鄭崇珂，張治振，周冠華，謝先芝

(山東省水稻研究所，山東 濟(jì)南 250100)

水稻(OryzasativaL.)是世界上最重要的糧食作物之一，對于保障糧食安全至關(guān)重要[1]。有研究表明水稻起源于淡水沼澤植物，是鹽中度敏感的作物[2]。土壤鹽堿化已經(jīng)成為制約水稻生產(chǎn)的重要因素，威脅糧食安全。中國約有鹽堿地一億公頃，同時(shí)約有五分之一的稻田受到鹽堿侵害，嚴(yán)重制約中國農(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[3]。因此開展耐鹽性強(qiáng)的水稻品種的篩選和選育，對于開發(fā)利用鹽堿地具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

種子發(fā)芽階段極易受到周圍環(huán)境的影響，鹽脅迫是干擾種子發(fā)芽的重要因素。植物能否在鹽堿地生長決定于種子是否能耐受住發(fā)芽期間的鹽脅迫[4]。山東省黃河三角洲地區(qū)有50多萬公頃鹽堿地亟待開發(fā)利用。根據(jù)水稻的生長習(xí)性，它已成為鹽堿地開發(fā)和利用的先鋒作物。然而目前該地區(qū)種植的水稻品種在整個(gè)生育期內(nèi)仍需大量淡水來不斷地洗鹽和壓堿，否則會(huì)造成嚴(yán)重減產(chǎn)甚至絕收。因此，對現(xiàn)有水稻品種進(jìn)行耐鹽性鑒定篩選，挖掘水稻本身的耐鹽能力，同時(shí)篩選高耐鹽品種或種質(zhì)資源，可為黃河三角洲鹽堿地的開發(fā)利用和水稻耐鹽育種提供有力保障。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料為山東省東營地區(qū)廣泛種植的水稻品種圣稻14、圣稻18、圣稻19、臨稻11、臨稻19、新稻18、津稻263、香粳9407、淮稻5號、鹽豐47和鹽粳456，以越光為鹽敏感對照，以海稻86為耐鹽對照。所有材料均為2017年秋季收獲，同等條件保存。

1.2 試驗(yàn)方法

參考祁棟靈等[5]種子耐鹽堿性鑒定方法。隨機(jī)選取飽滿種子各50粒，蒸餾水沖洗干凈，均勻置于墊有濾紙的培養(yǎng)皿中，加入5、10、12、15 g/L NaCl鹽水浸泡，蓋好培養(yǎng)皿蓋，置于30℃恒溫箱中催芽，每天用鹽水原液洗滌一次，以淡水為對照。種子置于培養(yǎng)皿中即作為發(fā)芽試驗(yàn)開始，每天觀察種子發(fā)芽情況，并更換溶液，以胚根明顯突破種皮為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，第4天和第10天記錄發(fā)芽情況。重復(fù)3次。

1.3 測定指標(biāo)

采用發(fā)芽勢、發(fā)芽率和相對鹽害率等指標(biāo)進(jìn)行耐鹽性評價(jià)。以15 g/L NaCl單鹽處理的種子發(fā)芽率為標(biāo)準(zhǔn)，以相對鹽害率20%的級差分為1～9 級進(jìn)行評價(jià)，分級標(biāo)準(zhǔn)見表1[5]。上述有關(guān)指標(biāo)的計(jì)算方法如下：

發(fā)芽率(%)=(發(fā)芽粒數(shù)/供試粒數(shù))×100；

發(fā)芽勢(%)=(第4天正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100；

相對鹽害率(%) = (對照發(fā)芽率-處理發(fā)芽率)/對照發(fā)芽率×100。

表1 相對鹽害率分級標(biāo)準(zhǔn)

1.4 芽長、根長和根數(shù)測定

每處理隨機(jī)選取20 粒種子，發(fā)芽第10天時(shí)測量其芽長和根長并計(jì)算相對根長和相對芽長。

相對根長=鹽處理平均根長/對照平均根長；

相對芽長=鹽處理平均芽長/對照平均芽長。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與做圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽濃度對水稻發(fā)芽率的影響

根據(jù)表2可以看出，隨著鹽濃度升高，參試水稻品種的發(fā)芽率表現(xiàn)出下降趨勢，當(dāng)鹽濃度達(dá)到15 g/L時(shí)，除鹽豐47發(fā)芽受到顯著影響外其它所有品種均受到極顯著抑制。發(fā)芽10天時(shí)，鹽濃度15 g/L處理相比對照平均發(fā)芽率降低58.36個(gè)百分點(diǎn)，而鹽濃度5 g/L 時(shí)只降低2.82個(gè)百分點(diǎn)，鹽濃度10 g/L時(shí)降低7.95個(gè)百分點(diǎn)，鹽濃度12 g/L時(shí)降低18.41個(gè)百分點(diǎn)。說明低鹽度下水稻種子發(fā)芽期受鹽脅迫的影響不明顯，高濃度處理對發(fā)芽影響極顯著。

鹽濃度15 g/L處理下相對鹽害率較低的材料為海稻86、鹽豐47、鹽粳456 和臨稻19，其相對鹽害率分別為22.00%、29.05%、29.37%和27.52%(表2)，均屬于耐鹽性強(qiáng)級別，津稻263和淮稻5號屬于中等耐鹽，越光、圣稻18和香粳9407屬于耐鹽性較弱，其余材料則屬于極弱。

2.2 不同鹽濃度對水稻發(fā)芽時(shí)間的影響

隨著鹽濃度增加，參試品種開始發(fā)芽時(shí)間逐漸推遲，發(fā)芽過程延長，發(fā)芽勢降低(表3)。不同水稻品種發(fā)芽時(shí)間差異較明顯，5 g/L鹽濃度處理發(fā)芽4 天時(shí)總發(fā)芽數(shù)除圣稻14(69.33%)和新稻18(88.00%)外均能達(dá)到90.00%；而到10天時(shí)最終發(fā)芽率除圣稻14(72.00%)外其它均能達(dá)到90.00%以上，占參試品種總數(shù)的92.30%。10 g/L 鹽濃度處理發(fā)芽4天時(shí)發(fā)芽勢達(dá)50.00%以上的品種有7個(gè)，10天時(shí)最終發(fā)芽率達(dá)到80.00%以上的品種為12 個(gè)，占92.30%。12 g/L 鹽濃度處理4天時(shí)發(fā)芽勢達(dá)到50.00%的品種有圣稻19、臨稻19和海稻86，而鹽豐47和鹽粳456的發(fā)芽勢分別為33.33%和48.00%；10天時(shí)最終發(fā)芽率達(dá)80.00%的品種為8個(gè)，占61.53%。

表2 不同鹽濃度處理10 天時(shí)水稻種子的發(fā)芽率和相對鹽害率 (%)

注：“*”“**”分別表示0.05、0.01水平差異顯著，下同。

15 g/L鹽濃度處理4天時(shí)發(fā)芽勢只有海稻86達(dá)到40.67%，鹽粳456、鹽豐47和臨稻19分別為11.33%、10.67%和8.67%；10天時(shí)發(fā)芽率達(dá)到60.00%以上的品種為海稻86、鹽豐47、鹽粳456和臨稻19，占參試品種的30.77%。

綜上結(jié)果，隨著鹽濃度增加，各水稻品種的發(fā)芽時(shí)間逐漸推遲。海稻86、鹽豐47、鹽粳456、臨稻19相比其它品種，發(fā)芽快而且整齊，表現(xiàn)出較強(qiáng)的芽期耐鹽性，相對鹽害率較低。其余品種芽期耐鹽性則較差。

表3 不同鹽濃度處理4 天時(shí)水稻種子的發(fā)芽勢和相對鹽害率 (%)

2.3 不同鹽濃度對水稻幼根與芽生長的影響

前人研究表明，低濃度鹽脅迫對發(fā)芽具有一定刺激作用[9]。本試驗(yàn)中低鹽度(5 g/L)處理10 天時(shí)，所有品種的芽長均低于未脅迫處理的，平均短3.10 cm；有2個(gè)品種(臨稻19和臨稻11)的主根長大于對照。鹽濃度10 g/L時(shí)，所有品種的芽長均受到明顯抑制，芽長比對照平均減少4.09 cm；所有品種的主根長也受到明顯抑制，平均比對照減少6.49 cm。鹽濃度12 g/L 和15 g/L時(shí)，所有水稻品種的芽長和根長都顯著下降，降幅分別為90.34%和99.10%(表4、圖1、圖2)。

綜上結(jié)果，鹽脅迫對水稻品種的主根長和芽長具有較強(qiáng)的抑制作用，隨鹽度增加抑制越明顯，當(dāng)鹽度超過10 g/L時(shí)抑制達(dá)極顯著。

表4 不同鹽濃度處理各水稻品種的芽長、主根長 (cm)

圖1 不同鹽濃度下各水稻品種相對根長

圖2 不同鹽濃度下各水稻品種相對芽長

3 討論與結(jié)論

3.1 鹽脅迫對水稻種子發(fā)芽率的影響

發(fā)芽率是評價(jià)種子發(fā)芽的常用指標(biāo)，反映了種子活力，也是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)[10，11]。利用種子萌發(fā)期進(jìn)行耐鹽性鑒定，既方便又能夠鑒定出品種耐鹽特性。本研究結(jié)果表明，鹽處理明顯抑制種子的萌發(fā)率和萌發(fā)速率。低鹽度下，隨著處理時(shí)間的延長，抑制作用逐漸減弱，隨著鹽濃度升高，發(fā)芽率下降趨勢明顯。15 g/L鹽溶液對水稻各品種的發(fā)芽均具有較強(qiáng)的抑制作用。有報(bào)道指出低濃度NaCl 促進(jìn)種子發(fā)芽[9]，本研究中未發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象，可能是本試驗(yàn)起始濃度相對較高導(dǎo)致。而有些品種發(fā)芽初期與中后期對鹽脅迫的反應(yīng)不一致(鹽豐47 和鹽粳456初期耐鹽性并不突出但后期表現(xiàn)較強(qiáng)耐鹽性)，這與前人的研究結(jié)果類似[9，12]，表明強(qiáng)耐鹽水稻品種在低鹽濃度脅迫下的耐鹽機(jī)理可能與一般水稻品種存在差異性。

黃河三角洲地區(qū)有50多萬公頃未利用的鹽堿地和100多萬公頃中低產(chǎn)田，是我國后備耕地資源最豐富的地區(qū)，但由于土壤含鹽較高難以開發(fā)利用。多年來的實(shí)踐證明，種植水稻是鹽堿地改良最經(jīng)濟(jì)有效的途徑。經(jīng)過多年的水稻種植，能夠使重度鹽堿地改良為中、輕度鹽堿地，最終改良為穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)田，因此，選育高耐鹽水稻品種是鹽堿地開發(fā)首要條件。由于水稻生長習(xí)性、黃河三角洲地區(qū)的氣候特點(diǎn)以及輕簡化栽培的要求，水稻品種發(fā)芽期耐鹽性至關(guān)重要。因此，對黃河三角洲地區(qū)種植的一些水稻品種進(jìn)行發(fā)芽期耐鹽性鑒定就顯得尤為重要。由于鹽脅迫對水稻品種發(fā)芽的影響很容易受環(huán)境影響而引起差異，因此本研究采用相對鹽害率反映鹽脅迫條件下受鹽害的程度。本研究中，發(fā)芽快而且整齊的水稻品種為臨稻19、鹽豐47和鹽粳456，這三個(gè)品種表現(xiàn)出較強(qiáng)的芽期耐鹽性，相對鹽害率較低；其次為津稻263和淮稻5號，耐鹽性中等；其余品種芽期則對鹽較敏感，易受到鹽脅迫傷害，相對鹽害率大。

3.2 鹽脅迫對水稻種子幼根與芽生長的影響

水稻耐鹽性是十分復(fù)雜的遺傳性狀，往往由多個(gè)基因調(diào)控，受環(huán)境影響較大。目前對水稻耐鹽性的評價(jià)主要通過表型指標(biāo)(根長、芽長、存活率、死葉率等)和生理生化指標(biāo)(Na+/K+含量、脯氨酸含量、丙二醛含量等)進(jìn)行判斷[13]。本研究采用發(fā)芽期的根長和芽長對收集的水稻品種進(jìn)行發(fā)芽期耐鹽性鑒定。鹽溶液對水稻品種根長和芽長的脅迫較為明顯，隨著鹽濃度的升高，水稻的芽長和根長均呈明顯下降趨勢。不同濃度之間變化較大，但基本呈現(xiàn)出鹽濃度越高抑制越明顯的趨勢。但耐鹽性較好的水稻品種在低鹽濃度下表現(xiàn)出根長變長，這可能是由不同的水稻品種其耐鹽分子機(jī)制不同所導(dǎo)致[5]。

3.3 水稻品種發(fā)芽期的耐鹽性綜合評價(jià)

綜上分析可知，鹽溶液濃度在15 g/L 時(shí)，各品種之間的發(fā)芽率和相對鹽害率差異明顯。因此，以15 g/L 鹽濃度作為劃分耐鹽級別的適宜濃度，將參試品種劃分為5 個(gè)耐鹽等級，其中臨稻19、鹽豐47和鹽粳456為3 級(強(qiáng)耐鹽)，津稻263和淮稻5號為5 級(中等耐鹽)，其余材料為弱耐鹽。本研究收集的水稻品種未鑒定到耐鹽性極強(qiáng)者。本試驗(yàn)只在實(shí)驗(yàn)室中對這些品種的發(fā)芽特性進(jìn)行了研究，對于其耐鹽脅迫特性的生理機(jī)制、田間抗鹽性以及耐鹽的分子機(jī)制仍需進(jìn)一步探討。

臨稻19、鹽豐47和鹽粳456已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但是隨著種植年限延長，品種逐漸退化，這就要求我們選育新的更好的耐鹽品種。因此下一步要廣泛收集和鑒定水稻耐鹽種質(zhì)資源，開展耐鹽水稻品種培育，為鹽堿地的開發(fā)和利用提供有力的品種支撐。