摘要
为揭示青海高原中度盐渍土盐胁迫条件下人工合成小麦种子萌发期耐盐性差异，并鉴选出适宜当地种植的耐盐种质，该研究以43份人工合成小麦为材料，在0 mol·L-1 NaCl（对照）和0.08 mol·L-1 NaCl盐胁迫条件下，测定其发芽率、苗长等关键萌发期各性状指标，并运用灰色关联分析结合聚类分析对供试材料进行耐盐性评价。结果表明：（1）供试人工合成小麦各性状的耐盐指数变异系数范围为28.41%~59.41%，地下部鲜重的耐盐指数较高，为1.05；盐胁迫处理下，供试人工合成小麦的苗长、胚芽鞘长、最大根长和地上部鲜重均明显高于‘高原448’，同时苗长、胚芽鞘长和地下部鲜重的耐盐指数均高于‘高原448’。（2）供试人工合成小麦的苗长权重最高，为18.89%，综合评价排名前十的材料依次为27号、9号、15号、31号、28号、29号、30号、37号、12号和25号。（3）聚类分析结果显示，44份供试材料可分为5类，其中类群Ⅰ为较耐盐类群，类群Ⅱ为极耐盐类群，以栽培二粒小麦为母本创制的全部9份人工合成小麦材料主要分布在类群Ⅰ和类群Ⅱ中；综合评价前十的材料类群Ⅱ包含7份，分别为9号、27号、15号、31号、28号、29号和30号。该研究综合评价了人工合成小麦在盐胁迫条件下种子萌发期主要农艺性状的变化，筛选出适宜青海等中度盐渍化地区种植的人工合成小麦优异种质资源，并进一步提出了以栽培二粒小麦为母本创制更多人工合成小麦用于耐盐新种质的鉴定和评价，这为选育适宜青海等地区中、轻度盐渍化土地种植的耐盐小麦新品种提供种质基础，为解析小麦耐盐分子机制提供理论依据。
Abstract
To reveal the differences in salt tolerance of synthetic hexaploid wheat during seed germination stage under moderate saline soil salt stress on the Qinghai Plateau, and to identify salt-tolerant germplasm suitable for local cultivation, this study used 43 synthetic hexaploid wheat accessions, under the conditions of 0 mol·L-1 NaCl (control) and 0.08 mol·L-1 NaCl salt stress, key germination stage traits (such as germination rate and seedling length) were measured. Grey correlation analysis combined with cluster analysis was applied to evaluate the salt tolerance of the tested materials. The results were as follows: (1) The coefficient of variation for the salt tolerance index of each trait in the tested synthetic hexaploid wheat ranged from 28.41% to 59.41%, with the salt tolerance index of root fresh weight being the highest at 1.05. Under salt stress treatment, the seedling length, coleoptile length, maximum root length, and shoot fresh weight of the tested synthetic hexaploid wheat were all significantly higher than those of ‘Gaoyuan 448’; meanwhile, the salt tolerance indices of seedling length, coleoptile length, and root fresh weight were also higher than those of ‘Gaoyuan 448’. (2) Among the tested synthetic hexaploid wheat accessions, seedling length had the highest weight (18.89%). The top 10 materials ranked by comprehensive evaluation were No. 27, No. 9, No. 15, No. 31, No. 28, No. 29, No. 30, No. 37, No. 12, and No. 25 in sequence. (3) The results of cluster analysis showed that the 44 tested materials could be classified into 5 clusters. Among them, Cluster Ⅰ was the moderately salt-tolerant group, and Cluster Ⅱ was the highly salt-tolerant group. All 9 synthetic hexaploid wheat materials developed with Triticum dicoccum (cultivated emmer wheat) as the female parent were mainly distributed in Cluster Ⅰ and Cluster Ⅱ. Additionally, Cluster Ⅱ contained 7 of the top 10 materials in the comprehensive evaluation, namely No. 9, No. 27, No. 15, No. 31, No. 28, No. 29, and No. 30. This study comprehensively evaluates the changes in key agronomic traits of synthetic hexaploid wheat during seed germination stage under salt stress. It screens out excellent synthetic hexaploid wheat germplasm resources suitable for cultivation in moderately salinized areas such as Qinghai, and further proposes that T. dicoccum can be used as the female parent to create more synthetic hexaploid wheat, which can be applied to the identification and evaluation of new salt-tolerant germplasm. This research provides a germplasm foundation for breeding new salt-tolerant wheat varieties suitable for slightly to moderately salinized lands in regions like Qinghai, and offers a theoretical basis for dissecting the molecular mechanisms of salt tolerance in wheat.
全球约20%的耕地及大部分的灌溉土地均受到不同程度的盐害（王大海，2004；Nachshon, 2018）。我国盐碱地总面积约为9 913万hm2，主要分布于西北、华北以及东北等地区，青海省作为盐渍化侵害较严重的地区，其盐渍化土地主要集中在柴达木盆地和共和盆地且多为中度（土壤含盐量为0.2%~0.4%）或轻度盐渍土（土壤含盐量为0.1%~0.2%）（杨劲松，2008；孙兆军，2017；刘小京等，2023）。有研究表明，盐渍化土壤有机质含量低且土壤结构较差，导致农作物品种生长受限，出苗和保苗困难，严重影响农业生产，制约当地经济可持续性发展（Mirlas et al., 2012; Tarolli et al., 2024; Singh et al., 2025）。作物耐盐种质鉴定和新品种选育已成为当前改善盐渍化土地生产力的关键途径。
小麦（Triticum aestivum）是我国三大主粮之一，小麦生产对于保障国家粮食安全具有重要意义（Acevedo et al., 2018）。但是，由于农业生产环境改变和长期人为定向选择，现代小麦品种的遗传多样性丢失严重，耐逆性也在持续下降（Ionescu et al., 2015; Song et al., 2024）。小麦野生近缘物种携带有大量有益基因，是小麦高产、优质、抗逆育种的重要遗传资源（Schachermayr et al., 1995; Kang et al., 2011）。人工合成小麦（synthetic hexaploid wheat, SHW）是通过将四倍体小麦（T. dicoccum, AABB）与节节麦（Aegilops tauschii, DD）杂交并经染色体加倍形成的异源六倍体小麦（杨武云，2024；Jiao et al., 2024；Dreisigacker et al., 2024），在保持与普通小麦相似育种特性的同时，其引入了野生近缘物种的优异基因，显著拓宽了遗传多样性，尤其在抗病、抗逆等性状上表现出独特优势（Muhammad et al., 2016）。相关研究证实，人工合成小麦存在丰富的耐盐基因，这些基因在提高小麦耐盐性中发挥关键作用（Nevo & Chen, 2010）。Nakayama等（2022）研究表明，人工合成小麦具备普通小麦缺乏的耐盐机制，可作为耐盐小麦育种的重要种质资源。
目前，小麦耐盐种质研究仍存在明显不足，包括耐盐种质来源单一，相关研究多集中于普通小麦品种的耐盐性（Yang et al., 2018；孙现军等，2023；茹京娜等，2025），针对特定盐渍化区域的土壤含盐量定制化筛选耐盐种质的研究有限，且人工合成小麦耐盐性系统研究缺乏。本研究以43份人工合成小麦种质为材料，采用水培法对其进行处理，通过测定人工合成小麦种质资源的发芽率、苗长、胚芽鞘长、最大根长、地上部鲜重和地下部鲜重6个关键指标，拟探讨以下问题：（1）中度盐胁迫条件下，人工合成小麦种质资源种子萌发期主要农艺性状的差异；（2）采用灰色关联分析结合聚类分析等方法，对供试人工合成小麦种质在种子萌发期的耐盐性进行综合评价，以筛选优异种质。本研究旨在筛选出耐盐性较强的人工合成小麦种质资源，为后续选育适宜青海等地区中轻度盐渍化土地种植的耐盐小麦新品种提供相应的理论依据和种质基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
43份供试人工合成小麦由25份四倍体小麦与14份节节麦经远缘杂交创制而来。对照材料为青海主栽小麦品种‘高原448’。上述试验材料均保存于青海省作物分子育种重点实验室（表1）。
1.2 试验设计
参照薛文韬（2019）的方法并加以改进研究方法，采用两块A4纸大小的塑料板夹持两张中速滤纸制成的发芽板作为萌发载体（图1）。中速滤纸用于吸收和保持水分或盐溶液。在摆放种子前，所有发芽板均预先浸没于对应处理溶液中30 min，以消除滤纸上的溶质梯度。浸泡后的发芽板垂直插入发芽盒中，每个发芽盒可容纳9块发芽板。为防止水分蒸发，每个发芽盒均使用盒盖密封。
每个发芽盒中安排3个供试材料，每个材料设3块发芽板作为技术重复，每块发芽板均匀摆放30粒籽粒饱满、大小一致的种子。种子在摆放前先用3%（V/V）H2O2溶液消毒30 min，再用超纯水冲洗3次。
本研究选择0.08 mol·L-1 NaCl（含盐量约0.47%）作为胁迫盐浓度，以模拟中度盐渍土的上限盐浓度。采用如下两类对照：（1）处理对照。以超纯水（0 mol·L-1 NaCl）处理作为盐胁迫试验的对照组，用于计算各性状的耐盐指数。（2）品种对照。‘高原448’作为参照品种，对其在超纯水和0.08 mol·L-1 NaCl盐胁迫处理下进行相同试验，与43份人工合成小麦种质同步开展试验。所有试验在设置有昼夜温差（光照期20 ℃、黑暗期15 ℃）和光暗交替周期（16 h光照/8 h黑暗）的人工气候室内完成。
1.3 表型指标测定
处理12 d后，将小麦苗从培养液中取出，轻柔冲洗根系，去除残留营养液并擦干表面水分，随后每个重复随机选择五株进行表型性状测定。统计每个重复的发芽率（germination rate，GR），使用直尺测量苗长（shoot length，SL）、胚芽鞘长（coleoptile length，CL）、最大根长（maximum root length，MRL），地上部鲜重（shoot fresh weight，SFW）和地下部鲜重（root fresh weight，RFW）用万分之一电子天平（BSA224S，德国Sartorius）测定。
1.4 耐盐指数计算
式中：I为耐盐指数；x0为对照条件下测量值；x1为胁迫条件下测量值；为所有种质胁迫下平均值。
1.5 灰色关联度分析
将供试人工合成小麦看成一个灰色系统，每一个品种都是系统中的一个因素，将最优供试材料的各项指标设为参数X0。苗长、胚芽鞘长和最大根长等6个指标分别设定为比较数列X1、X2、···、X6，通过各个比较数列（Xi）与参考数列（X0）的相似程度来判断关联系数和关联度。
表
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供试人工合成小麦详情
Table
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Details of tested synthetic hexaploid wheat
图
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供试材料萌发载体
Fig.
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Germination substrate for tested materials
关联系数计算公式（邓聚龙，2002）：
式中：Ψi(k)是X0和Xi关联系数；|X0(k)-Xi(k)|表示X0数列与Xi数列在k点的绝对值差，mini mink|X0(k)-Xi(k)|为二级最小差值；maxi maxk|X0(k)-Xi(k)| 为二级最大差值；ρ为分辨系数，取值范围为0~1，本研究取0.5，认为同等重要。
加权关联度计算公式：
式中：Wi是根据文献计算的各指标权重值；γi为加权关联度。
1.6 数据分析
使用 Microsoft Excel 对各性状的原始测定数据进行整理与汇总，计算平均值、标准差和变异系数等基础统计参数，为后续统计分析提供数据支持。采用 Origin 2024 软件进行相关性分析，计算皮尔逊相关系数。采用系统聚类分析法对各供试材料的综合评价得分进行聚类，聚类方法选择组间联接法，距离度量方式为平方欧氏距离，并利用SPSS 21.0软件进行分析。
2 结果与分析
2.1 盐胁迫对供试人工合成小麦萌发期各性状的影响
与超纯水处理下的供试人工合成小麦各性状相比，盐胁迫处理下（0.08 mol·L-1NaCl），供试人工合成小麦的大多数材料发芽率、苗长、胚芽鞘长、最大根长、地上部鲜重和地下部鲜重均表现为下降趋势，其中最大根长、地上部鲜重降低幅度较明显，分别为34.02%和30.77%，苗长（27.93%）、发芽率（15.03%）和地下部鲜重（11.11%）次之，胚芽鞘长降低幅度较小，仅为8.05%。盐胁迫处理下，与‘高原448’相比，人工合成小麦的苗长、胚芽鞘长、最大根长和地上部鲜重均提高明显，其中苗长增加较明显，达30%，但发芽率和地下部鲜重低于‘高原448’（表2）。与超纯水处理下供试人工合成小麦各性状变化比较，盐胁迫处理对9号和27号的发芽率、苗长、胚芽鞘长和地上部鲜重，23号、33号和41号的发芽率，2号的最大根长，28号、34号、38号、41号和43号的胚芽鞘长，15号和31号的地上部鲜重的影响较小，部分性状有所增大；不同处理、不同种质及两者的交互效应对各性状的影响均达极显著水平（图2：A-F）。
2.2 供试人工合成小麦萌发期各性状耐盐指数分析
由表3可知，供试人工合成小麦地下部鲜重和地上部鲜重的耐盐指数变异系数较高，分别为59.41%和50.63%，胚芽鞘长的耐盐指数变异系数较低，为28.41%；地下部鲜重的耐盐指数均值较高，为1.05，最大根长的耐盐指数均值较低，为0.70，‘高原448’的发芽率耐盐指数均值较高，为0.98，苗长的耐盐指数均值较低，为0.72，除地下部鲜重外，其余性状的耐盐指数均值均小于1。与‘高原448’相比，人工合成小麦的苗长、胚芽鞘长和地下部鲜重的耐盐指数均较高，29号和30号的所有性状耐盐指数均大于1；31号除发芽率外，其余各性状的耐盐指数均大于1；23号地下部鲜重的耐盐指数达3.48。
表
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供试材料在不同处理下的描述性统计
Table
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Descriptive statistics of tested materials under different treatments
2.3 各性状耐盐指数的相关性分析
各性状耐盐指数相关性分析结果（图3）显示，发芽率与苗长、胚芽鞘长、地上部鲜重和地下部鲜重均呈极显著正相关（P<0.01），而与最大根长的相关性不显著；苗长与胚芽鞘长、最大根长、地上部鲜重和地下部鲜重均呈极显著正相关（P<0.01）；胚芽鞘长与最大根长和地上部鲜重呈极显著正相关（P<0.01）；地上部鲜重与地下部鲜重呈极显著正相关。
2.4 供试人工合成小麦萌发期耐盐性的综合评价
对盐胁迫条件下供试材料萌发期各性状的耐盐指数进行主成分分析，结果表明，第1主成分（PC1）贡献率为60.0%（图4），其中苗长、胚芽鞘长和地上部鲜重的特征向量载荷较大（表4），对主成分的贡献较为显著，尤其以27号、9号和15号表现较明显。以不同性状的主成分贡献和实际变异作为权重来源，采用灰色关联分析法对供试材料的耐盐指数进行综合评价。结果（表4）表明，供试人工合成小麦的苗长所占权重最高，为18.89%，其次为胚芽鞘长，为18.11%，最大根长所占权重最低，仅为13.43%。综合评价结果（表5）表明，排名前十的材料依次为27号（80.66）、9号（76.05）、15号（71.87）、31号（70.89）、28号（68.47）、29号（67.19）、30号（65.06）、37号（60.86）、12号（59.95）和25号（58.88）。
图
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供试材料的萌发及生长性状差异
Fig.
2
Differences in germination and growth traits of tested materials
2.5 盐胁迫条件下各性状聚类分析
对供试材料综合评价得分进行聚类，结果（图5）表明，44份供试材料可分为5类：类群Ⅰ为较耐盐，包含19份材料；类群Ⅱ为极耐盐，包含7份材料，分别为9号、27号、15号、31号、28号、29号和30号；类群Ⅲ为耐盐，包含11份材料；类群Ⅳ为盐敏感，包含6份材料；类群Ⅴ为盐极敏感，包含1份材料，为11号。
3 讨论与结论
青海省盐渍化土地主要集中在柴达木盆地和共和盆地，该地区盐渍化土地多为轻度（土壤含盐量为0.1%~0.2%）或中度盐渍土（土壤含盐量为0.2%~0.4%）（杨劲松，2008；孙兆军，2017；刘小京等，2023），为此本研究针对性选择0.08 mol·L-1NaCl（含盐量约0.47%）作为胁迫浓度，以近似模拟中度盐渍土上限盐浓度。本研究表明，该浓度能有效抑制供试材料的萌发与生长，显著诱导了供试材料对盐胁迫的响应，因此0.08 mol·L-1 NaCl（含盐量约0.47%）可作为筛选耐盐人工合成小麦种质资源的适宜浓度。盐胁迫下9号和27号的发芽率、苗长、胚芽鞘长和地上部鲜重，2号的最大根长有所增大。后续可在柴达木盆地和共和盆地的中轻度盐渍土中设置大田试验，进一步验证本研究鉴定筛选的耐盐种质的实地耐盐效能。
耐盐指数可客观反映供试材料各性状在盐胁迫条件下的耐盐表现，据此分析其耐盐策略（Zafar et al., 2015），不同遗传背景小麦的耐盐策略可能存在差异（Nakayama et al.，2022）。本研究结果表明，在盐胁迫处理下供试人工合成小麦大多数材料的发芽率、苗长、胚芽鞘长、最大根长、地上部鲜重和地下部鲜重均表现为下降趋势，但与‘高原448’相比，人工合成小麦的苗长、胚芽鞘长、最大根长和地上部鲜重均提高明显；供试人工合成小麦各性状的耐盐指数变异系数范围为28.41%~59.41%，其中地下部鲜重的耐盐指数均值较高，为1.05，最大根长的耐盐指数均值较低，仅为0.70；‘高原448’的发芽率耐盐指数均值较高，为0.98，苗长的耐盐指数均值较低，为0.72。这说明供试人工合成小麦在盐胁迫下，更倾向于通过调整根系形态和生长模式来增强盐胁迫适应性，表现为主根缩短而地下部鲜重增加，呈现典型的“根系补偿型”耐盐策略，而‘高原448’则更依赖于盐胁迫下强大的种子发芽活力，以确保早期生长成功，呈现典型的“发芽优先型”策略。Ma等（2024）研究发现，干旱胁迫条件下拟南芥根系中TOR转录因子可使PIN2磷酸化以维持蛋白稳定，调节细胞发育向地性，优先促进根的伸长；Chen等（2020）研究发现，在盐胁迫下棉花种子中的褐色素可以降低ABA含量，提高GA含量，从而解除ABA对种子萌发的抑制作用，增加GA含量，优先促进种子发芽。人工合成小麦“根系补偿型”耐盐表型的分子机制是否与上述研究相似，尚需进一步深入研究。
表
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供试材料各性状耐盐指数比较
Table
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Comparison of salt tolerance indices for different traits among tested materials
注：GR. 发芽率; SL. 苗长; CL. 胚芽鞘长; MRL. 最大根长; SFW. 地上部鲜重; RFW. 地下部鲜重; SD. 标准差; CV. 变异系数; SHW. 人工合成小麦。
Note: GR. Germination rate; SL. Shoot length; CL. Coleoptile length; MRL. Maximum root length; SFW. Shoot fresh weight; RFW. Root fresh weight; SD. Standard deviation; CV. Coefficient of variation; SHW. Synthetic hexaploid wheat.
图
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各性状耐盐指数的相关性分析
Fig.
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Correlation analysis of salt tolerance indices for various traits
图
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各性状耐盐指数的主成分分析
Fig.
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Principal component analysis of salt tolerance indices for various traits
表
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供试材料各指标权重及排名
Table
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Weight and rank of each index of test materials
表
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供试材料综合评价得分及排名
Table
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Comprehensive evaluation scores and rankings of test materials
图
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基于耐盐性综合评价得分的聚类分析结果
Fig.
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Cluster analysis result based on comprehensive salt tolerance scores
基于熵权法的灰色系统理论能够将具有不同量纲、代表不同类型和物理含义的指标进行标准化处理，最大程度反映被评价对象的真实水平；同时，综合评价指标体系中各指标权重，尽可能地排除了人为因素的影响（何文章等，1999；韩晓等，2002；田民等，2008）。本研究结果表明，供试人工合成小麦的苗长所占权重最高，为18.89%，其次为胚芽鞘长，为18.11%。综合评价排名前十的材料依次为27号、9号、15号、31号、28号、29号、30号、37号、12号和25号。人工合成小麦的耐盐特性可能与其不同类型的四倍体亲本有关（Nevo & Chen, 2010）。本研究结果表明，44份供试材料可分为5类，以栽培二粒小麦为母本创制的全部9份人工合成小麦材料主要分布在类群Ⅰ（较耐盐类群）和Ⅱ（极耐盐类群）中，综合评价前十的材料类群Ⅱ包含7份，分别为9号、27号、15号、31号、28号、29号和30号，上述耐盐人工合成小麦新种质可作为青海等地区中度盐渍土小麦耐盐育种的优异种质资源，同时后续可考虑以栽培二粒小麦为母本系统创制更多人工合成小麦用于耐盐新种质的鉴定和评价。
本研究在青海高原略高于中度盐渍土盐胁迫条件下系统评价了43份人工合成小麦种子萌发期耐盐性差异，鉴选出了适宜当地种植的人工合成小麦耐盐种质。本研究结果表明，盐胁迫条件下，人工合成小麦在苗长、胚芽鞘长、最大根长和地上部鲜重等大多数性状上整体均优于对照品种‘高原448’，但在发芽率和地下部鲜重两个性状上则低于‘高原448’。苗长、胚芽鞘长和地上部鲜重对耐盐性评价具有较强指示作用，其权重分别为18.89%、18.11%和17.95%。耐盐性综合评价指数高于‘高原448’的人工合成小麦材料共有14份，其中综合评价指数最高的3份材料分别为27号、9号和15号。类群Ⅱ中包含了种子萌发期最耐盐的7份人工合成小麦种质，分别为27号、9号、15号、31号、28号、29号和30号。这些人工合成小麦耐盐新种质可为后续选育适宜青海等地区中轻度盐渍化土地种植的耐盐小麦新品种、解析小麦耐盐分子机制提供理论依据和种质基础。