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藜麦（Chenopodium quinoa Willd.）在盐胁迫环境中的农艺、产量与品质性状研究及其与产量稳定性的关系

该研究由M. Iftikhar Hussain等多位作者共同完成，主要作者分别来自国际生物盐农业中心（ICBA）、西班牙维戈大学、意大利地中海大学、瑞典农业大学、中国科学院成都生物研究所及阿联酋联合酋长国大学。研究于2020年12月发表在《Plants》期刊上。

学术背景

藜麦（Chenopodium quinoa Willd.）是一种耐盐作物，近年来因其高营养价值和对多种非生物胁迫的抗性而备受关注。然而，在盐碱化边际土壤环境中，藜麦的生长、发育和产量表现尚未得到充分研究。本研究旨在探讨不同藜麦基因型在盐胁迫下的适应机制，评估其产量稳定性，并分析种子蛋白含量的变化。研究特别关注了阿联酋迪拜沙漠地区的砂质贫瘠土壤环境，试图筛选出适合当地种植的高产且稳定的藜麦品种。

研究方法

实验设计

研究包括三个主要步骤：实验设置、数据收集与分析。 1. 实验地点与材料
实验在阿联酋迪拜的国际生物盐农业中心（ICBA）研究站进行。研究选择了六个藜麦基因型（Q18、Q21、Q22、Q29、Ames13761 和 NSL106398），这些基因型均来源于智利沿海地区。实验采用随机完全区组设计，分为三个盐度处理（0、10 和 20 dS m⁻¹ NaCl），每个处理重复三次。

1. 实验过程
   
   • 土壤准备与播种：实验土壤为排水良好的粗砂土，播种前施用有机肥料（40 t ha⁻¹）和化学肥料（NPK 20:20:20）。
     
   • 灌溉系统：使用滴灌系统，分别供应不同盐度的灌溉水，从幼苗期（一个月后）持续到籽粒灌浆期。
     
   • 数据采集：记录植物形态学参数（株高、分枝数、穗数、穗长）、生理性状（叶片碳氮含量）、产量性状（种子产量、干物质重量）以及品质性状（籽粒蛋白含量）。
     
   • 数据分析：通过方差分析（ANOVA）和一般线性模型（GLM）评估基因型与盐度处理之间的交互作用，并计算静态环境方差（S²）和动态Wricke生态值（W²）以评估产量稳定性。

数据分析

研究采用了SPSS软件进行统计分析，包括Tukey HSD检验和Pearson相关分析。此外，还通过静态环境方差（S²）和动态Wricke生态值（W²）评估了不同基因型的产量稳定性。

主要结果

形态学与生理学特性

1. 株高与分枝数
   随着盐度增加，株高显著下降，其中Ames13761基因型表现出最高的株高（120.44 cm），而Q22基因型最矮（73.33 cm）。分枝数也随盐度增加而减少，Q18基因型具有最多的分枝数（19.0个/株）。

2. 穗数与穗长
   盐度处理显著减少了每株的穗数和平均穗长。Q18基因型的穗数最多（17.44个/株），而Ames13761最少（10.56个/株）。穗长方面，Ames13761、Q21和Q29基因型表现出最长的穗长（分别为20.78 cm、19.89 cm和18.78 cm）。

3. 干物质重量与产量
   干物质重量在盐度处理下未显著变化，但种子产量显著下降。Q21和Ames13761基因型表现出最高的种子产量（分别为2.30 t ha⁻¹和1.77 t ha⁻¹），而Q18基因型最低（1.27 t ha⁻¹）。

品质性状

1. 叶片碳氮含量
   叶片碳含量（C%）和氮含量（N%）在不同基因型间存在显著差异。Q21基因型具有最高的碳含量（27.82%），而NSL106398基因型具有最高的氮含量（2.23%）。

2. 籽粒蛋白含量
   籽粒蛋白含量在盐胁迫下显著提高，其中NSL106398基因型表现出最高的蛋白含量（13.9 mg/g DW），而Q29基因型最低（8.76 mg/g DW）。

产量稳定性

通过静态环境方差（S²）和动态Wricke生态值（W²）评估，Q18基因型表现出最高的产量稳定性，而NSL106398基因型则表现出较高的动态稳定性。

结论与意义

该研究揭示了不同藜麦基因型在盐胁迫环境中的适应机制，筛选出了适合阿联酋迪拜沙漠地区种植的高产且稳定的藜麦品种（如Q21和Ames13761）。研究结果表明，盐胁迫显著影响藜麦的形态学、生理学和产量性状，但某些基因型表现出较强的耐盐性和产量稳定性。这为未来在盐碱化边际土壤中推广藜麦种植提供了科学依据。

研究亮点

1. 重要发现

   • Q21和Ames13761基因型在盐胁迫下表现出较高的种子产量和稳定性。
     
   • NSL106398基因型在盐胁迫下表现出最高的籽粒蛋白含量。
     

2. 方法创新

   • 使用静态环境方差（S²）和动态Wricke生态值（W²）综合评估产量稳定性。
     
   • 结合形态学、生理学和品质性状全面分析藜麦的耐盐机制。

3. 特殊性

   • 研究对象为智利沿海地区的藜麦基因型，首次在阿联酋迪拜沙漠环境中进行了系统的盐胁迫评估。

其他价值内容

研究还强调了藜麦作为高营养作物在盐碱化边际土壤中的潜在应用价值，建议通过合理施肥和灌溉管理进一步提高其适应性和产量。