野生大豆耐鹽堿種質鑒定及其機制研究進展

魏志園，楊 杰，王 宇，俎天嬌，喬亞科，李桂蘭，張 鍇，*

(河北科技師范學院 a農學與生物科技學院，b園藝科技學院；河北 秦皇島，066600)

隨著我國經濟飛速發展，農業耕地面積愈發緊張。我國作為農業大國，合理開發利用耕地是農業可持續發展重要途徑。近年來，土壤鹽漬化問題越來越受到人們關注。據報道，鹽堿化土壤約占我國耕地的20%，充分利用鹽堿地資源成為解決耕地不足問題的關鍵，因而培育耐鹽堿作物新品種成為農業發展重要目標[1]。

野生大豆是國家第一批重點保護野生植物，多生于鹽堿地和鹽堿灘涂，是典型的耐鹽植物[2]。我國野生大豆資源非常豐富，除新疆、青海、海南外，野生大豆在全國各地均有分布[3]。但是，近年來由于自然環境和人為因素影響，野生大豆成為漸危物種，亟需保護與利用。同時，野生大豆作為栽培大豆近緣種，二者沒有生殖隔離，因而挖掘利用野生大豆優異資源進而培育栽培大豆新品種已成為當前大豆育種重要途徑之一。另外，野生大豆在鹽堿土壤區生存能力較強，其耐鹽堿生理機制復雜。因此，揭示野生大豆耐鹽堿生理及其分子機制，對于充分利用其種質資源培育栽培大豆新品種也具有重要意義。

1 野生大豆耐鹽堿種質資源鑒定與篩選

對野生大豆資源耐鹽堿鑒定篩選，應用較為廣泛的是在實驗室鑒定或者田間鑒定，于野生大豆植株萌發期或苗期對其進行鹽堿脅迫處理并統計評價，鑒定指標包括種子相對發芽率、發芽勢、胚根相對長度及苗期相對鹽害級別、耐鹽指數等，也有學者采用全生育期形態學指標以及產量等作為鑒定標準[4,5]。唐俊源[6]對我國11個沿海省(直轄市、自治區)906份野生大豆資源進行耐鹽堿性鑒定，篩選出284份耐鹽材料，占比高達31.27%，為我國耐鹽堿野生大豆種質資源利用提供了重要材料。王敏等[7]通過室內發芽試驗結合大田鑒定，對650份野生大豆進行耐鹽堿篩選，獲得耐鹽堿野生大豆資源3份。符楊磊[8]對冀東地區349份野生大豆進行耐鹽堿鑒定，篩選到高耐鹽堿野生大豆2份。

同時，葛瑛等[9]利用采集于鹽堿地345份野生大豆，經不同濃度鹽堿脅迫，自播種開始進行耐鹽堿鑒定，篩選出耐鹽堿材料3份。段建興[10]在盆栽和大田2種生境下對野生大豆進行耐鹽堿鑒定，獲得適宜在鹽堿土播種的野生大豆-5755。肖鑫輝等[11]對895份野生大豆株系進行全生育期耐鹽堿鑒定，經評價其形態和農藝性狀指標，篩選出高耐鹽堿野生大豆種質15份；同時發現，全生育期耐性鑒定中的株系材料在發芽出苗階段耐鹽堿占比高達70%，而存活到成熟期的僅占14.1%[12]。由上可見，我國具有豐富的高耐鹽堿野生大豆資源，進一步開發利用這些資源對于大豆耐鹽堿育種具有重要意義。

盡管目前已有學者針對不同野生大豆開展耐鹽堿資源鑒定和篩選等工作，但也存在諸如耐鹽堿鑒定方式和指標存在差異等問題。據分析，目前野生大豆耐鹽堿鑒定方式主要分為室內鑒定和田間鑒定，室內鑒定具有時間短、容量大、重復性強、環境影響小等優點，但其篩選品種是否能夠用于實際生產尚需進一步確定；田間鑒定方式接近大田生產實際，鑒定結果具有較高實際應用價值，但該鑒定方法易受種植方式和外界氣候條件影響[13]；因此，結合田間和室內鑒定的優點進行野生大豆耐鹽堿鑒定應該是今后的研究重點[14]。

另外，葛瑛等[9]在野生大豆芽期進行耐鹽堿鑒定，結果表明鹽堿敏感和耐鹽堿材料之間的發芽率差異顯著，并且發現植物個體發育的不同階段耐鹽堿性存在差異。羅慶云等[15]認為野生大豆一旦通過苗期的鹽堿敏感階段，之后能較順利完成發育各階段。肖鑫輝等[12]認為苗期的鑒定結果不能反映其真實鹽堿耐性，對植株全生育期的耐鹽堿鑒定結果更加可靠。

綜上，目前我國學者已對野生大豆耐鹽堿種質資源進行較大規模鑒定，并篩選到一批耐性優異的野生大豆資源，但也存在優異資源利用程度不高及耐鹽堿鑒定標準不統一等問題，故亟需一套統一的鑒定標準，以提高鑒定效率，方便比較不同試驗結果。更為重要的是，對篩選到的高耐野生大豆材料應加快其育種應用，培育高耐鹽堿栽培大豆新品種。

2 野生大豆耐鹽堿生理機制研究

2.1 鹽堿脅迫下野生大豆體內活性氧的平衡機制

正常情況下，野生大豆體內活性氧系統處于動態平衡狀態，當受到鹽堿脅迫時，其體內活性氧的產生和清除機制被破壞，打破系統平衡，影響其正常生長發育，造成植株損傷[16]。據報道，野生大豆體內活性氧調節機制對抵抗外界鹽堿脅迫具有重要作用。一般來說，野生大豆體內活性氧清除系統酶類主要包括超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)、過氧化氫酶(catalase，CAT)及過氧化物酶(peroxidase，POD)等，而非酶類主要包括類胡蘿卜素(carotenoid，CAr)、谷胱甘肽(glutataione，GSH)及抗壞血酸(ascorbic acid，ASA)等[17]。另外，膜脂過氧化物丙二醛(malondialdehyde, MDA)也可反映細胞過氧化水平[18]。

鹽堿脅迫下野生大豆體內過氧化物增幅較小，這與SOD，CAT和POD等抗氧化酶類的調節作用有關。野生大豆材料的耐鹽堿性與過氧化物含量成負相關，在鹽堿脅迫下，野生大豆體內SOD，CAT和POD含量顯著升高[19]，但在出現脅迫時其響應速度有所差異[20]，脅迫前、中、后期響應速度較高的分別是SOD，POD，CAT[21]。非酶類活性氧清除物的含量在一定范圍內隨著其耐鹽能力的提高而升高[22]。劉浩然[23]研究發現野生大豆可以通過增加SOD和POD含量、降低MDA含量提高植株抗鹽性。MDA是脂質過氧化的產物，能夠反映細胞過氧化水平。在鹽堿脅迫下，野生大豆植株內MDA含量有上升趨勢[24]，但與栽培大豆相比，野生大豆體內MDA含量增幅較低[25]。除此之外，研究發現噴施適當濃度的α-萘乙酸(1-naphthlcetic acid, NAA)可以降低野生大豆氧化性損傷，維持膜系統穩定[26]。吳楊等[27]研究證實2，4-表油菜素內酯(2,4-epibrassinolide, EBR)可以提高鹽堿脅迫下的大豆抗氧化酶活性并降低大豆體內的活性氧水平。此外，添加水楊酸(salicylic acid, SA)也能增強大豆幼苗中SOD和POD活性，提高還原型GSH含量，減輕鹽堿脅迫對植物的危害[28]。以上研究結果說明，野生大豆體內活性氧平衡機制對其鹽堿耐性有重要作用。同時，在實際應用中噴施外源輔助因子提高植株耐鹽堿能力，對降低鹽堿脅迫危害有重要意義。

2.2 脯氨酸及可溶性糖對野生大豆耐鹽堿脅迫的作用

可溶性糖和游離在植物體中的脯氨酸對維持細胞滲透壓有重要作用[29]。在干旱、鹽堿等脅迫條件下，植物體內大量積累的脯氨酸及可溶性糖，作為植物細胞質內滲透調節物質，起到穩定生物大分子結構、降低細胞酸性、解除氨毒等作用[30]。另一方面，脯氨酸在調節細胞氧化還原狀態等方面也起一定作用[31]。野生大豆在鹽脅迫處理后，脯氨酸和可溶性糖含量會隨著鹽濃度的升高而增加，但是其含量在升高到一定水平后即不再升高甚至降低。張美云等[32]研究發現在鹽堿脅迫處理后，野生大豆植株體內由于缺乏碳源，脯氨酸的合成受到影響，其含量的增加趨勢減弱甚至消失。李姝睿等[33]研究發現在鹽堿脅迫條件下，野生大豆體內可溶性糖含量也存在類似現象，當可溶性糖濃度上升到一定程度時便不再增加甚至開始下降。由于大豆葉片在進行呼吸作用時存在糖消耗，同時處于鹽脅迫中，運輸到根部的可溶性糖也減少，這可能是可溶性糖含量下降的原因。

關于外源輔助因子對野生大豆脯氨酸和可溶性糖含量的影響，劉愛榮等[34]研究發現大豆植株經外源SA處理后，2種不同鹽濃度脅迫下葉片可溶性糖含量分別上升了12.6%和9.2%，脯氨酸含量分別上升了30.0%和18.8%，且在低鹽濃度脅迫條件效果更明顯。關洪斌等[35]分析了不同濃度海水脅迫及外源SA處理下綠豆幼苗葉片可溶性糖含量、莖脯氨酸含量的變化，發現在海水脅迫下噴施較高濃度外源SA可提高葉片可溶性糖含量，且外源SA處理對綠豆莖中脯氨酸含量增加的效果比可溶性糖含量更明顯。因此，SA在一定程度上可以緩解鹽堿脅迫對大豆造成的危害[36]。

2.3 鹽堿脅迫下野生大豆體內離子滲透平衡機制

2.4 鹽堿脅迫下野生大豆體內pH平衡機制

3 野生大豆耐鹽堿相關基因鑒定

野生大豆具有較強的抗逆能力，這與其體內抗性基因有關。耐鹽堿基因的挖掘可揭示其在耐鹽過程中的分子功能，有利于闡明植株耐鹽機理。越來越多的學者注重挖掘野生大豆耐鹽堿相關基因，為充分利用野生大豆資源奠定基礎。野生大豆耐鹽堿相關基因鑒定已有一定進展，表1為目前已鑒定的野生大豆耐鹽堿基因。但是，野生大豆的耐鹽堿機制目前還不清楚，一些耐鹽堿基因轉化植株的耐鹽堿能力沒有顯著提高。因此，對野生大豆的耐鹽堿機制還需進一步研究。

野生大豆是栽培大豆育種重要的種質資源，耐鹽堿基因的挖掘為栽培大豆耐鹽堿研究提供了優異基因來源，加速了大豆抗性育種工作進程。利用基因工程技術將野生大豆的耐鹽基因轉入普通栽培大豆體內，最終培育成含有耐鹽性的大豆品種，不僅能定向改變生物的特性，還能縮短育種周期[46]，這對利用野生大豆優異基因資源改良栽培大豆具有重要意義。

表1 目前已鑒定的野生大豆耐鹽堿基因

4 展 望

鹽堿脅迫嚴重制約農業發展，利用耐鹽堿植物提高鹽堿土利用率具有重要意義。野生大豆具有較強耐逆能力且種質資源豐富，目前已篩選的大批耐鹽堿野生大豆種質有極高利用價值。一方面可以進行耐鹽堿基因克隆及功能分析，加快大豆耐鹽堿機制解析；另一方面可將這些耐性種質作為中間材料或耐鹽堿基因的直接供體，利用雜交技術或基因工程等育種手段，將耐鹽堿基因導入到栽培大豆品種中，育成綜合性狀優良的新品種，這對于大豆生產具有重要意義。

針對野生大豆耐鹽堿性研究中不足，今后的研究方向應集中在以下幾個方面：

(1)田間鑒定和實驗室鑒定各有優缺點，如何把田間鑒定和實驗室鑒定結合起來提高鑒定效率是今后鑒定研究的重點方向之一。

(2)為提高鑒定效果，統一鑒定標準很有必要，這樣可以方便比較不同研究者的試驗結果。

(3)加強外源輔助因子(如水楊酸)對野生大豆耐鹽堿能力的研究，降低鹽堿脅迫危害。

(4)利用現代生物技術如cDNA微列陣、cDNA芯片、蛋白質組學技術、基因轉座子標簽、T-DNA標簽等，可以對大量基因進行系統分析。加強對野生大豆耐鹽堿基因的挖掘，野生大豆鹽堿脅迫中離子平衡調節、抗氧化、有機酸分泌等相關基因的功能鑒定，為栽培大豆耐鹽堿新品種培育打下良好的基礎。