灌溉盐分对不同藜麦基因型种子产量和品质的影响：探寻干旱地区农业可持续发展的关键

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《Agricultural Water Management》：Effect of irrigation salinity on yield and quality of seeds in different quinoa genotypes

【字体：大中小】 时间：2025年03月10日 来源：Agricultural Water Management 5.9

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　　为探究盐渍灌溉和基因型变异对藜麦生产力和品质的影响，研究人员以 11 种藜麦基因型为材料开展研究。结果表明，基因型影响大于灌溉，部分基因型在盐渍下产量增加。该研究为干旱地区农业可持续发展提供依据。

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　　藜麦，这种被誉为 “粮食之母” 的作物，在应对全球粮食安全挑战中逐渐崭露头角。沙漠占据了地球约三分之一的陆地面积，在过去十年里，可持续沙漠农业成为农业研究的重点领域。然而，干旱地区的农业面临着诸多严峻挑战，高温炙烤着大地，土壤肥力匮乏，土壤和水源的盐碱化问题更是突出，这些都严重制约了农作物的生长。在这样的背景下，寻找适应这些恶劣环境的作物并探究其在盐碱水灌溉条件下的生长特性，对干旱地区农业的可持续发展至关重要。

藜麦（Chenopodium quinoa Willd.）作为一种出色的兼性盐生植物，对干旱环境有着良好的适应性，能抵抗干旱、高温和盐碱等多种非生物胁迫。在中东、北非和中亚的干旱地区，土壤和水的盐碱化日益成为农业生产的关键限制因素，藜麦被视为维持农场生产力的备选作物，具有巨大的发展潜力。然而，目前关于盐渍对藜麦种子质量影响的研究较少，且对于盐渍影响与基因型变异的相对重要性以及两者之间的潜在相互作用也知之甚少。同时，虽然已有研究对藜麦叶片的碳、氮同位素进行了分析，但对种子中这些同位素的研究还很匮乏，其作为表型性状的潜在重要性也有待深入探索。为了填补这些知识空白，来自国际中心（International Center for Biosaline Agriculture，ICBA）的研究人员开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Agricultural Water Management》上。

研究人员选择了 11 种来自不同地区的藜麦基因型，包括 Ames - 13215、Ames - 13757、ICBA - Q1 等，在阿联酋迪拜的 ICBA 田间设施进行了实地试验。实验土壤为砂质土，具有中度碱性（pH 8.2），孔隙度 45%，碳酸钙含量 55%，初始盐度为 1.2 dS m?1。在种植前，研究人员通过添加混合粪肥（40 Mg ha?1）来改善土壤的有机质和肥力，并在种植后的不同阶段施加尿素（40 kg ha?1）和 NPK（20:20:20，30 kg ha?1）。藜麦于 2018 年 10 月 15 日播种，在生长初期使用淡水（1 dS m?1）滴灌促进发芽，之后设置淡水（1 dS m?1）和盐水（15 dS m?1）两种灌溉处理，实验设计为随机完全区组，每个基因型设置三个重复。

在实验过程中，研究人员测定了多种指标。利用元素分析仪（Elemental Analyzer，EA）与同位素比率质谱仪（Isotope Ratio Mass Spectrometer，IRMS）联用技术，测定种子中的总氮含量以及稳定碳（¹³C/¹²C）和氮（¹⁵N/¹⁴N）比率；通过电感耦合等离子体发射光谱法（Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry，ICP - OES）和电感耦合等离子体质谱法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICP - MS）测定种子中的矿物质含量；采用高压毛细管电泳结合激光诱导荧光检测技术测定种子中多种氨基酸的含量；运用统计分析方法，包括方差分析（Analysis of Variance，ANOVA）、主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）等，探究盐度、基因型及其相互作用对各指标的影响。

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研究结果显示：

盐度和基因型对农艺形态性状的影响：盐度显著降低了种子产量、生物量、株高、千粒重以及从播种到开花和成熟的天数。基因型对所有性状均有显著影响，且通常大于盐度的影响。在不同灌溉条件下，各基因型表现出明显差异。例如，Ames - 13757 在两种灌溉条件下均具有较高的种子产量和生物量，而 Ames - 13215 和 Puno 在盐渍条件下产量较低。
盐度和基因型对氮含量和同位素特征的影响：盐度显著增加了种子中碳（δ¹³C）和氮（δ¹⁵N）同位素组成以及氮含量。基因型变异和基因型与灌溉条件的相互作用对 δ¹³C 和 δ¹⁵N 有显著影响。不同基因型在不同灌溉条件下的 δ¹³C 和 δ¹⁵N 值存在差异，如 ICBA - Q5 在盐渍条件下 δ¹³C 较低，而 Ames - 13215 和 Puno 在盐渍条件下 δ¹⁵N 较高。
盐度和基因型对氨基酸含量的影响：盐度对部分必需氨基酸含量影响较小，如 His、Met、Phe 和 Val，但略微降低了 Ile、Leu 和 Thr 的含量。基因型对除 Val 和 Thr 外的所有氨基酸含量均有显著影响，且基因型与灌溉条件的相互作用对多数氨基酸也有显著影响。不同基因型在不同灌溉条件下的氨基酸含量表现不同，如 NSL - 106399 和 ICBA - Q3 在盐渍条件下氨基酸含量较高。
盐度和基因型对矿物质含量的影响：盐度显著增加了种子中 Mn、Zn 和 S 的含量，对 K、Mg、P 和 Fe 含量无显著影响，但显著增加了 Na 含量，降低了 K/Na 比值。基因型对所有矿物质含量均有显著影响，且基因型与盐度的相互作用对 Mg、Mn、P、Zn 和 S 也有显著影响。不同基因型在不同灌溉条件下的矿物质含量存在差异，如 Ames - 13215 在不同灌溉条件下 K 含量较高，而 NSL - 106399 在淡水灌溉下 Na 含量较低。
农艺生理性状与氨基酸和矿物质含量的关系：PCA 分析表明，在不同灌溉条件下，农艺生理性状、氨基酸和矿物质性状之间存在显著关系。例如，在控制条件下，种子产量与生物量呈正相关，与开花天数、成熟天数和 δ¹³C 呈负相关；在盐渍条件下，种子产量与生物量、千粒重呈正相关，与开花天数、成熟天数、δ¹³C 和 δ¹⁵N 呈负相关。
总体基因型差异：通过多元线性回归（Stepwise）分析发现，δ¹³C 是解释不同灌溉条件下种子产量变异的关键性状。聚类分析表明，在不同灌溉条件下，各基因型的表现存在明显差异，Ames - 13757 表现较好，而 Ames - 13215 和 Puno 表现较差。

综合研究结果和讨论，该研究表明藜麦的盐生特性使其在盐渍灌溉下对种子产量和其他农艺性状的影响相对较小，部分基因型如 ICBA - Q5 在盐渍条件下产量和生物量甚至有所增加。基因型对产量、农艺性状、必需氨基酸和大多数矿物质（除锌外）的影响比灌溉更大，且基因型与环境的相互作用对种子产量、生物量和千粒重的影响不显著。在表型分析方面，δ¹³C、δ¹⁵N 和生长周期可作为筛选高产基因型的有用指标。此外，盐渍灌溉并未对种子矿物质和氨基酸含量产生负面影响，部分矿物质（如锌）含量在盐渍条件下增加，表明盐渍灌溉可能提升藜麦的营养价值。该研究强调了藜麦在阿联酋盐碱水灌溉农业中的适用性，突出了选择合适品种对提高产量和品质的重要性，为干旱地区农业可持续发展提供了重要的理论依据和实践指导，对未来干旱地区农业发展具有重要的参考价值。

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