辽宁省水稻新品系苗期耐盐性差异研究

栾金华 宋欣阳 汪磊 孙丽丽 程艳双 董浩 张佳 程效义 徐海

（1 沈阳农业大学水稻研究所/辽宁省北方粳稻遗传育种重点实验室/农业农村部东北水稻生物学与遗传育种重点实验室/北方超级粳稻育种教育部重点实验室，110866，辽宁沈阳；2 青岛海德龙生物科技有限公司，266000，山东青岛；3 辽宁省现代农业生产基地建设工程中心，110866，辽宁沈阳）

盐碱地是指土壤中所含盐分影响到作物正常生长的地块。据统计，全世界盐碱地面积约9.6亿hm2，其中我国占比近1/10[1]。国家为保障粮食安全，积极挖掘潜力增加耕地，提出将盐碱地资源有序规划，选育更多的耐盐碱作物进行土壤改良，确保耕地面积。而水稻是盐碱地改良与利用的首选粮食作物[2]，筛选耐盐性强的水稻品种，对土地改良、扩大耕地面积和提高粮食产量有很大帮助[3]。

不同的水稻品种在不同的生长阶段涉及的耐盐响应和调控基因存在差异，而苗期的耐盐性在一定程度上能够代表整个植株的耐盐性[4-7]。徐芬芬等[8]通过盐碱混合胁迫发现，盐胁迫对水稻苗期的发芽率和发芽指数等指标影响显著，但pH 对各项指标的影响并不显著。苗期耐盐性的强弱多采用发芽指数法进行直接评估。水稻耐盐性是一个受多种因素综合影响的复杂数量性状，地上与地下部分受到胁迫的表现也不相同[9]。祁栋灵等[10]提出，在苗期可以用水稻幼苗的死叶率来评价耐盐性强弱。姜秀娟等[11]针对幼苗根系研究发现，根长和根数都受盐胁迫影响，耐性强的品种受到影响更小。辽宁省各育种单位近年来选育出许多水稻新品系，但对其耐盐性强弱并不十分清楚。本研究就收集到的辽宁省新育成的118 份水稻新品系的发芽率、苗高和苗重等秧苗素质指标进行综合评价，筛选强耐盐性的水稻新品系，为耐盐水稻资源筛选及鉴定提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验选用118 份辽宁省近几年育成的水稻新品系，来自沈阳农业大学、辽宁东亚种业有限公司和辽宁省盐碱地利用研究所等单位。其中沈稻6号和辽粳9 号是审定品种，因为稳定的品系数量占绝对优势，因此后文中均称以“品系”，其名称及来源见表1。

表1 供试品系名称及来源Table 1 Names and sources of new lines

1.2 试验设计

试验于2019 年在沈阳农业大学水稻研究所进行，将试验材料以水培法进行苗期试验，之后进行秧苗素质等相关指标测定。

试验操作流程如下，将96 孔PCR 板从底部剪开一缺口，使水分可渗入，根系可下扎，每孔放置1 粒水稻种子，每个品系12 粒，每板可放置8个品系，记录编号，进行水培处理。使用NaCl 配制盐溶液模拟盐胁迫，设定水浴盐浓度为0.0%、0.3%、0.5%和0.8%。在生长2 周之后加入1/4 营养液培育2d，之后用1/2 营养液培育4d，最终用全营养液培育。营养液组成采用国际水稻研究所（IRRI）配方[12]，处理期间每天补充淡水至原始水面刻度处，以弥补自然蒸发的水量，保持盐浓度稳定。

1.3 测定项目与方法

调查种子发芽情况，每个品系供检种子12粒，统计发芽终期（7d）正常发芽的种子数，发芽率（%）=发芽终期正常发芽数/供检种子粒数×100。根据相对盐害率进行分级评定，相对盐害率（%）=[（对照性状值-处理性状值）/对照性状值]×100，分级标准见表2。测定株高、根长、根数、苗重及根重等相关秧苗素质指标，计算各性状相对值，相对值（%）=处理值/对照值×100。

表2 相对盐害分级标准Table 2 Classification standard of relative salt damage

1.4 数据处理

利用Excel 2016 进行数据统计和作图，利用SPSS 22.0 进行相关性和显著性分析。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫下水稻新品系秧苗素质表现

由盐浓度与发芽率间的方差分析（表3）可知，组间P＜0.01，即不同盐浓度胁迫下的组间发芽率存在极显著差异，说明盐浓度对水稻品系的发芽率有极显著影响。由图1 可见，供试水稻品系在低盐浓度（0.3%）下生长状况受胁迫影响较小，仍能保持正常生长；随着盐浓度的升高，抑制效果愈加明显，在高浓度（0.8%）下水稻发芽率显著下降，即使部分品系幼苗仍能发芽，但生长状况受到严重影响。

图1 盐胁迫对水稻发芽率的影响Fig.1 Effects of salt stress on germination percentage of rice

表3 盐浓度与发芽率间方差分析Table 3 Variance analysis between salt concentration and germination rate

对秧苗素质包括的各项指标进行相关性分析（表4）发现，盐浓度与发芽率、苗高、苗重、根重均呈极显著负相关，说明随着盐浓度的升高，水稻发芽受到显著影响，盐浓度越大，发芽率越低，幼苗苗高变矮，苗重和根重降低，生长受到显著抑制，而根长、根数与盐浓度的相关性未达显著水平。

表4 盐胁迫下秧苗素质间的相关关系Table 4 Correlation coefficients of seedling quality under salt stress

2.2 水稻新品系苗期耐盐性筛选

由图2 可见，水稻秧苗素质的平均值在低浓度（0.3%）下，除苗重与根重外，整体指标与对照相比无显著变化，而在高浓度（0.8%）下，虽然指标与对照相比均存在显著差异，但绝大多数水稻幼苗生长不良甚至死亡，无法作为评价的标准，因此选择0.5%浓度作为筛选评价浓度。根据相对盐害率将水稻品系进行耐盐性分级，结果见表5。

图2 盐胁迫对水稻秧苗素质的影响Fig.2 Effects of salt stress on rice seedling quality

表5 耐盐能力评价和材料数目Table 5 Evaluation of salt tolerance and number of materials

进一步分析0.5%盐浓度对水稻秧苗生长各性状的影响（表6）发现，受盐胁迫抑制程度最大的是苗重（73.33%）。正常环境下，变异系数最大的是根长（26.68%），在盐胁迫下变异系数最大的为苗重（87.12%），其次为根重（83.29%）。苗重和根重的变异系数在盐胁迫条件下明显高于正常条件，说明这2 个性状对盐胁迫比较敏感，可以作为鉴定耐盐性强弱的主要指标。

表6 0.5%盐浓度对水稻秧苗生长状况的影响Table 6 Effects of 0.5% salt concentration on rice seedling growth

对秧苗素质指标进行主成分分析，选取特征值大于1.000 的作为主成分，可选取2 个特征值（表7）。主成分1 贡献率为47.717%，其中苗高和根长所占比重最大，表现了水稻苗期生长状况，可以作为生长长度因子。主成分2 贡献率为30.471%，其中根重和根数所占比重最大，表现了水稻根系生长状况，可以作为根系生长质量因子，随之计算出各因子得分公式（表8 和表9）。

表7 成分特征值与贡献率Table 7 Eigen value and contribution rate of components

表8 0.5%盐浓度下秧苗素质各因子的载荷矩阵Table 8 Load matrix of each factor of seedling quality under 0.5% salt concentration

表9 0.5%盐浓度下秧苗素质成分评分系数矩阵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，F2=0.159X1-0.139X2-0.062X3-0.8X4+0.459X5+0.462X6，D=0.48F1+0.30F2。

将供试水稻品系指标数据代入公式，计算出D值（表10），D值越高则表示耐盐性越强。从表10 可知，排在前5 位的水稻新品系依次是盐粳352、花粳1520、盐粳172、沈星稻28 和花粳1505，这5 个品系具有较强的苗期耐盐性，可以用于耐盐粳稻品种改良。

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

3 讨论

当前国内外已有较多对耐盐水稻种质资源筛选鉴定的研究[13-15]，其中，形态指标的鉴定大多参照2 种方法，一是国际水稻研究所提出的水稻耐盐/碱标准生长评分法[15]，另一种是我国1982 年提出的单茎（株）评定分级法。根据鉴定时期的不同，筛选耐盐水稻的方法可大致分为芽期鉴定、苗期鉴定和全生育期鉴定。水稻种质资源耐盐性鉴定指标繁多，但还未形成标准化规范的鉴定体系。

由于田间试验很难保证各个部分盐浓度相同，因此也有学者[17-18]利用水培进行苗期或者整个生育时期的耐盐性筛选，也有采用砂来代替土壤进行盆栽筛选[19]。本试验主要针对水稻苗期鉴定，采用水培法进行筛选。水培法的优点是容易控制盐浓度，可同时对大批量的种质资源进行筛选。金梦野等[20]在水稻苗期通过增加盐浓度发现，发芽情况明显受到抑制，但在复水之后发芽率又有所恢复，因此认为盐浓度是影响发芽率的主要原因。本研究采用水培法对118 份种质资源进行苗期耐盐性筛选，并选用NaCl 溶液进行模拟盐胁迫，条件容易控制，可操作性强，鉴定效率高。

前人[21]研究发现，0.5% NaCl 浓度是水稻秧苗期耐盐性的适宜筛选浓度。因此，本试验在0.5%浓度的基础上，选择较高的0.8%浓度和较低的0.3%浓度作为对比，结果表明，在高盐浓度下，水稻幼苗根长和根重与对照相比下降明显，地上部生长量也显著降低，这与赵红等[22]研究结果相近。选择适宜的盐浓度很重要，既要反映出盐胁迫的影响，又要保证不同品系间有显著差异。如果盐浓度过低，会使胁迫症状不明显，而盐胁迫浓度过高，又会使大部分品系死亡，也导致遗传差异降低[23]。而本试验中也有类似情况，虽然高浓度秧苗素质指标相比对照差异显著，但绝大多数品系的幼苗无法正常生长或直接死亡，品系间差异不易发现。因此，选择0.5%盐浓度作为筛选条件，根据发芽指数法将此浓度下的水稻品系进行耐盐性分类。

通过发芽率可以快速筛选出耐盐性较强的品系，本试验针对水稻苗期发芽情况进行初步筛选，其中盐粳352、花粳1520、盐粳172、沈星稻28、花粳1505、辽粳169、阳光48、D11、沈星稻79和佳选稻05 这10 个品系在0.5%盐浓度下仍能保持100%发芽率，其他品系的发芽情况均会受到盐胁迫影响。因此，初步认为这10 个品系有较强的耐盐性。但在农业生产上，不仅要求种子有较高的发芽率，还需考虑秧苗素质指标，部分品系虽然能正常发芽，但不能成苗或者成苗率低。本次试验中，D11 虽然能全部发芽，但是秧苗素质受到较大影响，苗重及根重与对照相比减少近60%，而G297在植株重量方面只减少约30%，但发芽率仅有50%。因此，认为发芽率可以作为鉴定指标之一，简单认为能发芽就能存活，以此进行快速筛选，但不能作为唯一指标，秧苗素质也对水稻后续生长有显著影响，要综合考虑。因此，本研究在评价发芽率的基础上再对苗高、苗重、根数、根长和根重进行综合对比，确保筛选结果更加准确。

在0.5%盐浓度下，水稻根重受盐胁迫抑制最为严重，苗重和根重的变异增大，这些指标在水稻品系间差异较大。主成分分析表明，苗期生长的苗高和根系生长的根重对耐盐性筛选影响较大，考虑到地上部分指标在变异系数和主成分分析中存在差异，而地下部分中根重的变异系数仅略小于苗重，且在根系部分的主成分中占比更大，综合考量认为根重变化对盐胁迫的响应权重更大，且更稳定，可以作为评价标准。

4 结论

供试水稻品系在低盐浓度（0.3%）下生长状况受盐胁迫影响较小，除苗重和根重显著降低外，其他指标并无显著变化；在高浓度下（0.8%）水稻发芽率显著下降，即使部分品系幼苗仍能发芽，但秧苗素质极显著降低，区分度差。因此，过高或过低的盐浓度都不适合作为筛选标准，0.5%盐浓度筛选压力适中，可以作为筛选耐盐性水稻品系的适宜浓度。

本研究对118 个辽宁省育成的水稻新品系进行苗期耐盐性的综合分析，依据相对盐害率可以将试验材料初步划分为5 个等级。苗期水稻耐盐性评价中权重最大的性状是发芽率，根重在盐胁迫下的变异系数达到83.29%，在主成分分析中也占较大比重，两者对盐胁迫响应稳定，可以作为参考标准。综合考虑发芽率、秧苗素质和D值，筛选出较强苗期耐盐性的种质材料盐粳352、花粳1520、盐粳172、沈星稻28 和花粳1505。