 mmol/L NaCl 脅迫處理對(duì)甘薯幼苗進(jìn)行耐鹽性評(píng)價(jià)較為適宜。

表1 不同鹽濃度脅迫下甘薯幼苗農(nóng)藝性狀差異

此外，隨著鹽濃度升高，14 個(gè)指標(biāo)的均值均表現(xiàn)為不同程度的降低。 150 mmol/L NaCl 脅迫下，對(duì)鹽脅迫響應(yīng)較為敏感的是地下部鮮重(脅迫系數(shù) 68.85%)、 地下部干重(脅迫系數(shù)68.64%)、綠葉數(shù)(脅迫系數(shù)47.29%)、生長(zhǎng)量(脅迫系數(shù)40.06%)；除莖粗(脅迫系數(shù)2.93%)、葉綠素含量(脅迫系數(shù)10.76%)外，其余指標(biāo)的脅迫系數(shù)均超過15%。 說明該濃度鹽脅迫下14 個(gè)指標(biāo)在供試品種之間表現(xiàn)出較大差異，變異系數(shù)較大的有地下部鮮重(變異系數(shù)63.87%)、綠葉數(shù)(變異系數(shù)61.68%)、地下部干重(變異系數(shù)52.79%)，除莖粗(變異系數(shù)6.78%)、葉綠素含量(變異系數(shù)12.43%)外，其余性狀的變異系數(shù)均在16%以上，表明這些性狀對(duì)鹽脅迫尤為敏感，不同品種甘薯幼苗的耐鹽性存在顯著遺傳差異。

2.2 鹽脅迫下甘薯苗期各農(nóng)藝性狀相對(duì)值的相關(guān)性分析

由表2 可以看出，甘薯幼苗總?cè)~數(shù)與綠葉數(shù)、地上部鮮重、地下部鮮重呈極顯著正相關(guān)，與總節(jié)間數(shù)、地上部干重、地下部干重呈顯著正相關(guān)；綠葉數(shù)與地上部鮮重、地上部干重呈極顯著正相關(guān)，與葉綠素含量、地下部鮮重呈顯著正相關(guān)；蔓長(zhǎng)與莖粗呈顯著正相關(guān)；頂3 葉葉面積與地上部鮮重呈顯著正相關(guān)；根系長(zhǎng)度與地下部鮮重呈顯著正相關(guān)；地上部鮮重與地上部干重呈極顯著正相關(guān)；地下部鮮重與地下部干重呈極顯著正相關(guān)。生長(zhǎng)量、頂3—頂8 節(jié)間總長(zhǎng)與其它指標(biāo)均無顯著相關(guān)性，表明除這2 個(gè)指標(biāo)外其余12 個(gè)指標(biāo)均存在不同程度的相關(guān)性，綜合影響著甘薯幼苗的耐鹽能力，可作為甘薯品種耐鹽與否的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.3 鹽脅迫下甘薯苗期農(nóng)藝性狀的主成分分析

采用主成分分析法，對(duì)多個(gè)變量進(jìn)行綜合和簡(jiǎn)化，可有效避免各個(gè)指標(biāo)間的信息重疊。 將12個(gè)指標(biāo)(總?cè)~數(shù)、綠葉數(shù)、蔓長(zhǎng)、莖粗、總節(jié)間數(shù)、葉綠素含量、頂3 葉葉面積、根系長(zhǎng)度、地上部干鮮重和地下部干鮮重)對(duì)應(yīng)的相對(duì)變化值(或脅迫系數(shù))構(gòu)建原始數(shù)據(jù)矩陣，對(duì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后取大于1 的特征值，共獲得4 個(gè)主成分(表3)，其貢獻(xiàn)率依次為39.986%、19.947%、13.475%和9.252%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)82.660%，即可解釋82.660%的總變異，表明這4 個(gè)獨(dú)立的綜合指標(biāo)能夠反映12 個(gè)原始指標(biāo)所攜帶的絕大部分信息，其余8 個(gè)成分則可忽略不計(jì)。

表3 150 mmol/L NaCl 脅迫下甘薯苗期農(nóng)藝性狀主成分特征值和貢獻(xiàn)率

由表3 和表4 可知，主成分1 貢獻(xiàn)率為39.986%，主要作用因子是綠葉數(shù)(0.882)、地上部鮮重(0.839)、總?cè)~數(shù)(0.829)、地上部干重(0.813)、葉綠素含量(0.561)、頂3 葉葉面積(0.501)等；主成分2 貢獻(xiàn)率為19.947%，主要作用因子是根系長(zhǎng)度(0.857)、地下部鮮重(0.416)、總?cè)~數(shù)(0.345)等；主成分3 貢獻(xiàn)率為13.475%，主要作用因子是總節(jié)間數(shù)(0.717)、蔓長(zhǎng)(0.676)等；主成分4 貢獻(xiàn)率為9.252%，主要作用因子是地下部鮮重(0.490)、地下部干重(0.409)、莖粗(0.387)等。綜合4 個(gè)主成分所攜帶的信息看出，綠葉數(shù)、地上部鮮重、總?cè)~數(shù)、地上部干重、根系長(zhǎng)度這5 個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)足以反映12 個(gè)指標(biāo)的絕大部分信息。

表4 150 mmol/L NaCl 脅迫下甘薯苗期農(nóng)藝性狀各綜合指標(biāo)的系數(shù)

2.4 甘薯苗期耐鹽性綜合評(píng)價(jià)

由表5 可知，以4 個(gè)綜合指標(biāo)值作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用1.4 中的隸屬函數(shù)公式分別計(jì)算16 個(gè)參試品種的隸屬函數(shù)值μ。 針對(duì)某一指標(biāo)，隸屬函數(shù)值越大，說明該品種在此綜合指標(biāo)中越耐鹽，反之耐鹽性越弱。 依據(jù)苗期各綜合指標(biāo)對(duì)總變異貢獻(xiàn)率的大小，利用1.4 中的權(quán)重公式計(jì)算出4 項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重(W)，依次為:0.4837、0.2413、0.1630、0.1119。 利用4 個(gè)綜合指標(biāo)值及其權(quán)重計(jì)算出供試品種的耐鹽性綜合評(píng)價(jià)值(D值)，并根據(jù)D值大小對(duì)不同品種的耐鹽性強(qiáng)弱進(jìn)行排名，D 值越小，耐鹽性越強(qiáng)，反之越弱。 耐鹽性前3 位的品種分別是漯薯11、漯蘇薯17 號(hào)和漯薯13 號(hào)，鹽敏感前3 位的品種分別是漯薯14 號(hào)、漯薯6 號(hào)和漯紫薯5 號(hào)。

表5 150 mmol/L NaCl 脅迫下16 個(gè)甘薯品種的μ(X)、權(quán)重(W)和D 值

基于D 值最大距離法進(jìn)行聚類，用Ward 法的歐氏距離來衡量不同品種的耐鹽能力強(qiáng)弱(圖1):在歐式距離為5 時(shí)16 個(gè)供試品種劃分為4類，即極耐鹽、耐鹽、弱耐鹽、鹽敏感4 個(gè)等級(jí)。 其中，Ⅰ類極耐鹽品種包括漯薯13 號(hào)、漯紫薯4 號(hào)、漯薯11、漯徐薯9 號(hào)和漯蘇薯17 號(hào)(5 個(gè))；Ⅱ類耐鹽品種包括A114-2、漯薯15 號(hào)和漯薯16 號(hào)(3個(gè))；Ⅲ類弱耐鹽品種包括漯紫薯1 號(hào)和漯紫薯6號(hào)(2 個(gè))；Ⅳ類鹽敏感品種包括漯紫薯5 號(hào)、漯薯6 號(hào)、漯薯10 號(hào)、漯薯12 號(hào)、漯薯14 號(hào)和漯徐薯8 號(hào)(6 個(gè))。

圖1 鹽脅迫下甘薯苗期耐鹽性聚類分析

3 討論與結(jié)論

甘薯作為一種重要的雜糧先鋒作物，雖具有抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣等突出特點(diǎn)，但是鹽分過量也會(huì)影響植株的正常生長(zhǎng)發(fā)育，生物量、葉面積等會(huì)受到不同程度的抑制[20]。 研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下不同甘薯品種幼苗保護(hù)酶活性、脯氨酸含量及維持細(xì)胞滲透勢(shì)的能力各不相同，因此對(duì)鹽脅迫的反應(yīng)會(huì)呈現(xiàn)出較大差異[21，22]。 有研究表明，隨NaCl脅迫濃度的提高，甘薯幼苗株高和葉面積生長(zhǎng)受到抑制，葉片中的生長(zhǎng)素水平下降[12]；王文婷等[23]研究認(rèn)為，隨著鹽濃度逐漸增加，甘薯幼苗鹽害程度增大。 本試驗(yàn)中，3 種鹽濃度(100、150、200 mmol/L NaCl)脅迫下，隨著鹽濃度增加不同甘薯幼苗的鹽害程度呈現(xiàn)不同變化:150 mmol/L NaCl 脅迫下幼苗14 個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)與CK 均差異顯著，其與200 mmol/L NaCl 脅迫相比14 個(gè)農(nóng)藝性狀中綠葉數(shù)、生長(zhǎng)量等指標(biāo)差異均不顯著，且除莖粗、葉綠素含量外其它12 個(gè)農(nóng)藝性狀的品種間變異系數(shù)均在16%以上，因此可作為甘薯幼苗耐鹽性評(píng)價(jià)的適宜濃度。 這與崔紀(jì)超等[24]的結(jié)論(150 mmol/L NaCl 鹽脅迫下，不同甘薯品種苗期相對(duì)生長(zhǎng)量、葉面積、植株死亡率、鹽害率和鹽害指數(shù)、植株干重、鮮重等均發(fā)生變化)、王靈燕等[25]在室內(nèi)的結(jié)論(150 mmol/L NaCl 條件下篩選出了苗期耐鹽性強(qiáng)的品種)相一致。 過曉明等[26]研究指出，甘薯幼苗葉綠素含量隨鹽脅迫濃度的增加不斷下降但差異不顯著，本研究則發(fā)現(xiàn)鹽濃度由150 mmol/L 增至200 mmol/L 時(shí)差異顯著，這與前人研究略有差異，可能主要是由于不同甘薯品種基因型不同所致。

作物耐鹽性是多個(gè)因素相互作用的綜合反應(yīng)體系，單一或者少量指標(biāo)存在局限性，也不具有說服力，難以全面準(zhǔn)確地反映作物的耐鹽能力[27]。赫衛(wèi)等[28]研究表明，鑒定及描述作物相關(guān)農(nóng)藝性狀具有直觀、簡(jiǎn)便、易行、快速的特點(diǎn)，可以利用相關(guān)性分析、主成分分析和隸屬函數(shù)法、聚類分析等多元分析方法對(duì)耐鹽性、抗逆性強(qiáng)的品種進(jìn)行鑒定篩選。 本研究對(duì)鹽脅迫下16 個(gè)甘薯品種苗期的14 個(gè)生長(zhǎng)性狀進(jìn)行相關(guān)性、主成分和聚類分析，結(jié)果表明，除生長(zhǎng)量、頂3—頂8 節(jié)間總長(zhǎng)這2個(gè)指標(biāo)外其余12 個(gè)性狀指標(biāo)均存在不同程度的相關(guān)性；采用主成分分析法，將原有12 個(gè)指標(biāo)的脅迫系數(shù)按其貢獻(xiàn)率大小轉(zhuǎn)換為4 個(gè)獨(dú)立的綜合決定指標(biāo)，其累積貢獻(xiàn)率達(dá)82.660%，即能代表供試品種的絕大部分信息及耐鹽能力的差異，其中篩選的綠葉數(shù)、根系長(zhǎng)度、總節(jié)間數(shù)、地下部干重4 個(gè)耐鹽指標(biāo)與段文學(xué)等[9]利用逐步回歸方法、孫凱等[27]利用隸屬函數(shù)法選出的具有顯著性差異的決定性指標(biāo)結(jié)果一致。 運(yùn)用隸屬函數(shù)對(duì)4 個(gè)獨(dú)立綜合指標(biāo)按其貢獻(xiàn)率(權(quán)重)進(jìn)行加權(quán)，獲得可客觀反映各品種耐鹽性的綜合評(píng)價(jià)值(D 值)，其可在不同品種之間進(jìn)行直接比較，并能直觀地反映甘薯品種的耐鹽性差異。 利用隸屬函數(shù)對(duì)各品種農(nóng)藝性狀指標(biāo)的脅迫系數(shù)歸一量化，通過聚類分析將16 個(gè)甘薯品種分成4 類:Ⅰ類為極耐鹽品種(5 個(gè))、Ⅱ類為耐鹽品種(3 個(gè))、Ⅲ類為弱耐鹽品種(2 個(gè))、Ⅳ類為鹽敏感品種(6 個(gè))。 篩選出耐鹽性極強(qiáng)品種3 個(gè)，分別是漯薯11、漯蘇薯17 號(hào)和漯薯13 號(hào)。 本試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，耐鹽品種對(duì)鹽脅迫具有很好的適應(yīng)性，能保持較高生長(zhǎng)速率，這與隆小華等[29]的研究結(jié)果相似。

溫室條件下的甘薯苗期鑒定可以有效避免氣候及土壤等外界因素的影響，能相對(duì)客觀地反映各個(gè)甘薯品種苗期的耐鹽程度[24，30]，但決定甘薯經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的指標(biāo)主要是塊根，因此苗期確定耐鹽的甘薯品種是否適宜在鹽堿地種植且獲得高產(chǎn)，還需要生產(chǎn)實(shí)踐，結(jié)合大田鮮薯及薯干產(chǎn)量等數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗(yàn)證[31，32]。