水稻耐鹽基因SKC1等位變異突變體耐鹽性評價

(寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)作物研究所， 銀川 750105)

水稻是中國和世界最重要的糧食作物之一，世界上約有一半以上的人口以稻米為主食。寧夏鹽堿地面積較大，在引黃灌區(qū)的44.1萬hm2耕地中，鹽漬化耕地占三分之一，另有鹽堿荒地5.6萬hm2[1]，土壤鹽漬化問題嚴(yán)重制約著寧夏農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力的提高和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。種植耐鹽水稻品種是有效途徑之一。

水稻是一種對鹽濃度中度敏感的作物。水稻耐鹽性屬于數(shù)量性狀遺傳，受多基因控制[1]。SKC1基因的克隆是我國水稻耐鹽功能基因研究取得的突出成果，SKC1對表型變異的貢獻(xiàn)率達(dá)到40.1%，位于水稻1號染色體，是一個主效QTL[2]。其作用機(jī)理是在鹽脅迫下SKC1通過調(diào)節(jié)水稻地上部的K+/Na+平衡，維持高鉀、低鈉狀態(tài)，從而增加水稻的耐鹽性。

筆者前期利用TILLING(Target Induced Local Lesions in Genomes)技術(shù)檢測寧夏水稻品種的EMS誘變?nèi)后w，檢測到SKC1基因的4個SNP突變位點，獲得5份純合耐鹽基因SKC1突變體和14份雜合突變體材料[3]。本研究對這些突變體材料進(jìn)行了田間綜合農(nóng)藝性狀鑒定，篩選到16份農(nóng)藝性狀優(yōu)良的SKC1突變體，通過芽期、苗期、孕穗期及鹽堿地全生育期等4個方面對這些突變體進(jìn)行了耐鹽性鑒定，得到3份耐鹽性強(qiáng)的材料，8份耐鹽性較強(qiáng)的材料，為寧夏水稻耐鹽育種提供種質(zhì)資源。

表1SKC1突變體芽期耐鹽性評價

編號品種名稱相對鹽害率/%耐鹽級別芽長/cm根長/cm耐鹽性評價18NY-1寧粳28誘變21.28 30.94 0.3218NY-2寧粳28誘變26.53 31.10 0.36較強(qiáng)18NY-3寧粳28誘變20.83 30.88 0.418NY-4寧粳28誘變30.61 30.90 0.56較強(qiáng)18NY-5寧粳28誘變28.57 31.00 0.3218NY-6寧粳28誘變38.89 30.89 0.3418NY-7寧粳28誘變36.73 30.82 0.56較強(qiáng)18NY-8寧粳28誘變19.79 10.90 0.3118NY-9寧粳28誘變15.31 11.03 0.43強(qiáng)18NY-10寧粳28誘變23.47 30.89 0.4218NY-11寧粳28(ck)13.27 11.23 0.31強(qiáng)18NY-12寧粳28(ck)31.00 31.03 0.58較強(qiáng)18NY-13寧粳28(ck)7.00 10.96 0.33強(qiáng)18NY-14寧粳28(ck)11.22 10.93 0.32強(qiáng)18NY-15寧粳28(ck)4.00 10.74 0.13強(qiáng)18NY-16寧粳28(ck)13.00 10.74 0.33強(qiáng)18NY-17寧粳28(ck)26.00 30.87 0.33

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為寧夏生產(chǎn)上大面積種植品種寧粳28號的SKC1突變體16份，以野生型為對照，材料編號為18 NY-1～18 NY-17。試驗材料均為上年收獲的飽滿種子。

1.2 試驗方法

1.2.1芽期耐鹽性鑒定

每份材料選取50粒飽滿種子置于培養(yǎng)皿中，重復(fù)2次，以正常發(fā)芽試驗處理為對照。種子用75%乙醇浸種10 min，清水沖洗3～4次→加入充足水，在25 ℃恒溫箱浸泡1 d→沖洗3次，瀝凈水，加入1.2% NaCl鹽水，放入30 ℃培養(yǎng)箱萌發(fā)10 d，每天用鹽水洗滌1次→10 d，調(diào)查發(fā)芽粒數(shù)，統(tǒng)計發(fā)芽率，發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)為芽長達(dá)到種子長1/2，根長達(dá)到種子長度，芽期以發(fā)芽指數(shù)、相對根長和相對鹽害率作為鑒定粳稻種質(zhì)資源芽期耐鹽性主要指標(biāo)。

相對鹽害率(%)=[(G1-G2)/G1]×100%，

式中：G1為對照發(fā)芽率，G2為處理發(fā)芽率。

1.2.2苗期耐鹽性鑒定

每份材料選取50粒飽滿種子置于培養(yǎng)皿中，重復(fù)2次，以正常發(fā)芽生長為對照。種子用75%乙醇浸種10 min，清水沖洗3～4次，26 ℃條件下正常發(fā)芽生長，在2葉1心時，采用營養(yǎng)液水培養(yǎng)，處理培養(yǎng)液中加入0.75% NaCl，對照不加NaCl。鹽脅迫2周后觀察葉片的鹽害癥狀，選取10株測定株高，全株鮮重、地下部鮮重，進(jìn)行耐鹽性評價。

1.2.3孕穗期耐鹽性鑒定

試驗材料采用大棚盤式育秧，苗期將材料移栽于塑料桶中，單株插植，每個材料插植10株，完全成活后留7株，正常生長至孕穗期，用含0.5%NaCl的鹽水進(jìn)行灌溉，以正常灌水做對照，連續(xù)處理30 d后正常灌水，觀察鹽害癥狀，統(tǒng)計死葉率，測定葉綠素含量。成熟時選取5株調(diào)查單株有效穗數(shù)、主穗長、穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實率、穎花敗育程度、葉綠素含量(SPAD)和單株產(chǎn)量評價水稻耐鹽性。

1.2.4全生育期耐鹽性鑒定

試驗地設(shè)在鹽堿較重(土壤含鹽量0.5%)的賀蘭縣通義鄉(xiāng)，在鹽堿地進(jìn)行綜合農(nóng)藝性狀、適應(yīng)性、抗病性、豐產(chǎn)性鑒定，苗期調(diào)查保苗率、分蘗強(qiáng)弱、分蘗期調(diào)查存活率，收獲前每份材料取5株進(jìn)行考種，統(tǒng)計株高、單株有效穗數(shù)、主穗長、穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重和單株產(chǎn)量，評價水稻耐鹽性。

2 結(jié)果與分析

2.1 芽期耐鹽性鑒定結(jié)果

經(jīng)過2017—2018年芽期耐鹽鑒定，根據(jù)相對鹽害率、芽長和根長等指標(biāo)鑒定結(jié)果，耐鹽性強(qiáng)的突變材料有18 NY-9、18 NY-13、18 NY-14、18 NY-15、18 NY-16，耐鹽性較強(qiáng)的突變材料有18 NY-2、18 NY-4、18 NY-7、18 NY-12(表1)。

2.2 苗期耐鹽性鑒定結(jié)果

苗期鑒定采用營養(yǎng)液水培養(yǎng)，在2葉1心時，處理培養(yǎng)液中加入0.75% NaCl，對照不加NaCl。統(tǒng)計結(jié)果見表2。從表2可看出：用0.75%NaCl處理后，苗高、百苗鮮重、百苗根鮮重明顯低于對照，不同品種之間有差異，總體表現(xiàn)耐鹽性強(qiáng)的材料有18 NY-8、18 NY-9，耐鹽性較強(qiáng)的材料有18 NY-1、18 NY-2、18 NY-3、18 NY-4、18 NY-14。

2.3 孕穗期耐鹽性鑒定結(jié)果

孕穗期耐鹽鑒定采用盆栽法，正常生長至孕穗期，用含0.5%NaCl的鹽水進(jìn)行灌溉，以正常灌水做對照，連續(xù)處理30 d后正常灌水，統(tǒng)計結(jié)果見表3。通過對株高、單株有效穗數(shù)、穗長、穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實率、穎花敗育程度和單株產(chǎn)量綜合分析，耐鹽性強(qiáng)的材料有：18 NY-6、18 NY-10、18 NY-12，耐鹽性較強(qiáng)的材料有：18 NY-4。同時測定了對照和處理的葉綠素含量，見表4和見圖1，結(jié)果表明，經(jīng)過NaCl處理后，葉片的葉綠素含量均低于對照，不同材料之間有差異，相當(dāng)對照在85%以上的材料有18 NY-1、18 NY-2、18 NY-3、18 NY-4、18 NY-5、18 NY-8、18 NY-9、18 NY-12。

表2SKC1突變體苗期耐鹽性鑒定結(jié)果

編號品種名稱苗高/cmck處理與對照相比/%百苗鮮重/gck處理與對照相比/%百苗根重/gck處理與對照相比/%耐鹽性評價18NY-1寧粳28誘變8.62 8.02 93.04 9.40 8.20 87.23 2.60 2.60 100.00 較強(qiáng)18NY-2寧粳28誘變9.09 8.67 95.32 10.70 8.60 80.37 2.50 2.95 118.00 較強(qiáng)18NY-3寧粳28誘變10.16 8.37 82.38 9.50 8.80 92.63 2.70 2.85 105.56 較強(qiáng)18NY-4寧粳28誘變11.48 9.45 82.32 10.10 8.40 83.17 3.20 2.75 85.94 較強(qiáng)18NY-5寧粳28誘變12.20 8.16 66.89 10.80 9.70 89.81 3.40 3.25 95.5918NY-6寧粳28誘變12.10 8.05 66.49 10.70 8.55 79.91 2.80 2.70 96.4318NY-7寧粳28誘變11.17 9.16 82.01 11.00 8.60 78.18 3.10 2.80 90.3218NY-8寧粳28誘變7.35 7.06 95.99 7.70 7.85 101.95 2.30 3.00 130.43 強(qiáng)18NY-9寧粳28誘變9.53 9.21 96.64 9.60 9.25 96.35 3.30 3.05 92.42 強(qiáng)18NY-10寧粳28誘變9.65 7.36 76.27 9.30 7.90 84.95 2.80 2.65 94.6418NY-11寧粳28(ck)9.56 7.02 73.43 9.60 7.90 82.29 4.00 2.55 63.7518NY-12寧粳28(ck)10.28 7.93 77.14 9.80 7.75 79.08 3.10 2.70 87.1018NY-13寧粳28(ck)10.65 9.11 85.49 10.70 9.85 92.06 3.70 2.70 72.9718NY-14寧粳28(ck)10.25 8.36 81.51 10.60 9.65 91.04 3.30 3.00 90.91 較強(qiáng)18NY-15寧粳28(ck)8.01 7.22 90.14 7.90 7.10 89.87 3.20 2.55 79.6918NY-16寧粳28(ck)10.40 7.93 76.20 10.80 9.90 91.67 3.70 3.30 89.1918NY-17寧粳28(ck)10.25 8.15 79.51 8.30 7.90 95.18 3.20 2.85 89.06

表3SKC1突變體孕穗期耐鹽性鑒定結(jié)果

編號品種名稱株高/cm穗數(shù)/個穗長/cm粒數(shù)/粒結(jié)實率/%千粒重/g單株產(chǎn)量/g比對照±/%死葉率/%敗育耐鹽性評價18NY-1寧粳28誘變86.0 5.5 18.5 52.7 69.8 20.3 5.9 -21.33 33.9 輕18NY-2寧粳28誘變88.7 8.0 15.8 30.6 65.3 21.8 5.3 -29.33 43.8 中18NY-3寧粳28誘變78.3 6.7 15.5 30.3 70.1 19.7 4.0 -46.67 35.5 輕18NY-4寧粳28誘變89.7 8.3 15.6 39.0 73.6 25.3 8.2 9.33 42.3 輕-較強(qiáng)18NY-5寧粳28誘變76.7 6.7 10.6 16.0 62.9 20.3 2.2 -70.67 44.4 輕- 18NY-6寧粳28誘變86.3 9.0 15.2 40.7 88.8 23.1 8.5 13.33 43.0 輕- 強(qiáng)18NY-7寧粳28誘變85.0 7.5 13.6 20.3 69.3 23.0 3.5 -53.33 44.0 輕18NY-8寧粳28誘變81.0 7.0 13.6 20.7 64.0 19.5 2.8 -62.67 31.1 輕-18NY-9寧粳28誘變72.7 8.7 11.5 15.8 56.2 22.9 3.1 -58.67 37.1 輕18NY-10寧粳28誘變84.5 9.5 13.9 110.3 92.9 23.0 12.1 61.33 41.7 輕-強(qiáng)18NY-11寧粳28(ck)90.0 5.7 17.8 64.9 85.0 20.3 7.5 0.00 36.0 輕18NY-12寧粳28(ck)86.5 9.5 13.5 60.4 75.7 20.2 11.6 54.67 40.2 輕強(qiáng)18NY-13寧粳28(ck)85.0 6.3 16.5 39.5 56.0 26.0 6.5 -13.33 45.9 輕18NY-14寧粳28(ck)72.5 3.5 11.6 15.7 56.4 24.5 1.4 -81.33 47.9 輕18NY-15寧粳28(ck)73.0 5.7 12.8 44.7 63.7 15.3 3.9 -48.00 52.7 中18NY-16寧粳28(ck)87.7 8.3 13.5 23.2 56.6 20.9 4.0 -46.67 52.6 輕18NY-17寧粳28(ck)73.7 6.3 11.7 18.6 43.3 17.3 2.0 -73.33 41.9 輕

2.4 鹽堿地全生育期耐鹽性鑒定結(jié)果

通過鹽堿地苗期保苗率結(jié)果(圖2)分析，保苗率大于80%的材料有18 NY-5、18 NY-6、18 NY-7、18 NY-8、18 NY-14、18 NY-16，表明這些材料苗期耐鹽性強(qiáng)。收獲后通過株高、單株有效穗數(shù)、主穗長、穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重和單株產(chǎn)量等綜合評價，以單株產(chǎn)量大于對照為主要指標(biāo)(表4)，耐鹽性強(qiáng)的材料有18 NY-1、18 NY-2、18 NY-4、18 NY-5、18 NY-7、18 NY-10、18 NY-12、18 NY-13、18 NY-14，較強(qiáng)的材料有18 NY-17。

圖1 SKC1突變體在2種環(huán)境下的葉綠素含量

表5SKC1突變體鹽堿地耐鹽性鑒定結(jié)果

編號品種名稱株高/cm穗數(shù)/個穗長/cm粒數(shù)/粒結(jié)實率/%千粒重/g單株產(chǎn)量/g比對照±/%耐鹽性評價18NY-1寧粳28誘變126.3 8.6 20.1 123.7 94.9 30.1 30.2 87.8 強(qiáng)18NY-2寧粳28誘變118.9 6.0 20.2 126.4 93.5 31.8 22.5 40.0 強(qiáng)18NY-3寧粳28誘變94.5 5.3 17.6 114.7 91.8 26.5 14.8 -8.2 18NY-4寧粳28誘變107.1 8.0 20.7 124.6 95.2 31.9 30.3 88.1 強(qiáng)18NY-5寧粳28誘變109.3 5.9 20.2 126.5 95.3 31.1 22.1 37.4 強(qiáng)18NY-6寧粳28誘變112.6 5.6 19.5 114.5 87.8 30.8 17.3 7.7 18NY-7寧粳28誘變116.6 8.2 20.3 126.5 95.3 30.1 29.7 84.7 強(qiáng)18NY-8寧粳28誘變98.2 5.8 17.1 108.9 91.0 25.8 14.8 -8.0 18NY-9寧粳28誘變110.6 5.4 19.4 114.7 89.3 27.9 15.4 -4.1 18NY-10寧粳28誘變120.6 6.2 20.5 164.8 94.3 25.3 24.4 51.4 強(qiáng)18NY-11寧粳28(ck)110.3 5.3 18.4 127.6 93.6 25.3 16.1 0.118NY-12寧粳28(ck)111.7 6.1 20.3 143.6 95.4 27.4 23.1 43.3 強(qiáng)18NY-13寧粳28(ck)112.2 6.4 20.2 137.8 91.1 30.7 24.7 53.2 強(qiáng)18NY-14寧粳28(ck)110.8 5.8 20.8 119.1 91.2 33.2 20.9 29.8 強(qiáng)18NY-15寧粳28(ck)119.0 4.8 19.8 163.1 82.5 23.2 15.0 -7.018NY-16寧粳28(ck)117.4 5.4 18.3 101.7 89.1 30.7 15.0 -6.718NY-17寧粳28(ck)116.8 7.6 18.2 93.6 92.7 27.7 18.3 13.4 較強(qiáng)

表4SKC1突變體葉片的葉綠素含量SPAD

編號對照處理相當(dāng)對照/%18NY-147.28 40.24 85.1118NY-249.96 45.59 91.2518NY-348.63 46.68 95.9918NY-455.90 50.37 90.1118NY-549.35 44.63 90.4418NY-649.88 40.38 80.9518NY-757.92 47.15 81.4118NY-851.78 45.01 86.9318NY-947.83 42.36 88.5618NY-1050.30 40.09 79.7018NY-1146.83 37.98 81.1018NY-1247.33 41.24 87.1318NY-1349.73 36.06 72.5118NY-1463.50 44.52 70.1118NY-1559.15 36.83 62.2718NY-1647.87 37.69 78.7318NY-1749.93 37.90 75.91

2.5 小 結(jié)

通過芽期、苗期、孕穗期、全生育期耐鹽性鑒定，對16份SKC1突變體的耐鹽性進(jìn)行了全面評價，表現(xiàn)耐鹽性強(qiáng)的材料有18 NY-10、18 NY-12、18 NY-14。表現(xiàn)耐鹽性較強(qiáng)的材料有18 NY-2、18 NY-4、18 NY-5、18 NY-6、18 NY-7、18 NY-8、18 NY-13、18 NY-16。該結(jié)果可為寧夏水稻耐鹽育種提供耐鹽資源，或直接利用。

圖2SKC1突變體在鹽堿地的保苗率表6SKC1突變體不同生育期耐鹽性鑒定結(jié)果

編號品種名稱芽期苗期孕穗期鹽堿地保苗率全生育期綜合評價18NY-1寧粳28誘變 √√√ 18NY-2寧粳28誘變√√√√較強(qiáng)18NY-3寧粳28誘變√18NY-4寧粳28誘變√√√√較強(qiáng)18NY-5寧粳28誘變√√√√較強(qiáng)18NY-6寧粳28誘變√√√√較強(qiáng)18NY-7寧粳28誘變√√√√較強(qiáng)18NY-8寧粳28誘變√√√√較強(qiáng)18NY-9寧粳28誘變√√√√18NY-10寧粳28誘變√√√√√強(qiáng)18NY-11寧粳28(ck)√√18NY-12寧粳28(ck)√√√√√強(qiáng)18NY-13寧粳28(ck)√√√√較強(qiáng)18NY-14寧粳28(ck)√√√√√√√極強(qiáng)18NY-15寧粳28(ck)√√ 18NY-16寧粳28(ck)√√√√ 較強(qiáng)18NY-17寧粳28(ck)√

注：“√√”表示耐鹽性強(qiáng)，“√”表示耐鹽性較強(qiáng)。

3 討 論

在水稻耐鹽性鑒定方面，國內(nèi)很多學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作[4-8]，多數(shù)水稻耐鹽鑒定篩選試驗集中在苗期，即在鹽敏感的2葉1心至3葉1心期進(jìn)行適當(dāng)濃度的鹽脅迫(水培)，以葉片鹽害級別和幼苗存活天數(shù)或地上部鉀、鈉離子濃度為指標(biāo)進(jìn)行評價，苗期鑒定的最大好處是在受控的環(huán)境條件下進(jìn)行，因而結(jié)果比較穩(wěn)定。幼穗分化至減數(shù)分裂為標(biāo)志的生殖生長期是水稻的又一個鹽敏感期，此時鹽敏感品種在鹽害條件下結(jié)實率和產(chǎn)量明顯下降。因此，孕穗期耐鹽性鑒定比苗期更重要，本研究結(jié)合發(fā)芽期、苗期、孕穗期及鹽堿地全生育期進(jìn)行耐鹽鑒定研究，結(jié)果更加全面。另外，水稻耐鹽性屬于數(shù)量性狀遺傳，受多基因控制，遺傳機(jī)理比較復(fù)雜，因此，本研究結(jié)果還需要進(jìn)行大田生產(chǎn)驗證。