39 份玉米自交系的芽苗期耐盐性评价

陈祥静，朱庆琳，朱嘉，宋希云，2，裴玉贺，2

(1. 青岛农业大学农学院，山东青岛 266109；2. 青岛市主要农作物种质创新与应用重点实验室，山东青岛 266109)

土壤盐渍化是一个全球性的环境问题。 盐碱影响着约占全球陆地面积25%以上的土地，我国盐碱地面积约有9913 万公顷[1-3]，位居世界第三[4]。 而我国玉米主产区分布于土壤盐渍化日益严重的北方地区和黄淮海平原，玉米产量和品质受损严重[5]。 玉米(Zea maysL.)作为全世界总产量最高的作物，属中度盐敏感植物[6]，且芽苗期又比其它阶段对盐胁迫更加敏感[7]。 玉米自交系是组配玉米杂交种的基础材料[8]，因此对不同玉米自交系进行芽苗期耐盐性评价是选育耐盐品种的前提。

当前，关于芽期和苗期耐盐性品种的筛选在水稻[9]、小麦[10]、玉米[11]、棉花[12]和花生[13]等作物上已开展相关研究，并确定和建立了一系列耐盐鉴定指标和评价方法。 研究发现，不同玉米自交系之间性状差异较大，靠单一的分析方法很难评判出它们的优劣。 而灰色关联度分析法能够综合各项指标对自交系进行耐盐性评定，能克服单一指标不能准确评价耐盐性这一问题[14]。 目前，该方法已广泛应用于玉米种质鉴定[15-20]。 为此，本研究采用100 mmol/L NaCl 来模拟盐害环境，以39 份玉米自交系为试材，对其相对发芽势、相对发芽率进行比较，再选取胚芽长、胚根长、幼苗全长、芽鲜重、根鲜重、芽干重、根干重共7 个耐盐性相关性状指标，用灰色关联度分析法对玉米自交系的芽苗期耐盐性进行综合分析评价，以期筛选出耐盐性较好的玉米自交系作为种质资源，也为玉米耐盐性研究提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试39 份玉米自交系材料详见表1，由青岛农业大学分子育种实验室提供。

表1 39 份玉米自交系编号及名称

1.2 仪器

主要有:RGC-1000D 智能人工气候箱(合肥右科仪器设备有限公司)、滤纸、刻度尺、量筒、电子天平和玉米幼苗鉴定装置(中国专利号:ZL200920177285.0)。

1.3 试验设计

试验于2022 年在青岛农业大学玉米分子育种实验室进行。 参照Luo 等[21]的方法，设置100 mmol/L NaCl 无菌盐水(盐处理)和无菌水(对照)2 个处理，重复3 次，每重复测10 个样。 每个自交系均选取籽粒饱满、大小均匀一致的种子60粒，先用1%次氯酸钠消毒10min，后用无菌水冲洗3 次，再将种子播种到玉米幼苗鉴定装置中进行水培； 之后， 置于 12 h 光照[150 ～180 μmol/(m2·s)]与12 h 黑暗光周期的智能人工气候箱中，箱内温度(25±1)℃、相对湿度60%。 试验过程中做好标记，以免种子发生混杂。

玉米幼苗鉴定装置的具体操作如下:将玉米种子固定在两块板(170 mm×50 mm)之间，两块板插入容器(325 mm×190 mm×95 mm)内表面的凹槽中。 每个容器内表面有10 个凹槽，滤纸放在种子和两块板之间，用16 mm 深的营养液(800 mL)湿润。

将玉米自交系种子在无菌水对照和盐处理中水培10 天。 培养至第4 天和第7 天分别调查发芽种子数[22]，第10 天测定胚根和胚芽性状指标。

1.4 测定指标及方法

参照Yang 等[23]的方法测定发芽指标:

发芽势(%)＝(第4 天发芽种子数/供试种子总数)×100 ；

发芽率(%)＝(第7 天正常发芽种子数/供试种子总数)×100 ；

相对发芽率＝胁迫发芽率/对照发芽率 ；

相对发芽势＝胁迫发芽势/对照发芽势 。

每个自交系选取3 株长势一致的芽苗测定胚芽长(SL)、胚根长(RL)、芽苗全长(FL)、芽鲜重(SF)、根鲜重(RF)、芽干重(SD)、根干重(RD)。

1.5 灰色关联度分析

将39 份玉米自交系的7 个性状指标作为一个灰色系统，用胚芽长、胚根长、芽苗全长、芽鲜重、根鲜重、芽干重、根干重这7 个指标进行权重比较，在此基础上构建综合评价模型，用灰色关联度分析法对其耐盐性进行分析和综合评价。 关联系数和关联度计算参照王玉建等[14]的方法进行。最终关联度值由高到低进行排列，数值越高就代表该自交系与理想参考自交系的相似度越高，即耐盐性越好。

1.6 数据处理与分析

应用Microsoft Excel 2019 进行图表制作，采用SPSS 20.0 软件进行双因素方差分析和灰色关联度分析。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对相对发芽势和相对发芽率的影响

方差分析结果(表2、表3)表明，在无菌水和盐胁迫处理下，处理间和自交系间均存在极显著差异，说明盐胁迫对不同玉米自交系的发芽势和发芽率影响较大。

表2 发芽势方差分析结果

表3 发芽率方差分析结果

从表4 中可以看出，39 份玉米自交系中有23份的相对发芽势在0.80 及以上，分别是甜-2(德)、W305、KN-1、糯-1、BC2433、京D24、中102、农糯-2(农家种)、K6H4057、糯-3、昌7-2、K12HF72、414 系、夏996、LY002、黄478、K12HF76、NH21Rf、紫药515、107-8、奥甜8210、丹黄25、新DH，其中W305、糯-1、BC2433、农糯-2(农家种)、糯-3、昌7-2、414 系、LY002、K12HF76、NH21Rf、紫药515、奥甜8210、丹黄25 的相对发芽势达到0.90 及以上。 农糯-2(农家种)、W305、糯-1、BC2433、昌7-2、414 系、夏996、LY002、丹黄25 的相对发芽率较高，表现出较强的耐盐能力，其它自交系属于中度耐盐或弱耐盐。 而彭甜11-A 和LY001 的相对发芽势在0.40 以下，其中彭甜11-A 只有0.29，说明盐分胁迫对其发芽造成比较严重的抑制。

表4 39 份玉米自交系的相对发芽势和相对发芽率

2.2 芽苗期耐盐性相关性状分析

由表5 可知，39 份自交系耐盐性存在显著差异。 K12HF76 芽苗最长，E28 胚根最长，LY003 胚芽最长，W305 芽鲜重最大，NH21Rf 根鲜重最大，LY002 芽干重最大，黄478、K12HF76、NH21Rf、遗67、早10 根干重最大。

表5 39 份玉米自交系的耐盐性相关指标

2.3 应用灰色关联度法对39 份玉米自交系芽苗期的耐盐性进行综合评价

为避免仅用相对发芽势和相对发芽率对玉米自交系芽苗期耐盐性进行评价过于片面，本研究进一步测定39 份玉米自交系的幼苗全长(FL)、胚根长(RL)、胚芽长(SL)等耐盐性相关指标，并采用灰色关联度法进行综合分析，评价其耐盐性高低并进行排序。 由表6、表7 可知，39 份玉米自交系的耐盐性由强到弱依次为107-8＞K12HF76＞早49＞爆-1＞昌7-2＞LY002＞KN-1m＞黄478＞糯-1＞KN-1＞奥甜8210＞W305＞新DH＞K6H4057＞紫药515＞京D24＞NH21Rf＞E28＞BC2433＞丹黄25＞美26800＞遗67＞K36＞夏987＞甜-2(德)＞中102＞414 系＞早10＞华160＞8112＞农糯-2(农家种)＞K12HF72＞糯-3＞LY003＞彭甜11-A＞K12HF332＞LY001＞夏996＞掖478。

表6 关联系数结果

表7 关联度结果

3 讨论

玉米属于中度盐敏感植物，一定浓度的盐会让玉米生长发育滞缓，导致减产，甚至绝产[24]。而芽苗期是玉米生长及群体数量建成的关键时期，对盐非常敏感[25，26]。 芽苗期耐盐性鉴定具有时间短、容量大、重复性强等优点，据其将耐盐性较差材料剔除，能有效缩短鉴定周期和材料数量，提高鉴定效率。 因此，加强对玉米芽苗期的耐盐性研究具有重要意义。

植物的耐盐性是一个复杂的综合性状，各生长发育阶段其耐盐机制不尽相同，因此不能只通过单一指标对其耐盐性强弱进行判定。 本研究把根长、芽长、鲜重等性状作为耐盐性评价指标，由芽苗期的耐盐性强弱对自交系整个生长发育阶段的盐耐受能力进行预判，这与Luo[7]、张红雪[27]等的研究类似。 另外，本研究所采用的灰色关联度分析法不仅被证明适用于小麦、大豆品种的评价，而且徐占宏[28]等的研究表明此法在选育玉米自交系方面同样实用可行。

本研究采用NaCl 模拟盐胁迫试验，与前人相关研究方法相同[29-32]。 目前利用相对指标来消除不同的单位背景差异，在作物抗逆性研究中很常用[33]，这种方法便于用多种指标来综合评价作物抗逆性。 本研究采用该方法实现了对39 份拥有不同遗传背景玉米自交系的芽苗期耐盐性进行综合全面多指标分析。

许多试验证明，盐胁迫下种子发芽率、胚根长等指标值相应降低[34-38]，本试验所测数据同样符合这一结论。 另外，本研究中盐胁迫抑制程度因自交系不同而不同，这可能与不同种质对盐的敏感度相关，与徐艳霞[39]、贾亚雄[40]、程玉静[41]等的研究结果一致。 且本研究数据显示，目前广泛使用的自交系昌7-2 等耐盐性较强，掖478 等属于盐敏感品种，与鲁珊[42]、郑飞[29]等的研究结果一致。

本研究主要从农艺性状方面分析盐胁迫(NaCl 模拟)对玉米种子芽苗期的影响，属于玉米表观对盐胁迫响应方面的探讨，但玉米种子的内在变化还涉及生理生化和分子水平，因此，后续研究还将从生理生化及基因表达等方面进一步阐明盐胁迫对玉米种子芽苗期的内在影响。 此外，本研究仅以1 个浓度开展不同自交系盐胁迫影响研究，其浓度是否适用于不同自交系，需在后续研究中增加浓度梯度或自交系数量以进一步验证；由于本试验没有考虑多点环境效应影响，以上分析在耐盐玉米育种工作中只能作为参考。

4 结论

100 mmol/L NaCl 模拟的盐胁迫对玉米自交系种子发芽势、发芽率、胚芽长、胚根长、芽苗全长、芽鲜重、根鲜重、芽干重、根干重具有明显抑制作用，会延缓玉米种子发芽时间，降低发芽能力，限制其胚根和胚芽的生长发育。 不同玉米自交系芽苗期的耐盐性存在较大差异，其中107-8、K12HF76、早49、爆-1、昌7-2、LY002、KN-1m、黄478、糯-1、KN-1、奥甜8210、W305 耐盐性较好，彭甜11-A、LY001、K12HF332、夏996、掖478 耐盐性相对较差，其它自交系耐盐性中等。