劉謝香 常汝鎮(zhèn) 關(guān)榮霞 邱麗娟

大豆出苗期耐鹽性鑒定方法建立及耐鹽種質(zhì)篩選

劉謝香 常汝鎮(zhèn) 關(guān)榮霞*邱麗娟*

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 / 國(guó)家農(nóng)作物基因資源與遺傳改良重大科學(xué)工程 / 農(nóng)業(yè)部種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081

土壤鹽漬化是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要問(wèn)題, 篩選耐鹽大豆資源對(duì)于大豆主產(chǎn)區(qū)鹽漬化土壤的利用具有重要意義。以中黃35、中黃39、Williams 82、鐵豐8號(hào)、Peking和NY27-38為供試材料, 以蛭石為培養(yǎng)基質(zhì), 設(shè)0、100和150 mmol L-1NaCl 3個(gè)處理, 進(jìn)行出苗期耐鹽性鑒定, 分析與生長(zhǎng)相關(guān)的6個(gè)指標(biāo), 旨在明確大豆出苗期耐鹽性鑒定指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法。結(jié)果表明, 150 mmol L-1NaCl處理顯著降低大豆的成苗率、株高、地上部鮮重、根鮮重、地上部干重和根干重, 并且不同材料間差異顯著。基于幼苗生長(zhǎng)發(fā)育狀況的耐鹽指數(shù)方法與耐鹽系數(shù)方法對(duì)6份種質(zhì)耐鹽性評(píng)價(jià)結(jié)果顯著相關(guān)。耐鹽指數(shù)法對(duì)植株無(wú)損壞、可省略種植對(duì)照, 節(jié)約人力和物力, 提高種質(zhì)鑒定的效率。因此, 以150 mmol L-1NaCl作為出苗期耐鹽鑒定濃度, 以耐鹽指數(shù)作為大豆出苗期耐鹽鑒定評(píng)價(jià)指標(biāo), 鑒定27份大豆資源, 獲得出苗期高度耐鹽大豆(1級(jí)) 3份、耐鹽大豆(2級(jí)) 7份, 其中4份苗期也高度耐鹽(1級(jí)), 分別為運(yùn)豆101、鄭1311、皖宿1015和鐵豐8號(hào)。本研究建立了一種以蛭石為基質(zhì), 利用150 mmol L-1NaCl處理, 以耐鹽指數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的大豆出苗期耐鹽性鑒定評(píng)價(jià)的簡(jiǎn)便方法, 并篩選出4份出苗期和苗期均耐鹽的大豆, 對(duì)耐鹽大豆種質(zhì)資源的高效鑒定和耐鹽大豆新品種培育具有重要意義。

大豆; 出苗期; 耐鹽性; 鑒定方法

土壤鹽漬化影響世界上20%的可用耕地, 是導(dǎo)致作物減產(chǎn)的重要因素之一[1-3]。據(jù)全國(guó)第二次土壤普查, 中國(guó)鹽漬土總面積約3600萬(wàn)公頃, 占可利用土地面積的4.88%[4]。通過(guò)對(duì)不同作物鹽度臨界值(不導(dǎo)致產(chǎn)量降低的最大土壤鹽度)的研究發(fā)現(xiàn), 大豆屬于中度耐鹽作物, 鹽脅迫可抑制大豆的萌發(fā)、生長(zhǎng)發(fā)育和根瘤形成[5-7]。當(dāng)土壤鹽度超過(guò)5 dS m-1時(shí), 大豆的產(chǎn)量開(kāi)始降低; 當(dāng)土壤鹽度為15 dS m-1時(shí), 大豆產(chǎn)量顯著降低甚至絕收[8-9]。耐鹽大豆品種的培育是有效利用鹽漬化土壤、促進(jìn)大豆可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[2]。

大豆萌發(fā)期、出苗期、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和生殖生長(zhǎng)期等不同生育階段的耐鹽性沒(méi)有明顯相關(guān)性, 說(shuō)明不同時(shí)期可能存在不同的耐鹽機(jī)制[5,9-11]。大豆苗期耐鹽性的研究較為深入, 利用分子標(biāo)記技術(shù)已經(jīng)檢測(cè)到分布在N、D2、G等連鎖群上的多個(gè)苗期耐鹽性相關(guān)的數(shù)量性狀位點(diǎn)(Quantitative Trait Locus, QTL), 特別是位于N連鎖群的主效QTL, 是在野生、栽培大豆不同耐鹽資源中保守的重要位點(diǎn)[1-2,8,10,12-19]。本實(shí)驗(yàn)室前期在耐鹽大豆鐵豐8號(hào)中圖位克隆了位于N連鎖群的苗期耐鹽基因[17], 在此基礎(chǔ)上利用分子標(biāo)記構(gòu)建了分別攜帶和等位基因的近等基因系, 研究發(fā)現(xiàn)控制大豆苗期耐鹽性, 但與大豆出苗期的耐鹽性無(wú)關(guān), 進(jìn)一步證明出苗期耐鹽性可能存在不同的遺傳調(diào)控機(jī)制[20]。有研究發(fā)現(xiàn), 作物萌發(fā)期的耐鹽性遠(yuǎn)高于出苗期的耐鹽性, 因此出苗期耐鹽性比萌發(fā)期耐鹽性更具有研究和利用價(jià)值[21-24]。

不同研究者對(duì)大豆萌發(fā)期和出苗期耐鹽性的鑒定方法、鑒定指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法也存在一些差異。鑒定方法主要有田間鑒定和室內(nèi)鑒定2類; 鑒定指標(biāo)有形態(tài)指標(biāo)如受害葉面積、株高和生物量, 生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)如發(fā)芽率和出苗率, 以及生理生化指標(biāo)如丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性等; 評(píng)價(jià)方法有鹽害指數(shù)和耐鹽系數(shù)法等[5-6,24-29]。

本研究分析6份大豆種質(zhì)鹽脅迫條件下植株成苗率、株高、地上部鮮重、根鮮重、地上部干重和根干重, 建立了一種簡(jiǎn)便高效的大豆出苗期耐鹽性鑒定評(píng)價(jià)方法, 并利用該方法進(jìn)行大豆耐鹽資源的篩選, 為大豆耐鹽優(yōu)異資源發(fā)掘和新品種培育提供了技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

共27份種質(zhì), 其中用于方法建立的中黃35、中黃39、Williams 82、鐵豐8號(hào)、Peking和NY27-38來(lái)自國(guó)家大豆種質(zhì)資源庫(kù), 其余21份大豆新品種(系)來(lái)自2018年國(guó)家黃淮海北片品種區(qū)域試驗(yàn)(表3)。

1.2 耐鹽性鑒定

1.2.1 出苗期耐鹽鑒定與性狀調(diào)查 耐鹽性鑒定于2018年5月至6月在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所網(wǎng)室遮雨棚下進(jìn)行。挑選每份大豆材料90?粒飽滿的種子, 種于裝有蛭石的8 cm × 8 cm × 8 cm的小花盆中, 每盆10粒, 播種深度為2 cm, 每24個(gè)小花盆置于一個(gè)大藍(lán)盒(46 cm × 32 cm × 10 cm)內(nèi), 用RO水(對(duì)照)或鹽溶液(100 mmol L–1、150 mmol L–1NaCl)處理, 3次重復(fù)。對(duì)照每個(gè)藍(lán)盒中澆5 L水, 鹽處理每個(gè)藍(lán)盒中分別澆100 mmol L–1、150 mmol L–1NaCl溶液5 L, 使蛭石達(dá)到最大持水量, 此后每3天澆2 L水。從第一個(gè)大豆出苗(子葉突出蛭石表面)開(kāi)始, 每天調(diào)查出苗數(shù), 第15天調(diào)查成苗數(shù)(子葉展開(kāi)、具有葉片的植株)。采用單株分類記載法調(diào)查處理?xiàng)l件下所有材料的成苗情況(圖1和表1)。測(cè)量成苗植株的株高, 稱量地上部鮮重、根鮮重, 隨后于70°C烘箱中烘干(3 d), 分別稱量地上部和根干重, 計(jì)算相對(duì)成苗率(ST_SR)、相對(duì)株高(ST_H)、相對(duì)地上部鮮重(ST_FWS)、相對(duì)根鮮重(ST_FWR)、相對(duì)地上部干重(ST_DWS)和相對(duì)根干重(ST_DWR)。各指標(biāo)的相對(duì)值, 即耐鹽系數(shù)(salt tole-rance coefficient, ST), 為NaCl處理指標(biāo)值/對(duì)照指標(biāo)值。耐鹽指數(shù)(salt tolerance index, SI) = ∑(類別數(shù)值×該類別株數(shù))/播種粒數(shù)×5 (最高類別數(shù)值)。

圖1 出苗期耐鹽性單株分類記載法的標(biāo)準(zhǔn)

1.2.2 苗期耐鹽鑒定與性狀調(diào)查 參照本實(shí)驗(yàn)室前期建立的方法鑒定評(píng)價(jià)苗期耐鹽性[17]。每個(gè)品種各10粒播于小花盆(8 cm × 8 cm × 8 cm)的蛭石中, 每24個(gè)小花盆置于一個(gè)大藍(lán)盒內(nèi)(46 cm × 32 cm × 10 cm), 每個(gè)藍(lán)盒澆5 L RO水。此后每3 d澆2 L水。待子葉完全展開(kāi)后間苗, 每盆留4~6株。待真葉完全展開(kāi)后(10 d), 每個(gè)藍(lán)盒澆2 L 200 mmol L–1NaCl, 于第13天和第16天再各澆2 L 200 mmol L–1NaCl, 設(shè)置3次重復(fù)。在最后一次鹽處理5 d后對(duì)葉片壞死程度進(jìn)行評(píng)估(表1)。其中1級(jí)和2級(jí)為耐鹽, 3~5級(jí)為鹽敏感。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

應(yīng)用Microsoft Excel 2010處理數(shù)據(jù), SAS9.4軟件進(jìn)行單因素方差分析, 最小顯著極差法(Least Significant Differences, LSD)進(jìn)行多重比較(<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 6份大豆種質(zhì)出苗期耐鹽性鑒定

在100 mmol L–1NaCl處理下, 與對(duì)照相比, 6份種質(zhì)出苗正常且生長(zhǎng)發(fā)育良好(圖2-A, B), 成苗率、地上部干重均與對(duì)照差異不顯著(圖2-D, I)。中黃35 (ZH35)的根鮮重和株高、NY27-38的根和地上部鮮重較對(duì)照顯著降低, 中黃39 (ZH39)、Williams 82 (W82)、鐵豐8號(hào)(TF8)和Peking (Pek)的根鮮重、株高和地上部鮮重均與對(duì)照差異不顯著(圖2-E~H)。

當(dāng)NaCl濃度為150 mmol L–1時(shí), 6份種質(zhì)出苗率下降、株高降低、生長(zhǎng)發(fā)育遲緩, 部分種子出苗后子葉未展開(kāi), 不能正常成苗(圖1和圖2-C)。除ZH39和NY27-38的成苗率顯著下降外, 其余材料的成苗率與對(duì)照差異不顯著; 6份種質(zhì)的根鮮重、地上部鮮重、株高、根干重和地上部干重均顯著低于對(duì)照(圖2-D~I)。不同種質(zhì)間相對(duì)成苗率、相對(duì)地上部鮮重、相對(duì)根鮮重、相對(duì)株高、相對(duì)地上部干重和相對(duì)根干重差異顯著(圖3); 鹽脅迫對(duì)不同的材料的影響存在差異, W82、TF8、Pek和ZH39的成苗率、地上部鮮重、根鮮重、株高、地上部干重和根重下降程度較低, 耐鹽性較強(qiáng); 而ZH35和NY27-38的耐鹽性較差。因此, 確定150 mmol L–1NaCl為大豆出苗期耐鹽性鑒定適宜鹽濃度。根據(jù)6個(gè)性狀的耐鹽系數(shù)大小, 得出6個(gè)材料的耐鹽性為W82 > Pek > TF8 > ZH39 > ZH35 > NY27-38。

2.2 大豆出苗期耐鹽性鑒定的評(píng)價(jià)指標(biāo)分析

根據(jù)單株分類記載法計(jì)算耐鹽指數(shù), W82、Pek、TF8、ZH39、ZH35和NY27-38的耐鹽指數(shù)分別為0.94、0.74、0.72、0.68、0.52和0.34, 耐鹽性以W82最強(qiáng), Pek、TF8和ZH39次之, ZH35和NY27-38最弱。相對(duì)成苗率、相對(duì)地上部鮮重、相對(duì)根鮮重、相對(duì)株高、相對(duì)地上部干重、相對(duì)根干重和耐鹽指數(shù)7個(gè)指標(biāo)的相關(guān)分析表明, 除相對(duì)根干重與相對(duì)成苗率、相對(duì)地上部鮮重相關(guān)不顯著外, 其余性狀間均呈顯著或極顯著正相關(guān); 相對(duì)地上部鮮重、相對(duì)株高和相對(duì)地上部干重與相對(duì)成苗率高度相關(guān); 相對(duì)鮮重與相對(duì)干重相關(guān)系數(shù)達(dá)0.98; 耐鹽指數(shù)與6個(gè)性狀的耐鹽系數(shù)均顯著或極顯著正相關(guān)(表2)。

圖2 不同濃度NaCl處理15 d后6份材料的表型

A、B、C分別表示0、100和150 mmol L-1NaCl處理15 d的表型特征, 比例尺為1 cm。D: 成苗率。E: 根鮮重。F: 地上部鮮重。G: 株高。H: 根干重; I: 地上部干重。數(shù)據(jù)結(jié)果為3次生物學(xué)重復(fù), 誤差線為標(biāo)準(zhǔn)誤(= 3); 標(biāo)以不同小寫(xiě)字母的柱值在同一品種的不同濃度處理間在0.05水平上差異顯著。

A, B, and C refer to the phenotype after treatment with 0, 100, and 150 mmol L-1NaCl for 15 days, respectively. Bar = 1 cm. D: seedling rate. E: fresh weight of root. F: fresh weight of shoot. G: shoot height. H: dry weight of root. I: dry weight of shoot. Data are mean ± SE with three biological replicates (= 3). Bars superscripted by different letters are significantly different at< 0.05 between different treatments of the same variety.

圖3 150 mmol L–1 NaCl處理下6份材料的耐鹽性

ST_SR: 相對(duì)成苗率; ST_H: 相對(duì)株高; ST_FWR: 相對(duì)根鮮重; ST_FWS: 相對(duì)地上部鮮重; ST_DWR: 相對(duì)根干重; ST_DWS: 相對(duì)地上部干重; 數(shù)據(jù)結(jié)果為3次生物學(xué)重復(fù), 誤差線為標(biāo)準(zhǔn)誤(= 3); 標(biāo)以不同小寫(xiě)字母的柱值在同一指標(biāo)的不同品種間在0.05水平上差異顯著。

ST_SR: relative seedling rate; ST_H: relative height; ST_FWR: relative fresh weight of root; ST_FWS: relative fresh weight of shoot; ST_DWR: relative dry weight of root; ST_DWS: relative dry weight of shoot. Data are mean ± SE with three biological replicates (= 3). Bars superscripted by different letters are significantly different at< 0.05 between different varieties of the same indicator.

表2 大豆出苗期不同耐鹽評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)

*表示顯著(< 0.05),**表示極顯著 (< 0.01 ),***表示極顯著 (< 0.001 )。

*represent significance level at< 0.05,**represent significance level at< 0.01, and***represent significance level at< 0.001. ST_SR: relative seedling rate. ST_H: relative height. ST_FWR: relative fresh weight of root. ST_FWS: relative fresh weight of shoot. ST_DWR: relative dry weight of root. ST_DWS: relative dry weight of shoot.

耐鹽系數(shù)法是經(jīng)典的出苗期耐鹽性評(píng)價(jià)方法, 通過(guò)鹽處理與對(duì)照的比值反映鹽脅迫使大豆成苗數(shù)、生長(zhǎng)量下降的程度。耐鹽指數(shù)法同時(shí)考慮了鹽脅迫后大豆的出苗數(shù)量及幼苗生長(zhǎng)發(fā)育狀況; 在實(shí)際操作方面, 省略了種植對(duì)照, 實(shí)現(xiàn)了耐鹽性狀無(wú)損調(diào)查, 可極大節(jié)約人力和物力, 為大批量?jī)?yōu)異種質(zhì)的快速鑒定提供了可能。

2.3 大豆耐鹽種質(zhì)篩選

分別以Williams 82和中黃35為耐鹽和鹽敏感對(duì)照, 用150 mmol L-1NaCl對(duì)包括上述6份在內(nèi)的27份大豆種質(zhì)進(jìn)行耐鹽性鑒定(圖4), 15 d后根據(jù)單株分類記載法計(jì)算耐鹽指數(shù), 可將27份種質(zhì)的出苗期耐鹽性分為5級(jí), 1級(jí)為高度耐鹽型(0.80≤SI<1.00), 2級(jí)為耐鹽型(0.60≤SI<0.80), 3級(jí)為中度耐鹽型(0.40≤SI<0.60), 4級(jí)為敏感型(0.20≤SI<0.40), 5級(jí)為高度敏感型(0.00≤SI<0.20), 其中1級(jí)3份, 2級(jí)7份(表3)。同時(shí), 用200 mmol L–1NaCl對(duì)27份大豆品種(系)進(jìn)行苗期耐鹽鑒定, 發(fā)現(xiàn)12份材料苗期高度耐鹽(1級(jí))。其中, 運(yùn)豆101、鄭1311、皖宿1015和鐵豐8號(hào)是出苗期和苗期均耐鹽的大豆種質(zhì)(表3)。

表3 27份大豆種質(zhì)苗期和出苗期的耐鹽等級(jí)

圖4 4份大豆種質(zhì)苗期和出苗期耐鹽性

A: 對(duì)照(0 mmol L-1NaCl處理15 d)。B: 出苗期耐鹽性(播種時(shí)150 mmol L-1NaCl處理15 d)。C: 苗期耐鹽性(真葉展開(kāi)時(shí)200 mmol L-1NaCl處理15 d)。比例尺= 5 cm。

A: control (0 mmol L–1NaCl treatment for 15 days). B: salt tolerance at emergence stage (150 mmol L–1NaCl treatment for 15 days after sowing). C: salt tolerance at seedling stage (200 mmol L–1NaCl treatment for 15 days when the unifoliate leaves of plants were fully expanded). Bars = 5 cm.

3 討論

3.1 大豆出苗期耐鹽性鑒定方法

在鹽堿地上,“拿住苗”是大豆生產(chǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題, 因此, 出苗期的耐鹽性十分重要[24]。大豆為中度耐鹽作物, 耐鹽性不同的大豆種質(zhì)資源鹽害癥狀存在明顯差異[9]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用了多種不同的方法評(píng)價(jià)大豆出苗期的耐鹽性。邵桂花等[11]通過(guò)抽提地下咸水和淡水配制成一定濃度的咸水對(duì)2000多個(gè)大豆品種進(jìn)行處理, 根據(jù)鹽害指數(shù)法篩選出出苗期耐鹽品種242個(gè)。田間鑒定方便快捷, 適用于大批量品種的鑒定。但田間漫灌會(huì)導(dǎo)致鹽分分布不均勻, 如地頭土壤鹽濃度僅為3 dS m-1, 而地尾的土壤鹽濃度則高達(dá)11 dS m-1 [6]。田間鑒定法還易受地力、光照、氣溫、降水和風(fēng)力的影響, 可重復(fù)性較差, 因此, 需要嚴(yán)格控制鑒定條件[24,30]。羅慶云等[25]利用營(yíng)養(yǎng)液水培法鑒定大豆出苗期的耐鹽性, 發(fā)現(xiàn)NaCl脅迫降低種子出苗速率, 影響幼苗正常生長(zhǎng), 但需多次更換營(yíng)養(yǎng)液, 費(fèi)時(shí)費(fèi)力。張海波等[26]鑒定發(fā)現(xiàn)耐鹽性較強(qiáng)的大豆品種較對(duì)照MDA含量降低, SOD活性升高, 但生理生化指標(biāo)易受脅迫方式、脅迫時(shí)間、測(cè)定部位、測(cè)定方式和所用儀器設(shè)備等因素影響。為模擬大田環(huán)境, 本研究以蛭石為基質(zhì), 在遮雨棚下利用自然光溫條件進(jìn)行大豆種質(zhì)資源的耐鹽性鑒定。與田間鑒定法相比, 該方法不受地力、降水等影響, 可重復(fù)性高。同時(shí), 蛭石吸水迅速, 有利于保持土壤鹽分的相對(duì)穩(wěn)定, 且無(wú)需更換溶液或配制混合基質(zhì), 具有快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。

邵桂花等[11]在評(píng)價(jià)大豆出苗期耐鹽性時(shí)采用的鹽水濃度為10~15mS cm–1。Zhang等[27]鑒定所利用濃度為100 mmol L–1NaCl。羅慶云等[25]研究發(fā)現(xiàn), 在50 mmol L–1和100 mmol L–1NaCl營(yíng)養(yǎng)液脅迫下, 所有參試大豆均能形成部分正常植株, 而在150 mmol L–1NaCl處理下則不能正常發(fā)育成苗。邵桂花等[24]認(rèn)為NaCl溶液濃度可根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行調(diào)整, 若為評(píng)價(jià)耐鹽性, 則鑒定濃度可低些, 若篩選高度耐鹽種質(zhì), 則可適當(dāng)提高濃度。本研究中用100 mmol L–1NaCl處理, 所有種質(zhì)生長(zhǎng)發(fā)育良好, 相對(duì)鹽敏感的種質(zhì)ZH35和NY27-38的成苗率、地上部鮮重、株高和地上部干重與對(duì)照差異不顯著; 而150 mmol L–1NaCl處理下, 所有種質(zhì)的性狀均與對(duì)照差異顯著, 且不同品種受鹽脅迫影響的程度差異明顯。因此, 以150 mmol L–1NaCl作為大豆出苗期耐鹽性評(píng)價(jià)鑒定濃度。

邵桂花等[24]通過(guò)受害葉面積為分類標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算鹽害指數(shù)評(píng)價(jià)大豆出苗期的耐鹽性, 但鹽害癥狀的分辨會(huì)因研究人員的經(jīng)驗(yàn)不同而產(chǎn)生差異[25]。本研究觀察到子葉出土后, 鹽脅迫對(duì)其發(fā)育影響較大, 有的子葉無(wú)法展開(kāi)最終干枯凋亡, 也有的能正常生長(zhǎng)。因此, 根據(jù)幼苗發(fā)育情況, 將其分為5級(jí)(圖1), 在評(píng)價(jià)時(shí)將出苗數(shù)與生長(zhǎng)發(fā)育狀況級(jí)別相結(jié)合, 計(jì)算耐鹽指數(shù), 可準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)大豆種質(zhì)出苗期的耐鹽性。此外, 單株分類記載法只統(tǒng)計(jì)處理?xiàng)l件下品種出苗情況的差異性, 不用種植對(duì)照也不損傷植株, 從而節(jié)約大量的勞動(dòng)成本, 適用于大批量種質(zhì)資源的高效鑒定, 也為其他作物耐鹽性鑒定提供了借鑒。

3.2 大豆不同發(fā)育階段的耐鹽性研究

作物在不同生長(zhǎng)發(fā)育階段對(duì)鹽分的敏感性存在差異[31]。例如, 水稻的芽期耐鹽性高于生殖生長(zhǎng)期[22]。番茄萌發(fā)期與幼苗生長(zhǎng)發(fā)育階段的耐鹽性不同[32]。同一大豆種質(zhì)不同發(fā)育階段耐鹽性也存在差異, 如大豆栽培品種Lee、Coiquitt和Clark 36受鹽脅迫后發(fā)芽率降低的程度相似, 而Lee苗期耐鹽性高于Coiquitt和Clark 36[15]。研究發(fā)現(xiàn), 大豆萌發(fā)期的耐鹽性強(qiáng)于出苗期和苗期, 以后隨生育期的增進(jìn)耐鹽性增強(qiáng)[11,23]。當(dāng)NaCl濃度為220 mmol L–1時(shí), 種子的萌發(fā)率幾乎不受影響, 而此濃度下幼苗生長(zhǎng)率較對(duì)照下降95%; NaCl提高到330 mmol L–1時(shí), 幼苗的生長(zhǎng)完全被抑制, 而種子的萌發(fā)率仍可達(dá)81%; 當(dāng)胚軸中的Na+含量為9.3 mg g–1FW時(shí), 部分種子仍能萌發(fā)(40%), 而幼苗的生長(zhǎng)則在Na+含量為6.1 mg g–1FW時(shí)受到完全抑制[23]。這些結(jié)果表明, 與后期生長(zhǎng)相比, 大豆芽期能耐受更高的鹽濃度, 種子萌發(fā)并不意味著能夠正常生長(zhǎng)成幼苗。此外, 大田播種通常會(huì)在雨后進(jìn)行, 此時(shí)田間土壤的鹽度會(huì)較低。因此, 出苗期的耐鹽性研究對(duì)于大豆生產(chǎn)更具有指導(dǎo)意義[21]。

目前, 已克隆了大豆苗期耐鹽關(guān)鍵基因//[17-18,33], 發(fā)現(xiàn)在鹽堿地條件下, 耐鹽基因主要通過(guò)增加粒重, 使耐鹽大豆增產(chǎn)30%~50%[20]。而出苗期耐鹽基因挖掘的研究較少。Zhang等[27]利用257個(gè)大豆品種與135個(gè)SSR標(biāo)記進(jìn)行出苗期耐鹽性的關(guān)聯(lián)分析, 檢測(cè)到83個(gè)與環(huán)境互作的微效QTL (解釋的表型貢獻(xiàn)率: 1%~5%)。因此, 本研究建立的大豆出苗期耐鹽鑒定方法對(duì)于篩選耐鹽種質(zhì)資源、發(fā)掘耐鹽基因、培育耐鹽品種具有十分重要的意義。

4 結(jié)論

建立了一種以蛭石為基質(zhì), 利用150 mmol L–1NaCl處理15 d的簡(jiǎn)便快速鑒定方法, 不需要種植對(duì)照, 只需統(tǒng)計(jì)處理?xiàng)l件下出苗數(shù)及每株苗的耐鹽等級(jí), 計(jì)算耐鹽指數(shù)作為評(píng)價(jià)大豆出苗期耐鹽性指標(biāo)。利用該方法篩選到出苗期耐鹽大豆種質(zhì)10份, 為耐鹽大豆品種的培育提供基礎(chǔ)材料和鑒定方法。

[1] Hamwieh A, Xu D. Conserved salt tolerance quantitative trait loci (QTL) in wild and cultivated soybean., 2008, 58: 355–359.

[2] Hamwieh A, Tuyen D D, Cong H, Benitez E R, Takahashi R, Xu D H. Identification and validation of a major QTL for salt tole-rance in soybean., 2011, 179: 451–459.

[3] Wang Z, Wang J, Bao Y, Wu Y, Zhang H. Quantitative trait loci controlling rice seed germination under salt stress., 2011, 178: 297–307.

[4] 王佳麗, 黃賢金, 鐘太洋, 陳志剛. 鹽堿地可持續(xù)利用研究綜述. 地理學(xué)報(bào), 2011, 66: 673–684.Wang J L, Huang X J, Zhong T Y, Chen Z G. Review on sustainable utilization of salt-affected land., 2011, 66: 673–684 (in Chinese with English abstract).

[5] Abel G H, Mackenzie A J. Salt tolerance of soybean varieties (L. Merrill) during germination and later growth., 1964, 4: 14–28.

[6] Wang D, Shannon M C. Emergence and seedling growth of soybean cultivars and maturity groups under salinity., 1999, 214: 117–124.

[7] Singleton P W, Bohlool B B. Effect of salinity on nodule formation by soybean., 1984, 74: 72–76.

[8] Chen H, Cui S, Fu S, Gai J, Yu D. Identification of quantitative trait loci associated with salt tolerance during seedling growth in soybean (L.)., 2008, 59: 1086–1091.

[9] Phang T H, Lam H M. Salt tolerance in soybean., 2008, 50: 1196–1212.

[10] Pathan M S, Lee J D, Shannon J G, Nguyen H T. Recent advances in breeding for drought and salt stress tolerance in soybean. In: Jenks M A, Hasegawa P M, Jain S M, eds. Advances in Molecular-breeding Toward Drought and Salt Tolerant Crops. USA: Springer, 2007. pp 739–773.

[11] 邵桂花, 宋景芝, 劉惠令. 大豆種質(zhì)資源耐鹽性鑒定初報(bào). 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 1986, 19(6): 30–35.Shao G H, Song J Z, Liu H L. Preliminary studies on the evaluation of salt tolerance in soybean varieties., 1986, 19(6): 30–35 (in Chinese with English abstract).

[12] 郭蓓, 邱麗娟, 邵桂花, 許占友. 大豆耐鹽性種質(zhì)的分子標(biāo)記輔助鑒定及其利用研究. 大豆科學(xué), 2002, 21: 56–61. Guo B, Qiu L J, Shao G H, Xu Z Y. Markers-assisted identification of the salt tolerant accessions in soybean., 2002, 21: 56–61 (in Chinese with English abstract).

[13] Ha B K, Vuong T D, Velusamy V, Nguyen H T, Shannon J G, Lee J D. Genetic mapping of quantitative trait loci conditioning salt tolerance in wild soybean () PI 483463., 2013, 193: 79–88.

[14] Tuyen D D, Lal S K, Xu D H. Identification of a major QTL allele from wild soybean (Sieb. & Zucc.) for increasing alkaline salt tolerance in soybean., 2010, 121: 229–236.

[15] Essa T A. Effect of salinity stress on growth and nutrient composition of three soybean (L. Merrill) cultivars., 2002, 188: 86–93.

[16] Tuyen D D, Zhang H M, Xu D H. Validation and high-resolution mapping of a major quantitative trait locus for alkaline salt tole-rance in soybean using residual heterozygous line., 2013, 31: 79–86.

[17] Guan R X, Qu Y, Guo Y, Yu L L, Liu Y, Jiang J H, Chen J G, Ren Y L, Liu G Y, Tian L, Jin L G, Liu Z X, Hong H L, Chang R Z, Gilliham M, Qiu L J. Salinity tolerance in soybean is modulated by natural variation in., 2015, 80: 937–950.

[18] Qi X, Li M W, Xie M, Liu X, Ni M, Shao G, Song C, Yim K Y, Tao Y, Wong F L, Isobe S, Wong C F, Wong K S, Xu C, Li C, Wang Y, Guan R, Sun F, Fan G, Xiao Z, Zhou F, Phang T H, Liu X, Tong S W, Chan T F, Yiu S M, Tabata S, Wang J, Xu X, Lam H M. Identification of a novel salt tolerance gene in wild soybean by whole-genome sequencing., 2014, 5: 4340.

[19] Do T D, Vuong T D, Dunn D, Smothers S, Patil G, Yungbluth D C, Chen P, Scaboo A, Xu D, Carter T E. Mapping and confirmation of loci for salt tolerance in a novel soybean germplasm, Fiskeby III., 2018, 131: 513–524.

[20] Liu Y, Yu L L, Qu Y, Chen J J, Liu X X, Hong H L, Liu Z X, Chang R Z, Gilliham M, Qiu L J, Guan R X., which confers improved soybean salt tolerance in the field, increases leaf Cl-exclusion prior to Na+exclusion but does not improve early vigor under salinity., 2016, 7: 1485.

[21] Munns R, James R A. Screening methods for salinity tolerance: a case study with tetraploid wheat., 2003, 253: 201–218.

[22] Khatun S, Flowers T J. Effects of salinity on seed set in rice., 1995, 18: 61–67.

[23] Hosseini M, Powell A, Bingham I. Comparison of the seed germination and early seedling growth of soybean in saline conditions., 2002, 12: 165–172.

[24] 邵桂花. 大豆種質(zhì)資源耐鹽性田間鑒定方法. 作物雜志, 1986, (3): 36–37.Shao G H. Field identification method for salt tolerance of soybean germplasm resources., 1986, (3): 36–37 (in Chinese).

[25] 羅慶云. 野生大豆和栽培大豆耐鹽機(jī)理及遺傳研究. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文, 江蘇南京, 2003. Luo Q Y. Study on Mechanism and Inheritance of Salt Tolerance in Wild Soybean () and Cultivated Soybean (). PhD Dissertation of Nanjing Agriculture University, Nanjing, China, 2003 (in Chinese with English abstract).

[26] 張海波, 崔繼哲, 曹甜甜, 張佳彤, 劉千千, 劉歡. 大豆出苗期和苗期對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)及耐鹽指標(biāo)評(píng)價(jià). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 31: 2805–2812.Zhang H B, Cui J Z, Cao T T, Zhang J T, Liu Q Q, Liu H. Response to salt stresses and assessment of salt tolerability of soybean varieties in emergence and seedling stages., 2011, 31: 2805–2812 (in Chinese with English abstract).

[27] Zhang W J, Niu Y, Bu S H, Li M, Feng J Y, Zhang J, Yang S X, Odinga M M, Wei S P, Liu X F, Zhang Y M. Epistatic association mapping for alkaline and salinity tolerance traits in the soybean germination stage., 2014, 9: e84750.

[28] Kan G, Zhang W, Yang W, Ma D, Zhang D, Hao D, Hu Z, Yu D. Association mapping of soybean seed germination under salt stress., 2015, 290: 2147–2162.

[29] 姬丹丹, 劉暢, 曹其聰, 向鳳寧. 不同大豆品種芽期和苗期耐鹽性比較研究. 山東輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011, 25(2): 4–7.Ji D D, Liu C, Cao Q C, Xiang F N. Comparison of the salt tole-rance at sprout and seedling in different soybean.(Nat Sci Edn), 2011, 25(2): 4–7 (in Chinese with English abstract).

[30] 郭蓓, 邵桂花. 大豆耐鹽基因的PCR標(biāo)記. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2000, 33(1): 10–16.Guo B, Shao G H. Tagging salt tolerant gene using PCR marker in soybean., 2000, 33(1): 10–16 (in Chinese with English abstract).

[31] Flowers T J. Improving crop salt tolerance., 2004, 55: 307–319.

[32] Foolad M R, Lin G Y. Absence of genetic relationship between salt tolerance during seed germination and vegetative growth in tomato., 1997, 116: 363–367.

[33] Do T D, Chen H, Hien V T T, Hamwieh A, Yamada T, Sato T, Yan Y, Cong H, Shono M, Suenaga K.synchronously regulates Na+, K+, and Cl?in soybean and greatly increases the grain yield in saline field conditions., 2016, 6: 19147.

Establishment of screening method for salt tolerant soybean at emergence stage and screening of tolerant germplasm

LIU Xie-Xiang, CHANG Ru-Zhen, GUAN Rong-Xia*, and QIU Li-Juan*

Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences / National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic Improvement (NFCRI) / Key Laboratory of Germplasm Utilization, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China

Salinity is an important factor affecting crop production. Screening salt tolerant soybean germplasm is of great significance for the utilization of salinized soil in major soybean production regions. In order to select salt tolerant soybean, a screening method was developed by using six soybean accessions, including Zhonghuang 35, Zhonghuang 39, Williams 82, Tiefeng 8, Peking, and NY27-38. Seeds were grown in vermiculite and treated with 0, 100, and 150 mmol L-1NaCl solution. Seedling rate (SR), plant height (H), fresh weight of shoot and root (FWS and FWR), dry weight of shoot and root (DWS and DWR) were decreased significantly under 150 mmol L-1NaCl treatment, with significant difference among varieties. Therefore, 150 mmol L-1NaCl was suitable to identify salt tolerant soybean at emergence stage. The salt tolerance index (SI) based on the growth and development of seedlings and the salt tolerance coefficient (ST) were significantly correlated with the salt tolerance. The method using salt tolerance index is non-destructive and does not require planting control, which could save time and labor in salt tolerant germplasm identification. Twenty-seven soybean resources were screened, in which three were highly tolerant (grade 1) and seven tolerant (grade 2) at emergence stage. Among them, Yundou 101, Zheng 1311, Wansu 1015, and Tiefeng 8 also showed salt tole-rance (grade 1) at seedling stage. In summary, an effective method for screening salt tolerant soybean at emergence stage was developed, with vermiculite as the substrate, 150 mmol L-1NaCl as suitable treatment solution, and salt tolerance index as the indicator. Four soybean accessions were found to be salt tolerant at both emergence and seedling stages. This screening method will be useful for identification of salt tolerant soybean germplasm.

soybean; emergence stage; salt tolerance; screening method

2019-04-17;

2019-08-09;

2019-09-03.

10.3724/SP.J.1006.2020.94062

邱麗娟, E-mail: qiulijuan@caas.cn; 關(guān)榮霞, E-mail: guanrongxia@caas.cn

E-mail: 15311442897@163.com

本研究由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31830066)資助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31830066).

URL:http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20190903.1632.008.html