遼寧濱海稻區(qū)粳稻種質(zhì)耐鹽性篩選與評價

李 旭， 付立東， 王 宇， 隋 鑫， 任 海， 呂小紅， 馬 暢， 杜 萌， 毛 艇

(遼寧省鹽堿地利用研究所， 遼寧 盤錦 124010)

土壤鹽漬化是威脅農(nóng)作物生產(chǎn)的主要非生物脅迫之一，已有數(shù)據(jù)顯示，鹽漬土面積約占全國總耕地面積的4.88%，開展鹽漬土的改良與利用對保證我國糧食安全具有重要意義[1-2]。歷史和實踐均已證明，鹽漬土區(qū)最好的水土資源利用方式就是開發(fā)種稻，而且產(chǎn)自輕度鹽漬土區(qū)的大米口感好，食味值高，深受人們喜愛[3-4]。然而，水稻是中度鹽敏感作物，鹽堿脅迫對水稻生長發(fā)育的影響貫穿于整個生育進程[5-7]，隨著鹽堿脅迫的增加，稻谷的產(chǎn)量與品質(zhì)均受到較大的威脅，因此，耐鹽品種的選育成為水稻遺傳改良的重點攻關(guān)方向。

遼寧省擁有各類鹽漬土90.67萬hm2，其中濱海鹽漬土52.88萬hm2[8]。目前，遼寧省的濱海鹽漬土種稻面積在13.33萬hm2以上，均為經(jīng)過多年改良，土壤含鹽量在0.1%～0.2%的土壤；另有少部分鹽含量在0.4%以上的鹽堿地，由于鹽堿含量高，缺乏適合的品種進行開發(fā)種植[9]。針對上述問題，本試驗收集了源于遼寧、吉林、新疆、寧夏、天津的93份粳稻品種(系)，通過0.4%鹽水處理，分析了鹽堿脅迫對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響，并對產(chǎn)量形成關(guān)鍵期的灌漿特性及酶活性進行了深入分析，篩選出部分耐鹽等級達到極強的品種(系)，期望為耐鹽品種選育提供理論基礎(chǔ)及優(yōu)異種質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為來源于遼寧、吉林、新疆、寧夏、天津的粳稻品種(系)，共計93份，詳細信息參見表1。

表1 本研究的供試材料

1.2 材料種植

供試材料耐鹽鑒定于2019年在遼寧省鹽堿地利用研究所試驗田開展 (41.07°N；122.03°E)，設(shè)計兩個處理，分別為鹽水處理(全生育期灌溉0.4%鹽水)及無鹽處理(對照)，隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，小區(qū)面積12 m2，播種日期為2019年4月21日，移栽日期為2019年5月26日，全生育期施入N(15 kg/667 m2)，P2O5(7 kg/667 m2)和K2O(3 kg/667 m2)，其他栽培管理和本地生產(chǎn)田相同。

1.3 供試材料產(chǎn)量構(gòu)成及耐鹽指數(shù)鑒定

于黃熟期每小區(qū)取樣10穴進行室內(nèi)考種，包括株高、有效穗數(shù)、每穴實粒數(shù)及千粒重。小區(qū)脫谷測產(chǎn)，各性狀的耐鹽情況用耐鹽指數(shù)表示[10]，其計算公式為：

耐鹽指數(shù)=[(對照值-處理值)/對照值]×100%；

將每個性狀的耐鹽指數(shù)轉(zhuǎn)化為耐鹽級別，級別越低耐鹽性越強，耐鹽指數(shù)、耐鹽級別與耐鹽性的對應(yīng)關(guān)系見表2。

表2 評價級別、耐鹽指數(shù)與耐鹽性的劃分

1.4 供試材料灌漿特性及關(guān)鍵酶活性的考察

供試材料灌漿特性及關(guān)鍵酶活性的考察于2020年進行，于供試材料耐鹽指數(shù)最高級(極強和強)及最低級(弱)中分別選取10份材料，種植于鹽水處理區(qū)，籽粒受精后，用紅色Marker筆標記當天開花的穎花，每個供試材料標記1 000個，于之后的0～45 d(3 d一次)取胚乳樣品，記錄胚乳的重量及體積變化，參照Wang等[11]方法計算灌漿速率和灌漿持續(xù)時間，參照董明輝等方法[12]測定淀粉合成相關(guān)酶(ADPG、GBSS、SSS及SBE)活性。

1.5 數(shù)據(jù)處理與圖表繪制

數(shù)據(jù)處理與圖表繪制利用Graph Pad Prism ver.5.0軟件和Microsoft Office PowerPoint 2007軟件。

2 數(shù)據(jù)與分析

2.1 鹽脅迫對株高及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

圖1 a～圖1 d顯示了供試材料株高及產(chǎn)量構(gòu)成因子在鹽脅迫下的表現(xiàn)，無鹽脅迫下，供試材料株高、有效穗數(shù)、每穴實粒數(shù)及千粒重的均值分別為97.81 cm、15.25個、122.4個及26.59 g；鹽脅迫下，上述性狀分別降低了7.32%、25.31%、22.89%及13.27%，其均值分別為90.65 cm、11.39個、94.38個及23.06 g，與無鹽脅迫下相比，均達極顯著差異。產(chǎn)量方面(圖1 e)，無鹽脅迫下供試材料的產(chǎn)量均值為518.8 kg/667 m2；鹽脅迫下，其產(chǎn)量均值僅為296.1 kg/667 m2，下降幅度高達42.92%。

注：數(shù)據(jù)為平均值±標準差；“**”表示與對照相比，達到0.01水平的顯著差異。下同。

2.2 供試材料產(chǎn)量構(gòu)成的耐鹽指數(shù)表現(xiàn)

圖2 a～圖2 c分別顯示了有效穗數(shù)、每穴實粒數(shù)及千粒重的耐鹽指數(shù)表現(xiàn)，其分布范圍對應(yīng)為5.26%～60%、1.47%～82.8%及0.24%～68.32%，均值分別為21%、16.15%及13.72%，對應(yīng)的耐鹽性為較強、強及強。產(chǎn)量方面(圖2 d),其分布范圍為1.29%～89.93%，均值為43.69%，進一步統(tǒng)計了產(chǎn)量的耐鹽性分布，共有5份試材表現(xiàn)為極強，大部分材料被劃分為耐鹽性中等和耐鹽性較弱等級。

注：a～c為平均值及分布范圍，d為耐鹽指數(shù)分類。

2.3 耐鹽指數(shù)間的相關(guān)性分析

進一步分析產(chǎn)量構(gòu)成因子有效穗數(shù)、每穴實粒數(shù)及千粒重的耐鹽指數(shù)與產(chǎn)量耐鹽指數(shù)間的相關(guān)性(圖3)，整體來看，每穴實粒數(shù)與產(chǎn)量耐鹽指數(shù)的相關(guān)性最大，達極顯著相關(guān)，千粒重與產(chǎn)量耐鹽指數(shù)相關(guān)性也達到顯著水平(p<0.05)，而有效穗數(shù)耐鹽指數(shù)與產(chǎn)量間相關(guān)性未達到顯著水平。

注：“*”和“**”分別表示0.05水平和0.01水平下的顯著相關(guān)。

2.4 不同耐鹽材料間灌漿特性及籽粒灌漿過程中關(guān)鍵酶活性分析

供試材料耐鹽指數(shù)最高級(極強和強，SST-strong salt tolerance)及最低級(弱，WST-weak salt tolerance)中分別選取10份材料，比較了其最大灌漿速率及平均灌漿速率(圖4 a～圖4 b)，強耐鹽材料的平均灌漿速率及最大灌漿速率均極顯著大于弱耐鹽材料(p<0.01)；進而分析了灌漿相關(guān)酶活性ADPG、GBSS、SSS及SBE在強耐鹽材料和弱耐鹽材料間的相關(guān)性(圖4 c～圖4 f)，強耐鹽材料上述4種酶活性均極顯著高于弱耐鹽材料(p<0.01)。

注：“**”表示0.01水平下的顯著差異。

3 討論與結(jié)論

優(yōu)異種質(zhì)資源的鑒定是開展作物遺傳改良的基礎(chǔ)。近年，隨著我國工業(yè)化進程加速，鹽堿脅迫逐漸加劇，開展水稻耐鹽種質(zhì)資源的篩選對育成優(yōu)異新品種保證國家糧食安全具有重要意義[13-14]。1986年，陳日勝于廣東湛江發(fā)現(xiàn)一株耐鹽性極強的野生水稻，經(jīng)過繁殖及篩選，育成了海稻86[15]。筆者曾利用海稻86開展過多年耐鹽育種研究，但由于海稻86生育期較長、農(nóng)藝性狀較差，其有效應(yīng)用需要較長的育種年限。因此，農(nóng)藝性狀優(yōu)良耐鹽種質(zhì)的篩選顯得尤為重要。

針對上述現(xiàn)狀，本研究廣泛收集了源于遼寧、吉林、新疆、寧夏、天津的93份粳稻種質(zhì)，上述種質(zhì)在無鹽脅迫下均表現(xiàn)出較優(yōu)的產(chǎn)量性狀，于0.4%鹽脅迫下初步開展了上述資源的耐鹽評價。其中5份種質(zhì)(優(yōu)育205、AT 5、鹽19-1、鹽19-9及鹽19-11)均表現(xiàn)出極強的耐鹽性，其中鹽19-1及優(yōu)育205在0.4%鹽脅迫下產(chǎn)量均接近600 kg/667 m2，其農(nóng)藝性狀也較為優(yōu)良。大量研究表明，鹽堿脅迫對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子均具有顯著影響，但對不同性狀的抑制有所不同[16-17]。本研究深入分析了鹽堿脅迫對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響，發(fā)現(xiàn)穗粒數(shù)與產(chǎn)量耐鹽指數(shù)的相關(guān)性最為顯著，這與潘世駒[16]的研究結(jié)論較為相似，而由于ADPG、GBSS、SSS及SBE酶參與調(diào)解下，灌漿速率的顯著下降可能是穗粒數(shù)降低的主要原因。

水稻屬于鹽敏感作物，其中幼苗期和生殖生長期是鹽脅迫最為敏感的時期。目前，水稻耐鹽種質(zhì)的鑒定及篩選多集中于芽期及苗期[18-19]，而本試驗利用0.4%鹽水灌溉對93份種質(zhì)的耐鹽能力(水稻在鹽脅迫條件下的生產(chǎn)能力)進行篩選，并進一步探討了鹽脅迫下產(chǎn)量下降的主要因素，這為進一步的耐鹽育種提供了理論支撐及優(yōu)異種質(zhì)。但文中評價僅關(guān)注了產(chǎn)量構(gòu)成，未涉及諸如抗性、品質(zhì)等其他重要指標，需進一步擴大種質(zhì)資源鑒定范圍，并對抗性、品質(zhì)等進行綜合分析，期望篩選出適宜粳稻耐鹽育種應(yīng)用的核心種質(zhì)資源。