39 份玉米自交系的芽苗期耐鹽性評價

陳祥靜，朱慶琳，朱嘉，宋希云，2，裴玉賀，2

(1. 青島農業大學農學院，山東青島 266109；2. 青島市主要農作物種質創新與應用重點實驗室，山東青島 266109)

土壤鹽漬化是一個全球性的環境問題。 鹽堿影響著約占全球陸地面積25%以上的土地，我國鹽堿地面積約有9913 萬公頃[1-3]，位居世界第三[4]。 而我國玉米主產區分布于土壤鹽漬化日益嚴重的北方地區和黃淮海平原，玉米產量和品質受損嚴重[5]。 玉米(Zea maysL.)作為全世界總產量最高的作物，屬中度鹽敏感植物[6]，且芽苗期又比其它階段對鹽脅迫更加敏感[7]。 玉米自交系是組配玉米雜交種的基礎材料[8]，因此對不同玉米自交系進行芽苗期耐鹽性評價是選育耐鹽品種的前提。

當前，關于芽期和苗期耐鹽性品種的篩選在水稻[9]、小麥[10]、玉米[11]、棉花[12]和花生[13]等作物上已開展相關研究，并確定和建立了一系列耐鹽鑒定指標和評價方法。 研究發現，不同玉米自交系之間性狀差異較大，靠單一的分析方法很難評判出它們的優劣。 而灰色關聯度分析法能夠綜合各項指標對自交系進行耐鹽性評定，能克服單一指標不能準確評價耐鹽性這一問題[14]。 目前，該方法已廣泛應用于玉米種質鑒定[15-20]。 為此，本研究采用100 mmol/L NaCl 來模擬鹽害環境，以39 份玉米自交系為試材，對其相對發芽勢、相對發芽率進行比較，再選取胚芽長、胚根長、幼苗全長、芽鮮重、根鮮重、芽干重、根干重共7 個耐鹽性相關性狀指標，用灰色關聯度分析法對玉米自交系的芽苗期耐鹽性進行綜合分析評價，以期篩選出耐鹽性較好的玉米自交系作為種質資源，也為玉米耐鹽性研究提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試39 份玉米自交系材料詳見表1，由青島農業大學分子育種實驗室提供。

表1 39 份玉米自交系編號及名稱

1.2 儀器

主要有:RGC-1000D 智能人工氣候箱(合肥右科儀器設備有限公司)、濾紙、刻度尺、量筒、電子天平和玉米幼苗鑒定裝置(中國專利號:ZL200920177285.0)。

1.3 試驗設計

試驗于2022 年在青島農業大學玉米分子育種實驗室進行。 參照Luo 等[21]的方法，設置100 mmol/L NaCl 無菌鹽水(鹽處理)和無菌水(對照)2 個處理，重復3 次，每重復測10 個樣。 每個自交系均選取籽粒飽滿、大小均勻一致的種子60粒，先用1%次氯酸鈉消毒10min，后用無菌水沖洗3 次，再將種子播種到玉米幼苗鑒定裝置中進行水培； 之后， 置于 12 h 光照[150 ～180 μmol/(m2·s)]與12 h 黑暗光周期的智能人工氣候箱中，箱內溫度(25±1)℃、相對濕度60%。 試驗過程中做好標記，以免種子發生混雜。

玉米幼苗鑒定裝置的具體操作如下:將玉米種子固定在兩塊板(170 mm×50 mm)之間，兩塊板插入容器(325 mm×190 mm×95 mm)內表面的凹槽中。 每個容器內表面有10 個凹槽，濾紙放在種子和兩塊板之間，用16 mm 深的營養液(800 mL)濕潤。

將玉米自交系種子在無菌水對照和鹽處理中水培10 天。 培養至第4 天和第7 天分別調查發芽種子數[22]，第10 天測定胚根和胚芽性狀指標。

1.4 測定指標及方法

參照Yang 等[23]的方法測定發芽指標:

發芽勢(%)＝(第4 天發芽種子數/供試種子總數)×100 ；

發芽率(%)＝(第7 天正常發芽種子數/供試種子總數)×100 ；

相對發芽率＝脅迫發芽率/對照發芽率 ；

相對發芽勢＝脅迫發芽勢/對照發芽勢 。

每個自交系選取3 株長勢一致的芽苗測定胚芽長(SL)、胚根長(RL)、芽苗全長(FL)、芽鮮重(SF)、根鮮重(RF)、芽干重(SD)、根干重(RD)。

1.5 灰色關聯度分析

將39 份玉米自交系的7 個性狀指標作為一個灰色系統，用胚芽長、胚根長、芽苗全長、芽鮮重、根鮮重、芽干重、根干重這7 個指標進行權重比較，在此基礎上構建綜合評價模型，用灰色關聯度分析法對其耐鹽性進行分析和綜合評價。 關聯系數和關聯度計算參照王玉建等[14]的方法進行。最終關聯度值由高到低進行排列，數值越高就代表該自交系與理想參考自交系的相似度越高，即耐鹽性越好。

1.6 數據處理與分析

應用Microsoft Excel 2019 進行圖表制作，采用SPSS 20.0 軟件進行雙因素方差分析和灰色關聯度分析。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對相對發芽勢和相對發芽率的影響

方差分析結果(表2、表3)表明，在無菌水和鹽脅迫處理下，處理間和自交系間均存在極顯著差異，說明鹽脅迫對不同玉米自交系的發芽勢和發芽率影響較大。

表2 發芽勢方差分析結果

表3 發芽率方差分析結果

從表4 中可以看出，39 份玉米自交系中有23份的相對發芽勢在0.80 及以上，分別是甜-2(德)、W305、KN-1、糯-1、BC2433、京D24、中102、農糯-2(農家種)、K6H4057、糯-3、昌7-2、K12HF72、414 系、夏996、LY002、黃478、K12HF76、NH21Rf、紫藥515、107-8、奧甜8210、丹黃25、新DH，其中W305、糯-1、BC2433、農糯-2(農家種)、糯-3、昌7-2、414 系、LY002、K12HF76、NH21Rf、紫藥515、奧甜8210、丹黃25 的相對發芽勢達到0.90 及以上。 農糯-2(農家種)、W305、糯-1、BC2433、昌7-2、414 系、夏996、LY002、丹黃25 的相對發芽率較高，表現出較強的耐鹽能力，其它自交系屬于中度耐鹽或弱耐鹽。 而彭甜11-A 和LY001 的相對發芽勢在0.40 以下，其中彭甜11-A 只有0.29，說明鹽分脅迫對其發芽造成比較嚴重的抑制。

表4 39 份玉米自交系的相對發芽勢和相對發芽率

2.2 芽苗期耐鹽性相關性狀分析

由表5 可知，39 份自交系耐鹽性存在顯著差異。 K12HF76 芽苗最長，E28 胚根最長，LY003 胚芽最長，W305 芽鮮重最大，NH21Rf 根鮮重最大，LY002 芽干重最大，黃478、K12HF76、NH21Rf、遺67、早10 根干重最大。

表5 39 份玉米自交系的耐鹽性相關指標

2.3 應用灰色關聯度法對39 份玉米自交系芽苗期的耐鹽性進行綜合評價

為避免僅用相對發芽勢和相對發芽率對玉米自交系芽苗期耐鹽性進行評價過于片面，本研究進一步測定39 份玉米自交系的幼苗全長(FL)、胚根長(RL)、胚芽長(SL)等耐鹽性相關指標，并采用灰色關聯度法進行綜合分析，評價其耐鹽性高低并進行排序。 由表6、表7 可知，39 份玉米自交系的耐鹽性由強到弱依次為107-8＞K12HF76＞早49＞爆-1＞昌7-2＞LY002＞KN-1m＞黃478＞糯-1＞KN-1＞奧甜8210＞W305＞新DH＞K6H4057＞紫藥515＞京D24＞NH21Rf＞E28＞BC2433＞丹黃25＞美26800＞遺67＞K36＞夏987＞甜-2(德)＞中102＞414 系＞早10＞華160＞8112＞農糯-2(農家種)＞K12HF72＞糯-3＞LY003＞彭甜11-A＞K12HF332＞LY001＞夏996＞掖478。

表6 關聯系數結果

表7 關聯度結果

3 討論

玉米屬于中度鹽敏感植物，一定濃度的鹽會讓玉米生長發育滯緩，導致減產，甚至絕產[24]。而芽苗期是玉米生長及群體數量建成的關鍵時期，對鹽非常敏感[25，26]。 芽苗期耐鹽性鑒定具有時間短、容量大、重復性強等優點，據其將耐鹽性較差材料剔除，能有效縮短鑒定周期和材料數量，提高鑒定效率。 因此，加強對玉米芽苗期的耐鹽性研究具有重要意義。

植物的耐鹽性是一個復雜的綜合性狀，各生長發育階段其耐鹽機制不盡相同，因此不能只通過單一指標對其耐鹽性強弱進行判定。 本研究把根長、芽長、鮮重等性狀作為耐鹽性評價指標，由芽苗期的耐鹽性強弱對自交系整個生長發育階段的鹽耐受能力進行預判，這與Luo[7]、張紅雪[27]等的研究類似。 另外，本研究所采用的灰色關聯度分析法不僅被證明適用于小麥、大豆品種的評價，而且徐占宏[28]等的研究表明此法在選育玉米自交系方面同樣實用可行。

本研究采用NaCl 模擬鹽脅迫試驗，與前人相關研究方法相同[29-32]。 目前利用相對指標來消除不同的單位背景差異，在作物抗逆性研究中很常用[33]，這種方法便于用多種指標來綜合評價作物抗逆性。 本研究采用該方法實現了對39 份擁有不同遺傳背景玉米自交系的芽苗期耐鹽性進行綜合全面多指標分析。

許多試驗證明，鹽脅迫下種子發芽率、胚根長等指標值相應降低[34-38]，本試驗所測數據同樣符合這一結論。 另外，本研究中鹽脅迫抑制程度因自交系不同而不同，這可能與不同種質對鹽的敏感度相關，與徐艷霞[39]、賈亞雄[40]、程玉靜[41]等的研究結果一致。 且本研究數據顯示，目前廣泛使用的自交系昌7-2 等耐鹽性較強，掖478 等屬于鹽敏感品種，與魯珊[42]、鄭飛[29]等的研究結果一致。

本研究主要從農藝性狀方面分析鹽脅迫(NaCl 模擬)對玉米種子芽苗期的影響，屬于玉米表觀對鹽脅迫響應方面的探討，但玉米種子的內在變化還涉及生理生化和分子水平，因此，后續研究還將從生理生化及基因表達等方面進一步闡明鹽脅迫對玉米種子芽苗期的內在影響。 此外，本研究僅以1 個濃度開展不同自交系鹽脅迫影響研究，其濃度是否適用于不同自交系，需在后續研究中增加濃度梯度或自交系數量以進一步驗證；由于本試驗沒有考慮多點環境效應影響，以上分析在耐鹽玉米育種工作中只能作為參考。

4 結論

100 mmol/L NaCl 模擬的鹽脅迫對玉米自交系種子發芽勢、發芽率、胚芽長、胚根長、芽苗全長、芽鮮重、根鮮重、芽干重、根干重具有明顯抑制作用，會延緩玉米種子發芽時間，降低發芽能力，限制其胚根和胚芽的生長發育。 不同玉米自交系芽苗期的耐鹽性存在較大差異，其中107-8、K12HF76、早49、爆-1、昌7-2、LY002、KN-1m、黃478、糯-1、KN-1、奧甜8210、W305 耐鹽性較好，彭甜11-A、LY001、K12HF332、夏996、掖478 耐鹽性相對較差，其它自交系耐鹽性中等。