玉米遺傳多樣性分析及耐鹽種質篩選

馮艷+周蓉+付蓉+董瑞濤+趙富胤+孟巾果+劉亞泰+張咪+汪保華+李平

摘要：對24份玉米材料的萌芽期、苗期進行耐鹽性鑒定，考察被試材料的發芽率、苗情、出苗天數、株高、鮮（干）質量、含水量、種子活力等指標。結果表明，鹽脅迫下苗情與種子活力無相關性，與其他指標均達顯著水平。以苗情分級與各指標方差分析結果進行綜合評定，鑒定出了24份材料的耐鹽性。運用聚類分析法，將24份材料的耐鹽表型性狀進行聚類，結果表明聚類結果與綜合評價的耐鹽性相一致，其中高耐的占25.0%，鹽敏感的占29.2%。運用40對SSR引物對24份材料進行遺傳多樣性分析，24份材料的相似系數在0.71～0.91之間，共分成3大類，平均距離較近，表明這24份材料的遺傳距離狹窄。結合遺傳多樣性結果與耐鹽聚類結果，為優秀親本的選擇和優勢組合的預測及耐鹽資源的合理利用提供了基礎資料。

關鍵詞：玉米；耐鹽；聚類分析；遺傳多樣性

中圖分類號： S513.03 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）07-0059-03

土壤鹽漬化是一個世界性的資源問題和生態問題，是嚴重影響植物生長發育的非生物脅迫因子之一[1]。土壤鹽漬化問題很嚴重，而且隨著人口數量的不斷增加，陸地淡水資源總量的不斷減少，這些加重了土壤鹽漬化。此外土壤鹽漬化總是發生在干旱、半干旱地區[2]，導致治理鹽漬化問題難上加難。中國鹽漬土總面積約1億hm2，其中現代鹽漬化土壤約0.37億hm2，潛在鹽漬化土壤約0.17億hm2[3]，在開發利用鹽堿地的各項技術措施中，培育并栽種耐鹽作物成為最經濟最有效的改良途徑[4]。玉米耐鹽性鑒定是玉米種質資源鑒定評價、耐鹽品種選育以及耐鹽機制研究的基礎，通過耐鹽性鑒定可以篩選出供玉米耐鹽育種的種質資源或直接用于玉米生產的新品種。玉米對鹽中度敏感，湯華等通過研究發現，玉米的株高、地上部和根系鮮質量都與鹽濃度呈負相關，且達極顯著水平，因而可以作為玉米苗期耐鹽性鑒定的指標[5]；葉片枯萎率也是評價苗期耐鹽力的常用指標之一[6] 。我國玉米的種質資源比較狹窄，為了豐富我國玉米耐鹽品種的遺傳多樣性，本試驗對從美國引進的玉米自交系進行耐鹽性鑒定評價，為我國玉米耐鹽鑒定、耐鹽育種和耐鹽機制等研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

玉米先玉335、鄭單958以及引自美國的21份自交系和一份衍生F1代（表1）。

1.2 玉米苗期耐鹽性鑒定指標

根據前期玉米苗期耐鹽性鑒定的研究，以室內盆栽鑒定方式，以NaCl溶液濃度250 mmol/L時的出苗天數、發芽率、株高、干質量（鮮質量）變化率及苗情作為玉米苗期耐鹽性鑒定的形態指標。隨機選取各個材料飽滿一致的玉米種子，經0.1%次氯酸消毒10 min，清水洗凈后置于質量相同的營養土中，澆灌250 mL的鹽水，以等量清水為對照，密封栽培盒，于植物生長室中培養，晝夜溫度為（25±2） ℃/（20±2） ℃，光照時間12 h/d，相對濕度60%～80%。每日上午10：00通氣10 min并記錄出苗情況，待幼苗長至盒蓋，除去密封蓋，并分別澆灌鹽水及清水。每個材料6個重復。待生長至3葉1心時，繼續處理7 d，測定各項指標。

1.3 基因組DNA提取及SSR分析

取苗期玉米葉片按李新海等的方法提取玉米基因組DNA，選用28對SSR引物進行材料遺傳多態性分析[7]。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 出苗率=（出苗數/播種粒數）×100%；

鮮（干）質量變化率=（對照質量-處理質量）/對照質量×100%；

含水量=（鮮質量-干質量）/鮮質量×100%；

發芽指數=∑（規定時間內的發芽種子數/相對應的發芽天數）；

活力指數=發芽指數×平均苗長。

1.4.2 苗情分級 按付艷等的方法[8]將玉米苗期耐鹽性分為5類。

1.5 數據分析

用SPSS Duncan檢驗法對數據進行方差分析；聚類分析用NTY2.0軟件處理；SPSS軟件對數據進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 玉米苗期表型數據的統計分析

根據室內苗期鑒定指標，對苗情與各指標作相關性分析，由表2可看出，株高、鮮質量、干質量、含水量與苗情相關性達極顯著，活力指數與苗情相關性不顯著。以株高、鮮（干）質量、含水量、苗情為耐鹽性參考指標，考查各材料的耐鹽性，方差分析見表3。由表2、表3可知，24份材料在鹽處理下大多指標間具有統計學意義，24份材料耐鹽性存在明顯差異。

2.2 材料耐鹽性比較及綜合評價

本試驗采用多指標的綜合評價法[9]，依據干質量、鮮質量、株高、含水量、苗情的多重比較結果進行賦值a=1，b=2，c=3，以此類推，計算均值，均值低的耐鹽性強。由表4可鑒定24份材料的耐鹽性，其中高耐的占25.0%，鹽敏感的占29.2%。

2.3 SSR基因型聚類結果

24份材料在相似系數0.72處被分為3大類（圖1），其中，15（S8324）與16（SX4321）最為相近，相似系數高達0.91，3（PHWG5）與4（PHJ31）2個材料獨立構成一類，與其他材料親緣關系較遠，此2個材料間相距也較遠，相似系數只有0745。其中，24（F1）與其親本1（PHW03）及20（LH65）被聚為一類，相似系數分別達0.87和0.82。大多材料親緣關系較近，平均在0.77處。

2.4 鹽處理下24份材料耐鹽表型性狀聚類結果

以材料在鹽處理下的成活率、出苗天數、株高、干質量、鮮質量、發芽指數、含水量這7個指標構建耐鹽表型聚類樹狀圖（圖2），24份材料在相似系數0.37處被分為了2大類。其中，在第一類中，除17號材料外，其他都為耐鹽品系，且1號材料與22號材料相似系數最高，達0.94。在第二大類中，鹽敏感材料20號與中耐鹽材料9號相似系數最高，達0.94；鹽敏感材料14號與中耐材料11號被聚為一類，相似系數為0.91。

3 討論

根據種子萌發與苗期耐鹽試驗可知，種子活力指數與苗情相關性不顯著，不能作為苗期耐鹽鑒定指標。然而，同一植物品種在不同生育期耐鹽性存在差異，本試驗結果與董志剛等發現芽苗期和幼苗期番茄耐鹽性有所不同[10]相一致。試驗中諸多材料表現苗期耐鹽性強，在萌芽期卻受極顯著抑制，因此，將芽期耐鹽性與苗期耐鹽性聚合到同一個材料中是耐鹽性玉米新種質資源創造的目標之一[9]。植物相對耐鹽性在萌發期、幼苗期和成株期可能會不同，因此玉米耐鹽性的研究，還需要對玉米整個生長過程各個時期進行全面考察。

單一指標難以全面準確地反映植物耐鹽性的強弱[11-15]。本研究中測定的8個指標，苗情與株高、干質量、鮮質量、含水量這些指標均成顯著相關性。方差分析表明，這些指標雖都能從不同角度反映種質材料的耐鹽性，但各指標對材料耐鹽性的評價結果并不一致，所以在評價玉米耐鹽性時選用綜合評價極其重要。這與前人提出的植物資源耐鹽性鑒定，不能使用單一指標，而應對多個指標進行綜合評價才能準確反映植物耐鹽性的觀點[11-15]是一致的。

本研究中用SSR標記和聚類分析，從分子水平上對24份玉米耐鹽相關材料進行遺傳差異分析，結果表明多數材料的遺傳相似性較高，說明這批材料遺傳基礎狹窄，主要原因是這批自交系均來自美國選育的優秀自交系，遺傳背景有很大相似性。在玉米育種中應選擇遺傳相似系數較小的作為雜交組合。從圖1來看，一些耐鹽性高的材料在類群中分布比較集中，如二類中的5、7、10、8等4份材料中，5、7、8在耐鹽表型形狀中也同屬一類，三類中3、4獨立成為一類，在耐鹽表型分析中也被聚為一類，耐鹽級別也相同，表明可以從分子角度反映材料的耐鹽特性和遺傳關系。但是，材料15與16遺傳相似系數最高，而15屬于中耐，16屬于高敏材料，而在表型聚類中，材料15與材料16相似度不高，部分這樣現象可能因為這些基因和耐鹽性及耐鹽表型關系不大。SSR標記的聚類結果與24份材料耐鹽性綜合評價及耐鹽表型聚類結果基本一致，表明玉米耐鹽性具有遺傳效應。基因從表達到表現性狀是一個復雜過程，將表型耐鹽性狀與分子標記結合起來，對于優秀親本的預測有幫助。本試驗中各材料在萌芽期與苗期耐鹽性的差異，為我們組配高耐鹽品種提供了理論參考。

參考文獻：

[1]Yokoi S，Quintero F J，Cubero B，et al. Differential expression and function of Arabidopsis thaliana NHX Na+/H+ antiporters in the salt stress response[J]. The Plant Journal，2002，30（5）：529-539.

[2]呂貽忠，李保國.土壤學[M]. 北京：中國農業出版社，2006：356-357.

[3]Botía P，Navarro J M，Cerdá A，et al. Yield and fruit quality of two melon cultivars irrigated with saline water at different stages of development[J]. European Journal of Agronomy，2005，23（3）：243-253.

[4]李 彥，張英鵬，孫 明，等. 鹽分脅迫對植物的影響及植物耐鹽機理研究進展[J]. 中國農學通報，2008，24（1）：258-265.

[5]湯 華，柳曉磊，羅秋蕓. 玉米耐鹽早期篩選體系的初步研究[J]. 海南大學學報：自然科學版，2007，25（2）：169-172，176.

[6]馮方劍. 棉花不同時期抗旱機制的研究及抗旱相關性狀遺傳分析[D]. 烏魯木齊：新疆農業大學，2011.

[7]李新海，袁力行，李曉輝，等. 利用SSR標記劃分70份我國玉米自交系的雜種優勢群[J]. 中國農業科學，2003，36（6）：622-627.

[8]付 艷，高樹仁，王振華. 玉米種質苗期耐鹽性的評價[J]. 玉米科學，2009，17（1）：36-39，50.

[9]馮 艷，江 鵬，王亞峰，等. 玉米種質資源親緣關系的分子標記鑒定及其耐鹽性評價[J]. 中國農學通報，2013，29（33）：79-84.

[10]董志剛，程智慧. 番茄品種資源芽苗期和幼苗期的耐鹽性及耐鹽指標評價[J]. 生態學報，2009，29（3）：1348-1355.

[11]方先文，湯陵華，王艷平. 耐鹽水稻種質資源的篩選[J]. 植物遺傳資源學報，2004，5（3）：295-298.

[12]賈亞雄，李向林，袁慶華，等. 披堿草屬野生種質資源苗期耐鹽性評價及相關生理機制研究[J]. 中國農業科學，2008，41（10）：2999-3007.

[13]申玉香，喬海龍，陳 和，等. 幾個大麥品種（系）的耐鹽性評價[J]. 核農學報，2009，23（5）：752-757.

[14]李 源，劉貴波，高洪文，等. 紫花苜蓿種質耐鹽性綜合評價及鹽脅迫下的生理反應[J]. 草業學報，2010，19（4）：79-86.

[15]姜 珊，張文輝，劉新成.3種園林樹木種子萌發期耐鹽性研究[J]. 西北植物學報，2009，29（4）：733-741.