滄麥6005疊氮化鈉誘變系耐鹽性評價及種質創新

王 偉，張 宸，曹平平，鄒景偉，王偉偉，鈕力亞，王奉芝，于 亮*

(1.河北省農作物耐鹽堿評價與遺傳改良重點實驗室/滄州市農林科學院，河北 滄州 061000；2.滄縣鑫翰種植專業合作社，河北 滄縣 061731)

【研究意義】小麥是世界上主要的糧食作物，我國是世界上小麥生產和消費的第一大國。土壤鹽堿化是影響作物生長的重要逆境因素，鹽堿土壤對小麥生長發育及產量的形成具有重要的抑制作用。我國土壤鹽堿化的面積近1億hm2，其中河北省鹽堿地總面積約71.61萬hm2，而且河北省濱海鹽堿地是我國鹽堿地的主要類型之一[1]。培育和推廣耐鹽堿的小麥品種是發展鹽堿地小麥生產最為經濟有效的措施[2]，而且小麥品種的遺傳脆弱性是小麥育種不易突破的瓶頸之一。因此，選育耐鹽堿小麥品種具有重要意義。【前人研究進展】耐鹽種質資源的鑒定和評價是培育耐鹽小麥品種重要的前提和保證[3]。小麥的芽期和苗期是全生育時期中對鹽堿脅迫較為敏感的時期[4]，目前小麥的耐鹽堿性鑒定多集中在這兩個時期[5-6]。誘變育種是小麥新品種選育和種質資源創新的重要手段。化學方法誘發基因突變是小麥遺傳改良的重要途徑之一[7]。疊氮化鈉(NaN3)是應用于植物化學誘變的高效低毒的化學誘變劑之一。疊氮化鈉已在小麥[8-9]、玉米[10]、水稻[11]、大麥[12-13]，大豆[14]等農作物上加以應用。另外，張希太[15-17]等研究小麥疊氮化鈉誘變后代在株高、芒型、穗型等農藝性狀的變異特征，并從分子水平證明了疊氮化鈉對小麥的誘變效果。【本研究切入點】滄麥6005是滄州市農林科學院育成的一個抗旱耐鹽堿性突出的囯審小麥品種，我們已獲得其疊氮化鈉誘變群體。目前，鮮有對疊氮化鈉誘變構建的小麥突變體庫進行耐鹽性研究的報道。【擬解決的關鍵問題】本研究以滄麥6005及其72個疊氮化鈉誘變的突變家系作為研究對象，采用人工海水配方[17]鹽脅迫研究此小麥誘變群體的芽、苗期的耐鹽性，并與滄麥6005進行比較分析，以期發掘出適合濱海鹽堿地實際農業生產的強耐鹽小麥種質，這對于培育耐鹽的小麥新品種具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料

滄麥6005是滄州市農林科學院育成的一個小麥品種，審定編號為國審麥2010013。其耐鹽堿性突出，適合在滄州濱海鹽堿地種植。來自于滄麥6005的72個疊氮化鈉誘變家系，屬于誘變第9代(M9)，各家系的農藝性狀及耐鹽表現基本穩定。

1.2 試驗設計

1.2.1 芽期耐鹽性評價 根據人工海水配方配置人工海水原液，按照體積稀釋為40 %[18]。在培養皿中放兩層濾紙，分別加入去離子水(對照)和40 %人工海水15 mL，每個處理30粒種子，3次重復。置于光照培養箱發芽(25 ℃恒溫，光照16 h)。7 d后調查發芽數，并隨機挑選10株幼苗調查芽長、根長、根數、芽鮮重、根鮮重及根冠比。最后計算發芽率、相對鹽害率和各指標的相對值[19]。

1.2.2 苗期耐鹽性評價 選出經芽期耐鹽性鑒定評價較好的品系，種子消毒處理后置于培養皿中用去離子水在25 ℃光照培養箱中萌動發芽，4 d后挑選生長一致的幼苗10棵，置于懸浮在周轉箱上的打孔塑料泡沫板上，3次重復。以改良Hoagland營養液在21 ℃光照培養箱中培養，生長至2葉1心時測量植株初始株高和根長(光照14 h)。處理組于營養液中加入相當于40 %人工海水，在處理的14 d后測量對照組與處理組株高、根長、地上部干重和地下部干重，計算株高增長量和根長增長量，并計算出4個性狀的相對值，相對性狀值=鹽脅迫處理下性狀值/對照條件下性狀值[19]。

1.3 數據處理

利用Excel和SPSS進行統計分析，計算各性狀的均值和相對值，進行相關分析，主成分分析，及聚類分析等。

2 結果與分析

2.1 人工海水脅迫下滄麥6005疊氮化鈉誘變群體芽、苗期耐鹽鑒定

從表1可知，在40 %人工海水脅迫下，小麥芽期根數和根冠比含量增加，其余指標均降低，說明鹽脅迫顯著影響了種子萌發。其中芽長、根長、芽鮮重、根鮮重和根冠比受抑制作用較大，下降幅度普遍在50 %～60 %，發芽率受抑制作用較小，下降幅度為12.32 %。從表2可知，在40 %人工海水脅迫下，株高、根長、地上部干重和地下部干重均降低，說明鹽脅迫顯著影響小麥苗期的生長，4個指標下降幅度均在15 %～21 %。表明小麥芽期和苗期2個不同時期的不同指標對鹽脅迫的敏感性存在差異，單一指標僅能反應部分耐鹽性，多指標綜合才能夠更全面地評價其耐鹽性。

2.2 人工海水脅迫下滄麥6005疊氮化鈉誘變群體芽期耐鹽指標的相關分析

對小麥芽期和苗期耐鹽性指標進行相關分析(表3)，芽期的相對發芽率與相對鹽害率呈極顯著負相關；相對鹽害率與相對芽長、相對根長、相對根數、相對芽鮮重和相對根鮮重呈極顯著負相關；相對芽長與相對根冠比呈極顯著負相關；相對根冠比與相對發芽率、相對鹽害率、相對根數相關關系不顯著，相對芽長與相對根鮮重相關關系亦不顯著；其他指標間呈顯著或極顯著正相關。同時，相對株高增長量、相對根長增長量、相對地上部干重和相對地下部干重4指標兩兩之間均呈極顯著正相關關系(表4)，說明鹽脅迫對小麥苗期的4個指標的影響趨勢是一致的。

2.3 人工海水脅迫下滄麥6005疊氮化鈉誘變群體芽、苗期耐鹽指標的主成分分析

對滄麥6005及其72個誘變家系芽期耐鹽指標進行主成分分析，從表5可知，可以選擇2個獨立的主成分作為小麥芽期耐鹽鑒定綜合指標，能解釋總變異的79.55 %。基本代表了8個原始指標的絕大部分信息。同時，選擇2個獨立的主成分作為小麥苗期耐鹽鑒定綜合指標，能解釋總變異的84.28 %。

表1 人工海水脅迫下滄麥6005疊氮化鈉誘變系芽期指標的比較

表2 人工海水脅迫下滄麥6005疊氮化鈉誘變系苗期指標的比較

表3 人工海水脅迫下滄麥6005疊氮化鈉誘變系芽期耐鹽指標的相關系數

表4 人工海水脅迫下滄麥6005疊氮化鈉誘變系苗期耐鹽指標的相關系數

表5 各主成分的特征值和貢獻率

單指標的特征向量絕對值越大，在主成分中的作用就越大，各指標的特征向量見表6。芽期第1主成分中起主要作用的單指標是相對發芽率、相對芽長、相對芽鮮重，這3個指標均與耐鹽能力呈正相關，主要體現小麥芽期芽的耐鹽表現；第2主成分中起主要作用的單指標是相對根長、相對根鮮重、相對根冠比，這3個指標均與耐鹽能力呈正相關，亦主要體現小麥芽期根的耐鹽表現。同時，在小麥苗期耐鹽指標的主成分分析中，起主要作用的是第1主成分。

表6 小麥芽期和苗期耐鹽指標的特征向量

2.4 人工海水脅迫下滄麥6005疊氮化鈉誘變群體芽、苗期耐鹽性綜合評價

用主成分分析獲得的各材料各主成分的因子得分作為鑒定小麥芽期和苗期耐鹽性的綜合指標。計算各時期各綜合指標的隸屬函數值及權重值，進而得到各材料不同時期的耐鹽性綜合評價值D。D值是純數值，其范圍為[0,1]，D值越大，耐鹽性越強。然后，采用K-均值聚類方法將供試材料的耐鹽性分為髙耐、耐鹽、中耐、敏感、高感5個級別。

從表7可知，小麥芽期5個耐鹽級別材料的份數依次為12、29、22、29、1，分別占供試材料的16.22 %、39.19 %、29.73 %、13.51 %、1.35 %。同時，在芽期耐鹽等級為高耐鹽和耐鹽的41個品系中，在小

表7 小麥芽期和苗期耐鹽鑒定

表8 41個材料芽期和苗期鑒定結果

表9 芽期和苗期耐鹽性的相關系數

麥苗期耐鹽鑒定的5個耐鹽級別材料的份數依次為2、3、14、17、5，分別占供試材料的4.88 %，7.32 %，34.15 %，41.46 %，12.20 %。

根據參試材料芽期的耐鹽性鑒定的結果，選擇芽期耐鹽等級為1級和2級的41份材料進行苗期耐鹽性鑒定(表8)。依據D值，對41份材料苗期的耐鹽性等級進行劃分，發現苗期耐鹽等級為1級的材料2份，分別為SAM23和SAM71。滄麥6005芽期耐鹽性鑒定等級為1級(髙耐)，苗期的耐鹽性鑒定等級為2級(耐鹽)。

2.5 滄麥6005及其誘變群體芽期和苗期耐鹽性比較

對滄麥6005及其誘變家系芽期和苗期耐鹽性鑒定評價D值進行相關分析，得到相關系數為0.8315。說明滄麥6005及其誘變群體芽期和苗期的耐鹽性相關關系極顯著存在。但是仍然存在，芽期耐鹽性強的材料苗期的耐鹽性不一定強。進一步分析芽期和苗期的耐鹽性鑒定結果，發現芽期和苗期耐鹽性均表現突出的2份材料，而且D值均大于野生型滄麥6005。

3 討 論

3.1 關于小麥芽期和苗期鹽脅迫試劑的選擇

對于小麥芽期和苗期的耐鹽堿鑒定，不同的育種家有其傳統的耐鹽堿鑒定的經驗方法。就鑒定的鹽分而言，即可以單鹽鑒定(僅NaCl)[2,4]，也有多種鹽分配比，還有人工海水耐鹽鑒定[5,18]等。本研究綜合前人的研究結果[5,18]，確定在小麥的芽期和苗期均采用40 %的人工海水脅迫進行耐鹽性鑒定。雖然人工海水鹽分離子相對比較全面，但與實際的自然條件下的濱海鹽堿地土壤離子組成還是有一定程度的差異。因此，目前，迫切需要一種室內、快速、高效的進行小麥耐鹽堿鑒定的“人工鹽堿地”試劑配方，以保證篩選出的小麥種質具有較強的大田適應性，為今后耐鹽堿小麥種質資源篩選和品種選育提供參考。

3.2 滄麥6005疊氮化鈉誘變群體芽期和苗期耐鹽性比較分析

小麥芽期耐鹽性是保證鹽堿地小麥種子出苗的基礎。苗期是小麥生長過程中對鹽害最為敏感的階段，小麥苗期耐鹽性是保證苗全、苗齊的基礎。所以小麥芽期和苗期的耐鹽性強弱對小麥生產實踐更具有現實意義。有研究表明，小麥芽期的耐鹽性和苗期的耐鹽性不存在顯著的相關性[2,19-20]，可能與芽期和苗期的耐鹽機理不同有關。而研究結果中，芽期耐鹽性強的材料苗期的耐鹽性不一定強，但是針對滄麥6005的該誘變群體芽期和苗期的耐鹽性正向相關關系極顯著存在，這可能是由于材料均來源于強耐鹽堿的滄麥6005的原因。進一步分析芽期和苗期的耐鹽性鑒定結果，發現芽期和苗期耐鹽性均表現突出的2份材料，其D值均大于野生型滄麥6005，也就是說這2個家系芽、苗期的耐鹽性均強于滄麥6005。所以，疊氮化鈉誘變方法可以產生比野生型小麥在某一方面更有特色的材料。

3.3 小麥全生育耐鹽性多指標綜合評價

科學、準確、有效的耐鹽堿評價體系對判斷小麥種質資源耐鹽堿的真實性至關重要。確立小麥耐鹽堿鑒定的方法和指標是篩選小麥抗逆資源的重要內容。目前，小麥耐鹽堿性評價方法多樣，主要分為單指標分析和多指標綜合評價兩類。單指標分析主要用相對鹽害率或鹽害指數評價小麥耐鹽堿性[2,4]，多指標綜合評價包括打分法[21]、模糊隸屬函數法[3]、指標排序法[22]、主成分分析綜合評價[23]等方法。小麥的芽期和苗期是全生育時期中對鹽堿脅迫較為敏感的時期[4]，目前小麥的耐鹽堿性鑒定多集中在這兩個時期[3,5]。若要對小麥種質資源進行更為全面的耐鹽堿評價，還有待于在鹽堿地上進行全生育期的耐鹽堿鑒定。雖然對于小麥全生育期耐鹽堿鑒定評價方法已有相關報道[20,24]，但是其鑒定方法和標準尚需進一步修改和完善。對于小麥耐鹽堿種質的精準鑒定評價，或許還應該結合生理生化指標的比較和耐鹽堿分子標記加以輔助，從而提高耐鹽堿鑒定的效率和準確性，最終篩選到能夠有效利用于小麥耐鹽堿品種培育的種質資源。

4 結 論

(1)在40 %人工海水鹽脅迫下，小麥芽期根數和根冠比含量增加，其余指標均降低。小麥苗期株高、根長、地上部干重和地下部干重均降低。說明鹽脅迫顯著影響小麥芽期和苗期的生長。

(2)小麥芽期和苗期耐鹽性指標相關分析結果表明：小麥芽期的相對鹽害率與相對芽長、相對根長、相對根數、相對芽鮮重和相對根鮮重呈極顯著負相關；相對芽長與相對根冠比呈極顯著負相關；相對根冠比與相對發芽率、相對鹽害率、相對根數相關關系不顯著，相對芽長與相對根鮮重相關關系亦不顯著；其他指標間呈顯著或極顯著正相關。小麥苗期的相對株高增長量、相對根長增長量、相對地上部干重和相對地下部干重4指標兩兩之間均呈極顯著正相關。

(3)主成分分析結果表明：在小麥芽期耐鹽指標的主成分分析中，第1主成分主要體現小麥芽期芽的耐鹽表現；第2主成分主要體現小麥芽期根的耐鹽表現。同時，在小麥苗期耐鹽指標的主成分分析中，起主要作用的是第1主成分。

(4)聚類分析將滄麥6005和73個家系分為5類，其中，滄麥6005芽期耐鹽性鑒定等級為1級(髙耐)，苗期的耐鹽性鑒定等級為2級(耐鹽)，芽期和苗期耐鹽鑒定等級均為1級的材料2份，分別為SAM23和SAM71。