沧麦6005叠氮化钠诱变系耐盐性评价及种质创新

王 伟，张 宸，曹平平，邹景伟，王伟伟，钮力亚，王奉芝，于 亮*

(1.河北省农作物耐盐碱评价与遗传改良重点实验室/沧州市农林科学院，河北 沧州 061000；2.沧县鑫翰种植专业合作社，河北 沧县 061731)

【研究意义】小麦是世界上主要的粮食作物，我国是世界上小麦生产和消费的第一大国。土壤盐碱化是影响作物生长的重要逆境因素，盐碱土壤对小麦生长发育及产量的形成具有重要的抑制作用。我国土壤盐碱化的面积近1亿hm2，其中河北省盐碱地总面积约71.61万hm2，而且河北省滨海盐碱地是我国盐碱地的主要类型之一[1]。培育和推广耐盐碱的小麦品种是发展盐碱地小麦生产最为经济有效的措施[2]，而且小麦品种的遗传脆弱性是小麦育种不易突破的瓶颈之一。因此，选育耐盐碱小麦品种具有重要意义。【前人研究进展】耐盐种质资源的鉴定和评价是培育耐盐小麦品种重要的前提和保证[3]。小麦的芽期和苗期是全生育时期中对盐碱胁迫较为敏感的时期[4]，目前小麦的耐盐碱性鉴定多集中在这两个时期[5-6]。诱变育种是小麦新品种选育和种质资源创新的重要手段。化学方法诱发基因突变是小麦遗传改良的重要途径之一[7]。叠氮化钠(NaN3)是应用于植物化学诱变的高效低毒的化学诱变剂之一。叠氮化钠已在小麦[8-9]、玉米[10]、水稻[11]、大麦[12-13]，大豆[14]等农作物上加以应用。另外，张希太[15-17]等研究小麦叠氮化钠诱变后代在株高、芒型、穗型等农艺性状的变异特征，并从分子水平证明了叠氮化钠对小麦的诱变效果。【本研究切入点】沧麦6005是沧州市农林科学院育成的一个抗旱耐盐碱性突出的囯审小麦品种，我们已获得其叠氮化钠诱变群体。目前，鲜有对叠氮化钠诱变构建的小麦突变体库进行耐盐性研究的报道。【拟解决的关键问题】本研究以沧麦6005及其72个叠氮化钠诱变的突变家系作为研究对象，采用人工海水配方[17]盐胁迫研究此小麦诱变群体的芽、苗期的耐盐性，并与沧麦6005进行比较分析，以期发掘出适合滨海盐碱地实际农业生产的强耐盐小麦种质，这对于培育耐盐的小麦新品种具有十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料

沧麦6005是沧州市农林科学院育成的一个小麦品种，审定编号为国审麦2010013。其耐盐碱性突出，适合在沧州滨海盐碱地种植。来自于沧麦6005的72个叠氮化钠诱变家系，属于诱变第9代(M9)，各家系的农艺性状及耐盐表现基本稳定。

1.2 试验设计

1.2.1 芽期耐盐性评价 根据人工海水配方配置人工海水原液，按照体积稀释为40 %[18]。在培养皿中放两层滤纸，分别加入去离子水(对照)和40 %人工海水15 mL，每个处理30粒种子，3次重复。置于光照培养箱发芽(25 ℃恒温，光照16 h)。7 d后调查发芽数，并随机挑选10株幼苗调查芽长、根长、根数、芽鲜重、根鲜重及根冠比。最后计算发芽率、相对盐害率和各指标的相对值[19]。

1.2.2 苗期耐盐性评价 选出经芽期耐盐性鉴定评价较好的品系，种子消毒处理后置于培养皿中用去离子水在25 ℃光照培养箱中萌动发芽，4 d后挑选生长一致的幼苗10棵，置于悬浮在周转箱上的打孔塑料泡沫板上，3次重复。以改良Hoagland营养液在21 ℃光照培养箱中培养，生长至2叶1心时测量植株初始株高和根长(光照14 h)。处理组于营养液中加入相当于40 %人工海水，在处理的14 d后测量对照组与处理组株高、根长、地上部干重和地下部干重，计算株高增长量和根长增长量，并计算出4个性状的相对值，相对性状值=盐胁迫处理下性状值/对照条件下性状值[19]。

1.3 数据处理

利用Excel和SPSS进行统计分析，计算各性状的均值和相对值，进行相关分析，主成分分析，及聚类分析等。

2 结果与分析

2.1 人工海水胁迫下沧麦6005叠氮化钠诱变群体芽、苗期耐盐鉴定

从表1可知，在40 %人工海水胁迫下，小麦芽期根数和根冠比含量增加，其余指标均降低，说明盐胁迫显著影响了种子萌发。其中芽长、根长、芽鲜重、根鲜重和根冠比受抑制作用较大，下降幅度普遍在50 %～60 %，发芽率受抑制作用较小，下降幅度为12.32 %。从表2可知，在40 %人工海水胁迫下，株高、根长、地上部干重和地下部干重均降低，说明盐胁迫显著影响小麦苗期的生长，4个指标下降幅度均在15 %～21 %。表明小麦芽期和苗期2个不同时期的不同指标对盐胁迫的敏感性存在差异，单一指标仅能反应部分耐盐性，多指标综合才能够更全面地评价其耐盐性。

2.2 人工海水胁迫下沧麦6005叠氮化钠诱变群体芽期耐盐指标的相关分析

对小麦芽期和苗期耐盐性指标进行相关分析(表3)，芽期的相对发芽率与相对盐害率呈极显著负相关；相对盐害率与相对芽长、相对根长、相对根数、相对芽鲜重和相对根鲜重呈极显著负相关；相对芽长与相对根冠比呈极显著负相关；相对根冠比与相对发芽率、相对盐害率、相对根数相关关系不显著，相对芽长与相对根鲜重相关关系亦不显著；其他指标间呈显著或极显著正相关。同时，相对株高增长量、相对根长增长量、相对地上部干重和相对地下部干重4指标两两之间均呈极显著正相关关系(表4)，说明盐胁迫对小麦苗期的4个指标的影响趋势是一致的。

2.3 人工海水胁迫下沧麦6005叠氮化钠诱变群体芽、苗期耐盐指标的主成分分析

对沧麦6005及其72个诱变家系芽期耐盐指标进行主成分分析，从表5可知，可以选择2个独立的主成分作为小麦芽期耐盐鉴定综合指标，能解释总变异的79.55 %。基本代表了8个原始指标的绝大部分信息。同时，选择2个独立的主成分作为小麦苗期耐盐鉴定综合指标，能解释总变异的84.28 %。

表1 人工海水胁迫下沧麦6005叠氮化钠诱变系芽期指标的比较

表2 人工海水胁迫下沧麦6005叠氮化钠诱变系苗期指标的比较

表3 人工海水胁迫下沧麦6005叠氮化钠诱变系芽期耐盐指标的相关系数

表4 人工海水胁迫下沧麦6005叠氮化钠诱变系苗期耐盐指标的相关系数

表5 各主成分的特征值和贡献率

单指标的特征向量绝对值越大，在主成分中的作用就越大，各指标的特征向量见表6。芽期第1主成分中起主要作用的单指标是相对发芽率、相对芽长、相对芽鲜重，这3个指标均与耐盐能力呈正相关，主要体现小麦芽期芽的耐盐表现；第2主成分中起主要作用的单指标是相对根长、相对根鲜重、相对根冠比，这3个指标均与耐盐能力呈正相关，亦主要体现小麦芽期根的耐盐表现。同时，在小麦苗期耐盐指标的主成分分析中，起主要作用的是第1主成分。

表6 小麦芽期和苗期耐盐指标的特征向量

2.4 人工海水胁迫下沧麦6005叠氮化钠诱变群体芽、苗期耐盐性综合评价

用主成分分析获得的各材料各主成分的因子得分作为鉴定小麦芽期和苗期耐盐性的综合指标。计算各时期各综合指标的隶属函数值及权重值，进而得到各材料不同时期的耐盐性综合评价值D。D值是纯数值，其范围为[0,1]，D值越大，耐盐性越强。然后，采用K-均值聚类方法将供试材料的耐盐性分为髙耐、耐盐、中耐、敏感、高感5个级别。

从表7可知，小麦芽期5个耐盐级别材料的份数依次为12、29、22、29、1，分别占供试材料的16.22 %、39.19 %、29.73 %、13.51 %、1.35 %。同时，在芽期耐盐等级为高耐盐和耐盐的41个品系中，在小

表7 小麦芽期和苗期耐盐鉴定

表8 41个材料芽期和苗期鉴定结果

表9 芽期和苗期耐盐性的相关系数

麦苗期耐盐鉴定的5个耐盐级别材料的份数依次为2、3、14、17、5，分别占供试材料的4.88 %，7.32 %，34.15 %，41.46 %，12.20 %。

根据参试材料芽期的耐盐性鉴定的结果，选择芽期耐盐等级为1级和2级的41份材料进行苗期耐盐性鉴定(表8)。依据D值，对41份材料苗期的耐盐性等级进行划分，发现苗期耐盐等级为1级的材料2份，分别为SAM23和SAM71。沧麦6005芽期耐盐性鉴定等级为1级(髙耐)，苗期的耐盐性鉴定等级为2级(耐盐)。

2.5 沧麦6005及其诱变群体芽期和苗期耐盐性比较

对沧麦6005及其诱变家系芽期和苗期耐盐性鉴定评价D值进行相关分析，得到相关系数为0.8315。说明沧麦6005及其诱变群体芽期和苗期的耐盐性相关关系极显著存在。但是仍然存在，芽期耐盐性强的材料苗期的耐盐性不一定强。进一步分析芽期和苗期的耐盐性鉴定结果，发现芽期和苗期耐盐性均表现突出的2份材料，而且D值均大于野生型沧麦6005。

3 讨 论

3.1 关于小麦芽期和苗期盐胁迫试剂的选择

对于小麦芽期和苗期的耐盐碱鉴定，不同的育种家有其传统的耐盐碱鉴定的经验方法。就鉴定的盐分而言，即可以单盐鉴定(仅NaCl)[2,4]，也有多种盐分配比，还有人工海水耐盐鉴定[5,18]等。本研究综合前人的研究结果[5,18]，确定在小麦的芽期和苗期均采用40 %的人工海水胁迫进行耐盐性鉴定。虽然人工海水盐分离子相对比较全面，但与实际的自然条件下的滨海盐碱地土壤离子组成还是有一定程度的差异。因此，目前，迫切需要一种室内、快速、高效的进行小麦耐盐碱鉴定的“人工盐碱地”试剂配方，以保证筛选出的小麦种质具有较强的大田适应性，为今后耐盐碱小麦种质资源筛选和品种选育提供参考。

3.2 沧麦6005叠氮化钠诱变群体芽期和苗期耐盐性比较分析

小麦芽期耐盐性是保证盐碱地小麦种子出苗的基础。苗期是小麦生长过程中对盐害最为敏感的阶段，小麦苗期耐盐性是保证苗全、苗齐的基础。所以小麦芽期和苗期的耐盐性强弱对小麦生产实践更具有现实意义。有研究表明，小麦芽期的耐盐性和苗期的耐盐性不存在显著的相关性[2,19-20]，可能与芽期和苗期的耐盐机理不同有关。而研究结果中，芽期耐盐性强的材料苗期的耐盐性不一定强，但是针对沧麦6005的该诱变群体芽期和苗期的耐盐性正向相关关系极显著存在，这可能是由于材料均来源于强耐盐碱的沧麦6005的原因。进一步分析芽期和苗期的耐盐性鉴定结果，发现芽期和苗期耐盐性均表现突出的2份材料，其D值均大于野生型沧麦6005，也就是说这2个家系芽、苗期的耐盐性均强于沧麦6005。所以，叠氮化钠诱变方法可以产生比野生型小麦在某一方面更有特色的材料。

3.3 小麦全生育耐盐性多指标综合评价

科学、准确、有效的耐盐碱评价体系对判断小麦种质资源耐盐碱的真实性至关重要。确立小麦耐盐碱鉴定的方法和指标是筛选小麦抗逆资源的重要内容。目前，小麦耐盐碱性评价方法多样，主要分为单指标分析和多指标综合评价两类。单指标分析主要用相对盐害率或盐害指数评价小麦耐盐碱性[2,4]，多指标综合评价包括打分法[21]、模糊隶属函数法[3]、指标排序法[22]、主成分分析综合评价[23]等方法。小麦的芽期和苗期是全生育时期中对盐碱胁迫较为敏感的时期[4]，目前小麦的耐盐碱性鉴定多集中在这两个时期[3,5]。若要对小麦种质资源进行更为全面的耐盐碱评价，还有待于在盐碱地上进行全生育期的耐盐碱鉴定。虽然对于小麦全生育期耐盐碱鉴定评价方法已有相关报道[20,24]，但是其鉴定方法和标准尚需进一步修改和完善。对于小麦耐盐碱种质的精准鉴定评价，或许还应该结合生理生化指标的比较和耐盐碱分子标记加以辅助，从而提高耐盐碱鉴定的效率和准确性，最终筛选到能够有效利用于小麦耐盐碱品种培育的种质资源。

4 结 论

(1)在40 %人工海水盐胁迫下，小麦芽期根数和根冠比含量增加，其余指标均降低。小麦苗期株高、根长、地上部干重和地下部干重均降低。说明盐胁迫显著影响小麦芽期和苗期的生长。

(2)小麦芽期和苗期耐盐性指标相关分析结果表明：小麦芽期的相对盐害率与相对芽长、相对根长、相对根数、相对芽鲜重和相对根鲜重呈极显著负相关；相对芽长与相对根冠比呈极显著负相关；相对根冠比与相对发芽率、相对盐害率、相对根数相关关系不显著，相对芽长与相对根鲜重相关关系亦不显著；其他指标间呈显著或极显著正相关。小麦苗期的相对株高增长量、相对根长增长量、相对地上部干重和相对地下部干重4指标两两之间均呈极显著正相关。

(3)主成分分析结果表明：在小麦芽期耐盐指标的主成分分析中，第1主成分主要体现小麦芽期芽的耐盐表现；第2主成分主要体现小麦芽期根的耐盐表现。同时，在小麦苗期耐盐指标的主成分分析中，起主要作用的是第1主成分。

(4)聚类分析将沧麦6005和73个家系分为5类，其中，沧麦6005芽期耐盐性鉴定等级为1级(髙耐)，苗期的耐盐性鉴定等级为2级(耐盐)，芽期和苗期耐盐鉴定等级均为1级的材料2份，分别为SAM23和SAM71。