欒金華 宋欣陽 汪磊 孫麗麗 程艷雙 董浩 張佳 程效義 徐海

（1 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所/遼寧省北方粳稻遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北水稻生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/北方超級(jí)粳稻育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，110866，遼寧沈陽；2 青島海德龍生物科技有限公司，266000，山東青島；3 遼寧省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地建設(shè)工程中心，110866，遼寧沈陽）

鹽堿地是指土壤中所含鹽分影響到作物正常生長(zhǎng)的地塊。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界鹽堿地面積約9.6億hm2，其中我國(guó)占比近1/10[1]。國(guó)家為保障糧食安全，積極挖掘潛力增加耕地，提出將鹽堿地資源有序規(guī)劃，選育更多的耐鹽堿作物進(jìn)行土壤改良，確保耕地面積。而水稻是鹽堿地改良與利用的首選糧食作物[2]，篩選耐鹽性強(qiáng)的水稻品種，對(duì)土地改良、擴(kuò)大耕地面積和提高糧食產(chǎn)量有很大幫助[3]。

不同的水稻品種在不同的生長(zhǎng)階段涉及的耐鹽響應(yīng)和調(diào)控基因存在差異，而苗期的耐鹽性在一定程度上能夠代表整個(gè)植株的耐鹽性[4-7]。徐芬芬等[8]通過鹽堿混合脅迫發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫對(duì)水稻苗期的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)影響顯著，但pH 對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的影響并不顯著。苗期耐鹽性的強(qiáng)弱多采用發(fā)芽指數(shù)法進(jìn)行直接評(píng)估。水稻耐鹽性是一個(gè)受多種因素綜合影響的復(fù)雜數(shù)量性狀，地上與地下部分受到脅迫的表現(xiàn)也不相同[9]。祁棟靈等[10]提出，在苗期可以用水稻幼苗的死葉率來評(píng)價(jià)耐鹽性強(qiáng)弱。姜秀娟等[11]針對(duì)幼苗根系研究發(fā)現(xiàn)，根長(zhǎng)和根數(shù)都受鹽脅迫影響，耐性強(qiáng)的品種受到影響更小。遼寧省各育種單位近年來選育出許多水稻新品系，但對(duì)其耐鹽性強(qiáng)弱并不十分清楚。本研究就收集到的遼寧省新育成的118 份水稻新品系的發(fā)芽率、苗高和苗重等秧苗素質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，篩選強(qiáng)耐鹽性的水稻新品系，為耐鹽水稻資源篩選及鑒定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)選用118 份遼寧省近幾年育成的水稻新品系，來自沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)、遼寧東亞種業(yè)有限公司和遼寧省鹽堿地利用研究所等單位。其中沈稻6號(hào)和遼粳9 號(hào)是審定品種，因?yàn)榉€(wěn)定的品系數(shù)量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，因此后文中均稱以“品系”，其名稱及來源見表1。

表1 供試品系名稱及來源Table 1 Names and sources of new lines

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019 年在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所進(jìn)行，將試驗(yàn)材料以水培法進(jìn)行苗期試驗(yàn)，之后進(jìn)行秧苗素質(zhì)等相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。

試驗(yàn)操作流程如下，將96 孔PCR 板從底部剪開一缺口，使水分可滲入，根系可下扎，每孔放置1 粒水稻種子，每個(gè)品系12 粒，每板可放置8個(gè)品系，記錄編號(hào)，進(jìn)行水培處理。使用NaCl 配制鹽溶液模擬鹽脅迫，設(shè)定水浴鹽濃度為0.0%、0.3%、0.5%和0.8%。在生長(zhǎng)2 周之后加入1/4 營(yíng)養(yǎng)液培育2d，之后用1/2 營(yíng)養(yǎng)液培育4d，最終用全營(yíng)養(yǎng)液培育。營(yíng)養(yǎng)液組成采用國(guó)際水稻研究所（IRRI）配方[12]，處理期間每天補(bǔ)充淡水至原始水面刻度處，以彌補(bǔ)自然蒸發(fā)的水量，保持鹽濃度穩(wěn)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

調(diào)查種子發(fā)芽情況，每個(gè)品系供檢種子12粒，統(tǒng)計(jì)發(fā)芽終期（7d）正常發(fā)芽的種子數(shù)，發(fā)芽率（%）=發(fā)芽終期正常發(fā)芽數(shù)/供檢種子粒數(shù)×100。根據(jù)相對(duì)鹽害率進(jìn)行分級(jí)評(píng)定，相對(duì)鹽害率（%）=[（對(duì)照性狀值-處理性狀值）/對(duì)照性狀值]×100，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表2。測(cè)定株高、根長(zhǎng)、根數(shù)、苗重及根重等相關(guān)秧苗素質(zhì)指標(biāo)，計(jì)算各性狀相對(duì)值，相對(duì)值（%）=處理值/對(duì)照值×100。

表2 相對(duì)鹽害分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Classification standard of relative salt damage

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和作圖，利用SPSS 22.0 進(jìn)行相關(guān)性和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫下水稻新品系秧苗素質(zhì)表現(xiàn)

由鹽濃度與發(fā)芽率間的方差分析（表3）可知，組間P＜0.01，即不同鹽濃度脅迫下的組間發(fā)芽率存在極顯著差異，說明鹽濃度對(duì)水稻品系的發(fā)芽率有極顯著影響。由圖1 可見，供試水稻品系在低鹽濃度（0.3%）下生長(zhǎng)狀況受脅迫影響較小，仍能保持正常生長(zhǎng)；隨著鹽濃度的升高，抑制效果愈加明顯，在高濃度（0.8%）下水稻發(fā)芽率顯著下降，即使部分品系幼苗仍能發(fā)芽，但生長(zhǎng)狀況受到嚴(yán)重影響。

圖1 鹽脅迫對(duì)水稻發(fā)芽率的影響Fig.1 Effects of salt stress on germination percentage of rice

表3 鹽濃度與發(fā)芽率間方差分析Table 3 Variance analysis between salt concentration and germination rate

對(duì)秧苗素質(zhì)包括的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析（表4）發(fā)現(xiàn)，鹽濃度與發(fā)芽率、苗高、苗重、根重均呈極顯著負(fù)相關(guān)，說明隨著鹽濃度的升高，水稻發(fā)芽受到顯著影響，鹽濃度越大，發(fā)芽率越低，幼苗苗高變矮，苗重和根重降低，生長(zhǎng)受到顯著抑制，而根長(zhǎng)、根數(shù)與鹽濃度的相關(guān)性未達(dá)顯著水平。

表4 鹽脅迫下秧苗素質(zhì)間的相關(guān)關(guān)系Table 4 Correlation coefficients of seedling quality under salt stress

2.2 水稻新品系苗期耐鹽性篩選

由圖2 可見，水稻秧苗素質(zhì)的平均值在低濃度（0.3%）下，除苗重與根重外，整體指標(biāo)與對(duì)照相比無顯著變化，而在高濃度（0.8%）下，雖然指標(biāo)與對(duì)照相比均存在顯著差異，但絕大多數(shù)水稻幼苗生長(zhǎng)不良甚至死亡，無法作為評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，因此選擇0.5%濃度作為篩選評(píng)價(jià)濃度。根據(jù)相對(duì)鹽害率將水稻品系進(jìn)行耐鹽性分級(jí)，結(jié)果見表5。

圖2 鹽脅迫對(duì)水稻秧苗素質(zhì)的影響Fig.2 Effects of salt stress on rice seedling quality

表5 耐鹽能力評(píng)價(jià)和材料數(shù)目Table 5 Evaluation of salt tolerance and number of materials

進(jìn)一步分析0.5%鹽濃度對(duì)水稻秧苗生長(zhǎng)各性狀的影響（表6）發(fā)現(xiàn)，受鹽脅迫抑制程度最大的是苗重（73.33%）。正常環(huán)境下，變異系數(shù)最大的是根長(zhǎng)（26.68%），在鹽脅迫下變異系數(shù)最大的為苗重（87.12%），其次為根重（83.29%）。苗重和根重的變異系數(shù)在鹽脅迫條件下明顯高于正常條件，說明這2 個(gè)性狀對(duì)鹽脅迫比較敏感，可以作為鑒定耐鹽性強(qiáng)弱的主要指標(biāo)。

表6 0.5%鹽濃度對(duì)水稻秧苗生長(zhǎng)狀況的影響Table 6 Effects of 0.5% salt concentration on rice seedling growth

對(duì)秧苗素質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，選取特征值大于1.000 的作為主成分，可選取2 個(gè)特征值（表7）。主成分1 貢獻(xiàn)率為47.717%，其中苗高和根長(zhǎng)所占比重最大，表現(xiàn)了水稻苗期生長(zhǎng)狀況，可以作為生長(zhǎng)長(zhǎng)度因子。主成分2 貢獻(xiàn)率為30.471%，其中根重和根數(shù)所占比重最大，表現(xiàn)了水稻根系生長(zhǎng)狀況，可以作為根系生長(zhǎng)質(zhì)量因子，隨之計(jì)算出各因子得分公式（表8 和表9）。

表7 成分特征值與貢獻(xiàn)率Table 7 Eigen value and contribution rate of components

表8 0.5%鹽濃度下秧苗素質(zhì)各因子的載荷矩陣Table 8 Load matrix of each factor of seedling quality under 0.5% salt concentration

表9 0.5%鹽濃度下秧苗素質(zhì)成分評(píng)分系數(shù)矩陣Table 9 Evaluation coefficient matrix of seedling quality components under 0.5% salt concentration

F1=0.274X1+0.356X2+0.304X3+0.345X4-0.075X5-0.073X6，F(xiàn)2=0.159X1-0.139X2-0.062X3-0.8X4+0.459X5+0.462X6，D=0.48F1+0.30F2。

將供試水稻品系指標(biāo)數(shù)據(jù)代入公式，計(jì)算出D值（表10），D值越高則表示耐鹽性越強(qiáng)。從表10 可知，排在前5 位的水稻新品系依次是鹽粳352、花粳1520、鹽粳172、沈星稻28 和花粳1505，這5 個(gè)品系具有較強(qiáng)的苗期耐鹽性，可以用于耐鹽粳稻品種改良。

表10 水稻新品系耐鹽性排序Table 10 Salt tolerance ranking of new rice strains

3 討論

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外已有較多對(duì)耐鹽水稻種質(zhì)資源篩選鑒定的研究[13-15]，其中，形態(tài)指標(biāo)的鑒定大多參照2 種方法，一是國(guó)際水稻研究所提出的水稻耐鹽/堿標(biāo)準(zhǔn)生長(zhǎng)評(píng)分法[15]，另一種是我國(guó)1982 年提出的單莖（株）評(píng)定分級(jí)法。根據(jù)鑒定時(shí)期的不同，篩選耐鹽水稻的方法可大致分為芽期鑒定、苗期鑒定和全生育期鑒定。水稻種質(zhì)資源耐鹽性鑒定指標(biāo)繁多，但還未形成標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范的鑒定體系。

由于田間試驗(yàn)很難保證各個(gè)部分鹽濃度相同，因此也有學(xué)者[17-18]利用水培進(jìn)行苗期或者整個(gè)生育時(shí)期的耐鹽性篩選，也有采用砂來代替土壤進(jìn)行盆栽篩選[19]。本試驗(yàn)主要針對(duì)水稻苗期鑒定，采用水培法進(jìn)行篩選。水培法的優(yōu)點(diǎn)是容易控制鹽濃度，可同時(shí)對(duì)大批量的種質(zhì)資源進(jìn)行篩選。金夢(mèng)野等[20]在水稻苗期通過增加鹽濃度發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽情況明顯受到抑制，但在復(fù)水之后發(fā)芽率又有所恢復(fù)，因此認(rèn)為鹽濃度是影響發(fā)芽率的主要原因。本研究采用水培法對(duì)118 份種質(zhì)資源進(jìn)行苗期耐鹽性篩選，并選用NaCl 溶液進(jìn)行模擬鹽脅迫，條件容易控制，可操作性強(qiáng)，鑒定效率高。

前人[21]研究發(fā)現(xiàn)，0.5% NaCl 濃度是水稻秧苗期耐鹽性的適宜篩選濃度。因此，本試驗(yàn)在0.5%濃度的基礎(chǔ)上，選擇較高的0.8%濃度和較低的0.3%濃度作為對(duì)比，結(jié)果表明，在高鹽濃度下，水稻幼苗根長(zhǎng)和根重與對(duì)照相比下降明顯，地上部生長(zhǎng)量也顯著降低，這與趙紅等[22]研究結(jié)果相近。選擇適宜的鹽濃度很重要，既要反映出鹽脅迫的影響，又要保證不同品系間有顯著差異。如果鹽濃度過低，會(huì)使脅迫癥狀不明顯，而鹽脅迫濃度過高，又會(huì)使大部分品系死亡，也導(dǎo)致遺傳差異降低[23]。而本試驗(yàn)中也有類似情況，雖然高濃度秧苗素質(zhì)指標(biāo)相比對(duì)照差異顯著，但絕大多數(shù)品系的幼苗無法正常生長(zhǎng)或直接死亡，品系間差異不易發(fā)現(xiàn)。因此，選擇0.5%鹽濃度作為篩選條件，根據(jù)發(fā)芽指數(shù)法將此濃度下的水稻品系進(jìn)行耐鹽性分類。

通過發(fā)芽率可以快速篩選出耐鹽性較強(qiáng)的品系，本試驗(yàn)針對(duì)水稻苗期發(fā)芽情況進(jìn)行初步篩選，其中鹽粳352、花粳1520、鹽粳172、沈星稻28、花粳1505、遼粳169、陽光48、D11、沈星稻79和佳選稻05 這10 個(gè)品系在0.5%鹽濃度下仍能保持100%發(fā)芽率，其他品系的發(fā)芽情況均會(huì)受到鹽脅迫影響。因此，初步認(rèn)為這10 個(gè)品系有較強(qiáng)的耐鹽性。但在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，不僅要求種子有較高的發(fā)芽率，還需考慮秧苗素質(zhì)指標(biāo)，部分品系雖然能正常發(fā)芽，但不能成苗或者成苗率低。本次試驗(yàn)中，D11 雖然能全部發(fā)芽，但是秧苗素質(zhì)受到較大影響，苗重及根重與對(duì)照相比減少近60%，而G297在植株重量方面只減少約30%，但發(fā)芽率僅有50%。因此，認(rèn)為發(fā)芽率可以作為鑒定指標(biāo)之一，簡(jiǎn)單認(rèn)為能發(fā)芽就能存活，以此進(jìn)行快速篩選，但不能作為唯一指標(biāo)，秧苗素質(zhì)也對(duì)水稻后續(xù)生長(zhǎng)有顯著影響，要綜合考慮。因此，本研究在評(píng)價(jià)發(fā)芽率的基礎(chǔ)上再對(duì)苗高、苗重、根數(shù)、根長(zhǎng)和根重進(jìn)行綜合對(duì)比，確保篩選結(jié)果更加準(zhǔn)確。

在0.5%鹽濃度下，水稻根重受鹽脅迫抑制最為嚴(yán)重，苗重和根重的變異增大，這些指標(biāo)在水稻品系間差異較大。主成分分析表明，苗期生長(zhǎng)的苗高和根系生長(zhǎng)的根重對(duì)耐鹽性篩選影響較大，考慮到地上部分指標(biāo)在變異系數(shù)和主成分分析中存在差異，而地下部分中根重的變異系數(shù)僅略小于苗重，且在根系部分的主成分中占比更大，綜合考量認(rèn)為根重變化對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)權(quán)重更大，且更穩(wěn)定，可以作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

供試水稻品系在低鹽濃度（0.3%）下生長(zhǎng)狀況受鹽脅迫影響較小，除苗重和根重顯著降低外，其他指標(biāo)并無顯著變化；在高濃度下（0.8%）水稻發(fā)芽率顯著下降，即使部分品系幼苗仍能發(fā)芽，但秧苗素質(zhì)極顯著降低，區(qū)分度差。因此，過高或過低的鹽濃度都不適合作為篩選標(biāo)準(zhǔn)，0.5%鹽濃度篩選壓力適中，可以作為篩選耐鹽性水稻品系的適宜濃度。

本研究對(duì)118 個(gè)遼寧省育成的水稻新品系進(jìn)行苗期耐鹽性的綜合分析，依據(jù)相對(duì)鹽害率可以將試驗(yàn)材料初步劃分為5 個(gè)等級(jí)。苗期水稻耐鹽性評(píng)價(jià)中權(quán)重最大的性狀是發(fā)芽率，根重在鹽脅迫下的變異系數(shù)達(dá)到83.29%，在主成分分析中也占較大比重，兩者對(duì)鹽脅迫響應(yīng)穩(wěn)定，可以作為參考標(biāo)準(zhǔn)。綜合考慮發(fā)芽率、秧苗素質(zhì)和D值，篩選出較強(qiáng)苗期耐鹽性的種質(zhì)材料鹽粳352、花粳1520、鹽粳172、沈星稻28 和花粳1505。