王子平，陽標(biāo)仁，何登驥，何加太

（湖南省水稻研究所，湖南 長沙410125）

根據(jù)聯(lián)合國教科文組織和糧農(nóng)組織不完全統(tǒng)計，全世界鹽堿地面積有9.54億hm2，分布在世界各大洲干旱地區(qū)[1]。我國鹽堿地面積為9 913萬hm2，包括3 693萬hm2現(xiàn)代鹽堿地，4 487萬hm2殘余鹽堿地，以及1 733萬hm2潛在鹽堿地，主要分布在東北、華北、西北內(nèi)陸地區(qū)以及長江以北沿海地帶[2]。因分布地區(qū)生物氣候等環(huán)境因素的差異，我國鹽漬土可大致分為：濱海鹽土與灘涂、黃淮海平原鹽漬土、東北松嫩平原鹽堿土、半漠境內(nèi)陸鹽土和漠境鹽土等五大片[3]。依據(jù)土壤含鹽量的差異，鹽堿地還可分為輕度、中度和重度三類，含鹽量低于3‰的為輕度鹽堿地，含鹽量超過6‰的為重度鹽堿地，含鹽量在3‰～6‰之間的為中度鹽堿地。

濱海鹽堿地是我國主要的鹽堿地類型，長江口以北的濱海鹽土達(dá)100萬hm2，鹽分以氯化物為主；長江口以南的濱海鹽土面積較小且零星分布，鹽分以硫酸鹽為主。全國灘涂資源總面積達(dá)217萬hm2。江蘇的沿海灘涂面積有70萬hm2，主要集中在鹽城市境內(nèi)（46.7萬hm2）[4]。廣東沿海灘涂面積為20.6萬hm2，其中湛江就有9.9萬hm2。黃淮海平原的鹽漬土面積為133.3萬hm2，鹽分集中在地表1～2 cm。東北平原鹽漬土面積為319.7萬hm2，集中在松嫩平原，主要為蘇打鹽堿土，其中已開墾利用面積為140萬hm2。黑龍江鹽堿地面積為68萬hm2，有14個縣受土壤鹽堿化危害[5]。

我國至少有800萬hm2的土地，由于不當(dāng)?shù)墓喔群褪┓?，?dǎo)致土壤中鹽分積累，不利于作物的生長發(fā)育，嚴(yán)重影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。目前，我國耕地正面臨著人口不斷增長，城鎮(zhèn)化速度不斷加快的雙重壓力，如何有效利用不良耕地增加糧食生產(chǎn)的安全性已成為政府各級部門十分關(guān)注的課題。研究表明，我國現(xiàn)有的鹽堿地中可供開發(fā)利用的面積為666.7萬hm2左右。因此，水稻作為鹽漬土改良的先鋒作物，其耐鹽品種的選育至關(guān)重要。

1 耐鹽水稻種質(zhì)資源的篩選

早在1940年，斯里蘭卡就已開始耐鹽水稻品種的選育，Pokkali是世界耐鹽水稻品種報道的第一例，該品種于1945年開始推廣。印度也是較早開展水稻耐鹽育種研究的國家，印度農(nóng)家品種M114是典型的耐鹽性水稻品種。國際水稻研究所曾對9萬余份水稻品種（系）進(jìn)行耐鹽性鑒定，篩選出多份強(qiáng)耐鹽的品種（系），例如Nona、Bokra、Pokkali、Pamodar、Jhona349、IR4595-4-1-13、IR4630-22-2-5-1-3、IR9764-45-2-2、IR9884-54-3等。這些材料均被用作水稻耐鹽性改良的親本。

我國于20世紀(jì)70年代開始水稻耐鹽性改良研究，已取得了一定成果。江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院1980年引進(jìn)印度高耐鹽秈稻農(nóng)家品種M114，經(jīng)耐鹽性鑒定后定名80-85，在我國北緯35°以南的沿海重鹽土區(qū)推廣種植，效果較顯著。江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院還對其保存的1萬余份水稻資源進(jìn)行耐鹽篩選，獲得了38份耐鹽種質(zhì)。方先文等[6]對這些耐鹽水稻資源在高鹽濃度（0.8%NaCl）下進(jìn)行重復(fù)鑒定，篩選出6份苗期極端耐鹽品種。周汝倫等[7]先后對2730份水稻種質(zhì)進(jìn)行耐鹽性篩選鑒定，初步得到9份耐鹽資源。方良俊等[8]對湛江地區(qū)地方水稻品種的耐鹽性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)地方品種“咸水禾”具有一定的耐鹽性。王奉斌等[9]在不同NaCl單鹽濃度下，對40份新疆引進(jìn)或自育的水稻種質(zhì)資源進(jìn)行耐鹽性鑒定，篩選出6份芽期極端耐鹽品種。曾華[10]對遼寧省29個水稻品種的苗期耐鹽能力進(jìn)行評價，發(fā)現(xiàn)鹽豐47－8、遼鹽282、遼粳371、遼鹽12、橋201－2、遼鹽241等6個品種的苗期耐鹽能力較強(qiáng)。賈寶艷等[11]對遼寧省51份水稻種質(zhì)進(jìn)行鑒定和篩選，以發(fā)芽指數(shù)作評價指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)遼鹽166、奧羽316、珍優(yōu)2號、珍優(yōu)1號、遼鹽188、沈農(nóng)9209、四豐43等7個品種具有較高的耐鹽性。

殷延勃等[12]對寧夏地區(qū)40份水稻種質(zhì)資源進(jìn)行鑒定和篩選，發(fā)現(xiàn)不同材料間的耐鹽能力差異較大。孫公臣等[13]選用不同類型和地區(qū)的6個水稻品種在人工加鹽的大田條件下進(jìn)行品種耐鹽性試驗(yàn)，結(jié)果表明不同品種耐鹽能力有較大差異。

上述研究表明，水稻種質(zhì)資源間的耐鹽性存在較大的變異幅度，并用事實(shí)證明了水稻耐鹽性篩選的可操作性，目前已累計篩選出了70多份耐鹽水稻種質(zhì)。

2 耐鹽水稻種質(zhì)資源的創(chuàng)造

2.1 利用傳統(tǒng)育種技術(shù)創(chuàng)造新的耐鹽種質(zhì)

傳統(tǒng)的育種技術(shù)如雜交、理化誘變、組織培養(yǎng)和遠(yuǎn)緣雜交等，已被廣泛用于水稻耐鹽性的改良。國際水稻研究所在這些方面做了大量工作：（1）將已篩選確定的耐鹽種質(zhì)作為耐鹽親本與一些具有良好農(nóng)藝性狀的水稻品種雜交，在鹽堿地上進(jìn)行傳代篩選；（2）化學(xué)誘變（N-甲基-N亞硝基脲）處理感鹽品種（臺中65），在后代中篩選耐鹽突變株；（3）組織（種子、花藥、遠(yuǎn)緣雜種胚）培養(yǎng)與高鹽選擇相結(jié)合，篩選耐鹽變異株。此外，還有Dubouzet等[14]利用遠(yuǎn)緣雜交、胚培養(yǎng)和生物技術(shù)等方法，將密穗野生稻的耐鹽基因轉(zhuǎn)入栽培稻中，獲得了耐鹽性較強(qiáng)的雜交后代。

國內(nèi)方面，周汝倫等以篩選得到的耐鹽資源為親本，進(jìn)行雜交、誘變處理和鹽水篩選，獲得耐鹽性較好的4個水稻品系204、424、321、322。田少華等[15]以60Coγ射線和疊氮化鈉單獨(dú)或復(fù)合處理水稻成熟種子，進(jìn)行組織培養(yǎng)，將誘導(dǎo)出的愈傷組織在含0.5%～2.0%NaCl的培養(yǎng)基中篩選2次，以750倫琴γ射線照射后再進(jìn)行耐鹽性篩選，從感鹽品種IR28中獲得了2株耐鹽突變株。陳啟康等[16]利用耐鹽的大米草與水稻進(jìn)行遠(yuǎn)緣雜交，獲得了耐鹽水稻種質(zhì)，經(jīng)RAPD分析，耐鹽種質(zhì)攜帶有大米草的遺傳成分。

2.2 利用花粉管通道技術(shù)創(chuàng)造新的耐鹽種質(zhì)

花粉管通道法是將異源生物的基因組總DNA借助授粉后產(chǎn)生的花粉管通道導(dǎo)入到受體植物的胚囊中，通過轉(zhuǎn)化受精卵，以期獲得整合了異源生物的某些DNA片段的變異種質(zhì)。由于該技術(shù)具有變異頻率高、范圍廣、操作簡單、變異性狀穩(wěn)定遺傳等特點(diǎn)，已在多種作物上得到了成功的應(yīng)用。但利用該技術(shù)改良水稻耐鹽性的研究報道并不多。呂學(xué)蓮等[17]利用花粉管通道技術(shù)將普通野生稻DNA導(dǎo)入到寧夏栽培水稻寧粳23號中，獲得4份苗期較耐鹽材料。

我國耐鹽堿植物種類大約有500種，將這些植物的耐鹽基因轉(zhuǎn)移到水稻中，是提高水稻耐鹽性的有效途徑之一。目前，已有兩家研究機(jī)構(gòu)對此做了嘗試，并取得了良好成果。遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院微生物工程中心應(yīng)用花粉管通道法，將拒鹽植物蘆葦?shù)幕蚪MDNA導(dǎo)入到水稻品種遼星一號中，后代植株性狀發(fā)生分離，經(jīng)過連續(xù)2代海水澆灌的田間耐鹽篩選，已獲得了耐鹽轉(zhuǎn)化品系。王麗萍等[18]對該轉(zhuǎn)化品系H5和H6的耐鹽性進(jìn)行研究，結(jié)果表明耐鹽水稻品系H5和H6的耐鹽性強(qiáng)于對照受體遼星一號。湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所與海南大學(xué)合作，于2007年冬在海南三亞市應(yīng)用花粉管通道技術(shù)，將耐高鹽野生植物蘆葦?shù)腄NA導(dǎo)入3個水稻品系中，經(jīng)過5年10季的選育鑒定，獲得18個水稻耐鹽品系。2012年，將這18個耐鹽品系在鹽分含量分別為0.1%、0.3%、0.5%的土壤中種植，篩選出了3份表現(xiàn)突出的品系（組合），分別是：海湘030、海湘119和海湘121。這些品系在鹽土中的成功試種引發(fā)了國內(nèi)多家媒體甚至國外媒體的關(guān)注。

從上述成功的案例可以看出，花粉管通道技術(shù)在利用遠(yuǎn)緣物種的耐鹽性（選育）創(chuàng)造耐鹽水稻新種質(zhì)的過程中可以發(fā)揮加大作用。

2.3 分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用

分子生物學(xué)技術(shù)能定向改造植物的遺傳性狀，異源物種基因的導(dǎo)入可以打破物種之間的生殖障礙，豐富稻種的基因資源，彌補(bǔ)常規(guī)育種方法的不足?？蒲泄ぷ髡咭呀?jīng)鑒定和克隆出一批耐鹽堿相關(guān)基因，譬如源自水稻自身的OsMAPK5和HAL2基因（RHL），源于小麥的PMA80和PMA1959基因，源于大麥的水通道蛋白編碼基因和HVA1基因，源于大腸桿菌的海藻糖合成基因和TPSP基因，源于海欖雌的Sod1基因，源于水稻及擬南芥 的 轉(zhuǎn) 錄 因 子 OsDREB1A、DREB1A、1B、1C、OsDREB1FZFP252、OsbZIP23、CBF3等基因，以及一些其他基因（mtlD/gutD、SOS1、OsNHXl、BADH、SKC1、Os－COIN、OsiSAP8、OsSKIPa等），這些基因的功能大多與糖醇、甜菜堿、脯氨酸、多胺物質(zhì)、海藻糖、甘油、LEA蛋白等物質(zhì)合成有關(guān)。這些基因的利用已成為耐鹽水稻種質(zhì)創(chuàng)新的重要途徑。通過耐鹽相關(guān)基因的轉(zhuǎn)化，已經(jīng)獲得了一些耐鹽性較強(qiáng)的轉(zhuǎn)基因植株。但這些轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性鑒定結(jié)果大多是相對于對照植株而言，并沒有在大田生產(chǎn)中得到實(shí)際驗(yàn)證[19]。

目前，借助于分子生物學(xué)技術(shù)獲得的耐鹽性水稻新品系有水稻越秀T22-77、越光-SKC1/BADH-12和秀水11-SKC1/BADH-23等。趙陽等[20]獲得了2份轉(zhuǎn)OsCDPK7、OsMAPK4基因的耐鹽水稻株系。杭州市農(nóng)科院2009年開始實(shí)施國家轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)“轉(zhuǎn)OsCYP2基因耐鹽水稻新品種培育”項(xiàng)目，截至2013年已獲得了11個耐鹽性較強(qiáng)的轉(zhuǎn)基因水稻株系，在鹽度1.2%～1.6%的海水全程灌溉下，部分轉(zhuǎn)OsCYP2基因的水稻株系的結(jié)實(shí)率達(dá)到35%以上。

不可否認(rèn)，分子生物學(xué)技術(shù)在水稻耐鹽種質(zhì)的創(chuàng)造中有非常重要的作用。但是要想充分發(fā)揮這一技術(shù)在生產(chǎn)上的價值，必須首先排除安全隱患，與傳統(tǒng)育種技術(shù)有機(jī)結(jié)合，將創(chuàng)新的耐鹽種質(zhì)納入耐鹽水稻新品種的培育計劃之中，才有可能取得較好的效果。

3 耐鹽水稻種質(zhì)資源的的利用

3.1 作為育種親本在耐鹽水稻新品種選育上的利用

2013年，遼寧盤錦北方農(nóng)業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司育成耐鹽堿水稻品種“錦稻201”，區(qū)試時表現(xiàn)出質(zhì)優(yōu)、高產(chǎn)、中抗稻瘟病、耐旱、耐寒、抗倒、耐肥及活稈成熟不早衰等特點(diǎn)，適宜在遼寧、華北及西北中晚熟及晚熟稻區(qū)種植。2013年，國際水稻研究所推出44個水稻新品種，其中包括9個耐鹽堿品種。目前，這些品種仍在進(jìn)行測試，希望能在4～5 a內(nèi)將新品種廣泛推廣。2014年3月2日《參考消息》報道，美國阿卡迪亞生物科技公司研發(fā)出可同時兼具3種優(yōu)勢（耐鹽、耐旱、氮高效）的轉(zhuǎn)基因水稻，其中耐鹽堿基因來自擬南芥（水芹）；在非洲不同鹽堿環(huán)境下的測試發(fā)現(xiàn)，耐鹽水稻的的產(chǎn)量比不耐鹽對照增加了42%。

3.2 育成的耐鹽新品種在生產(chǎn)上的利用

耐鹽水稻品種在生產(chǎn)上推廣利用的首列是1945年在斯里蘭卡應(yīng)用的水稻品種Pokkali；第二例是選自印度農(nóng)家品種Mll4的80-85在我國的引種試驗(yàn)，80-85屬感光型秈稻品種，于20世紀(jì)80年代在我國北緯35°以南的沿海重鹽土地區(qū)推廣種植[21]。我國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所的科技人員于2002年在吉林省大安市進(jìn)行了以耐鹽堿優(yōu)質(zhì)米水稻品種選育與高抗鹽堿高效栽培技術(shù)為核心的水稻高產(chǎn)栽培技術(shù)的試驗(yàn)推廣，示范面積0.97萬hm2，平均增產(chǎn)837 kg/hm2。2013年，吉林省在西部鹽堿地實(shí)施耐鹽堿優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)水稻新品種選育及配套技術(shù)研究項(xiàng)目，兩處“萬畝片”的產(chǎn)量達(dá)7 500 kg/hm2。2013年，浙江省慈溪市在0.2萬hm2鹽堿地上種植耐鹽堿的粳稻品種秀水134、秀水321、浙粳88等，平均產(chǎn)量達(dá)6750 kg/hm2。2013年，在山東省濱州市無棣縣兩處重度和中度鹽堿荒地種植耐鹽堿的水稻品種鹽豐47，單位面積收益達(dá)75000元/hm2。2014年，湖南省水稻研究所與海南大學(xué)合作培育的海湘030在江蘇省鹽城沿海灘涂地進(jìn)行了6.7hm2中試試驗(yàn)，成效顯著。

4 展望

我國擁有大量的鹽堿地資源，為糧食生產(chǎn)提供了充足的后備耕地資源。但是這一資源并不能適宜于直接用于糧食生產(chǎn)，需要從兩個方面著手改良：一是采取多種措施將鹽堿地淡化處理，使不良耕地資源得以優(yōu)化，使之成為適合糧食生產(chǎn)的優(yōu)良耕地資源；另一方面是從作物本身出發(fā)，篩選和培育適合鹽堿地糧食生產(chǎn)的作物品種。相較于鹽堿地淡化處理，作物品種改良可能更易取得成效。就耐鹽水稻新品種的培育而言，如前所述，研究人員不僅從水稻自身篩選出了一定數(shù)量的耐鹽種質(zhì)，還將傳統(tǒng)育種技術(shù)與現(xiàn)代生物技術(shù)結(jié)合起來，克服遠(yuǎn)緣物種間的生殖障礙，創(chuàng)新了帶有異源物種耐鹽基因的水稻種質(zhì)，這些種質(zhì)已經(jīng)在鹽堿地糧食生產(chǎn)上初步展示了成效，并且仍將發(fā)揮更大的作用。

目前，耐鹽水稻種植創(chuàng)新面臨著以下難題。首先，盡管水稻資源豐富，但其所包含的耐鹽種質(zhì)并不豐富，耐鹽水稻新品種培育對耐鹽種質(zhì)選擇的余地并不大。其次，轉(zhuǎn)基因技術(shù)在新種質(zhì)的創(chuàng)造中確實(shí)有重要作用，但其作用又受到三個方面的限制：（1）耐鹽性能受微效基因控制，微效基因必須累計到一定數(shù)量后才能發(fā)揮較大作用，少量基因轉(zhuǎn)入發(fā)揮的作用可能有限；（2）轉(zhuǎn)基因技術(shù)能否與傳統(tǒng)育種技術(shù)有效結(jié)合的問題，傳統(tǒng)育種技術(shù)是一個系統(tǒng)工程，轉(zhuǎn)基因技術(shù)能否成為該系統(tǒng)中的一個有效環(huán)節(jié)，值得認(rèn)真考慮；（3）轉(zhuǎn)基因口糧的安全性問題。第三，花粉管通道技術(shù)既滿足了耐鹽異源物種向水稻轉(zhuǎn)移耐鹽性狀的要求，又克服了轉(zhuǎn)基因技術(shù)的一些弊病，但是這一技術(shù)存在一定的盲目性，需要較大的工作量以及較高的選擇壓。上述3個方面的難題是每一位從事水稻耐鹽育種研究的科學(xué)工作者必須思考的問題，期望在今后的工作中能得到一一破解。

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