一种植物耐盐性鉴定配方及其应用

王伟 曹平平 王志 于亮 钮力亚 王伟伟 王奉芝 曹金锋

摘要：根据河北省滨海盐碱地主要盐分离子含量的检测数据，利用总盐含量与各盐分离子的回归关系，根据土壤中阴阳离子电荷平衡组配化学试剂，形成贴近自然环境下滨海盐碱地盐分实际的化学试剂配方，并将该配方应用于小麦芽期耐盐性的鉴定。结果表明，鉴定小麦芽期耐盐时，该配方的适宜添加水平为0.5%、0.6%，同时选择0.5%总盐水平作为小麦芽期耐盐鉴定的盐分水平，利用主成分分析和聚类分析，对小麦材料进行耐盐等级评价，相关耐盐鉴定的结果与小麦田间实际表现吻合，进而说明该配方有效。相关研究结果可为准确、高通量地进行植物耐盐性鉴定提供技术支撑。

关键词：植物;耐盐性;鉴定配方;耐盐等级

中图分类号： Q945.78;S184  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2021）13-0089-04

耕地是农业生产的基础，耕地质量是农业可持续发展的重要保障。土壤盐碱化导致耕地退化，严重影响作物的正常生长和农业生产的发展。目前，世界范圍内有1/5以上的耕地存在不同程度的盐碱化[1]，仅我国土壤盐碱化的面积就有近1亿hm2，其中河北省盐碱地总面积约为71.61万hm2，以滨海盐碱地为主[2-3]。由于我国具有人多地少的现实国情，因而开发和利用盐碱化土壤对充分利用有限的耕地资源、改善生态环境和提高耕地生产效率具有重要意义，对于保障农业可持续发展和国家粮食安全具有重要的现实意义。

河北省是我国重要的农业生产大省，以滨海盐碱化为主的土壤盐碱化严重且面积较大，已经成为影响河北省农业发展水平的主要限制因素之一，开发潜力较大。培育耐盐碱品种、利用生物途径提高作物的耐盐碱能力是有效利用盐碱耕地的重要途径，筛选、鉴定和创新小麦、玉米、大豆、棉花等主要农作物的耐盐碱种质资源是培育耐盐碱品种的重要基础，而种质资源耐盐碱表型的准确鉴定则是上述工作的重要前提。鉴定不同农作物耐盐碱表型的方法不同，而且不同研究人员的鉴定方法和标准也不相同。就具体鉴定的盐分而言，有单盐（NaCl）鉴定[4-6]、多盐鉴定（多种盐分配比）[7-8]和人工海水耐盐鉴定[9-10]等;就鉴定场所而言，有室内耐盐碱鉴定[4-10]、模拟盐池鉴定[3]和大田自然鉴定[3]。以上鉴定方法均各有优缺点，如人工海水鉴定的盐分离子全面，但与实际自然环境下盐碱地土壤离子组成仍有较大差异;利用盐碱地直接进行田间鉴定，其土壤离子组成接近或与生产相同，然而存在盐碱地盐分分布不匀、受气候影响较大等问题，导致年度间鉴定结果的重复性较差[11]。因此，迫切需要一种适用于室内、快速、高效的进行农作物耐盐碱鉴定的试剂配方，以高通量地鉴定农作物的耐盐性。本研究根据河北省滨海盐碱地主要盐分离子含量的特点，利用总含盐量与各盐分离子含量的回归关系，根据土壤中阴阳离子电荷平衡组配化学试剂，形成贴近自然环境下滨海盐碱地盐分实际的化学试剂配方，以期为准确、高通量地进行植物耐盐性表型鉴定提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 土壤中主要盐分离子的检测方法

1.1.1 土样的采集 从2019年开始，在“返盐”季节（3—5月），分批次在河北省盐山县、黄骅市、渤海新区中捷产业园、海兴县 4地典型的盐碱地上分别取样，获得各土层土样。室内检测土壤总含盐量及各主要盐分离子含量。

1.1.2 测定方法 检测所有土样的总含盐量、pH值和各盐分离子含量。用电导法[12]测定土壤可溶性总盐含量。用pH计测定土样pH值。采用火焰光度计法测定钾离子、钠离子含量[13]。对土样进行相应前处理后，用AA3流动分析仪检测碳酸根+碳酸氢根离子、镁离子、氯离子、钙离子、硅酸根和硫酸根离子含量。

1.2 小麦芽期耐盐性的鉴定方法

根据笔者所在实验室关于小麦耐盐鉴定的实践经验[3]，选择总含盐量0.3%、0.5%、0.6%、0.7%等4个水平的盐分溶液和超纯水（CK）。在培养皿中放2层滤纸，分别加入超纯水和不同含盐量的盐分溶液，每个处理设30粒种子，共3次重复。于光照培养箱中进行发芽处理（25 ℃恒温，光照 16 h）。7 d后调查发芽数，随机挑选10株幼苗调查芽长、根长、根数、芽鲜质量、根鲜质量及根冠比，最后计算发芽率、相对盐害率和各指标的相对值[14]。

1.3 数据处理

用Excel 2007和SPSS 21.0进行数据整理和统计分析。小麦芽期耐盐性的鉴定采用隶属函数法[15-16]，根据主成分分析和聚类分析结果进行耐盐等级的评定[17-18]。

1.4 化学试剂配方的形成及应用

1.4.1 化学试剂配方 首先，根据土壤盐分含量检测结果，依据各离子含量与总含盐量的相关关系，根据回归方程确定各盐分离子的含量（表1）。然后，根据各离子含量和分子量，转化成各离子的摩尔数。最后，根据阴阳离子电荷平衡，确定化学试剂的种类和含量（表2）。

1.4.2 制备方法 取800 mL超纯水，参照表1中依次加入相应含量的各试剂，充分溶解后用容量瓶定容至1 000 mL，即可形成类似自然环境的滨海盐碱地相应盐分的溶液。

1.4.3 化学试剂配方的应用 选择9个常规小麦材料（表3），在CK和4个梯度水平下分别进行发芽试验，采用隶属函数法，利用主成分分析和聚类分析进行小麦芽期耐盐性评价[19]。

2 结果与分析

2.1 小麦耐盐性鉴定中盐分水平的选择

为了说明本研究中配方在植物耐盐性鉴定中的可行性和有效性，需要进行方差分析。由表4可以看出，CK与0.3%、0.5%、0.6%、0.7%总盐分含量配方间在芽长、根长、根数、芽鲜质量、根鲜质量、根冠比和发芽率7个指标上的差异均显著或极显著，进一步根据多重比较结果确定小麦芽期耐盐鉴定的盐分水平。

由表5可以看出，芽长、根长、根数等7个指标在CK和0.3%总盐含量处理间的差异均不显著，而且在0.3%总盐含量处理下，除芽鲜质量外，其他6个指标均大于或等于CK。总体而言，0.3%总盐含量能够促进小麦芽期的生长，与对照间差异不明显。当总盐含量为0.5%、0.6%时，芽长、根长、芽鲜质量、根鲜质量、根冠比和发芽率等6个指标间的差异均不显著，但与对照间存在显著或极显著差异。当总盐含量为0.7%时，芽长、芽鲜质量和发芽率与其他4个总盐含量处理间差异极显著。综合分析小麦芽期耐盐性鉴定的处理水平发现，总盐含量为0.5%、0.6%均适宜，各指标均与对照间存在极显著差异。结合赵松山等在田间及模拟盐池中关于小麦耐盐性鉴定的经验，鉴定小麦耐盐性时，田间土壤总盐含量为0.4%～0.5%[3]。因此下一步进行小麦芽期耐盐性鉴定时，将该配方的总盐含量设为0.5%比较贴合盐碱地的自然环境实际。

2.2 小麦芽期耐盐性鉴定结果

以主成分分析获得的主成分作为鉴定小麦芽期耐盐性的综合指标，计算各综合指标的隶属函数值及权重，进而得到各材料芽期的耐盐性综合评价值（D）。D值是纯数值，其范围为[0，1]，D值越大，耐盐性越强。采用K-均值聚类方法将供试材料的耐盐性分为髙耐、耐盐、中耐、敏感、高感5个级别。由表6可以看出，农家种沧红的耐盐鉴定等级为1级（高耐）;茶淀红、晋麦47和冀麦32的耐盐鉴定等级为2级（耐盐）;沧麦6005和山融3号的耐盐鉴定等级为3级（中耐）;科农9204、矮抗58和中国春的耐盐鉴定等级为4级（敏感）;衡4399的耐盐鉴定等级为5级（高感）。

3 讨论与结论

3.1 关于植物耐盐性鉴定配方的特点

本研究在河北省滨海盐碱地主要盐分离子含量检测数据的基础上，利用总盐含量与各盐分离子含量的回歸关系，根据土壤中阴阳离子电荷平衡组配化学试剂，形成植物耐盐鉴定配方，比单盐鉴定[4-6]、多种盐分配比[7-8]和人工海水配方[9-10]中的盐分离子更加全面，而且配方产生于实际检测数据，更贴近自然环境下滨海盐碱地的实际盐分含量。

3.2 关于植物耐盐鉴定配方的应用

采用本研究的植物耐盐鉴定配方，可以在室内快速实现植物耐盐碱的鉴定工作。小麦芽期耐盐性鉴定试验结果表明，总盐含量为0.5%、0.6%时，小麦芽期各指标均与对照存在显著差异，均适宜作为小麦芽期耐盐性鉴定的盐分水平。结合自然环境下盐碱地土壤的实际[3]，笔者选择总盐含量为0.5%作为小麦芽期耐盐性鉴定的水平，以超纯水作为对照进行小麦耐盐性鉴定。结果表明，农家种沧红和茶淀红是较为耐盐的材料，鉴定等级与实际相符;晋麦47和冀麦32耐盐等级鉴定为耐盐，与彭智等的鉴定结果[19]基本吻合;中国春、科农9204和衡4399是常规意义上的盐敏感小麦，在本研究中鉴定为敏感或高感。另外，沧麦6005和山融3号的鉴定等级，可能与相关报道[19-20]有一定差异，主要可能由于本研究仅限于小麦芽期耐盐性鉴定的原因。综上，采用本研究配方对小麦的芽期耐盐性的鉴定结果与小麦大田自然盐碱地鉴定结果基本一致，在一定程度上说明该配方的有效性。另外，在其他植物耐盐性的鉴定上，本试验配方的可行性和有效性有待于进一步研究。

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