玉米地方品種耐鹽性鑒定及評價指標(biāo)篩選

玉米地方品種耐鹽性鑒定及評價指標(biāo)篩選摘要：以7份耐鹽地方玉米(ZeamaysL.)品種資源為材料，通過萌芽試驗研究其在高濃度NaCl脅迫下的耐鹽性差異，并對評價指標(biāo)進(jìn)行篩選。結(jié)果表明，在200?250mmol/L鹽脅迫下7個品種的耐鹽性繼續(xù)發(fā)生分化，存在顯著性差異，耐鹽性順序為丹紅〉白苞谷〉大白苞谷〉火白早〉白鶴〉牙埡白〉白馬牙。玉米萌芽期耐鹽性評價應(yīng)以種子耐鹽指數(shù)、活力耐鹽指數(shù)、相對儲藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率、相對芽干重、相對根干重和相對生長量為主，采用適宜的方法計算綜合指標(biāo)，作為耐鹽性評價依據(jù)；相對萌芽率、根冠比不宜作為評價指標(biāo)。關(guān)鍵詞：玉米(ZeamaysL.)；萌發(fā)期；耐鹽性；評價指標(biāo)ScreeningofEvaluationIndicesforSaltToleranceofMaizeLocalVarietiesAbstract：Thesalinitytoleranceof7salttolerantmaizelocalvarietiesunderstrongNaClstresswasdeterminedthroughgerminationtest；meanwhile，theevaluationindiceswereselected.TheresultsshowedthatunderstrongNaClstress(200?250mmol/L)， thesalinitytoleranceof7landracesdifferedsignificantly.TheorderofsalttolerancerankingfromstrongtoweakwasDanHong，BaiBaogu，DaBaogu， HuoBaizao， BaiHe,YayaBaiyumi，BaiMaya.Salt-tolerantgerminationindex，salt-tolerantvigorindex，relativelyutilizationofstoragenutrient，relativebuddryweight，relativerootdryweightandrelativegrowthamountcouldbeusedassuitableindictorsinevaluationofsalttolerance；whilerelativegerminationrate，relativeroot-budratiowerenotappropriateforevaluation.Salttoleranceofmaizelandracecouldbeidentifiedefficientlyandrapidlythroughgerminationtest.Keywords:maize(ZeamaysL.)；seedlingstage；salttolerance；evaluationindices玉米(ZeamaysL.)地方品種是重要的種質(zhì)資源。由于玉米雜交種的推廣，多數(shù)地方品種已經(jīng)消失或正在消失，造成地方品種基因資源的喪失和生產(chǎn)用玉米品種遺傳基礎(chǔ)日益狹窄。因此，開展玉米地方品種的收集、保護(hù)、鑒定和創(chuàng)新性利用是玉米種質(zhì)資源研究中很緊迫的任務(wù)。西南地區(qū)是我國地方品種資源較豐富的地區(qū)之一，本研究在對該地區(qū)高原生態(tài)區(qū)玉米地方品種廣泛收集的基礎(chǔ)上，開展種質(zhì)資源的耐鹽性鑒定，以期從中篩選出耐鹽種質(zhì)，為玉米耐鹽育種提供有用的基因資源。鹽堿地是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響較大的一種低產(chǎn)土壤，在我國分布廣、類型多，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展［1，2］。篩選作物耐鹽資源，開展耐鹽育種，是提高鹽堿地生產(chǎn)效率最經(jīng)濟(jì)環(huán)保的途徑。玉米是鹽敏感作物，其極限鹽濃度為 170mmol/LNaCl，每超過極限鹽濃度100mmol/L，產(chǎn)量降低12%［3，4］。在鹽脅迫下，玉米種子萌發(fā)能力降低，莖、葉和根的生長明顯受到抑制［5］。同時在生理上也有相應(yīng)變化，K+含量是植物耐鹽性的一個重要營養(yǎng)指標(biāo)，而高Na+含量是造成鹽損傷的根本原因，因此保持較低的Na+/K+是單子葉植物規(guī)避鹽害的有效途徑［6-8］。在鹽脅迫下，玉米細(xì)胞內(nèi)抗氧化系統(tǒng)與耐鹽性密切相關(guān)，耐鹽性強(qiáng)，則SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性高［9,10］,清除損傷能力強(qiáng)，適應(yīng)逆境，能保持較好的長勢。目前，對玉米自交系和雜交種耐鹽性鑒定和耐鹽機(jī)理研究較多，但對玉米地方品種耐鹽性鑒定的研究很少。此外在高濃度鹽脅迫下，玉米的耐鹽性報道也較少。本研究是在150mmol/LNaCl脅迫下鑒定玉米地方品種耐鹽性的基礎(chǔ)上，選擇強(qiáng)耐鹽品種，研究其在高濃度鹽脅迫下的耐鹽性分化，并對不同的耐鹽性評價指標(biāo)進(jìn)行篩選。1材料與方法1.1試驗材料通過萌芽期耐鹽性（150mmol/LNaCl脅迫）鑒定，從西南高原生態(tài)區(qū)玉米地方品種資源中篩選了7份耐鹽種質(zhì)（表1）參與本試驗。1.2萌芽試驗精選大小基本一致的種子，用3%雙氧水浸泡20min，無菌去離子水沖洗3次，用滅菌濾紙吸干多余水分。用25cmx15cm具蓋瓷盤做萌芽盤，盤底平鋪3層濾紙，第4層濾紙折疊成瓦楞形，將種子整齊排列于瓦楞形濾紙槽中，分別加入400mL濃度為150、200、250、300、350、400mmol/L的NaCl溶液，以150mmol/L濃度為對照（CK）。處理組和對照組分別重復(fù)3次，每次重復(fù)用20粒種子，萌芽盤加蓋，置人工氣候箱，25°C恒溫避光培養(yǎng)。1.3耐鹽指標(biāo)測定分別在萌芽試驗的第二、四、六、八天調(diào)查種子萌芽情況；最后一次調(diào)查后，將每個材料萌芽的種子和幼苗一起裝于硫酸紙袋中，在恒溫鼓風(fēng)干燥箱中烘至恒重，分別稱量根干重、芽干重和種子干重。種子萌芽指數(shù)、種子活力指數(shù)、幼苗生長量、根冠比、貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率分別采用下述公式計算：種子萌芽指數(shù)（GI）=1.00GR2+0.75GR4+0.50GR6+0.25GR8，GR2、GR4、GR6、GR8分別為第二、四、六、八天各材料的萌芽率；幼苗生長量（GA）=根干重（RW）+芽干重（BW）；種子活力指數(shù)（VI）=GIxGA；根冠比（RBR）=根干重/芽干重；貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率（UN）=幼苗生長量/（幼苗生長量+子粒干重）；種子萌芽耐鹽指數(shù)（SGI）=高鹽脅迫下種子萌芽指數(shù)（GIS）/對照種子萌芽指數(shù)（GIC）；活力耐鹽指數(shù)（SVI）=高鹽脅迫下活力指數(shù)（VIS）/對照活力指數(shù)（VIC）；某性狀相對值=高鹽脅迫下某性狀測定值/對照條件下某性狀測定值。1.4耐鹽性綜合評價利用模糊數(shù)學(xué)中求隸屬函數(shù)的方法［11,12］進(jìn)行耐鹽性綜合評價，其公式為：Xij=（xij-xjmin）/（xjmax-xjmin）；Xi二工Xij/。其中Xij表示i種類j指標(biāo)的抗鹽隸屬函數(shù)，xij為i種類j指標(biāo)的測定值，xjmin和xjmax表示j指標(biāo)的最小和最大測定值，Xi為耐鹽指標(biāo)隸屬函數(shù)平均值，n表示耐鹽指標(biāo)個數(shù)。以Xi為依據(jù)，評價參試材料的耐鹽性，其值越高，表示耐鹽性越強(qiáng)。1.5數(shù)據(jù)分析試驗數(shù)據(jù)用Excel2003、SPSS17.0軟件進(jìn)行分析。2結(jié)果與分析2.1不同濃度鹽脅迫下各性狀的差異不同濃度鹽脅迫下玉米萌芽期性狀受到不同程度抑制，濃度越高受抑制越嚴(yán)重。7個品種的種子萌芽率、萌芽指數(shù)、活力指數(shù)、儲藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率、芽干重、根干重和幼苗生長量在濃度為150、200mmol/L的NaCl處理下顯著高于250、300mmol/L的NaCl處理，在250、300mmol/L的NaCl處理下顯著高于350、400mmol/L的NaCl處理?？梢娫O(shè)定的6個濃度依據(jù)對參試材料的脅迫強(qiáng)度可以分為高、中、低3個等級，不同級別之間差異顯著，同一級別內(nèi)差異不顯著。而根冠比對鹽脅迫的靈敏性較差，僅反映出高、低濃度脅迫之間有顯著差異（表2）。不同濃度鹽脅迫下，種子萌芽耐鹽指數(shù)、活力耐鹽指數(shù)、相對萌芽率、相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率、相對芽干重、相對根干重、相對根冠比和相對生長量等8個耐鹽性評價指標(biāo)也存在類似的差異顯著性。其中相對萌芽率、相對根冠比對鹽脅迫的敏感性較差，僅能反映高濃度和低濃度脅迫之間的差異。2.2各耐鹽指標(biāo)與鹽脅迫濃度的相關(guān)性由表3可知，玉米萌芽期各項耐鹽指標(biāo)中，相對根冠比與鹽濃度顯著負(fù)相關(guān)，種子萌芽耐鹽指數(shù)、活力耐鹽指數(shù)、相對萌芽率、相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率、相對芽干重、相對根干重和相對生長量與鹽濃度呈極顯著負(fù)相關(guān)，表明隨著鹽濃度升高，各項指標(biāo)呈現(xiàn)不同程度的降低趨勢。其余各指標(biāo)之間大部分呈顯著或極顯著正相關(guān)。2.3不同鹽濃度下各耐鹽指標(biāo)的相關(guān)性評價不同鹽濃度下各指標(biāo)的相關(guān)性見表4。150mmol/L的NaCl脅迫后，相對生長量與活力耐鹽指數(shù)、相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率、相對芽干重和相對根干重極顯著相關(guān)；相對根干重與活力耐鹽指數(shù)極顯著相關(guān)，與相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率和相對芽干重顯著相關(guān)；相對芽干重與活力耐鹽指數(shù)和相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率極顯著相關(guān)；相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率與活力耐鹽指數(shù)極顯著相關(guān)；相對萌芽率與種子萌芽耐鹽指數(shù)極顯著相關(guān)。相對萌芽率和相對根冠比分別與6個指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)，但均未達(dá)到顯著水平。200mmol/L的NaCl脅迫后，相對生長量與活力耐鹽指數(shù)極顯著相關(guān)，與相對根干重和相對芽干重成顯著相關(guān)，其余指標(biāo)間相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平，相對萌芽率和相對根冠比分別與4個和6個指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)。250mmol/L的NaCl脅迫后，相對生長量與活力耐鹽指數(shù)、相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率、相對芽干重極顯著相關(guān)；相對芽干重與活力耐鹽指數(shù)極顯著相關(guān)，與相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率顯著相關(guān)；相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率與活力耐鹽指數(shù)極顯著相關(guān)，與種子萌芽耐鹽指數(shù)顯著相關(guān)；種子萌芽耐鹽指數(shù)與活力耐鹽指數(shù)極顯著相關(guān)。相對萌芽率和相對根冠比分別與3個和5個指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)，均未達(dá)到顯著水平。300mmol/L的NaCl脅迫后，相對生長量與活力耐鹽指數(shù)、相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率、相對芽干重和相對根干重極顯著相關(guān)；相對根干重與相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率極顯著相關(guān)，與活力耐鹽指數(shù)顯著相關(guān)；相對芽干重與活力耐鹽指數(shù)和相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率顯著相關(guān)；相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率與活力耐鹽指數(shù)極顯著相關(guān)。相對萌芽率和相對根冠比分別與6個和3個指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)，均未達(dá)到顯著水平。350mmol/L的NaCl脅迫后，相對生長量與活力耐鹽指數(shù)、相對芽干重和相對根干重極顯著相關(guān)；相對根干重與種子活力耐鹽指數(shù)和相對芽干重顯著相關(guān)；相對芽干重與活力耐鹽指數(shù)顯著相關(guān)；相對萌芽率與種子活力耐鹽指數(shù)顯著相關(guān)。相對萌芽率和相對根冠比分別與1個和2個指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)，均未達(dá)到顯著水平。400mmol/L的NaCl脅迫后，相對生長量與相對芽干重和相對根干重極顯著相關(guān)，與活力耐鹽指數(shù)和相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率顯著相關(guān)；相對根干重與相對芽干重和相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率極顯著相關(guān)，與活力耐鹽指數(shù)顯著相關(guān)；相對芽干重與活力耐鹽指數(shù)顯著相關(guān)。相對萌芽率和相對根冠比分別與3個和6個指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)，均未達(dá)到顯著水平。在6種NaCl濃度脅迫下，相對生長量與活力耐鹽指數(shù)、相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率、相對芽干重和相對根干重都表現(xiàn)較強(qiáng)的相關(guān)性；種子萌芽耐鹽指數(shù)與個別指標(biāo)顯著或極顯著相關(guān)，但多數(shù)情況下與其他指標(biāo)的相關(guān)性較弱；相對萌芽率和相對根冠比始終與各個指標(biāo)呈弱正相關(guān)或負(fù)相關(guān)。2.4耐鹽性的綜合評價采用模糊數(shù)學(xué)中求隸屬函數(shù)值的方法計算不同鹽濃度下7個品種的種子萌芽耐鹽指數(shù)、活力耐鹽指數(shù)、相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率、相對芽干重、相對根干重和相對生長量隸屬函數(shù)平均值，以及5個處理濃度的總體平均值，并進(jìn)行差異顯著性檢驗，結(jié)果見表5。150mmol/L的NaCl濃度下各個品種的隸屬函數(shù)平均值差異不顯著，其余濃度下都存在極顯著差異。方差分析F值的變化反映出，隨脅迫強(qiáng)度的增加，各個品種的耐鹽性差異逐漸增大，到250mmol/L的NaCl濃度時，材料間的差異最大，此后又逐漸降低。5個濃度下的隸屬函數(shù)平均值表明，參試的7個材料的耐鹽性順序為丹紅〉白苞谷〉大白苞谷〉火白早〉白鶴〉牙埡白>白馬牙。3小結(jié)與討論作物耐鹽性鑒定是篩選耐鹽種質(zhì)資源的重要手段，一般可以通過大田試驗［13］、盆栽試驗［14］、水培試驗［15］和萌芽試驗⑸等方法來鑒定。其中，大田試驗?zāi)軌蜻M(jìn)行全生育期觀察，能全面反映不同品種在不同時期的耐鹽性差異，能夠容納的資源數(shù)量多，具有可靠的試驗結(jié)果，可以直接應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。但是大田試驗處于開放的環(huán)境中，試驗結(jié)果易受外界環(huán)境變化的影響，還受到季節(jié)限制。盆栽和水培試驗避免了環(huán)境影響，但是能容納的資源數(shù)量有限。萌芽試驗則同時具備不受環(huán)境影響和能容納較多資源的特點，且方法簡單、操作簡便易行，因此是目前鑒定種質(zhì)資源耐鹽性的重要方法。此外有研究表明玉米苗期的耐鹽性與成株期一致［16］。在萌發(fā)和幼苗階段，玉米的種子萌芽率、種子萌芽指數(shù)、活力指數(shù)、芽干重、根干重、生長量、儲藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率等性狀值均隨鹽脅迫強(qiáng)度的增加而降低，這與在水稻［17］、小麥［18］、甜高粱［19］和谷子［20］中的研究結(jié)果一致，說明這些性狀可反映鹽分脅迫對玉米萌發(fā)和幼苗生長的抑制作用，可作為耐鹽性鑒定的候選指標(biāo)。本研究用種子萌芽耐鹽指數(shù)、活力耐鹽指數(shù)、相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率、相對芽干重、相對根干重和相對生長量作為耐鹽性鑒定指標(biāo)。其中，種子萌芽耐鹽指數(shù)反映鹽脅迫下種子萌芽快慢，活力耐鹽指數(shù)反映鹽脅迫下幼苗生長速度，相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率能反映幼苗生長時對種子儲藏物質(zhì)的利用效率，相對芽干重、根干重和幼苗生長量則分別反映幼苗、根系和總生物產(chǎn)量的大小，各個指標(biāo)與耐鹽性都是同向增減。相對根冠比由于與其余指標(biāo)相關(guān)性不顯著，且多數(shù)呈負(fù)相關(guān)，因此不宜用于評價耐鹽性，這可能與鹽脅迫對根系和莖葉的影響不同有關(guān)。本研究的參試材料是經(jīng)過萌芽試驗選擇的強(qiáng)耐鹽品種，具有一定的耐鹽性，因此在鹽濃度為150mmol/L時，各個材料的耐鹽性差異不顯著，同時可能也是造成不同濃度下萌芽率差異不顯著的原因。玉米的耐鹽性較差，不同的研究群體具有不同的整體耐鹽性。本研究所選用的7份材料，是從95份西南高原生態(tài)區(qū)玉米地方種質(zhì)資源耐鹽性鑒定試驗（150mmol/L的NaCl脅迫）中篩選的極耐鹽品種，因此在150mmol/L和200mmol/L的濃度時，品種間差異較小；在250mmol/L和300mmol/L時，差異較大，說明此濃度下，不同品種的耐鹽性繼續(xù)出現(xiàn)分化，丹紅的耐鹽性顯著高于其他品種，而白馬牙的耐鹽性顯著低于其他品種；在350mmol/L和400mmol/L時，品種間差異又逐漸減小，表明該濃度超過了所有品種的耐鹽極限，各個品種都受到嚴(yán)重抑制。7份西南高原生態(tài)區(qū)玉米地方品種具有較強(qiáng)的耐鹽性，部分品種在250mmol/L的NaCl溶液脅迫下仍能正常發(fā)芽、成苗。通過隸屬函數(shù)值的方法，得出各參試品種的耐鹽性順序為：丹紅〉白苞谷〉大白苞谷〉火白早〉白鶴〉牙埡白＞白馬牙。種子萌芽耐鹽指數(shù)、活力耐鹽指數(shù)、相對貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率、相對芽干重、相對根干重和相對生長量能綜合體現(xiàn)種子萌發(fā)和幼苗生長能力，可以作為鑒定玉米品種萌芽期耐鹽性評價指標(biāo)。參考文獻(xiàn)：王遵親.中國鹽漬土[M].北京：科學(xué)出版社，1993.325-334.張恒，付暢，崔繼哲.植物耐鹽基因工程研究進(jìn)展[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（2）：11-14.ZHUJK.Plantsalttolerance[J].TrendsinPlantSci，2001， 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