13份玉米自交系的耐堿性評價

邸宏，劉學(xué)

（1．黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)寒地作物種質(zhì)改良與栽培重點實驗室，黑龍江大慶1633192；2．東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

13份玉米自交系的耐堿性評價

邸宏1，2，劉學(xué)2

（1．黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)寒地作物種質(zhì)改良與栽培重點實驗室，黑龍江大慶1633192；2．東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

為明確不同玉米骨干自交系的耐堿性級別，從中選出適合創(chuàng)制遺傳分析群體的親本，同時篩選簡便高效的玉米耐堿性鑒定方法，以分屬不同類群的13份骨干玉米自交系為試材，采用盆栽種植Na2CO3溶液澆灌方法，檢測苗期的表型和生理生化指標(biāo)及全生育期產(chǎn)量，比較苗期表型指標(biāo)檢測法、標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)賦予權(quán)重法和全生育期產(chǎn)量表現(xiàn)評價法3種方法的綜合評價結(jié)果。結(jié)果表明，綜合3種評價方法鑒定結(jié)果，P138屬于高度耐堿材料，B73和鄭58屬于耐堿材料，K10、東46、黃早四和齊319屬于中度耐堿材料，合344、東156、U8112和龍抗11屬于堿敏感材料，吉853和Mo17屬于堿高度敏感材料；苗期利用苗情、株高、干重和鮮重變化率4個表型指標(biāo)評價的結(jié)果與全生育期產(chǎn)量鑒定評價結(jié)果呈極顯著正相關(guān)，苗期表型指標(biāo)評價方法操作簡便，試驗周期短，是較好的玉米耐堿性鑒定方法。

玉米；耐堿性；自交系

全球鹽堿土面積約占耕地總面積的20%，我國現(xiàn)有鹽堿地面積約1億hm2，占國土總面積的10．3%，其中東北糧食主產(chǎn)區(qū)尤其是黑龍江省松嫩平原西部的大慶、齊齊哈爾、綏化肇東等地區(qū)鹽堿化更為嚴(yán)重［1－3］。玉米對鹽堿中度敏感，加之生殖障礙和遺傳資源狹窄，通過常規(guī)育種方法提高玉米的耐鹽堿能力十分有限。堿害是鹽堿地重要的限制因素之一，因此研究玉米的耐堿機(jī)制、分離重要的耐鹽基因、培育耐堿玉米新品種，對于全球農(nóng)業(yè)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境改善都具有重要意義，而這些研究工作必須首先創(chuàng)建適合的遺傳研究群體和準(zhǔn)確的耐堿性鑒定方法。

目前關(guān)于玉米種質(zhì)資源耐堿性評價的文獻(xiàn)相對較少，常用的耐堿性鑒定方法主要有發(fā)芽期篩選法、苗期盆栽鑒定法、大田鑒定法等［4－7］，采用的評價指標(biāo)包括發(fā)芽率、幼苗表型、生理生化指標(biāo)及產(chǎn)量等。上述研究方法中盆栽鑒定能夠最大限度地保證環(huán)境條件的一致性，而產(chǎn)量表現(xiàn)是公認(rèn)的鑒定指標(biāo)。研究者利用的鑒定方法不一致，往往導(dǎo)致同一材料耐性級別不同，給同類研究之間的比較帶來不便。為明確玉米骨干自交系的耐堿性級別，篩選簡便高效的玉米耐堿性鑒定方法，筆者等以13份不同類群的骨干玉米自交系為材料，采用盆栽鑒定方法，結(jié)合苗期耐堿性相關(guān)表型指標(biāo)、生理生化指標(biāo)和全生育期產(chǎn)量測定結(jié)果綜合評價其耐堿性，旨在篩選出耐堿性差異顯著且符合雜種優(yōu)勢模式的自交系，用于下一步創(chuàng)制耐堿性遺傳分析群體，同時篩選簡便高效的玉米耐堿性鑒定方法，用于玉米資源鑒定和遺傳分析中的表型檢測。

1材料與方法

1．1試驗材料

選擇13份分別來自Lancaster、BSSS、SPT、 PA、PB和地方種質(zhì)的玉米骨干自交系為供試材料［8］，其中，B73耐鹽堿［5］，作為耐堿性鑒定的對照材料。種子均為2013年10月收獲，并采用《國家種子檢驗規(guī)程》中GB／T3543．4－1995技術(shù)規(guī)定的發(fā)芽方法進(jìn)行發(fā)芽試驗［9］，測定原始發(fā)芽率均為90%以上（表1），供試材料均由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所提供。

表1 13份供試玉米自交系的系譜來源及原始發(fā)芽率Table 1 Pedigree and original germination rate of thirteen maize inbred lines

1．2試驗方法

試驗分為苗期和全生育期耐堿性鑒定，處理和對照均按照隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，每個重復(fù)30株幼苗。

1．2．1苗期表型指標(biāo)檢測法 選取飽滿一致的供試玉米材料種子，用10g／L次氯酸鈉消毒20min，滅菌蒸餾水沖洗3遍，待種子萌發(fā)后將其移至裝有蛭石的塑料盆中培養(yǎng)幼苗，每盆定苗10株，幼苗長至3葉一心期，每天用含35mmol／L Na2CO3的1／2 Hoagland溶液處理（屬于中高度堿脅迫），以1／2 Hoagland營養(yǎng)液澆灌為對照。澆灌量為蛭石持水量的2倍，持續(xù)處理7d。每處理結(jié)束時隨機(jī)選擇8株幼苗，觀察幼苗表現(xiàn)，測定株高、干重、鮮重、含水量，并計算指標(biāo)堿脅迫與正常營養(yǎng)液處理的變化率。采用相關(guān)分級標(biāo)準(zhǔn)［6］（表2）進(jìn)行耐堿性分級。

表2 玉米苗期耐堿性評價標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The evaluation standard for alkali tolerance of maize seedlings

1．2．2標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)賦予權(quán)重法 采用上述同樣方式Na2CO3溶液脅迫處理幼苗7d，測定株高、干重、鮮重、含水量、丙二醛、脯氨酸和葉綠素含量［4－5］，利用標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)賦予權(quán)重法進(jìn)行各指標(biāo)耐鹽性綜合評價［6］。首先運用隸屬函數(shù)對各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

式中，Xj表示j指標(biāo)的測定值，Xmax、Xmin分別為j指標(biāo)的最大值和最小值。

然后采用標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)法計算標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)Vj：

歸一化后得到各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)Wj：

最后計算各材料的耐鹽性綜合評價值D值（D值越大表明該材料耐鹽性越強(qiáng)）：

式中，D值為各材料在鹽脅迫下用綜合指標(biāo)評價所得的耐堿性綜合評價值。根據(jù)各材料各指標(biāo)的隸屬度對材料進(jìn)行聚類分析，通過聚類分析結(jié)果對材料進(jìn)行耐堿性分級。

1．2．3全生育期檢測方法 精選飽滿一致供試玉米材料種子，采用盆栽種植的方式播種于體積約為30L（規(guī)格）的塑料桶內(nèi)，每桶播3～5粒種子，播后澆水至有水滲出，出苗后每桶保留1株。從3葉一心期開始用35mmol／L Na2CO3溶液灌澆處理，以清水灌澆為對照。保持土壤含水量不低于田間持水量的55%，3d澆灌1次，直至成熟。收獲后每份材料隨機(jī)取5穗，待籽粒含水量降至14%測量平均穗重。根據(jù)各材料在堿處理條件下的產(chǎn)量，參照柳斌輝等［7］的方法計算其耐堿指數(shù)，并進(jìn)行耐堿性分級，耐堿指數(shù)≥1．20為高耐，1．00～1．19為耐堿，0．80～0．99為中耐，0．60～0．79為敏感，耐堿指數(shù)≤0．59為高感。

2結(jié)果與分析

2．1苗期表型性狀法評價的玉米自交系耐堿性

從表3看出，苗期堿脅迫下，各玉米自交系材料間株高變化率、干重變化率和鮮重變化率差異顯著。根據(jù)苗期耐堿性評價標(biāo)準(zhǔn)，玉米自交系P138、B73和鄭58的耐堿級別為2級，屬于耐堿材料；K10、東46、黃早四和齊319的耐堿級別為3級，屬于中度耐堿材料；合344、東156、U8112、吉853和龍抗11的耐堿級別為4級，屬于堿敏感材料；Mo17的耐堿級別為5級，屬于堿高度敏感材料。

進(jìn)一步對苗情及株高、干重和鮮重變化率4個評價指標(biāo)的鑒定結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，以明確上述評價指標(biāo)的選擇是否科學(xué)合理以及指標(biāo)之間的關(guān)系。結(jié)果（表4）表明，4個指標(biāo)間存在著極顯著的正相關(guān)，其中，鮮重變化率與株高變化率及干重變化率的相關(guān)系數(shù)最大，均為0．970；苗情與鮮重變化率的相關(guān)系數(shù)最小，為0．872：但相關(guān)性均達(dá)極顯著水平。表明，這4個評價指標(biāo)對供試材料耐堿性分級的結(jié)果基本一致，均適用于玉米耐堿性評價。

2．2苗期表型性狀和生理生化指標(biāo)法評價的玉米自交系耐堿性

依據(jù)苗期株高、鮮重、干重、含水量等表型指標(biāo)，以及葉綠素、丙二醛、脯氨酸等耐堿相關(guān)生理生化指標(biāo)檢測結(jié)果，參照李源等［6］的標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)賦予權(quán)重法對供試的13份材料進(jìn)行耐堿性評價，結(jié)果（表5）表明，吉853的耐堿性最弱。

通過進(jìn)一步的聚類分析對材料進(jìn)行耐堿性分級（圖示），13份供試材料的耐堿性從強(qiáng)到弱被分為5組，其中：B73、P138和鄭58為高度耐堿材料，齊319和東46為耐堿材料，黃早四和龍抗11為中度耐堿材料，K10、U8112和Mo17為堿敏感材料，合344、東156和吉853為堿高度敏感材料。界于0．80～0．99，耐堿級別為3級，屬于中度耐堿材料；合344、東156和龍抗11耐堿指數(shù)界于0．60～0．79，耐堿級別為4級，屬于堿敏感材料；U8112、吉853和Mo17耐堿指數(shù)均小于0．59，耐堿級別為5級，屬于堿高度敏感材料。

表3 利用苗期表型指標(biāo)鑒定玉米耐堿性的結(jié)果Table 3 Alkali tolerance of maize seedlings identified by phenotype indexes

表4 苗期4個評價指標(biāo)鑒定結(jié)果的相關(guān)性Table 4 Correlations among four different evaluation indexes of maize seedlings

表5 標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)賦予權(quán)重法對13份玉米材料耐堿性的評價結(jié)果Table 5 Alkali tolerance of 13maize inbred lines evaluated by the weighted method

圖示13份玉米自交系耐堿性的分級聚類Fig． Classification clustering of alkali tolerance of 13maize inbred lines

2．3全生育期產(chǎn)量表現(xiàn)法評價的玉米自交系耐堿性

以全生育期單株產(chǎn)量為指標(biāo)，利用耐堿指數(shù)對供試材料進(jìn)行耐堿性評價。結(jié)果（表6）表明，13份材料分為5個不同級別，其中，P138耐堿指數(shù)大于1．2，耐堿性級別為1級，屬于高度耐堿材料；B73和鄭58耐堿指數(shù)界于1～1．19，耐堿級別為2級，屬于耐堿材料；K10、東46、黃早四和齊319耐堿指數(shù)

表6 全生育期產(chǎn)量表現(xiàn)法玉米耐堿性鑒定結(jié)果Table 6 Alkali tolerance of 13maize inbred line identified by yield performance during whole growth period

本研究根據(jù)文獻(xiàn)報道［6］選擇耐堿材料B73作為對照，因此B73的耐堿指數(shù)設(shè)定為1。Mo17對堿脅迫極其敏感未能結(jié)實，因此無法測量單株產(chǎn)量，其耐堿指數(shù)為0。

2．4 3種方法供試材料耐堿性評價結(jié)果的相關(guān)性

將苗期表型評價法和苗期標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)賦予權(quán)重法獲得的玉米耐堿性鑒定結(jié)果，與全生育期產(chǎn)量表現(xiàn)測定的耐堿級別分別進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，苗期鑒定2種評價方法的結(jié)果與全生育期鑒定結(jié)果相關(guān)系數(shù)分別為0．939和0．835，且相關(guān)性均達(dá)極顯著水平。大田鑒定法（全生育期產(chǎn)量鑒定法）最為準(zhǔn)確，但鑒定時間長，不適宜大量材料的鑒定，因此針對苗期鑒定的2種方法分別與大田鑒定法進(jìn)行相關(guān)分析，相關(guān)性高，表明結(jié)果吻合程度好。由此可見，本研究中采用的2種苗期評價方法均能夠客觀有效地反映玉米耐堿性，但比較來說，利用苗情、株高和干重變化率和鮮重變化率等表型在苗期進(jìn)行盆栽鑒定的方法，操作簡便，試驗周期短，是最佳的玉米耐堿性鑒定方法。

3討論與結(jié)論

玉米是鹽堿中度敏感作物，在鹽堿脅迫下受傷害嚴(yán)重，由于目前耐鹽堿性較強(qiáng)的玉米種質(zhì)較少，同時不同研究人員鑒定的相同材料耐鹽堿差異也較大，例如自交系oh43若采用苗期盆栽耐鹽鑒定，鑒定結(jié)果為耐鹽［10］；采用大田鑒定法鑒定，鑒定結(jié)果則為敏感［11］。芽期鑒定法［7］雖然操作簡單且鑒定周期短，但是只能鑒定出不同材料芽期的耐鹽堿性，與后續(xù)不同生育時期耐鹽堿性的相互關(guān)系仍然不明確。大田鑒定方法［11］直觀可靠，但易受氣候條件的影響，而且土壤中鹽堿分布不均也會對鑒定結(jié)果造成影響。考慮到盆栽試驗易于控制環(huán)境條件，且有報道表明盆栽耐鹽堿脅迫的鑒定結(jié)果與大田鑒定結(jié)果基本一致［12］，因此本研究采用盆栽條件下苗期與全生育期2種處理條件下3種不同評價方法，對13份來自不同類群的代表性骨干玉米自交系進(jìn)行耐堿性鑒定。依據(jù)3種評價方法的結(jié)果綜合分析表明，P138屬于高度耐堿材料，B73和鄭58屬于耐堿材料，K10、東46、黃早四和齊319屬于中度耐堿材料，合344、東156、U8112和龍抗11屬于堿敏感材料，吉853和Mo17屬于堿高度敏感材料。依據(jù)雜種優(yōu)勢模式和耐堿性級別，可以將上述不同類群的玉米自交系作為創(chuàng)建玉米耐堿性遺傳群體的親本材料。

3葉一心期是玉米對水分脅迫最敏感的時期［10］，本試驗的脅迫處理均是在3葉一心期開始進(jìn)行。由于堿脅迫對玉米的影響涉及到一系列生理生化反應(yīng)，研究者多采用葉綠素、丙二醛、脯氨酸、SOD酶等生理生化指標(biāo)作為評價植物耐鹽堿性的依據(jù)［11，13］，但這些指標(biāo)的檢測耗時費力，且由于取樣部位、檢測時間等因素導(dǎo)致實驗誤差較大。本研究結(jié)果表明，選用苗情、株高、干重和鮮重等與植物生長相關(guān)的表型指標(biāo)作為評價指標(biāo)，通過各指標(biāo)變化率評價玉米的耐堿性，該方法具有操作性強(qiáng)、周期短、操作簡單、效率高等優(yōu)點，而且鑒定結(jié)果與全生育期鑒定結(jié)果極顯著相關(guān)，適宜大量材料的耐堿性篩選。

［1］MalcolmE，Sumner R N．Sodic soils distribution，properties，management，and environmental consequences［M］．New York：Oxford University Press，1998．

［2］周和平，張立新，禹 峰，等．我國鹽堿地改良技術(shù)綜述及展望［J］．現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2005，12（6）：28－31．

［3］趙蘭坡，尚慶昌，李春林．松遼平原蘇打鹽堿土改良利用研究現(xiàn)狀及問題［J］．吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000 （22）：79－89．

［4］單長建．抗逆轉(zhuǎn)基因玉米苗期耐鹽堿評價方法的初步建立及功能驗證［D］．哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012．

［5］崔美燕．玉米苗期耐堿種質(zhì)資源評價及鹽堿條件下部分性狀遺傳分析［D］．大慶：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，2009．

［6］李 源，劉桂波，高洪文，等．紫花苜蓿種質(zhì)耐鹽性綜合評價及鹽脅迫下的生理反應(yīng)［J］．草葉學(xué)報，2010，19（4）：79－86．

［7］柳斌輝，張文英，栗雨勤．玉米耐鹽性的鑒定評價［J］．華北農(nóng)學(xué)報，2012（27）：101－105．

［8］Xie C X，Zhang S H，Li M S，et al．Inferring Genome Ancestry and Estimating Molecular Relatedness A－mong 187Chinese Maize Inbred LinesJ］．Journal of Genetics and Genomics，2007，34（8）：738－748．

［9］全國農(nóng)作物種子標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會．農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程GB／T 3543．4－1995［S］．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995．

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

［11］楊書華，張春宵．69份玉米自交系的苗期耐鹽堿性分析［J］．種子，2011，30（3）：61－63．

［12］張春宵，劉曉鑫，周 波，等．吉林省26份主推玉米雜交種的苗期耐鹽堿性分析［J］．作物雜志，2010（1）：66－69．

［13］鄭 飛，陳艷萍，孟慶長，等．7份玉米自交系耐鹽性鑒定［J］．江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（12）：112－115．

（責(zé)任編輯：姜 萍）

Alkali Tolerance of Thirteen Inbred Lines in Maize

DI Hong1，2，LIU Xue2
（1．Key Laboratory of Crop Germplasm Improvement and Cultivation in Cold Region，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing，Heilongjiang 163319；2．Agricultural College，Northeast Agricultural University，Harbin150030，China）

The alkali tolerance of 13different key maize inbred lines planted in pots irrigated with Na2CO3solution was comprehensively evaluated by seedling phenotype index，physiological and biochemical indexes，and yield performance during whole growth period to explicit the alkali tolerant level of different key maize inbred lines，select population parents for genetic analysis and screen the simple and efficient method for identification of maize alkali tolerant．Results：P138is of high alkali tolerance．B73 and Zheng 58are of alkali tolerance．K 10，Dong 46，Huangzaosi and Qi 319are of moderate alkali tolerance．He 344，Dong 156，U 8112and Longkang 11are sensitive to alkali．Ji 853and Mo 17are high sensitive to alkali．There is a very significant positive correlation between alkali tolerance of 13different key maize inbred lines evaluated by four phenotype indexes of seedling status，height，dry weight and fresh weight and the results identified by yield performance during whole growth period，which indicates that the phenotype index evaluation method with the advantages of easy operation and shorter test cycle is a good method to identify maize alkali tolerance．

maize；alkali tolerance；inbred line

S513

A

1001－3601（2016）02－0054－0015－05

2015－06－20；2016－01－27修回

黑龍江省寒地作物種質(zhì)改良與栽培重點實驗開放課題資助項目（CGIC201202）；黑龍江省留學(xué)歸國人員科學(xué)基金（LC201411）

邸 宏（1974－），女，教授，博士，從事玉米轉(zhuǎn)基因及環(huán)境安全性評價研究。E－mail：dihongdh＠163．com