作者简介:张加强,男,助理研究员,从事麻类、花卉的育种、栽培及分子生物学研究,E-mail:zhangqiang414@126.com。
通过测定不同浓度镉胁迫处理下亚麻芽期的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、简易活力指数、相对发芽势、相对发芽率、平均发芽速度和生物量等9项指标,运用灰色关联分析对亚麻芽期耐镉鉴定指标进行评价和筛选。结果表明,镉胁迫明显抑制了亚麻的发芽,镉浓度越高,对亚麻发芽的抑制作用越大;各指标之间存在不同程度的相关关系,生物量与其他8个指标间呈极显著正相关;相对发芽率、发芽率、平均发芽速度和发芽指数4个指标与生物量有较强的关联度,可作为亚麻芽期耐镉鉴定的有效指标。
据2014年《全国土壤污染状况调查公报》指出, 我国的耕地土壤环境质量堪忧[1]。部分农田土壤重金属污染处于轻度污染到中度污染之间, 其中Pb、Cd污染较为严重[2]。研究表明, 在植物体内积累的重金属通过生物链进入人体, 最终危害人类健康。Cd是危害最大的重金属污染物之一, 而不同作物对Cd胁迫的耐性存在种间和种内差异[3, 4]。亚麻是非食用的纤维作物, 是理想的富集土壤重金属污染的植物[5]。由于亚麻品种间耐镉性差异较大, 选择合理的耐镉评价指标则成为首要解决的问题。在以往植物耐镉性指标评价的研究中, 多采用相关性[6]、主成分分析[7]和隶属函数法[8]等研究分析方法, 而这些评价存在一定的局限性, 如研究对象必须遵守正态分布, 只针对大样本, 或是忽略了各性状与研究目标的联系程度, 而灰色关联分析方法可弥补以上不足, 具有可克服人为主观因素、要求的样本数量少、不受数学理论分布的限制、方法简单、结果客观等优点[9], 近年来被广泛应用于品种比较、产量和品质评价及品种资源的筛选等方面[10, 11]。目前, 鲜有灰色关联分析应用于亚麻耐镉指标的筛选和评价的报道。本研究以亚麻为材料, 采用灰色关联分析方法, 对不同浓度镉胁迫下亚麻种子萌发期的鉴定指标进行评价和筛选, 以期建立亚麻耐镉鉴定指标及评价方法, 为植物耐镉品种的选育提供理论参考。
挑选籽粒饱满的亚麻种子, 先经体积分数70%酒精浸泡1 min, 再用蒸馏水冲洗3次, 将种子置于铺有双层滤纸的培养皿中, 每皿置50粒亚麻种子, 用蒸馏水作为对照, 处理组加入20、80、160、320、400和800 mg· L-1的Cd2+溶液, 设3次重复, 置于25 ℃培养箱中进行发芽, 期间及时补充处理液。
种子发芽标准为胚芽长大于或等于1/2种子长, 每天统计发芽种子数, 并用电子天平称量补充因蒸发散失的处理液。在试验的第7天, 每皿随机选取5株幼苗, 测量其鲜重, 结果取总平均值, 计算生物量。根据统计结果计算发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、简易活力指数、相对发芽势、相对发芽率和平均发芽速度。
发芽势=第3天的发芽种子总数/供试种子数× 100;
发芽率/%=第7天的发芽种子数/供试种子总数× 100;
发芽指数=Σ Gt/Dt, 其中Gt为t时间内的发芽种子数, Dt为相应的发芽天数;
活力指数=发芽指数× 根芽鲜重;
简易活力指数=根芽鲜重× 发芽率;
相对发芽势=处理发芽势/对照发芽势× 100;
相对发芽率=处理发芽率/对照发芽率× 100;
平均发芽速度=∑ (D× n)/∑ n, 其中D为从种子置床起计算天数, n为相应的发芽粒数。
数据处理利用Excel 2010进行处理, 采用DPS 7.05 软件进行差异显著性分析(LSD法)、相关性和灰色关联分析[12]。根据灰色系统理论, 其中将镉胁迫下的亚麻种子生物量设为参考数列, 发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、简易活力指数、相对发芽势、相对发芽率、平均发芽速度8个性状指标设为比较数列; 计算得出各性状指标和生物量的灰色关联度。
由表1可知, 随着镉胁迫处理浓度的升高, 亚麻种子萌发生长受抑制程度逐渐增强, 表现为各项测定指标值逐渐降低。与对照相比, 在镉浓度为20 mg· L-1时, 亚麻的发芽势下降3.33%, 发芽率下降13.34%, 两者下降幅度都很小, 均未达到显著水平; 随着镉浓度的继续升高, 亚麻种子的发芽势和发芽率降幅均大幅增加。当镉浓度为80 mg· L-1时, 亚麻的发芽势和发芽率分别下降16.66%和16.67%, 差异均达显著水平; 而当镉浓度为320 mg· L-1时, 亚麻的发芽势和发芽率降幅都达到极显著水平。在生物量的变化中, 镉浓度为20~320 mg· L-1时, 相比对照, 处理组未达到显著水平; 但当其镉浓度升高至400 mg· L-1时, 差异达到显著或极显著水平。其他指标均表现出与发芽势、发芽率和生物量相似的变化趋势, 表明镉胁迫明显抑制了亚麻的发芽, 镉浓度越高, 对亚麻发芽的抑制作用越大。
由表2可知, 镉胁迫下亚麻种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、简易活力指数、相对发芽势、相对发芽率、平均发芽速度与生物量之间均呈极显著正相关, 相关系数分别为0.963 9、0.975 5、0.973 3、0.972 6、0.984 4、0.963 9、0.975 5及0.974 6。由此可以看出, 各单项指标在亚麻耐镉评价中均起到不同的作用, 同时存在着内在联系, 因此仅依据单项指标不能准确评价亚麻的耐镉能力大小。
种子萌发和生长状况是评价重金属耐性的重要指标, 而生物量可以综合反映植物受胁迫的程度, 是植物对各种环境反应的最终结果[6, 13]。本试验引入灰色关联分析法对亚麻耐镉指标进行综合评价, 灰色关联分析结果表明, 镉胁迫下, 亚麻种子的相对发芽率、发芽率、平均发芽速度和发芽指数与生物量有较强的关联度, 因此, 这4个性状可以作为评价亚麻芽期的耐镉鉴定指标。
The authors have declared that no competing interests exist.
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