野牛草种质资源耐盐性评价与筛选

李智林，黄可心，孙 彦

(中国农业大学草业科学与技术学院， 北京 100193)

前言

近年来，随着社会经济的发展，土壤问题作为生态环境可持续发展的基础愈发引起了人们的关注，其中，影响土壤环境的最大问题之一就是土壤盐渍化。由于不合理的灌溉及土质因素，近年来我国土地盐渍化现象愈发严重，目前盐碱地面积已达约为1亿平米，土壤盐渍化已经成为了影响我国城市园林绿化和生态环境的严重问题[1]。草坪草的种植可以增强植被蒸腾，加速盐分淋洗从而延缓积盐返盐，是改良盐碱土壤的重要生物措施[2]。然而，我国目前草坪草种子85%以上依赖进口，缺乏自主产权草坪或生态草品种。草种子是草产业的“芯片”，芯片核心就是核心种质资源，没有良好的种质资源，无从谈加快创制优良品种。我国草种业发展的短板主要是：牧草优良品种严重短缺、原始创新和核心关键技术创新有待进一步提高。随着国际种业资源控制权争夺的加剧，种业深层次的核心竞争力体现在拥有和控制种质遗传资源上，因此，开展草种质资源评价鉴定，提高草种质利用率，提升我国草种业在国际上的竞争力，改变“洋”草种子主导中国市场局面已势在必行。

野牛草为禾本科多年生草本植物，是耐瘠薄土壤、抗旱、耐盐碱性低养护草种[3]。在我国适用于普通绿化以及水土保持的低养护区域绿化，也适宜北方干旱地区草原改良，是我国北方极具发展潜质的低养护的草坪及生态草种。对野牛草的相关研究很多，如：打破种子休眠、促进萌发[4-7]，性别分化[8-12]，逆境胁迫影响及抗逆性评价[13-18]，克隆分株及分株繁殖[19-21]，改良野牛草坪用性状[22-26]，以及对于遗传多样性的研究[27-32]；同时，为了应对我国目前所面临的土壤盐渍化与草坪绿化问题，对草坪草种质资源耐盐性评价的研究也逐渐增多[33-37]。然而，有关野牛草种质资源的评价尤其是耐盐性评价却未见很多报道，因此，从现收集的野牛草资源中筛选出耐盐的野牛草种质资源具有非常重要的意义。

植株的耐盐性评价是一个复杂的问题，尤其是对于草坪草方面的耐盐性评价，国内外不同的研究学者通常采用不同的培养方法、处理盐分种类、处理时间以及评价指标[37-38]。此外，草坪草耐盐性评价实验中，草坪草的培养方法有水培法、盆栽法和田间栽培评价法等。其中，水培法以其便于管理、营养全面、植株不易得病虫害等优势而最为常用[39-40]。本实验采用水培和土培2种培养方法，主要对现收集的野牛草种质资源进行耐盐性鉴定，综合评价出其耐盐性的强弱，并筛选出耐盐材料，为野牛草耐盐育种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料与试验设计

实验供试野牛草材料处于匍匐茎3～5个节期，选取生长状况良好的植株于2021年5月15日在中国农业大学温室分别进行水培和盆栽种植。水培组以1/2霍格兰配方营养液培养，将匍匐茎每盆3节栽植于装有蛭石的塑料黑管(65 mm×65 mm)中，黑管底部有漏眼，以海绵封堵，置于水培容器中；土培组将其播种于(12 cm×12 cm)无孔的花盆(壤土：蛭石为1∶1比例)，每盆4～5株，常规管理，育苗生长至4～6叶期后统一修剪至8 cm。于2021年8月1日将处理组用NaCl溶液进行处理，每处理设4次重复，对照用蒸馏水处理。盐胁迫目标浓度为300 mmol·L-1，前期以每天50 mmol·L-1浓度递增，达到目标浓度后，记为第1 d，各项指标分别在水培第1 d、第3 d、第6 d，土培第1 d、第7 d、第23 d测定。每天日常管理，水培中额定的水量，缺乏的用蒸馏水补充，土培的称重计算缺失，缺乏的重量加蒸馏水补充。

1.2 测定方法

测定指标为株高、相对生长率、叶绿素含量、枯死率。生长率通过测量株高并计算，每盆选取3株野牛草测定株高[41]；叶片叶绿素含量使用SPAD-502Plus叶绿素仪[44]，每盆材料随机选取3片叶片进行测定；枯死率通过目测估计法测定。

1.3 数据分析

1.3.1性状相对值

按照公式1[45]计算各性状的相对值，以xj作为评价资源材料耐盐性的指标:

相对值(xj) = 盐处理下某指标测定值/对照组测定值

(1)

1.3.2隶属度值

“外师造化，中得心源”这个理论不仅适用于中国的绘画艺术理论，还与西方的绘画艺术理论有共通性。如果向更深层面进行分析，这个理论不仅仅适用于绘画艺术创作，几乎适用于所有的艺术创作活动，像文学、音乐等领域，都要通过“师造化”来表达内心的情感。由此证明，中国的艺术创作理论值得我们去探析、去继承与发展，这对人们的创作活动会起到指导性作用。

按照公式2和公式3计算各资源材料性状相对值的隶属度值[45-46]。其中，与耐盐性呈正相关的各指标(生长率、叶片叶绿素含量)隶属度值以公式2计算，与耐盐性呈负相关的指标(枯死率)隶属度值以公式3计算：

U(xij) = (xij-xjmin)/(xjmax-xjmin)

(2)

U(xij) = 1-(xij-xjmin)/(xjmax-xjmin)

(3)

其中，U(xij)为i资源材料j指标的隶属函数值，xij为i资源材料j指标的相对值，xjmin和xjmax为各资源材料j指标相对值的最小值和最大值。每一资源材料性状相对值的隶属度值平均数即为该种质资源材料的平均隶属度值。

1.3.3统计分析

利用 Microsoft Excel 和SPSS 28.0进行数据处理和作图。

2 结果与分析

2.1 分蘖期盐胁迫对野牛草表观性状的影响

2.1.1生长率相对值

(1)水培

盐处理后，参试的29个野牛草资源材料植株的生长率相对值为3.19±11.34，各资源材料间存在差异(见图1)。与对照数据相比，BD002的生长率增幅最高，BD024最低。在测量过程中，与初次测量相比，末次测量的BD002生长率相对值提高了16.74，其次为BD026，较初次测量提高了9.49。

注：图中横坐标序号分别对应着野牛草种资源，1-BD001;2-BD002;3-BD003;4-BD004;5-BD005;6-BD006;7-BD007;8-BD008;9-BD009;10-BD010;11-BD011;12-BD012;13-BD013;14-BD014;15-BD015;16-BD016;17-BD017;18-BD018;19-BD019;20-BD020;21-BD021;22-BD022;23-BD023;24-BD024;25-BD025;26-BD026;27-BD027;28-BD028;29-BD029。下同

(2)土培

盐处理后，参试的29个野牛草资源材料植株的生长率相对值为1.01±0.55，资源材料间存在差异(见图2)。以最终测量数据分析，与对照相比，BD025的生长率相对值最高(1.48)，BD022最低(0.55)。在测量过程中，与初次测量相比，末次测量的BD025生长率相对值增幅最大，提高了0.47；其次为BD001，较初次提高了0.40。

图2 土培盐胁迫下不同野牛草资源材料生长率相对值

2.1.2叶绿素含量相对值

(1)水培

盐处理后，参试的29个野牛草资源材料植株的叶绿素含量相对值为1.82±4.67，资源材料间存在差异，以BD011叶绿素含量相对值最高，BD028最低(见图3)。在测量过程中，末次测量的BD011叶绿素含量相对值显著高于初次测量值，提高了2.57；而BD028比初次测量仅提高了0.10。

图3 水培盐胁迫下不同野牛草资源材料叶绿素含量相对值

(2)土培

盐处理后，参试的29个野牛草资源材料植株的叶绿素含量相对值为0.98±0.61，各资源材料间差异极显著(P<0.01)，以BD011叶绿素含量相对值最高，BD022最低(见图4)。在测量过程中，BD011叶绿素含量相对值显著高于初次测量值。相比第一次测量增长0.27，耐盐表现优异；而BD022则降低了0.44。

图4 土培盐胁迫下不同野牛草资源材料叶绿素含量相对值

2.1.3枯死率

(1)水培

正常生长条件下，参试的29个野牛草资源材料植株枯死率为(12.47±4.09)%，资源材料间差异显著(P<0.05)，以BD016枯死率最高，BD021最低(见图5)。盐处理后，野牛草植株的枯死率为(20.26±9.67)%，与对照组存在显著差异且盐处理材料间差异显著(P<0.05)，其中以BD020枯死率最高，BD008最低。在供试的29种野牛草资源材料中，BD006相对枯死率最高，BD016的相对枯死率最低。

图5 水培盐胁迫下不同野牛草资源材料植株相对枯死率

(2)土培

正常生长条件下，参试的29种野牛草资源材料植株的枯死率为(24.88±5.67)%，各资源材料间差异显著(P<0.05)，以BD005的枯死率最高，BD021最低(见图6)。盐处理后，野牛草植株的枯死率平均为(36.10±9.81)%，与对照组存在显著差异，且盐处理材料间差异显著(P<0.05)。其中以BD001枯死率最高，BD010最低。在供试的29种野牛草资源材料中，BD021的相对枯死率最高，BD005的相对枯死率最低。

图6 土培盐胁迫下不同野牛草品种植株相对枯死率

2.2 耐盐性评价

根据参试种质资源材料各指标相对值，计算得出其平均隶属度为0.17～0.66(见表1)。平均隶属度高，则该资源材料的耐盐性较强；反之该材料的耐盐性较弱。根据平均隶属度对参试种质资源材料进行排序，得出BD011表现最高，BD021表现最低。以平均隶属度值对参试种质资源材料进行K-Means 聚类，经过5次聚类迭代后将参试种质资源材料聚为5类，第Ⅰ类平均隶属度值较高，耐盐能力最强; 第Ⅴ类平均隶属度值均较低，耐盐能力最弱(见表2)。

表1 平均隶属函数值

表2 聚类分析中各聚类中心

由K-Means 聚类可得，资源材料BD011聚在第Ⅰ类，其耐盐性最强；资源材料BD002、BD004、BD009、BD010、BD014、BD025聚在第Ⅱ类，其耐盐性强；资源材料BD007、BD008、BD012、BD015、BD016、BD018、BD019、BD024、BD026、BD027、BD028、BD029聚在第Ⅲ类，其耐盐性中等；资源材料BD001、BD003、BD005、BD013、BD017、BD020、BD023聚在第Ⅳ类，其耐盐性弱；资源材料BD006、BD021、BD022聚在第Ⅴ类，其耐盐性最弱。

3 讨论

在盐胁迫条件下，植物的生长过程和生理特性会发生一系列复杂的变化，其耐盐性的强弱也受到多种因子共同影响，因此，野牛草种质材料的耐盐能力难以用某一单一指标来准确反映[39]。本实验共测定了3项表观指标，并将各单项测定指标转化为相对值来比较，运用单因素方差分析检验种质资源材料之间的差异性及各指标之间的相关性，然后通过计算各指标的隶属函数值，得出各资源材料总隶属函数值大小，以此为依据进行K-Means聚类，对各种质资源材料的耐盐性进行排名[47-48]。

从外观指标来看，野牛草在盐胁迫下经历了旺盛生长、叶片萎蔫、枯死等阶段。 随着其受到盐胁迫的程度加深和时间增加，植物的叶绿素含量下降，生长速率减缓以致干枯死亡。但由于各种质资源材料的不同，其叶绿素相对含量、生长率和枯死率的变化也不尽相同[49-50]。由此可以在一定程度上体现出不同野牛草种质资源材料之间的耐盐性差异。

4 结论

总的来说，野牛草种质资源存在丰富的耐盐性变异，通过室内的抗盐性评价可以初步筛选出耐盐能力强的种质资源。本实验筛选出耐盐性最强的BD011资源材料，同时，种质资源材料BD002、BD004、BD009、BD010、BD014、BD025的耐盐性也较强。该类耐盐性较强的野牛草属种质资源在盐碱地绿化及改良方面有着较大的应用潜力。

本实验仍具有一定的局限性。植物遭受盐胁迫的敏感时期主要在萌发和幼苗期，本实验主要以野牛草分蘖期的生长指标为主，没有探讨野牛草植株在萌发期的耐盐情况。因此，以后的实验研究应当选择从萌发和幼苗两个时期出发，以对植株的耐盐性进行更加全面准确的评价。