水稻品種資源苗期耐鹽性評價指標分析

劉艷 王寶祥 邢運高 陳庭木 徐波 楊波 孫志廣 劉金波 遲銘 李健 盧百關 方兆偉 秦德榮 徐大勇

摘要：采用國際水稻所標準營養(yǎng)液培養(yǎng)63份水稻種質資源，在水稻幼苗長至3葉期對種質資源進行0.5%鹽脅迫處理。鹽脅迫7 d后，根據(jù)鹽害癥狀評價水稻耐鹽級別，并測量和計算苗期苗高、根長、地上部和根部的干（鮮）質量的相對值，分析各項生長指標與鹽害等級的相關性。結果表明，莖葉鮮質量和幼苗整體鮮質量這2個指標與鹽害等級呈極顯著負相關，幼苗的根干（鮮）質量、莖葉干質量、整體干質量和苗長與鹽害等級呈負相關，相對根長與鹽害等級無相關性。運用統(tǒng)計學方法，將與鹽害等級有顯著相關性的生長指標對63份種質資源苗期的耐鹽性進行綜合評價及分類，以幼苗的整體干質量和整體鮮質量2個綜合評價指標較為合理，并作為分類依據(jù)。供試品種分為強耐鹽、耐鹽、輕度感鹽和感鹽4個類群，且類群間呈顯著性差異。利用本方法篩選出的7個耐鹽品種資源在青口鹽場鹽堿地實地種植，均表現(xiàn)出良好的耐鹽性。本鑒定方法利用了生長指標評價和主成分分析等統(tǒng)計學方法相結合，有效避免了鹽害等級評價中主觀因素的影響，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。

關鍵詞：水稻;幼苗;耐鹽性;評價

中圖分類號：S511.01?? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）17-0075-05

收稿日期：2020-06-29

基金項目：國家科技支撐計劃 （編號：2015BAD01B01）;國家水稻產業(yè)技術體系專項（編號：CARS-01-04B）;江蘇省科技支撐計劃 （編號：BE2016370-3）;江蘇省連云港市財政資金專項 （編號：QNJJ1704）。

作者簡介：劉 艷（1982—），女，山西高平人，博士，副研究員，主要研究方向為水稻抗性育種。E-mail：lyrice7701@163.com。

通信作者：徐大勇，博士，研究員，主要研究方向為作物遺傳育種。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)糧食的安全生產和改善生態(tài)環(huán)境的有效途徑之一。

豐富的種質資源是育種的基礎，篩選、鑒定耐鹽水稻種質，發(fā)掘優(yōu)良耐鹽新基因，通過常規(guī)育種和分子標記輔助選擇相結合聚合耐鹽基因，是當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]不同時期的耐鹽性進行了評價。水稻萌發(fā)期鹽分的影響主要會導致種子發(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)等評價指標篩選出了發(fā)芽期強耐鹽組合桂源優(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際情況出發(fā)，水稻各生育期以苗期對鹽脅迫的響應最為敏感，導致鹽漬地種植水稻出苗差、成苗率低、保苗難，影響后期產量[6]，因此，篩選出苗期耐鹽性較強的水稻種質資源對全生育期耐鹽材料的篩選及生產實踐具有重要意義。

筆者所在課題組在大量收集國內外水稻品種資源的基礎上，對其苗期的耐鹽性進行了篩選，測定了相關生長指標，分析探討了與耐鹽性顯著相關的評價指標，初步篩選出耐鹽性強的水稻種質資源，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 試驗時間和地點

2015年在實驗室內進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基地（119.38°E、34.47°N）進行了全生育期耐鹽性初步鑒定分析。

1.3 試驗方法

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 ℃。當幼苗長到2葉1心時，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。試驗設3次重復。培養(yǎng)皿中的鹽溶液每3 d更換1次。

1.3.3 各項生長指標的測定

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

計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）的耐鹽性評價指標（表2）[7]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

通過馬氏距離，采用單因素重復觀察模型作方差分析，將水稻品種資源各項生長指標進行耐鹽相關性分析。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《連農統(tǒng)計類庫軟件V1.0》編號：2016SR266205），數(shù)據(jù)交換接口采用C++類庫（軟件著作權《連農DSML文件讀寫程序軟件V1.0》編號：2017SR562716）處理。相關分析、偏相關分析及通徑分析采用文獻[8]的方法。

2 結果與分析

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個處理下，測量了水稻品種的根長和鹽害等級，從10個水稻品種在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個處理濃度下并無明顯的顯著性差異。從鹽害等級結果來看，鹽濃度為0.5%時鹽害等級出現(xiàn)了明顯差異，可作為耐鹽性篩選濃度。在后續(xù)試驗中也采用了0.5%鹽濃度。

2.2 0.5%鹽分下性狀指標分析

鹽脅迫下水稻幼苗莖葉和根的干質量、鮮質量以及整體干質量、鮮質量相對值與鹽害等級（表4）的關系如圖1所示。莖葉和根的干質量、鮮質量以及整體干質量、鮮質量相對值隨品種鹽害等級的提高呈逐漸下降的趨勢，與鹽害等級呈負相關，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，與耐鹽等級呈負相關，但相關不顯著。幼苗的根干（鮮）質量、莖葉干質量、幼苗整體干質量與耐鹽等級在0.05水平呈顯著負相關，莖葉鮮質量、幼苗整體鮮質量與耐鹽等級在0.01水平呈極顯著負相關，說明這2個性狀與水稻品種苗期耐鹽性關系密切。

2.3 水稻品種資源耐鹽性狀指標的聚類分析

將與鹽害等級有顯著相關的相對葉鮮質量、葉干質量、根鮮質量、根干質量、整體干質量和整體鮮質量等指標對63份水稻品種資源進行了分類，其中只有相對整體干質量和整體鮮質量在4類間有顯著差異（表5），其他指標差異性不顯著（數(shù)據(jù)太多，未列出）。為了選擇更好的分類指標，以相對整體干質量和整體鮮質量2個指標做主成分分析，取第1主成分（方差貢獻率為91.7%）做綜合指標，并以綜合指標作系統(tǒng)聚類分析（WARD法）。分類分析結果表明，整體干質量和鮮質量綜合指標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

根據(jù)水稻幼苗整體相對鮮質量和干質量綜合指標對63份水稻品種資源進行了分類，將品種資源分為四大類：強耐鹽（3個）、耐鹽（4個）、輕度感鹽（22個）和感鹽（34個），篩選出7個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。為了進一步驗證品種資源的耐鹽性，將篩選出的7個品種資源于2016年和2017年正季在連云港青口耐鹽試驗基地種植，進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75%以上。

3 討論

水稻耐鹽性是一種復雜的生理特性，是一個由多基因控制的數(shù)量性狀。目前對水稻耐鹽性的評價主要通過表型指標和生理生化指標進行。表型指標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];生理生化指標包括鹽離子濃度[15-16]、小分子物質[17]、與鹽脅迫相關的酶活性以及質膜透性[18-21]等。直接的表型鑒定可以直觀、簡便地進行大量材料的表型鑒定，適用于大批種質資源的耐鹽性評價，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，主觀因素的影響較大[7];生理生化指標測定方法繁瑣，只適用于研究，不適合大批量種質資源的鑒定[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)指標結合生理指標考查的方法。謝留杰等采用鹽害級別、相對苗高、相對莖葉干質量和鈉鉀離子比值等指標對水稻3～4葉期幼苗進行了耐鹽性評價[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鍵指標[10];王娜等對粳稻種質資源苗期根系形態(tài)特征與耐鹽性進行了相關分析，結果表明，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[11]。呂學蓮等通過形態(tài)指標（平均死葉率、地上部和根部干鮮質量等）和生理指標（可溶性糖的積累等）相結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[12]。田蕾等研究利用葉片傷害率和丙二醛含量這2個指標來區(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、種子貯藏物質利用率和（α+β）淀粉酶總活性等各項指標綜合分析，對水稻種質資源進行了耐鹽性分析[23]。

前人報道的耐鹽性篩選主要利用生長指標進行了水稻耐鹽性分析，但水稻各項生長指標與鹽害等級的相關性分析較少。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）質量的相對值，分析了各項性狀指標與鹽害等級的相關性。結果表明，莖葉鮮質量和幼苗整體鮮質量這2個指標與鹽害等級呈極顯著負相關，幼苗的根干（鮮）質量、莖葉干質量、整體干質量與鹽害等級呈負相關。繼而，將與鹽害等級有顯著相關性的生長指標對63份品種資源進行了分類，以幼苗的整體干質量和整體鮮質量2個指標作為綜合評價指標作為分類依據(jù)，63份品種資源分為了四大類（強耐鹽、耐鹽、輕度感鹽和感鹽），且類群間呈顯著性差異。篩選出的7個耐鹽品種資源通過在連云港青口耐鹽試驗基地種植，均表現(xiàn)出良好的耐鹽性。

4 結論

本研究對水稻大量苗期表型性狀與耐鹽等級進行相關性分析，應用統(tǒng)計學方法確定了幼苗的整體干質量和整體鮮質量2個指標為最佳表型鑒定指標，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確，為水稻品種資源的耐鹽性評價提供了有效方法。

參考文獻：

[1]王才林，張亞東，趙 凌，等. 耐鹽堿水稻研究現(xiàn)狀、問題與建議[J]. 中國稻米，2019，25（1）：1-6.

[2]潘曉飚，謝留杰，陳 劍，等. 鹽脅迫下雜交水稻種子發(fā)芽特性及耐鹽性評價[J]. 中國農學通報，2014，30（21）：75-79.

[3]賈寶艷，周嬋嬋，孫曉雪，等. 遼寧省水稻種質資源的耐鹽性鑒定評價[J]. 作物雜志，2013（4）：57-62.

[4]張所兵，張云輝，林 靜，等. 水稻全生育期耐鹽資源的初步篩選[J]. 中國農學通報，2013，29（36）：63-68.

[5]謝留杰，段 敏，潘曉飚，等. 不同類型水稻品系苗期和全生育期耐鹽性鑒定與分析[J]. 江西農業(yè)大學學報，2015，37（3）：404-410.

[6]荊培培.水稻品種耐鹽性及其生理特征的研究[D]. 揚州：揚州大學，2018：31-32.

[7]Gregorio G B，Senadhira D，Mendoza R D. Screening rice for salinity tolerance[J]. IRRl Discussion Paper，1997，22：12-13.

[8]陳庭木，徐大勇，秦德榮，等. 偏相關與通徑分析的EXCEL VBA程序設計[J]. 農業(yè)網(wǎng)絡信息，2007（3）：101-103.

[9]方先文，湯陵華，王艷平. 耐鹽水稻種質資源的篩選[J]. 植物遺傳資源學報，2004，5（3）：295-298.

[10]吳家富，楊博文，向珣朝，等. 不同水稻種質在不同生育期耐鹽鑒定的差異[J]. 植物學報，2017，52（1）：77-88.

[11]王 娜，陳亞萍，田 蕾，等. 粳稻種質資源苗期根系形態(tài)特征與耐鹽性相關分析[J]. 廣東農業(yè)科學，2015，42（10）：1-10.

[12]呂學蓮，白海波，李樹華，等. 水稻耐鹽種質的鑒定評價[J]. 中國農學通報，2013，29（33）：50-55.

[13]祁棟靈，韓龍植，張三元. 水稻耐鹽/堿性鑒定評價方法[J]. 植物遺傳資源學報，2005，6（2）：226-230，235.

[14]楊 福，梁正偉，王志春. 水稻耐鹽堿鑒定標準評價及建議與展望[J]. 植物遺傳資源學報，2011，12（4）：625-628，633.

[15]Liu Y，Wang B X，Li J，et al. Salt response analysis in two rice cultivars at seedling stage[J]. Acta Physiologiae Plantarum，2017，39（10）：215.

[16]孫焱.寒地粳稻種質資源耐鹽性篩選鑒定研究[D]. 哈爾濱：東北農業(yè)大學，2014：11-12.

[17]Roychoudhury A，Basu S，Sengupta D N. Amelioration of salinity stress by exogenously applied spermidine or spermine in three varieties of indica rice differing in their level of salt tolerance[J]. Journal of Plant Physiology，2011，168（4）：317-328.

[18]田 蕾，王 娜，張雪艷，等. 鹽脅迫下不同粳稻品種的形態(tài)和生理特性[J]. 廣東農業(yè)科學，2014，41（23）：1-6，封2.

[19]Saleethong P，Roytrakul S，Kong-Ngern K，et al. Differential proteins expressed in rice leaves and grains in response to salinity and exogenous spermidine treatments[J]. Rice Science，2016，23（1）：9-21.

[20]Ghaffari A，Gharechahi J，Nakhoda B，et al. Physiology and proteome responses of two contrasting rice mutants and their wild type parent under salt stress conditions at the vegetative stage[J]. Journal of Plant Physiology，2014，171（1）：31-44.

[21]Valencia R，Chen P，Ishibashi T，Conatser M. A rapid and effective method for screening salt tolerance in soybean [J]. Crop Sciences，2008，48（5）：1773-1779.

[22]鄒 禹，劉園園，錢寶云，等. 水稻高鹽脅迫下的酵母雙雜交文庫構建及OsRPK1胞內互作蛋白質的篩選[J]. 江蘇農業(yè)學報，2019，35（4）：753-763.

[23]索巍巍.粳稻品種苗期耐鹽指標分析及品種耐鹽力鑒定[J]. 農業(yè)科技與裝備，2014（3）：1-3.