寧夏玉米耐鹽堿種質(zhì)研究現(xiàn)狀及展望

摘 要：玉米是寧夏種植面積最大、產(chǎn)量最高的糧食和飼料作物。鹽堿脅迫是影響玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要因素，進(jìn)行玉米耐鹽堿分子生物學(xué)機(jī)制、新種質(zhì)創(chuàng)制及育種研究，對保障寧夏玉米可持續(xù)生產(chǎn)具有重要意義。通過探討玉米耐鹽堿抗逆遺傳位點、基因資源及其調(diào)控機(jī)制，總結(jié)玉米基因組測序、分子生物技術(shù)育種及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，以推動玉米耐鹽堿抗逆遺傳基礎(chǔ)解析、遺傳改良及耐鹽堿玉米種質(zhì)資源挖掘，并分析討論當(dāng)前玉米耐鹽堿育種面臨的問題和挑戰(zhàn)，提出玉米耐鹽堿種質(zhì)創(chuàng)制和育種的策略。

關(guān)鍵詞：玉米； 耐鹽堿； 種質(zhì)創(chuàng)新； 分子育種

中圖分類號：S513" " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " 文章編號：1002-204X（2024）06-0005-06

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2024.06.003

Current Research Situation and Future Prospects of Salt-Resistant Corn Germplasm in Ningxia

Abstract Corn is the grain and feed crop with the largest planting area and the highest yield in Ningxia. Saline-alkali stress is an important factor affecting the high and stable yield of maize. Research on the molecular biological mechanism of saline-alkali tolerance， new germplasm creation and breeding is of great significance to ensure the sustainable production of maize in Ningxia. The genetic sites， gene resources and regulatory mechanisms of maize saline-alkali and stress resistance are discussed， maize genome sequencing， molecular biotechnology breeding and big data analysis techniques are summarized， to promote the genetic basis analysis of maize saline-alkali and stress resistance， genetic improvement and germplasm resource mining of salt-resistant maize. The current problems and challenges faced by maize saline-alkali resistance breeding are discussed. The strategies of saline-tolerant germplasm creation and breeding of maize are put forward.

Key words Corn; Saline-alkali tolerance; Germplasm innovation; Molecular breeding

我國有約1億hm2鹽堿地，其中約0.3億hm2具有開發(fā)利用潛力。寧夏處于西北干旱鹽堿區(qū)，長期以來多措并舉對鹽堿地資源開展綜合利用，引進(jìn)、培育適宜鹽堿地的作物、飼草，發(fā)展鹽堿地特色種植產(chǎn)業(yè)，提高鹽堿地綜合效益[1]。玉米具有生長迅速、生物量大等特性，是寧夏種植面積最大的糧食作物、飼料作物和能源作物，近年來種植面積穩(wěn)定在36.67萬hm2左右，在國民經(jīng)濟(jì)和農(nóng)民增產(chǎn)增收中占有重要地位。隨著人民生活水平的不斷提高和寧夏農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，畜牧業(yè)已成為寧夏農(nóng)業(yè)工作的重心，對作為主要飼料來源的玉米的需求也日益增加[2]。鹽堿脅迫是危害玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的主要非生物逆境之一，玉米對鹽脅迫的響應(yīng)涉及一系列生物學(xué)機(jī)制，包括滲透調(diào)節(jié)、氧化還原和離子穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)[3]。玉米耐鹽堿能力較差，尤其在苗期對鹽堿脅迫更為敏感，鹽堿地玉米苗期枯萎死亡是導(dǎo)致玉米產(chǎn)量低甚至絕收的主要原因[4]。土壤鹽堿含量高、缺乏耐鹽品種是目前嚴(yán)重制約寧夏鹽堿地綜合利用和玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問題，對高產(chǎn)玉米進(jìn)行遺傳改良，提高其鹽堿耐受能力，培育具有較強(qiáng)耐鹽性的種質(zhì)資源和玉米品種，對保障寧夏畜牧業(yè)飼料供應(yīng)、促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展以及鹽堿地改良利用具有重要的現(xiàn)實意義。

1 鹽堿地對玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的影響

寧夏地處我國西北干旱帶，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要依靠過境黃河水，土壤養(yǎng)分貧瘠、生產(chǎn)力低，荒漠化風(fēng)險大，鹽漬化嚴(yán)重。土壤鹽漬化是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境的全球性重大問題，是導(dǎo)致世界范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)減產(chǎn)的重要原因，由于工業(yè)生產(chǎn)排污量增加、農(nóng)業(yè)大水漫灌、排水不暢、地下水位升高和化肥過量施用等原因，農(nóng)田次生鹽堿化面積擴(kuò)大，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。玉米對土壤中鹽堿含量比較敏感，整個生育期內(nèi)玉米蒸騰蒸散耗水量約為596 mm，氣候干旱、蒸發(fā)強(qiáng)烈、鹽堿脅迫已成為制約寧夏玉米種植面積擴(kuò)大、產(chǎn)量提高的重要因素[5]。土壤鹽漬化嚴(yán)重影響玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量[6]，在1.5 g·kg-1土壤鹽分下，玉米產(chǎn)量僅為非逆境的60%左右[7]。

玉米作為鹽敏感作物，在高濃度鹽分脅迫下會產(chǎn)生一系列的生理變化，比如植株體內(nèi)離子失衡、氧化傷害、水分虧缺、營養(yǎng)缺乏，并導(dǎo)致生物大分子破壞，影響玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量[8]。在鹽生環(huán)境中，滲透脅迫及離子脅迫對玉米造成直接傷害，但可以通過灌水稀鹽、栽培拒鹽和施用有機(jī)肥等方法抵御鹽脅迫，與根際共生的微生物在玉米耐鹽脅迫中也能起到十分重要的作用[9]。鹽脅迫對玉米的主要傷害是鹽離子在細(xì)胞內(nèi)大量累積，導(dǎo)致離子毒害和離子不平衡，高濃度鈉離子可置換質(zhì)膜和細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)所結(jié)合的鈣離子，膜系統(tǒng)完整性被破壞，膜透性增大，細(xì)胞物質(zhì)交換平衡被破壞，導(dǎo)致生理生化代謝紊亂[10]。鹽脅迫還影響植物組織的離子分布，在萌動種子中，3個玉米自交系中的鈉離子積累量由大到小表現(xiàn)為種皮、胚、胚乳，鉀離子累積量由大到小表現(xiàn)為胚、種皮、胚乳；幼苗中，鈉離子積累量由大到小表現(xiàn)為根、莖、葉，萌動種子和幼苗中K+/Na+和Ca2+/Na+均隨著氯化鈉濃度的升高而降低[10]。

培育耐鹽玉米新品種是解決鹽堿威脅的根本途徑。研究表明，適應(yīng)鹽漬土種植的優(yōu)良玉米自交系具有很強(qiáng)的生長勢和耐鹽堿性，耐鹽能力為11.76 g·kg-1，而且對改良鹽漬化土壤具有一定效果[11]。因此，在加強(qiáng)鹽堿地土壤改良的同時，挖掘玉米的耐鹽潛力，篩選耐鹽玉米品種是加快利用鹽堿土壤最為經(jīng)濟(jì)有效的途徑，既可以提高寧夏大面積鹽堿荒地的經(jīng)濟(jì)效益，又有利于培肥土壤、改善土壤結(jié)構(gòu)[12]，具有重大的社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效應(yīng)。

2 玉米耐鹽堿基因挖掘及QTL定位研究

耐鹽堿基因資源的挖掘與利用是破解玉米耐鹽堿育種難題的金鑰匙。玉米屬于鹽敏感作物，鹽堿土壤改良難度大、成本高，并且受水走鹽留的客觀規(guī)律影響而容易反復(fù)發(fā)生鹽堿危害；相比而言培育耐鹽玉米品種、合理開發(fā)利用中低度鹽堿地，是一種更經(jīng)濟(jì)更易實現(xiàn)的方法，具有可行性。了解玉米耐鹽機(jī)制及其遺傳基礎(chǔ)有助于研究人員通過基因改造或基因組編輯，大幅提高現(xiàn)有玉米品種的耐鹽性[13]。開展玉米耐鹽基因挖掘及功能驗證，對玉米耐鹽基因進(jìn)行精確定位及克隆，在農(nóng)業(yè)生物技術(shù)理論創(chuàng)新方面具有重要意義[14]；并且在生物技術(shù)育種實踐上也有廣泛的應(yīng)用價值，有助于理解玉米對鹽脅迫響應(yīng)的分子機(jī)制，更能為創(chuàng)制耐鹽種質(zhì)資源、培育耐鹽玉米品種提供理論基礎(chǔ)和基因資源[15]。

近年來，隨著分子生物學(xué)、基因組學(xué)、生物技術(shù)、生物信息學(xué)、大數(shù)據(jù)整合分析、分子標(biāo)記技術(shù)、計算生物學(xué)與統(tǒng)計定位方法等的發(fā)展，以及植物全基因組測序技術(shù)的不斷完善和價格下降，由多基因控制、復(fù)雜數(shù)量性狀的玉米耐鹽機(jī)制研究逐漸增多，玉米耐鹽數(shù)量性狀基因位點（quantitative trait loci，QTL）的定位分析研究取得了豐碩成果，這些序列和基因促進(jìn)了高效、快速的基因發(fā)掘和利用，完善了玉米耐鹽調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）標(biāo)記技術(shù)能夠有效劃分玉米自交系材料、挖掘耐鹽堿脅迫基因、實現(xiàn)耐鹽基因的精準(zhǔn)定位，解析玉米耐鹽機(jī)理，輔助完善玉米育種理論，加速實現(xiàn)耐鹽優(yōu)良基因的選擇和有效聚合，通過現(xiàn)代生物技術(shù)手段縮短育種年限，提高玉米育種效率[16]。結(jié)合全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）、多組學(xué)分析（MOA）、生物信息學(xué)分析（BIA）等分子技術(shù)手段，利用玉米苗期存活率、發(fā)芽率、植株高度、根塑性、葉片水分含量、莖部鈉離子含量或鉀離子含量作為鹽耐性指標(biāo)，已鑒定出超過10個與玉米鹽耐性相關(guān)的QTL。其中一些QTL已經(jīng)進(jìn)行遺傳驗證，為玉米鹽耐性機(jī)制研究提供重要解析及分子標(biāo)記。近年的研究揭示了經(jīng)典SOS信號通路在玉米中介導(dǎo)根部鈉離子流出，而SOS信號通路及其相關(guān)調(diào)控因子的自然變異導(dǎo)致了不同玉米自交系之間的鹽耐性差異[17]。

HAK轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白被發(fā)現(xiàn)在鹽脅迫條件下調(diào)節(jié)莖、根中鉀離子穩(wěn)態(tài)。通過對玉米莖中鈉離子全基因組關(guān)聯(lián)分型，ZHANG M等[18]發(fā)現(xiàn)編碼HAK家族離子轉(zhuǎn)運(yùn)基因編碼蛋白ZmHAK4與玉米耐鹽性顯著相關(guān)，遺傳分析表明該位點可解釋約11%莖中鈉離子含量變異；該基因編碼蛋白定位在根中柱細(xì)胞的質(zhì)膜上，將木質(zhì)部中的鈉離子吸收到周圍薄壁細(xì)胞中，減少鈉離子由根向地上部運(yùn)輸，維持地上部鈉離子穩(wěn)態(tài)。ZHU Y X等[19]利用來自寧夏的高耐鹽玉米自交系A(chǔ)S5和鹽敏感自交系NX420，在苗期分析鑒定了玉米耐鹽調(diào)節(jié)新基因Zm00001d053925，為耐鹽玉米育種提供了重要的遺傳資源。調(diào)控鹽和鹽堿脅迫條件下玉米鈉離子穩(wěn)態(tài)的ZmHKT1、ZmHAK4、ZmNSA1基因，維持鉀、鈉離子比例平衡的ZmHKT2基因，以及參與調(diào)控鹽誘導(dǎo)滲透脅迫的ZmCS3、ZmUGT和mCYP709B2等關(guān)鍵基因被定位鑒定[20]。與此同時，利用反向遺傳學(xué)手段也定位鑒定到一些可能參與玉米耐鹽脅迫的基因，例如調(diào)控鹽脅迫下氯離子轉(zhuǎn)運(yùn)的ZmNPF6.4、ZmNPF6.6和ZmSLAH1等，這些基因的鑒定、克隆、表達(dá)和蛋白質(zhì)作用機(jī)制解析增進(jìn)了對玉米耐鹽分子機(jī)制的認(rèn)識，也為通過生物技術(shù)育種手段進(jìn)行高產(chǎn)玉米耐鹽堿性狀改良提供了寶貴的基因資源和篩選靶點[20]。

研究表明，轉(zhuǎn)錄因子和miRNA在應(yīng)對鹽堿非生物脅迫過程中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用：通過MutMap方法鑒定得到鹽脅迫相關(guān)基因ZmWRKY20，過表達(dá)ZmWRKY20顯著降低了玉米幼苗的耐鹽性。進(jìn)一步結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測序分析發(fā)現(xiàn)，該基因廣泛調(diào)控了防御反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)。BO C等[21]實驗證明ZmWRKY20通過特異性結(jié)合ZmbZIP111啟動子區(qū)域的W-box元件抑制其表達(dá)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，ZmWRKY20與ZmWRKY115在細(xì)胞核中相互作用，通過直接結(jié)合ZmbZIP111啟動子，協(xié)同抑制其表達(dá)，提高了玉米對鹽脅迫的敏感性。miR169的表達(dá)水平與體內(nèi)活性氧水平密切相關(guān)，玉米miR169q表達(dá)受到鹽脅迫的抑制，miR169q的過表達(dá)株系對鹽脅迫高度敏感，而其沉默株系表現(xiàn)耐鹽表型。作為miR169的靶基因，NF-YA8過量表達(dá)誘導(dǎo)過氧化物酶的含量提升，降低體內(nèi)活性氧水平，提高玉米對鹽脅迫的耐受性[22]。

3 耐鹽堿玉米種質(zhì)資源創(chuàng)制研究

耐鹽玉米種質(zhì)資源的挖掘與創(chuàng)制利用是耐鹽品種選育的基礎(chǔ)和關(guān)鍵[23]。作為一種鹽敏感作物，玉米生長過程中遇到鹽堿脅迫時會出現(xiàn)生長發(fā)育不良、植株矮小、減產(chǎn)嚴(yán)重等問題，隨著土壤鹽漬化形勢不斷加劇，開展玉米耐鹽種質(zhì)資源的創(chuàng)制利用工作顯得尤為迫切[24]。目前，國內(nèi)主要利用玉米種質(zhì)資源引種馴化、選擇育種、雜交育種等常規(guī)育種技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代分子育種技術(shù)，研究耐鹽堿植物抗逆性狀和重要經(jīng)濟(jì)性狀下種及種內(nèi)不同水平的遺傳變異規(guī)律，建立重要耐鹽堿植物長期育種策略和育種技術(shù)體系，開展耐鹽堿植物抗逆性狀輔助選擇育種技術(shù)研究，定向培育適應(yīng)不同鹽堿立地的優(yōu)良新種質(zhì)。郝德榮等[25]利用SSR分子標(biāo)記，結(jié)合系譜資料，將157份栽培品種及自交系劃分為6個類群，其中江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的糯玉米自交系、衡白522，以及泰國糯玉米、旅大紅骨、黃早四等種質(zhì)血緣的自交系耐鹽性較強(qiáng)，是玉米耐鹽堿遺傳改良育種的重要種質(zhì)類群。目前，國內(nèi)外學(xué)者圍繞鈉離子吸收轉(zhuǎn)運(yùn)、跨膜氫離子梯度維持、滲透壓平衡維持等耐鹽堿關(guān)鍵生理過程開展研究，克隆關(guān)鍵耐鹽堿QTL基因并鑒定優(yōu)異等位變異基因，利用生物育種方法創(chuàng)制耐鹽新種質(zhì)大多集中在試驗階段。

有研究借助沿海灘涂地、室內(nèi)沙培試驗進(jìn)行玉米雜交種和自交系耐鹽性鑒定。研究表明目前育成的玉米自交系和雜交種中存在耐鹽種質(zhì)，且耐鹽玉米組合在沿海灘涂具有較高的產(chǎn)量潛力[26]。呂慶雪等[27]以Fm1101為母本、F1為父本選育出中晚熟玉米雜交種富民105，在0、50、100、150、200 mmol·L-1 5個不同濃度的碳酸鈉溶液模擬鹽堿脅迫環(huán)境下玉米苗期的鹽堿情況，表明在100 mmol·L-1碳酸鈉溶液脅迫下富民105較對照先玉335葉片持綠性更好，耐鹽堿性更強(qiáng)。中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)等多家研究團(tuán)隊在高粱中發(fā)現(xiàn)了主效耐堿基因AT1，敲除玉米的AT1/GS3可以提高對鹽堿脅迫的耐受性；在吉林大安和寧夏平羅等鹽堿地（pH 9.10～9.17）的試驗表明，敲除AT1同源基因的谷子、玉米等不同作物年增產(chǎn)22.4%～27.8%[28]。ZHANG M等[29]通過GWAS分析鑒定到一個抗鹽位點基因ZmHKT1；2，進(jìn)化分析顯示ZmHKT1；2中的稀有、優(yōu)異等位變異源于大芻草，現(xiàn)代玉米種質(zhì)中僅有6.1%攜帶該等位變異。通過將ZmHKT1；2的優(yōu)異等位變異通過雜交、回交導(dǎo)入鄭58和昌7-2，在子代中鑒定到耐鹽性顯著增強(qiáng)的株系。

4 耐鹽玉米種質(zhì)資源鑒定研究

玉米自然資源群體中遺傳多樣性十分豐富，現(xiàn)存的玉米種質(zhì)資源及其自交系中存在大量的耐鹽遺傳變異和顯著的鹽脅迫耐受性差異。研究表明，采用不同濃度氯化鈉溶液脅迫處理，玉米自交系的發(fā)芽率、株高、單株干重、根長和葉綠素含量均降低，不同耐鹽性的玉米品種降低幅度不同[30]。玉米苗期植株表型性狀是研究玉米生長和耐鹽性的關(guān)鍵時期，常以相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、胚芽長、胚根長、芽苗全長、芽鮮重、根鮮重、芽干重、根干重作為評價指標(biāo)，利用灰色關(guān)聯(lián)度法對各個玉米自交系芽苗期的耐鹽能力進(jìn)行綜合評價[31]，建立玉米苗期耐鹽鑒定指標(biāo)[32]。玉米苗期是耐鹽性的關(guān)鍵期，評價指標(biāo)應(yīng)以發(fā)芽率、發(fā)芽勢、株高、根長、干重，以及種子耐鹽指數(shù)、活力耐鹽指數(shù)、相對儲藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率為主，采用適宜的方法計算綜合指標(biāo)，作為玉米耐鹽性評價、篩選、鑒定依據(jù)[33]。以氯化鈉溶液濃度200 mmol·L-1可作為玉米發(fā)芽期耐鹽性鑒定的理想濃度[34]。

玉米耐鹽種質(zhì)資源的鑒定是玉米耐鹽堿育種的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，不同玉米品種（材料）間耐鹽堿能力差異顯著，鹽堿脅迫會對種子萌發(fā)和幼苗的生理生化指標(biāo)產(chǎn)生影響，可測定發(fā)芽率、相對電導(dǎo)率、脯氨酸含量、脯氨酸累積量、丙二醛含量、丙二醛累積量等生理生化指標(biāo)，比較玉米品種的耐鹽堿能力[35]。玉米耐鹽性是由多基因控制的數(shù)量性狀，目前我國玉米耐鹽堿品種少，主要歸因于耐鹽玉米種質(zhì)匱乏、鑒定篩選和創(chuàng)制難度較大等諸多影響因素[22]。

5 玉米耐鹽堿分子育種技術(shù)研究

隨著玉米生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫的不斷完善及基因組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，耐鹽堿QTL的發(fā)掘以及關(guān)聯(lián)分析技術(shù)在功能標(biāo)記開發(fā)上的應(yīng)用，新的耐鹽堿相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子、基因的克隆都為解釋玉米耐鹽堿的復(fù)雜遺傳網(wǎng)絡(luò)和分子育種提供了新的機(jī)遇和方法[36]。玉米耐鹽堿分子育種技術(shù)是通過DNA重組技術(shù)將優(yōu)良的耐鹽基因?qū)敫弋a(chǎn)玉米品種中，主要技術(shù)方法包括載體系統(tǒng)轉(zhuǎn)化法、種質(zhì)體系轉(zhuǎn)化法、DNA直接導(dǎo)入轉(zhuǎn)化法、外植體誘導(dǎo)愈傷和基因編輯技術(shù)[37]。

5.1 載體系統(tǒng)轉(zhuǎn)化法

載體系統(tǒng)轉(zhuǎn)化法是以農(nóng)桿菌質(zhì)粒作為運(yùn)輸外源的載體，將克隆的優(yōu)良基因整合到植物基因組中，是目前技術(shù)成熟、使用廣泛、成本低、成功率高的遺傳轉(zhuǎn)化方法。主要有農(nóng)桿菌介導(dǎo)法和病毒介導(dǎo)法兩類。研究表明，通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將擬南芥耐鹽基因AtCHX23導(dǎo)入玉米自交系鄭58中，T3代轉(zhuǎn)基因玉米AtCHX23基因過量表達(dá)可以提高玉米苗期的耐鹽性[38]。利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的方法將帶有p CAMBIA1301-BADH抗鹽堿基因轉(zhuǎn)入供試品種的胚性愈傷組織中，玉米自交系H99在鹽篩培養(yǎng)基中篩選結(jié)果最佳[39]。用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將高親和性鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)體基因（HAK）和Bar基因轉(zhuǎn)入5個優(yōu)良玉米自交系中，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株葉片中的鉀離子、脯氨酸含量和葉綠素含量均高于未轉(zhuǎn)化植株，而鈉離子含量低于未轉(zhuǎn)化植株，表明HAK基因已經(jīng)被整合進(jìn)玉米基因組，并通過過量表達(dá)提高了植株的耐鹽性[40]。

5.2 種質(zhì)體系轉(zhuǎn)化法

利用植物基因工程技術(shù)培育耐鹽轉(zhuǎn)基因玉米新品種，使其適應(yīng)鹽堿環(huán)境并正常生長是合理利用鹽堿地的一條重要途徑[41]。該方法主要是把植物體自身的種質(zhì)細(xì)胞作為媒介將外源耐鹽基因?qū)胧荏w植物，包括超聲波輔助花粉介導(dǎo)法、花粉管通道法等。研究表明，采用超聲波輔助花粉介導(dǎo)植物轉(zhuǎn)基因方法，將甜菜堿醛脫氫酶（BADH）基因?qū)胗衩鬃越幌掂?8，獲得了耐鹽性強(qiáng)的轉(zhuǎn)基因玉米植株[42]。陽性玉米植株的后代（T3）葉片所受到的鹽脅迫傷害明顯輕于對照植株，說明導(dǎo)入的BADH基因可以減少鹽脅迫傷害，提高玉米的耐鹽能力[43]。將山菠菜膽堿單加氧酶（AhCMO）基因轉(zhuǎn)入玉米自交系鄭58中，結(jié)果表明耐鹽基因CMO的轉(zhuǎn)化提高了玉米的耐鹽性，提高了轉(zhuǎn)基因玉米植株的超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性及葉綠素含量[44]。

采用花粉管通道法將來源于鹽生植物遼寧堿蓬的BADH基因，由功能基因、表達(dá)調(diào)控序列（35S啟動子，NOS終止子）和T-DNA邊界序列3部分組成的轉(zhuǎn)化元件導(dǎo)入玉米，結(jié)果表明3株T1代轉(zhuǎn)化材料的基因組整合了外源基因，并得到了表達(dá)；在鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株的甜菜堿含量、相對含水量、SOD活性、葉綠素含量及凈光合速率顯著高于未轉(zhuǎn)化玉米[45]。

5.3 基因工程技術(shù)（DNA直接導(dǎo)入轉(zhuǎn)化法）

基因工程技術(shù)又稱DNA重組技術(shù)或基因拼接技術(shù)，通過微生物學(xué)和分子生物學(xué)等現(xiàn)代方法手段，將不同來源的基因按預(yù)先設(shè)計的藍(lán)圖進(jìn)行基因敲除、單堿基編輯等手段，體外構(gòu)建成雜種DNA分子，導(dǎo)入活細(xì)胞，創(chuàng)新和優(yōu)化玉米品種耐鹽性能[46]。該方法將DNA片段處理后精準(zhǔn)、高效、定向?qū)胫参锛?xì)胞或原生質(zhì)中，常用技術(shù)有介導(dǎo)、電激、基因槍法等。

5.4 利用玉米幼胚作為外植體誘導(dǎo)愈傷組織

在加有高濃度鹽分的培養(yǎng)基上培養(yǎng)愈傷組織和細(xì)胞，可篩選出多種耐鹽變異體[47]。以氯化鈉溶液為篩選劑，幼胚為外植體，誘導(dǎo)出胚性愈傷組織，獲得耐鹽愈傷組織變異體，是一條離體篩選耐鹽作物類型的新途徑[48]。耐鹽愈傷組織分化出幼苗，自交結(jié)實。子一代通過不同鹽濃度的水培進(jìn)行耐鹽性測定，選擇耐鹽較強(qiáng)的植株，對其后代繼續(xù)進(jìn)行耐鹽性鑒定、篩選，獲得耐鹽突變體[49]。玉米幼胚所誘導(dǎo)的愈傷組織在繼代繁殖后，用氯化鈉溶液作選擇劑，在篩選培養(yǎng)基上連續(xù)篩選3代，得到抗鹽（耐鹽濃度為20 mg·L-1）愈傷組織變異體，在不同質(zhì)量濃度氯化鈉溶液脅迫下測定其發(fā)芽率，耐鹽變異體后代種子發(fā)芽率均高于對照種子發(fā)芽率，說明變異體的耐鹽性是可遺傳的[50]。

5.5 CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)

采用基因編輯技術(shù)對某些特定基因的編碼序列進(jìn)行特異編輯，對基因組中的靶位點進(jìn)行敲除、替換、插入等定點人工修飾，進(jìn)行分子改良，最終實現(xiàn)植物的優(yōu)良性狀能夠穩(wěn)定遺傳，并具有易操作、效率高和擴(kuò)展性強(qiáng)等顯著優(yōu)點，已成為開展玉米基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究最有力的遺傳操作方式[51]。通過CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)進(jìn)行功能基因驗證、產(chǎn)量育種、品質(zhì)育種和抗逆育種等方面的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，可以不斷明晰玉米相關(guān)基因的關(guān)聯(lián)性狀，有效提升玉米種質(zhì)的抗性，提升玉米產(chǎn)量和品質(zhì)，為選育適應(yīng)鹽堿生長環(huán)境的優(yōu)良玉米品種提供分子育種技術(shù)支撐[51]。

5.6 全基因組選擇技術(shù)

全基因組選擇技術(shù)在玉米育種中具有廣闊的發(fā)展前景。通過利用高通量測序技術(shù)可以快速而準(zhǔn)確地識別與目標(biāo)性狀相關(guān)的基因型并加速育種進(jìn)程；通過對大量個體的基因組進(jìn)行測序和分析，可以更好地預(yù)測目標(biāo)性狀在后代中的表現(xiàn)，提高遺傳改良效率以及解決復(fù)雜性狀問題；全基因組選擇技術(shù)有望推動玉米育種的突破和進(jìn)步，加速優(yōu)質(zhì)耐鹽堿玉米品種的培育[52]。作為影響玉米產(chǎn)量的重要脅迫因素，無論是QTL還是基因水平，針對玉米耐鹽性的研究還相對較少，仍然需要克隆更多的基因，從而更深入地了解玉米鹽脅迫響應(yīng)機(jī)制，輔助培育耐鹽玉米品種[53]。

6 耐鹽堿玉米育種研究展望

2022年、2023年中央一號文件對鹽堿地的有關(guān)政策標(biāo)志著鹽堿地治理的思路從“改地適種”為主向“改種適地”發(fā)生了重大變化。寧夏鹽堿地面積大、鹽堿程度重，農(nóng)業(yè)可開發(fā)利用潛力巨大，近年來，隨著相關(guān)研究的深入和產(chǎn)業(yè)升級，鹽堿地玉米育種取得了階段性成效，一系列成果的應(yīng)用推動了鹽堿地農(nóng)業(yè)發(fā)展。但也要看到，寧夏鹽堿地綜合利用和耐鹽堿玉米育種研究總體上還處于起步階段，玉米耐鹽堿育種基礎(chǔ)理論研究不夠系統(tǒng)，鑒定評價標(biāo)準(zhǔn)有待完善，充分挖掘鹽堿地開發(fā)利用潛力仍受到水資源短缺、地下水位高、地下水礦化度較高等因素約束。鹽堿地玉米播種后可出苗，但遇返鹽堿后出現(xiàn)大面積死苗現(xiàn)象，增加了鹽堿地玉米栽培難度，因此，需加強(qiáng)耐鹽玉米尤其是增強(qiáng)苗期耐鹽性的玉米品種培育工作。

目前，針對耐鹽堿玉米種質(zhì)資源較少、品種同質(zhì)化嚴(yán)重的生產(chǎn)現(xiàn)狀，圍繞國家糧食安全、鹽堿地綜合利用、黃河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和農(nóng)業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的重大需求，以及寧夏玉米生產(chǎn)中對高產(chǎn)耐密、抗性強(qiáng)、中矮稈、適宜機(jī)收等優(yōu)良品種的需求，要進(jìn)一步加強(qiáng)頂層設(shè)計，以玉米耐鹽堿育種技術(shù)和種質(zhì)創(chuàng)新為目標(biāo)，突出種質(zhì)資源在育種過程中的基礎(chǔ)性定位，強(qiáng)力推進(jìn)耐鹽堿玉米種質(zhì)資源收集、保存、保護(hù)，夯實寧夏玉米耐鹽種質(zhì)資源。要利用基因編輯、分子標(biāo)記輔助、高通量測序等現(xiàn)代分子生物學(xué)研究方法，結(jié)合表型組學(xué)、生物信息學(xué)等手段，開展耐鹽堿基因資源挖掘、分子標(biāo)記開發(fā)，強(qiáng)化耐鹽堿基因的評價與鑒定。要結(jié)合常規(guī)玉米育種技術(shù)和田間試驗檢驗手段，利用全基因組選擇技術(shù)和CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)，開展重要耐鹽基因的定位挖掘、遺傳分析、功能解析、克隆利用和高水平表達(dá)技術(shù)研究，建立以基因工程育種和分子標(biāo)記輔助育種為主體的高效玉米分子設(shè)計育種技術(shù)體系，進(jìn)行耐鹽堿玉米種質(zhì)資源的創(chuàng)制，實現(xiàn)從分子生物技術(shù)育種、基因編輯的理論突破到遺傳育種的實際應(yīng)用，培育鹽堿環(huán)境下減損促穩(wěn)的玉米新品種，推動玉米種業(yè)創(chuàng)新和高質(zhì)量發(fā)展。

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