水稻品種資源苗期耐鹽性評價(jià)指標(biāo)分析

劉艷 王寶祥 邢運(yùn)高 陳庭木 徐波 楊波 孫志廣 劉金波 遲銘 李健 盧百關(guān) 方兆偉 秦德榮 徐大勇

摘要：采用國際水稻所標(biāo)準(zhǔn)營養(yǎng)液培養(yǎng)63份水稻種質(zhì)資源，在水稻幼苗長至3葉期對種質(zhì)資源進(jìn)行0.5%鹽脅迫處理。鹽脅迫7 d后，根據(jù)鹽害癥狀評價(jià)水稻耐鹽級別，并測量和計(jì)算苗期苗高、根長、地上部和根部的干（鮮）質(zhì)量的相對值，分析各項(xiàng)生長指標(biāo)與鹽害等級的相關(guān)性。結(jié)果表明，莖葉鮮質(zhì)量和幼苗整體鮮質(zhì)量這2個(gè)指標(biāo)與鹽害等級呈極顯著負(fù)相關(guān)，幼苗的根干（鮮）質(zhì)量、莖葉干質(zhì)量、整體干質(zhì)量和苗長與鹽害等級呈負(fù)相關(guān)，相對根長與鹽害等級無相關(guān)性。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，將與鹽害等級有顯著相關(guān)性的生長指標(biāo)對63份種質(zhì)資源苗期的耐鹽性進(jìn)行綜合評價(jià)及分類，以幼苗的整體干質(zhì)量和整體鮮質(zhì)量2個(gè)綜合評價(jià)指標(biāo)較為合理，并作為分類依據(jù)。供試品種分為強(qiáng)耐鹽、耐鹽、輕度感鹽和感鹽4個(gè)類群，且類群間呈顯著性差異。利用本方法篩選出的7個(gè)耐鹽品種資源在青口鹽場鹽堿地實(shí)地種植，均表現(xiàn)出良好的耐鹽性。本鑒定方法利用了生長指標(biāo)評價(jià)和主成分分析等統(tǒng)計(jì)學(xué)方法相結(jié)合，有效避免了鹽害等級評價(jià)中主觀因素的影響，可以作為一種快速有效的水稻品種資源苗期耐鹽性鑒定方法。

關(guān)鍵詞：水稻;幼苗;耐鹽性;評價(jià)

中圖分類號：S511.01?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）17-0075-05

收稿日期：2020-06-29

基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃 （編號：2015BAD01B01）;國家水稻產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)（編號：CARS-01-04B）;江蘇省科技支撐計(jì)劃 （編號：BE2016370-3）;江蘇省連云港市財(cái)政資金專項(xiàng) （編號：QNJJ1704）。

作者簡介：劉 艷（1982—），女，山西高平人，博士，副研究員，主要研究方向?yàn)樗究剐杂N。E-mail：lyrice7701@163.com。

通信作者：徐大勇，博士，研究員，主要研究方向?yàn)樽魑镞z傳育種。E-mail：xudayong3030@sina.com。

我國有大量的鹽堿地土地資源，開發(fā)利用好沿海灘涂以及內(nèi)陸的鹽堿地對保障耕地面積具有重要意義。水稻已作為沿海灘涂鹽堿地種植的首選作物[1]，培育耐鹽堿水稻新品種是保證鹽堿稻作區(qū)糧食的安全生產(chǎn)和改善生態(tài)環(huán)境的有效途徑之一。

豐富的種質(zhì)資源是育種的基礎(chǔ)，篩選、鑒定耐鹽水稻種質(zhì)，發(fā)掘優(yōu)良耐鹽新基因，通過常規(guī)育種和分子標(biāo)記輔助選擇相結(jié)合聚合耐鹽基因，是當(dāng)前耐鹽新品種選育的主要方向。不少研究者對水稻萌發(fā)期[2-3]、苗期和成熟期[4-5]不同時(shí)期的耐鹽性進(jìn)行了評價(jià)。水稻萌發(fā)期鹽分的影響主要會導(dǎo)致種子發(fā)芽不齊、發(fā)芽勢降低[2-3]。潘曉飚等以水稻種子的發(fā)芽率、芽長、主根長和根數(shù)等評價(jià)指標(biāo)篩選出了發(fā)芽期強(qiáng)耐鹽組合桂源優(yōu)500、11優(yōu)1040、11優(yōu)1050、南優(yōu)12號[2]。其中從鹽堿地種稻實(shí)際情況出發(fā)，水稻各生育期以苗期對鹽脅迫的響應(yīng)最為敏感，導(dǎo)致鹽漬地種植水稻出苗差、成苗率低、保苗難，影響后期產(chǎn)量[6]，因此，篩選出苗期耐鹽性較強(qiáng)的水稻種質(zhì)資源對全生育期耐鹽材料的篩選及生產(chǎn)實(shí)踐具有重要意義。

筆者所在課題組在大量收集國內(nèi)外水稻品種資源的基礎(chǔ)上，對其苗期的耐鹽性進(jìn)行了篩選，測定了相關(guān)生長指標(biāo)，分析探討了與耐鹽性顯著相關(guān)的評價(jià)指標(biāo)，初步篩選出耐鹽性強(qiáng)的水稻種質(zhì)資源，旨在建立一種簡便快捷的耐鹽分類篩選方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

63份水稻地方品種資源，其名稱及序號見表1。

1.2 試驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)

2015年在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了水稻苗期耐鹽性鑒定，2016年和2017年在連云港青口耐鹽試驗(yàn)基地（119.38°E、34.47°N）進(jìn)行了全生育期耐鹽性初步鑒定分析。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 種子處理

挑選大小均勻、籽粒飽滿的不同品種種子， 用70%乙醇浸種 2 min， 在用3% H2O2消毒2次，然后使用蒸餾水沖洗干凈。將種子整齊排列在鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)。待種子露白后轉(zhuǎn)入液體培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。

1.3.2 幼苗處理

待種子露白后轉(zhuǎn)入液體培養(yǎng)液中，在光照培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)，08：00—20：00控溫在25 ℃，20：00至第二天08：00控溫在18 ℃。當(dāng)幼苗長到2葉1心時(shí)，分別用濃度為0.1%、0.3%、0.5%的NaCl溶液處理，以營養(yǎng)液作為對照。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。培養(yǎng)皿中的鹽溶液每3 d更換1次。

1.3.3 各項(xiàng)生長指標(biāo)的測定

鹽處理7 d后，分別測定幼苗的根和莖葉鮮質(zhì)量（fresh weight，F(xiàn)W）、干質(zhì)量（dry weight，DW）、苗高、根長和葉片死亡率。

計(jì)算各性狀的耐鹽性相對值（relative value，RV）：RV=鹽脅迫值/對照值。用國際水稻所沿用的水稻苗期鹽害等級（standard evaluation score，SES）作為水稻品種（系）的耐鹽性評價(jià)指標(biāo)（表2）[7]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

通過馬氏距離，采用單因素重復(fù)觀察模型作方差分析，將水稻品種資源各項(xiàng)生長指標(biāo)進(jìn)行耐鹽相關(guān)性分析。系統(tǒng)聚類方法采用WARD方法，均采用筆者所在單位編寫C++類庫（軟件著作權(quán)《連農(nóng)統(tǒng)計(jì)類庫軟件V1.0》編號：2016SR266205），數(shù)據(jù)交換接口采用C++類庫（軟件著作權(quán)《連農(nóng)DSML文件讀寫程序軟件V1.0》編號：2017SR562716）處理。相關(guān)分析、偏相關(guān)分析及通徑分析采用文獻(xiàn)[8]的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻幼苗在營養(yǎng)液對照及0.1%、0.3%、0.5%鹽分含量下鹽害分析

在營養(yǎng)液對照、0.1%、0.3%和0.5%鹽分含量4個(gè)處理下，測量了水稻品種的根長和鹽害等級，從10個(gè)水稻品種在4種鹽濃度溶液處理下的鹽害等級和根長（表3）來看，隨著鹽濃度的升高，根長總體呈下降趨勢，在0.1%、0.3%和0.5%3個(gè)處理濃度下并無明顯的顯著性差異。從鹽害等級結(jié)果來看，鹽濃度為0.5%時(shí)鹽害等級出現(xiàn)了明顯差異，可作為耐鹽性篩選濃度。在后續(xù)試驗(yàn)中也采用了0.5%鹽濃度。

2.2 0.5%鹽分下性狀指標(biāo)分析

鹽脅迫下水稻幼苗莖葉和根的干質(zhì)量、鮮質(zhì)量以及整體干質(zhì)量、鮮質(zhì)量相對值與鹽害等級（表4）的關(guān)系如圖1所示。莖葉和根的干質(zhì)量、鮮質(zhì)量以及整體干質(zhì)量、鮮質(zhì)量相對值隨品種鹽害等級的提高呈逐漸下降的趨勢，與鹽害等級呈負(fù)相關(guān)，說明水稻幼苗在鹽脅迫下生長受到不同程度的抑制。根長和苗長相對值隨著品種耐鹽等級的提高呈逐漸降低的趨勢，與耐鹽等級呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)不顯著。幼苗的根干（鮮）質(zhì)量、莖葉干質(zhì)量、幼苗整體干質(zhì)量與耐鹽等級在0.05水平呈顯著負(fù)相關(guān)，莖葉鮮質(zhì)量、幼苗整體鮮質(zhì)量與耐鹽等級在0.01水平呈極顯著負(fù)相關(guān)，說明這2個(gè)性狀與水稻品種苗期耐鹽性關(guān)系密切。

2.3 水稻品種資源耐鹽性狀指標(biāo)的聚類分析

將與鹽害等級有顯著相關(guān)的相對葉鮮質(zhì)量、葉干質(zhì)量、根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量、整體干質(zhì)量和整體鮮質(zhì)量等指標(biāo)對63份水稻品種資源進(jìn)行了分類，其中只有相對整體干質(zhì)量和整體鮮質(zhì)量在4類間有顯著差異（表5），其他指標(biāo)差異性不顯著（數(shù)據(jù)太多，未列出）。為了選擇更好的分類指標(biāo)，以相對整體干質(zhì)量和整體鮮質(zhì)量2個(gè)指標(biāo)做主成分分析，取第1主成分（方差貢獻(xiàn)率為91.7%）做綜合指標(biāo)，并以綜合指標(biāo)作系統(tǒng)聚類分析（WARD法）。分類分析結(jié)果表明，整體干質(zhì)量和鮮質(zhì)量綜合指標(biāo)4類類群間呈顯著性差異（表6）。

2.4 不同水稻品種資源耐鹽性評價(jià)

根據(jù)水稻幼苗整體相對鮮質(zhì)量和干質(zhì)量綜合指標(biāo)對63份水稻品種資源進(jìn)行了分類，將品種資源分為四大類：強(qiáng)耐鹽（3個(gè)）、耐鹽（4個(gè)）、輕度感鹽（22個(gè)）和感鹽（34個(gè)），篩選出7個(gè)耐鹽水稻品種黃板所、芭蕉根白、安寧旱谷、南京11、二九青、三二矮和廣陸矮。為了進(jìn)一步驗(yàn)證品種資源的耐鹽性，將篩選出的7個(gè)品種資源于2016年和2017年正季在連云港青口耐鹽試驗(yàn)基地種植，進(jìn)行全生育期耐鹽性觀察。經(jīng)過連續(xù)2年的觀察，耐鹽品種資源在鹽分含量0.5%左右的土壤上種植，活苗率均達(dá)75%以上。

3 討論

水稻耐鹽性是一種復(fù)雜的生理特性，是一個(gè)由多基因控制的數(shù)量性狀。目前對水稻耐鹽性的評價(jià)主要通過表型指標(biāo)和生理生化指標(biāo)進(jìn)行。表型指標(biāo)主要包括鹽脅迫下種子的發(fā)芽率、苗期鹽害級別、相對苗長和相對根長等[9-14];生理生化指標(biāo)包括鹽離子濃度[15-16]、小分子物質(zhì)[17]、與鹽脅迫相關(guān)的酶活性以及質(zhì)膜透性[18-21]等。直接的表型鑒定可以直觀、簡便地進(jìn)行大量材料的表型鑒定，適用于大批種質(zhì)資源的耐鹽性評價(jià)，但表型鑒定受環(huán)境影響較大，也要求研究人員具有較豐富的表型鑒定經(jīng)驗(yàn)，主觀因素的影響較大[7];生理生化指標(biāo)測定方法繁瑣，只適用于研究，不適合大批量種質(zhì)資源的鑒定[22]。

水稻在幼苗期（2葉1心）對鹽分表現(xiàn)出較高的敏感性。前期研究者對苗期的耐鹽性一般采用形態(tài)指標(biāo)結(jié)合生理指標(biāo)考查的方法。謝留杰等采用鹽害級別、相對苗高、相對莖葉干質(zhì)量和鈉鉀離子比值等指標(biāo)對水稻3～4葉期幼苗進(jìn)行了耐鹽性評價(jià)[5];方先文等利用葉片相對受害率、苗高和出葉速率相對受害率篩選出苗期極端耐鹽品種6份[9];吳家富等研究將葉片死亡率作為苗期耐鹽鑒定的關(guān)鍵指標(biāo)[10];王娜等對粳稻種質(zhì)資源苗期根系形態(tài)特征與耐鹽性進(jìn)行了相關(guān)分析，結(jié)果表明，苗期耐鹽級別與根總表面積、平均直徑、根系總體積、0.5～1.0 mm 直徑根的總長度、總表面積和總體積均呈極顯著正相關(guān)[11]。呂學(xué)蓮等通過形態(tài)指標(biāo)（平均死葉率、地上部和根部干鮮質(zhì)量等）和生理指標(biāo)（可溶性糖的積累等）相結(jié)合篩選出相對死葉率較低、可溶性糖積累量較多的長白10號、D-10、節(jié)10、D-13、天井4號等耐鹽種質(zhì)[12]。田蕾等研究利用葉片傷害率和丙二醛含量這2個(gè)指標(biāo)來區(qū)分苗期耐鹽和鹽敏感水稻品種[18]。索巍巍等通過測量幼苗苗高、單株總根長、種子貯藏物質(zhì)利用率和（α+β）淀粉酶總活性等各項(xiàng)指標(biāo)綜合分析，對水稻種質(zhì)資源進(jìn)行了耐鹽性分析[23]。

前人報(bào)道的耐鹽性篩選主要利用生長指標(biāo)進(jìn)行了水稻耐鹽性分析，但水稻各項(xiàng)生長指標(biāo)與鹽害等級的相關(guān)性分析較少。本研究在0.5%鹽濃度下測量苗期苗高、根長、地上部和根部的干（鮮）質(zhì)量的相對值，分析了各項(xiàng)性狀指標(biāo)與鹽害等級的相關(guān)性。結(jié)果表明，莖葉鮮質(zhì)量和幼苗整體鮮質(zhì)量這2個(gè)指標(biāo)與鹽害等級呈極顯著負(fù)相關(guān)，幼苗的根干（鮮）質(zhì)量、莖葉干質(zhì)量、整體干質(zhì)量與鹽害等級呈負(fù)相關(guān)。繼而，將與鹽害等級有顯著相關(guān)性的生長指標(biāo)對63份品種資源進(jìn)行了分類，以幼苗的整體干質(zhì)量和整體鮮質(zhì)量2個(gè)指標(biāo)作為綜合評價(jià)指標(biāo)作為分類依據(jù)，63份品種資源分為了四大類（強(qiáng)耐鹽、耐鹽、輕度感鹽和感鹽），且類群間呈顯著性差異。篩選出的7個(gè)耐鹽品種資源通過在連云港青口耐鹽試驗(yàn)基地種植，均表現(xiàn)出良好的耐鹽性。

4 結(jié)論

本研究對水稻大量苗期表型性狀與耐鹽等級進(jìn)行相關(guān)性分析，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法確定了幼苗的整體干質(zhì)量和整體鮮質(zhì)量2個(gè)指標(biāo)為最佳表型鑒定指標(biāo)，此鑒定方法克服了人為主觀因素的影響，既有利于大量水稻品種資源的耐鹽性鑒定，且使水稻苗期耐鹽性鑒定既簡單方便又快速準(zhǔn)確，為水稻品種資源的耐鹽性評價(jià)提供了有效方法。

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