玉米地方品种耐盐性鉴定及评价指标筛选
摘要：以7份耐盐地方玉米（Zea mays L.）品种资源为材料，通过萌芽试验研究其在高浓度NaCl胁迫下的耐盐性差异，并对评价指标进行筛选。结果表明，在200～250 mmol/L盐胁迫下7个品种的耐盐性继续发生分化，存在显著性差异，耐盐性顺序为丹红>白苞谷>大白苞谷>火白早>白鹤>牙垭白>白马牙。玉米萌芽期耐盐性评价应以种子耐盐指数、活力耐盐指数、相对储藏物质转运率、相对芽干重、相对根干重和相对生长量为主，采用适宜的方法计算综合指标，作为耐盐性评价依据；相对萌芽率、根冠比不宜作为评价指标。
关键词：玉米（Zea mays L.）；萌发期；耐盐性；评价指标
中图分类号：S513 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2012）21-4722-06
Screening of Evaluation Indices for Salt Tolerance of Maize Local Varieties
CHEN Bo，ZHANG Yan，CAI Guang-ze，WANG An-hu，HUA Jing-song，ZHENG Chuan-gang
（Xichang College，Xichang 625013，Sichuan，China）
Abstract： The salinity tolerance of 7 salt tolerant maize local varieties under strong NaCl stress was determined through germination test； meanwhile， the evaluation indices were selected. The results showed that under strong NaCl stress（200～250 mmol/L）， the salinity tolerance of 7 landraces differed significantly. The order of salt tolerance ranking from strong to weak was Dan Hong， Bai Baogu， Da Baogu， Huo Baizao， Bai He， Yaya Baiyumi， Bai Maya. Salt-tolerant germination index， salt-tolerant vigor index， relatively utilization of storage nutrient， relative bud dry weight， relative root dry weight and relative growth amount could be used as suitable indictors in evaluation of salt tolerance； while relative germination rate， relative root-bud ratio were not appropriate for evaluation. Salt tolerance of maize landrace could be identified efficiently and rapidly through germination test.
Key words： maize（Zea mays L.）； seedling stage； salt tolerance； evaluation indices
玉米（Zea mays L.）地方品种是重要的种质资源。由于玉米杂交种的推广，多数地方品种已经消失或正在消失，造成地方品种基因资源的丧失和生产用玉米品种遗传基础日益狭窄。因此，开展玉米地方品种的收集、保护、鉴定和创新性利用是玉米种质资源研究中很紧迫的任务。西南地区是我国地方品种资源较丰富的地区之一，本研究在对该地区高原生态区玉米地方品种广泛收集的基础上，开展种质资源的耐盐性鉴定，以期从中筛选出耐盐种质，为玉米耐盐育种提供有用的基因资源。
盐碱地是对农业生产影响较大的一种低产土壤，在我国分布广、类型多，严重制约了农业生产的发展[1，2]。筛选作物耐盐资源，开展耐盐育种，是提高盐碱地生产效率最经济环保的途径。玉米是盐敏感作物，其极限盐浓度为170 mmol/L NaCl，每超过极限盐浓度100 mmol/L，产量降低12%[3，4]。在盐胁迫下，玉米种子萌发能力降低，茎、叶和根的生长明显受到抑制[5]。同时在生理上也有相应变化，K+含量是植物耐盐性的一个重要营养指标，而高Na+含量是造成盐损伤的根本原因，因此保持较低的Na+/K+是单子叶植物规避盐害的有效途径[6-8]。在盐胁迫下，玉米细胞内抗氧化系统与耐盐性密切相关，耐盐性强，则SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性高[9，10]，清除损伤能力强，适应逆境，能保持较好的长势。
目前，对玉米自交系和杂交种耐盐性鉴定和耐盐机理研究较多，但对玉米地方品种耐盐性鉴定的研究很少。此外在高浓度盐胁迫下，玉米的耐盐性报道也较少。本研究是在150 mmol/L NaCl胁迫下鉴定玉米地方品种耐盐性的基础上，选择强耐盐品种，研究其在高浓度盐胁迫下的耐盐性分化，并对不同的耐盐性评价指标进行筛选。
1 材料与方法
1.1 试验材料
通过萌芽期耐盐性（150 mmol/L NaCl胁迫）鉴定，从西南高原生态区玉米地方品种资源中筛选了7份耐盐种质（表1）参与本试验。
1.2 萌芽试验
精选大小基本一致的种子，用3%双氧水浸泡20 min，无菌去离子水冲洗3次，用灭菌滤纸吸干多余水分。用25 cm×15 cm具盖瓷盘做萌芽盘，盘底平铺3层滤纸，第4层滤纸折叠成瓦楞形，将种子整齐排列于瓦楞形滤纸槽中，分别加入400 mL 浓度为150、200、250、300、350、400 mmol/L 的NaCl溶液，以150 mmol/L浓度为对照（CK）。处理组和对照组分别重复3次，每次重复用20粒种子，萌芽盘加盖，置人工气候箱，25 ℃恒温避光培养。
1.3 耐盐指标测定
分别在萌芽试验的第二、四、六、八天调查种子萌芽情况；最后一次调查后，将每个材料萌芽的种子和幼苗一起装于硫酸纸袋中，在恒温鼓风干燥箱中烘至恒重，分别称量根干重、芽干重和种子干重。种子萌芽指数、种子活力指数、幼苗生长量、根冠比、贮藏物质转运率分别采用下述公式计算：
种子萌芽指数（GI）=1.00 GR2+0.75 GR4+0.50 GR6
+0.25 GR8，GR2、GR4、GR6、GR8分别为第二、四、六、八天各材料的萌芽率；
幼苗生长量（GA）=根干重（RW）+芽干重（BW）；
种子活力指数（VI）=GI×GA；
根冠比（RBR）=根干重/芽干重；
贮藏物质转运率（UN）=幼苗生长量/（幼苗生长量+子粒干重）；
种子萌芽耐盐指数（SGI）=高盐胁迫下种子萌芽指数（GIS）/对照种子萌芽指数（GIC）；
活力耐盐指数（SVI）=高盐胁迫下活力指数（VIS）/对照活力指数（VIC）；
某性状相对值=高盐胁迫下某性状测定值/对照条件下某性状测定值。
1.4 耐盐性综合评价
利用模糊数学中求隶属函数的方法[11，12]进行耐盐性综合评价，其公式为：Xij=（xij-xjmin）/（xjmax-xjmin）；Xi=∑Xij/n。其中Xij表示i种类j指标的抗盐隶属函数，xij为i种类j指标的测定值，xjmin和xjmax表示j指标的最小和最大测定值，Xi为耐盐指标隶属函数平均值，n表示耐盐指标个数。以Xi为依据，评价参试材料的耐盐性，其值越高，表示耐盐性越强。
1.5 数据分析
试验数据用Excel 2003、SPSS 17.0软件进行分析。
2 结果与分析
2.1 不同浓度盐胁迫下各性状的差异
不同浓度盐胁迫下玉米萌芽期性状受到不同程度抑制，浓度越高受抑制越严重。7个品种的种子萌芽率、萌芽指数、活力指数、储藏物质转运率、芽干重、根干重和幼苗生长量在浓度为150、200 mmol/L的NaCl 处理下显著高于250、300 mmol/L的NaCl处理，在250、300 mmol/L的NaCl 处理下显著高于350、400 mmol/L的NaCl处理。可见设定的6个浓度依据对参试材料的胁迫强度可以分为高、中、低3个等级，不同级别之间差异显著，同一级别内差异不显著。而根冠比对盐胁迫的灵敏性较差，仅反映出高、低浓度胁迫之间有显著差异（表2）。
不同浓度盐胁迫下，种子萌芽耐盐指数、活力耐盐指数、相对萌芽率、相对贮藏物质转运率、相对芽干重、相对根干重、相对根冠比和相对生长量等8个耐盐性评价指标也存在类似的差异显著性。其中相对萌芽率、相对根冠比对盐胁迫的敏感性较差，仅能反映高浓度和低浓度胁迫之间的差异。
2.2 各耐盐指标与盐胁迫浓度的相关性
由表3可知，玉米萌芽期各项耐盐指标中，相对根冠比与盐浓度显著负相关，种子萌芽耐盐指数、活力耐盐指数、相对萌芽率、相对贮藏物质转运率、相对芽干重、相对根干重和相对生长量与盐浓度呈极显著负相关，表明随着盐浓度升高，各项指标呈现不同程度的降低趋势。其余各指标之间大部分呈显著或极显著正相关。
2.3 不同盐浓度下各耐盐指标的相关性评价
不同盐浓度下各指标的相关性见表4。150 mmol/L的NaCl胁迫后，相对生长量与活力耐盐指数、相对贮藏物质转运率、相对芽干重和相对根干重极显著相关；相对根干重与活力耐盐指数极显著相关，与相对贮藏物质转运率和相对芽干重显著相关；相对芽干重与活力耐盐指数和相对贮藏物质转运率极显著相关；相对贮藏物质转运率与活力耐盐指数极显著相关；相对萌芽率与种子萌芽耐盐指数极显著相关。相对萌芽率和相对根冠比分别与6个指标呈负相关，但均未达到显著水平。
200 mmol/L的NaCl胁迫后，相对生长量与活力耐盐指数极显著相关，与相对根干重和相对芽干重成显著相关，其余指标间相关性均未达到显著水平，相对萌芽率和相对根冠比分别与4个和6个指标呈负相关。
250 mmol/L的NaCl胁迫后，相对生长量与活力耐盐指数、相对贮藏物质转运率、相对芽干重极显著相关；相对芽干重与活力耐盐指数极显著相关，与相对贮藏物质转运率显著相关；相对贮藏物质转运率与活力耐盐指数极显著相关，与种子萌芽耐盐指数显著相关；种子萌芽耐盐指数与活力耐盐指数极显著相关。相对萌芽率和相对根冠比分别与3个和5个指标呈负相关，均未达到显著水平。
300 mmol/L的NaCl胁迫后，相对生长量与活力耐盐指数、相对贮藏物质转运率、相对芽干重和相对根干重极显著相关；相对根干重与相对贮藏物质转运率极显著相关，与活力耐盐指数显著相关；相对芽干重与活力耐盐指数和相对贮藏物质转运率显著相关；相对贮藏物质转运率与活力耐盐指数极显著相关。相对萌芽率和相对根冠比分别与6个和3个指标呈负相关，均未达到显著水平。
350 mmol/L的NaCl胁迫后，相对生长量与活力耐盐指数、相对芽干重和相对根干重极显著相关；相对根干重与种子活力耐盐指数和相对芽干重显著相关；相对芽干重与活力耐盐指数显著相关；相对萌芽率与种子活力耐盐指数显著相关。相对萌芽率和相对根冠比分别与1个和2个指标呈负相关，均未达到显著水平。
400 mmol/L的NaCl胁迫后，相对生长量与相对芽干重和相对根干重极显著相关，与活力耐盐指数和相对贮藏物质转运率显著相关；相对根干重与相对芽干重和相对贮藏物质转运率极显著相关，与活力耐盐指数显著相关；相对芽干重与活力耐盐指数显著相关。相对萌芽率和相对根冠比分别与3个和6个指标呈负相关，均未达到显著水平。
在6种NaCl浓度胁迫下，相对生长量与活力耐盐指数、相对贮藏物质转运率、相对芽干重和相对根干重都表现较强的相关性；种子萌芽耐盐指数与个别指标显著或极显著相关，但多数情况下与其他指标的相关性较弱；相对萌芽率和相对根冠比始终与各个指标呈弱正相关或负相关。
2.4 耐盐性的综合评价
采用模糊数学中求隶属函数值的方法计算不同盐浓度下7个品种的种子萌芽耐盐指数、活力耐盐指数、相对贮藏物质转运率、相对芽干重、相对根干重和相对生长量隶属函数平均值，以及5个处理浓度的总体平均值，并进行差异显著性检验，结果见表5。
150 mmol/L的NaCl浓度下各个品种的隶属函数平均值差异不显著，其余浓度下都存在极显著差异。方差分析F值的变化反映出，随胁迫强度的增加，各个品种的耐盐性差异逐渐增大，到250 mmol/L的NaCl浓度时，材料间的差异最大，此后又逐渐降低。5个浓度下的隶属函数平均值表明，参试的7个材料的耐盐性顺序为丹红>白苞谷>大白苞谷>火白早>白鹤>牙垭白>白马牙。
3 小结与讨论
作物耐盐性鉴定是筛选耐盐种质资源的重要手段，一般可以通过大田试验[13]、盆栽试验[14]、水培试验[15]和萌芽试验[5]等方法来鉴定。其中，大田试验能够进行全生育期观察，能全面反映不同品种在不同时期的耐盐性差异，能够容纳的资源数量多，具有可靠的试验结果，可以直接应用于农业生产。但是大田试验处于开放的环境中，试验结果易受外界环境变化的影响，还受到季节限制。盆栽和水培试验避免了环境影响，但是能容纳的资源数量有限。萌芽试验则同时具备不受环境影响和能容纳较多资源的特点，且方法简单、操作简便易行，因此是目前鉴定种质资源耐盐性的重要方法。此外有研究表明玉米苗期的耐盐性与成株期一致[16]。
在萌发和幼苗阶段，玉米的种子萌芽率、种子萌芽指数、活力指数、芽干重、根干重、生长量、储藏物质转运率等性状值均随盐胁迫强度的增加而降低，这与在水稻[17]、小麦[18]、甜高粱[19]和谷子[20]中的研究结果一致，说明这些性状可反映盐分胁迫对玉米萌发和幼苗生长的抑制作用，可作为耐盐性鉴定的候选指标。本研究用种子萌芽耐盐指数、活力耐盐指数、相对贮藏物质转运率、相对芽干重、相对根干重和相对生长量作为耐盐性鉴定指标。其中，种子萌芽耐盐指数反映盐胁迫下种子萌芽快慢，活力耐盐指数反映盐胁迫下幼苗生长速度，相对贮藏物质转运率能反映幼苗生长时对种子储藏物质的利用效率，相对芽干重、根干重和幼苗生长量则分别反映幼苗、根系和总生物产量的大小，各个指标与耐盐性都是同向增减。相对根冠比由于与其余指标相关性不显著，且多数呈负相关，因此不宜用于评价耐盐性，这可能与盐胁迫对根系和茎叶的影响不同有关。本研究的参试材料是经过萌芽试验选择的强耐盐品种，具有一定的耐盐性，因此在盐浓度为150 mmol/L时，各个材料的耐盐性差异不显著，同时可能也是造成不同浓度下萌芽率差异不显著的原因。
玉米的耐盐性较差，不同的研究群体具有不同的整体耐盐性。本研究所选用的7份材料，是从95份西南高原生态区玉米地方种质资源耐盐性鉴定试验（150 mmol/L 的NaCl胁迫）中筛选的极耐盐品种，因此在150 mmol/L和200 mmol/L的浓度时，品种间差异较小；在250 mmol/L和300 mmol/L时，差异较大，说明此浓度下，不同品种的耐盐性继续出现分化，丹红的耐盐性显著高于其他品种，而白马牙的耐盐性显著低于其他品种；在350 mmol/L和400 mmol/L时，品种间差异又逐渐减小，表明该浓度超过了所有品种的耐盐极限，各个品种都受到严重抑制。
7份西南高原生态区玉米地方品种具有较强的耐盐性，部分品种在250 mmol/L 的NaCl溶液胁迫下仍能正常发芽、成苗。通过隶属函数值的方法，得出各参试品种的耐盐性顺序为：丹红>白苞谷>大白苞谷>火白早>白鹤>牙垭白>白马牙。
种子萌芽耐盐指数、活力耐盐指数、相对贮藏物质转运率、相对芽干重、相对根干重和相对生长量能综合体现种子萌发和幼苗生长能力，可以作为鉴定玉米品种萌芽期耐盐性评价指标。
参考文献：
[1] 王遵亲.中国盐渍土[M].北京：科学出版社，1993.325-334.
[2] 张 恒，付 畅，崔继哲.植物耐盐基因工程研究进展[J].黑龙江农业科学，2008（2）：11-14.
[3] ZHU J K. Plant salt tolerance[J]. Trends in Plant Sci，2001， 6：66-77.
[4] 赵可夫.植物抗盐生理[M].北京：中国科学技术出版社，1993.
[5] 斯琴巴特尔，吴红英.盐胁迫对玉米种子萌发及幼苗生长的影响[J].干旱区资源与环境，2000，14（4）：76-80.
[6] ZHU J K， LIU J P， XIONG L M. Genetic analysis of salt tolerance in Arabidopsis： Evidence for a critical role of potassium nutrition[J]. Plant Cell， 1998，10：1181-1192.
[7] GLEEN E P， BROWN J J. Salt tolerance and crop potential of halophytes[J]. Critical Reviews in Plant Sciences，1999，18（2）：227-255.
[8] 王丽燕，赵可夫.玉米幼苗对盐胁迫的生理响应[J].作物学报，2005，31（2）：264-266.
[9] BOSTOS D， LASCANO R， VILLASUSO A L， et al. Reductions in maize root-tip elongation by salt and osmotic stress do not correlate with apoplastic O2- levels[J]. Annual Botany，2008，102：551-559.
[10] AZEVEDO NETO A D， PRISCO J T， EN？魪AS-FILHO J， et al. Effect of salt stress on antioxidative enzymes and lipid peroxidation in leaves and roots of salt-tolerant and salt-sensitive maize genotypes[J]. Environmental and Experimental Botany，2006，56：87-94.
[11] 陶向新.模糊数学在农业科学中的初步应用[J].沈阳农学院学报，1982（2）：96-107.
[12] 董志刚，程智慧.番茄品种资源芽苗期和幼苗期的耐盐性及耐盐指标评价[J].生态学报，2009，29（3）：1348-1355.
[13] 孟义江，宋占权，魏俊杰，等.玉米耐盐基因型的筛选[J].河北农业科学，2000，4（4）：22-25.
[14] 王春英，张秀清，王志武.玉米杂交种及自交系抗盐性的鉴定[J].玉米科学，1996（2）：23-26.
[15] 张艳艳，刘 俊，刘友良.一氧化氮缓解盐胁迫对玉米生长的抑制作用[J].植物生理与分子生物学学报，2004，30（4）：455-459.
[16] MAITI R K， AMAYA L E D， CARDONA S I， et al. Genotypic variability in maize cultivars（Zea mays L.） for resistance to drought and salinity[J]. J Plant Physiology，1996， 148：741-744
[17] 郭望模，傅亚萍，孙宗修，等.盐胁迫下不同水稻种质形态指标与耐盐性的相关分析[J].植物遗传资源学报，2003，4（3）：245-251.
[18] 刘 旭，史 娟，张学勇，等.小麦耐盐种质的筛选鉴定和耐盐基因的标记[J].植物学报，2001，43（9）：948-954.
[19] 王秀玲，程 序，李桂英.甜高粱耐盐材料的筛选及芽苗期耐盐性相关分析[J].中国生态农业学报，2010，18（6）：1239-1244.
[20] 田伯红，王素英，李雅静，等.谷子地方品种发芽期和苗期对NaCl胁迫的反应和耐盐品种筛选[J].作物学报，2008，34（12）：2218-2222.
收稿日期：2012-03-01
基金项目：科技部基础性专项（2006BAD13B02-13）；四川省教育厅重点研究项目（08ZA034）
作者简介：陈 波（1978-），男，四川大邑人，在读博士研究生，主要从事玉米遗传育种及种质资源研究，（电话）13989245331（电子信箱）
chenbeau19782@126.com；通讯作者，张 燕，（电话）13989254534。