耐盐水稻种质资源的筛选

方先文,汤陵华,王艳平

(江苏省农业科学院粮食作物研究所, 南京　210014)

　　摘要:用0.8 % NaCl溶液和国际水稻所水稻耐盐性9级评价方法对前人选留的38份水稻耐盐种质资源(用0.5 %NaCl盐土筛选) 进行了重复筛选,以期获得极端耐盐水稻种质资源。同时研究了不同盐浓度对水稻发芽率的影响。结果表明:高浓度盐溶液显著抑制水稻种子的发芽率,但品种间有较大差异;筛选出苗期极端耐盐品种6份,其中1 级1 份,2 级4 份,3 级1份;极端耐盐水稻品种苗高的增长受高浓度盐溶液抑制,但品种间差异不显著;而盐溶液对极端耐盐水稻品种出叶速率的影响因品种而异。

关键词:水稻;种质资源;耐盐性;筛选

　传统农业对淡水、淡土的依赖使其地理分布受到极大地限制。地球作为以盐碱环境为主体的空间,无论海洋、盐碱荒漠和次生盐碱耕地还是沿海滩涂都是传统农业的直接限制因子,导致传统农业的生存空间十分狭窄。一方面传统农业既缺水又面积不足,另一方面充沛咸水水源和盐碱地不适宜传统作物生长而不能得到有效利用。为弥补传统农业的不足,克服盐碱环境对粮食生产的限制,国内外农业科学家进行了广泛深入研究,形成了一个全新而广阔的研究领域,并导致一种新型农业———盐碱农业的兴起^[1]。这一领域包括农作物耐盐种质资源的筛选、评价与创新^{[2～4 ]} ,耐盐相关基因的定位与克隆、转基因研究^{[5 ]} ,作物耐盐性状的机理研究^{[6 ]} 和作物栽培体系研究^{[7 ]}等。

水稻是我国第一大粮食作物、世界上第二大粮食作物,对其耐盐性研究正引起广泛的重视。国内外学者对水稻耐盐性生理机制^{[8～10 ]}、控制位点^{[11～13 ]} 、盐胁迫下相关基因表达及克隆^{[14 ]}进行了大量研究。研究认为:水稻种质资源间耐盐性存在较大差异,并且耐盐机制各不相同,创造水稻耐盐种质资源的一个有效方法是将不同耐盐机制聚合到一体^{[15 ]} 。

江苏省农科院粮食作物研究所现保存水稻野生种、地方品种、引进种以及育成品种共计1 万余份,经过“六五”、“七五”和“八五”鉴定,这些品种资源中有丰富的耐盐资源。但用0.5 % NaCl 土壤溶液鉴定,一方面土壤的盐浓度,特别是土壤与土壤表面的盐浓度的一致性难以控制,另一方面鉴定出抗性资源较多,极端抗性资源未能鉴定出。本研究在前人研究的基础上,对筛选出的30 余份耐盐种质资源采用0.8 % NaCl 盐溶液及水培方法进行重复鉴定,以期筛选出极端耐盐品种,为水稻耐盐性育种和遗传研究提供种质资源。

1 　材料与方法

1.1 　材料

试验于2003 年5 - 7 月在江苏省农科院内进行。试验所用材料为前人鉴定出的具有较好耐盐性的38 份水稻种质资源。

1.2 　试验方法

1.2.1 　发芽率试验　采用3 种盐浓度,即0.5 %NaCl、1.0 % NaCl 和1.5 % NaCl 盐溶液,研究不同盐浓度对种子发芽率的影响,以水作对照。每材料20 粒种子,2 次重复,常规发芽,6d 后调查发芽率。

1.2.2 　水培营养液　每升溶液中含(NH₄ ) ₂SO₄28mg、Na₂HPO₄ ·12H₂O 15mg、KCl 7mg、CaCl₂1.2mg、MgCl₂ ·6H₂O 1.8mg、FeCl₃ 0.2 mg。调节pH 为4.0 。营养液的电导率为1.2μs/ cm。

1.2.3 　耐盐水稻种质资源的芽期鉴定　以发芽率为指标,筛选高浓度盐溶液(1.5 % NaCl 盐溶液) 下发芽率几乎不受影响的种质资源。盐溶液对发芽率的影响( %) = (对照发芽率- 处理发芽率) / 对照发芽率×100 。

1.2.4 　耐盐水稻种质资源的苗期鉴定　每份材料播种于盆钵土壤中,待苗长到2.1 叶时移到装有20ml 营养液的试管中,每管3 苗,2 次重复。2d 后移到含0.8 % NaCl 的营养液(电导率为11.80μs/cm) 中,每3d 更换一次营养液,同时以营养液为对照,每天摇晃数次。8d 后调查单株叶片的死亡率,耐盐性评价按国际水稻所采用的叶片相对受害率(RDR) 9 级判断标准。调查筛选出的叶片相对受害率低于40 %的品种的苗高增长和出叶速率。苗高的相对受害率( %) = (对照苗高增长量- 处理苗高增长量) / 对照苗高增长量×100 ;出叶速率的相对受害率( %) = (对照出叶速率- 处理出叶速率) / 对照出叶速率×100 。

2 　试验结果

2.1 　38 份水稻耐盐种质资源的芽期和苗期耐盐性鉴定结果

2.2 　不同盐浓度对耐盐水稻种质资源发芽率的影响

2.3 　苗期极端耐盐水稻种质资源的筛选

2.4 　盐溶液对极端耐盐水稻种质资源的苗高和出叶速率的影响

3 　讨论

3.1 　耐盐指标的探讨

对水稻耐盐性评价,长期以来没有一个统一的标准。归纳起来,主要有两类指标,一类是表型指标,一类是生理生化指标。表型指标主要包括盐胁迫下种子的发芽率、苗期盐害级别等;生理生化指标包括盐离子浓度、小分子物质、与盐胁迫相关的酶活性以及质膜透性等。虽然直接的表型鉴定易受环境影响,但生理生化指标测定方法烦琐,不适合大批量种质资源的鉴定。

3.2 　耐盐水稻新种质资源的创造

水稻生长不同时期对盐抗性不一样,有的品种芽期对盐分有较强的抗性,有的品种苗期抗性较强。本试验结果表明:芽期耐盐品种到苗期耐盐性较差,而筛选出的苗期极端耐盐品种在芽期受到高浓度盐溶液的极显著抑制。因此,将芽期耐盐性与苗期耐盐性聚合到一个材料中是耐盐性水稻新种质资源创造的目标之一。水稻品种苗期耐盐机制存在较大差异,有的品种拒盐,有的品种排盐,有的品种合成生物小分子物质或离子区域化以降低细胞渗透压。深入研究不同耐盐水稻品种的耐盐机制,并将不同耐盐机制聚合到一体,创造苗期耐盐新种质资源是进一步研究的目标之一。用极端耐盐品种与大面积推广的具有优良农艺性状的品种杂交,将耐盐性转到优良品种中,同时可创造群体,用于水稻耐盐性遗传研究。本研究不但为水稻耐盐育种提供极端耐盐亲本,同时为水稻耐盐性遗传研究、耐盐性分子标记筛选及水稻耐盐性分子标记辅助选择研究提供了极端耐盐种质资源。

参考文献

[ 1 ]郝军武. 盐碱环境与盐碱农业. 地球科学进展,2001 ,16 (2) : 257～267

[ 2 ] J H Xie , F J Zapata-Arias. Salinity tolerant performance and genetic diversity of four rice varieties. Euphytica ,2000 ,116 (2) :105～110

[ 3 ] L Zeng , M C Shannon. Evaluation of salt tolerance in rice genotypes by multiple agronomic parameters. Euphytica , 2002 , 127(2) :235～245

[ 4 ] D Senadhira , F J Zapata-Arias. Development of the first salttolerant rice cultivar through indica anther culture. Field Crops Research ,2002 ,76 (2 - 3) :103～110

[ 5 ]郭蓓,邱丽娟,李向华. 植物盐诱导基因的研究进展. 农业生物技术学报, 1999,7 (4) :401～408

[ 6 ]许祥明,叶和春,李国风. 植物抗盐机理研究进展. 应用与环境生物学报,2000 ,6 (4) :379～387

[ 7 ] C E Wilson , T C Keisling. Tillage influence on soluble salt movement in silt loam soils cropped to paddy rice. Soil Science Society of America Journal ,2001 ,64 (5) :1771～1776

[ 8 ] Foikard Asch , Michael Dingkuhn. Leaf K/ Na ratio predicts salinity induced yield loss in irrigated rice. Euphytica , 2000 ,113(2) :109～118

[ 9 ] Yusuke Saijo , Natsuko Kinoshita , Keiki Ishiyama , Shingo Hata. A Ca^{2 +}-dependent protein kinase that endows rice plants with cold and salt-stress tolerance functions in vascular bundles. Plant Cell Physiology ,2001 ,42 (11) :1228～1233

[ 10 ] Keiko Yonekura2Sakakibara , Yoshikazu Tanaka. Genes encoding the vacuolar Na ⁺ / H⁺ exchanger and flower coloration. Plant Cell Physiology ,2001 ,42 (5) :451～461

[ 11 ]顾兴友,梅曼彤,严小龙. 水稻耐盐性数量性状位点的初步检测. 中国水稻科学,2000 ,14 (2) :65～70

[ 12 ] Yumiko I. Molecular cloning and characterization of a cDNA encoding proline transporter in rice. Plant Cell Physiology ,2000 ,41 (6) :750～756

[ 13 ] T J Flowers , M L Koyama , S A Flowers , Chinta Sudhakar , KP Singh and A R Yeo. QTL : their place in engineering tolerance of rice to salinity. Journal of Experimental Botany / the Society or Experimental Biology ,2000 ,51 (342) : 99～106

[ 14 ] Shinji Kawasaki , Chris Borchert , Michael Deyholos , Hong Wang. Gene expression profiles during the initial phase of salt stress in rice. Plant cell ,2001 ,13 (4) : 889～906

[ 15 ] GB Gregorio , D Senadhira. Progress in breeding for salinity tolerance and associated abiotic stresses in rice . Field Crops Research ,2002 ,76 (2 - 3) :91～101