耐盐水稻种质资源的筛选、创造和利用

王子平，阳标仁，何登骥，何加太

（湖南省水稻研究所，湖南 长沙410125）

根据联合国教科文组织和粮农组织不完全统计，全世界盐碱地面积有9.54亿hm2，分布在世界各大洲干旱地区[1]。我国盐碱地面积为9 913万hm2，包括3 693万hm2现代盐碱地，4 487万hm2残余盐碱地，以及1 733万hm2潜在盐碱地，主要分布在东北、华北、西北内陆地区以及长江以北沿海地带[2]。因分布地区生物气候等环境因素的差异，我国盐渍土可大致分为：滨海盐土与滩涂、黄淮海平原盐渍土、东北松嫩平原盐碱土、半漠境内陆盐土和漠境盐土等五大片[3]。依据土壤含盐量的差异，盐碱地还可分为轻度、中度和重度三类，含盐量低于3‰的为轻度盐碱地，含盐量超过6‰的为重度盐碱地，含盐量在3‰～6‰之间的为中度盐碱地。

滨海盐碱地是我国主要的盐碱地类型，长江口以北的滨海盐土达100万hm2，盐分以氯化物为主；长江口以南的滨海盐土面积较小且零星分布，盐分以硫酸盐为主。全国滩涂资源总面积达217万hm2。江苏的沿海滩涂面积有70万hm2，主要集中在盐城市境内（46.7万hm2）[4]。广东沿海滩涂面积为20.6万hm2，其中湛江就有9.9万hm2。黄淮海平原的盐渍土面积为133.3万hm2，盐分集中在地表1～2 cm。东北平原盐渍土面积为319.7万hm2，集中在松嫩平原，主要为苏打盐碱土，其中已开垦利用面积为140万hm2。黑龙江盐碱地面积为68万hm2，有14个县受土壤盐碱化危害[5]。

我国至少有800万hm2的土地，由于不当的灌溉和施肥，导致土壤中盐分积累，不利于作物的生长发育，严重影响作物的产量和品质。目前，我国耕地正面临着人口不断增长，城镇化速度不断加快的双重压力，如何有效利用不良耕地增加粮食生产的安全性已成为政府各级部门十分关注的课题。研究表明，我国现有的盐碱地中可供开发利用的面积为666.7万hm2左右。因此，水稻作为盐渍土改良的先锋作物，其耐盐品种的选育至关重要。

1 耐盐水稻种质资源的筛选

早在1940年，斯里兰卡就已开始耐盐水稻品种的选育，Pokkali是世界耐盐水稻品种报道的第一例，该品种于1945年开始推广。印度也是较早开展水稻耐盐育种研究的国家，印度农家品种M114是典型的耐盐性水稻品种。国际水稻研究所曾对9万余份水稻品种（系）进行耐盐性鉴定，筛选出多份强耐盐的品种（系），例如Nona、Bokra、Pokkali、Pamodar、Jhona349、IR4595-4-1-13、IR4630-22-2-5-1-3、IR9764-45-2-2、IR9884-54-3等。这些材料均被用作水稻耐盐性改良的亲本。

我国于20世纪70年代开始水稻耐盐性改良研究，已取得了一定成果。江苏省农业科学院1980年引进印度高耐盐籼稻农家品种M114，经耐盐性鉴定后定名80-85，在我国北纬35°以南的沿海重盐土区推广种植，效果较显著。江苏省农业科学院还对其保存的1万余份水稻资源进行耐盐筛选，获得了38份耐盐种质。方先文等[6]对这些耐盐水稻资源在高盐浓度（0.8%NaCl）下进行重复鉴定，筛选出6份苗期极端耐盐品种。周汝伦等[7]先后对2730份水稻种质进行耐盐性筛选鉴定，初步得到9份耐盐资源。方良俊等[8]对湛江地区地方水稻品种的耐盐性进行分析，发现地方品种“咸水禾”具有一定的耐盐性。王奉斌等[9]在不同NaCl单盐浓度下，对40份新疆引进或自育的水稻种质资源进行耐盐性鉴定，筛选出6份芽期极端耐盐品种。曾华[10]对辽宁省29个水稻品种的苗期耐盐能力进行评价，发现盐丰47－8、辽盐282、辽粳371、辽盐12、桥201－2、辽盐241等6个品种的苗期耐盐能力较强。贾宝艳等[11]对辽宁省51份水稻种质进行鉴定和筛选，以发芽指数作评价指标，发现辽盐166、奥羽316、珍优2号、珍优1号、辽盐188、沈农9209、四丰43等7个品种具有较高的耐盐性。

殷延勃等[12]对宁夏地区40份水稻种质资源进行鉴定和筛选，发现不同材料间的耐盐能力差异较大。孙公臣等[13]选用不同类型和地区的6个水稻品种在人工加盐的大田条件下进行品种耐盐性试验，结果表明不同品种耐盐能力有较大差异。

上述研究表明，水稻种质资源间的耐盐性存在较大的变异幅度，并用事实证明了水稻耐盐性筛选的可操作性，目前已累计筛选出了70多份耐盐水稻种质。

2 耐盐水稻种质资源的创造

2.1 利用传统育种技术创造新的耐盐种质

传统的育种技术如杂交、理化诱变、组织培养和远缘杂交等，已被广泛用于水稻耐盐性的改良。国际水稻研究所在这些方面做了大量工作：（1）将已筛选确定的耐盐种质作为耐盐亲本与一些具有良好农艺性状的水稻品种杂交，在盐碱地上进行传代筛选；（2）化学诱变（N-甲基-N亚硝基脲）处理感盐品种（台中65），在后代中筛选耐盐突变株；（3）组织（种子、花药、远缘杂种胚）培养与高盐选择相结合，筛选耐盐变异株。此外，还有Dubouzet等[14]利用远缘杂交、胚培养和生物技术等方法，将密穗野生稻的耐盐基因转入栽培稻中，获得了耐盐性较强的杂交后代。

国内方面，周汝伦等以筛选得到的耐盐资源为亲本，进行杂交、诱变处理和盐水筛选，获得耐盐性较好的4个水稻品系204、424、321、322。田少华等[15]以60Coγ射线和叠氮化钠单独或复合处理水稻成熟种子，进行组织培养，将诱导出的愈伤组织在含0.5%～2.0%NaCl的培养基中筛选2次，以750伦琴γ射线照射后再进行耐盐性筛选，从感盐品种IR28中获得了2株耐盐突变株。陈启康等[16]利用耐盐的大米草与水稻进行远缘杂交，获得了耐盐水稻种质，经RAPD分析，耐盐种质携带有大米草的遗传成分。

2.2 利用花粉管通道技术创造新的耐盐种质

花粉管通道法是将异源生物的基因组总DNA借助授粉后产生的花粉管通道导入到受体植物的胚囊中，通过转化受精卵，以期获得整合了异源生物的某些DNA片段的变异种质。由于该技术具有变异频率高、范围广、操作简单、变异性状稳定遗传等特点，已在多种作物上得到了成功的应用。但利用该技术改良水稻耐盐性的研究报道并不多。吕学莲等[17]利用花粉管通道技术将普通野生稻DNA导入到宁夏栽培水稻宁粳23号中，获得4份苗期较耐盐材料。

我国耐盐碱植物种类大约有500种，将这些植物的耐盐基因转移到水稻中，是提高水稻耐盐性的有效途径之一。目前，已有两家研究机构对此做了尝试，并取得了良好成果。辽宁省农业科学院微生物工程中心应用花粉管通道法，将拒盐植物芦苇的基因组DNA导入到水稻品种辽星一号中，后代植株性状发生分离，经过连续2代海水浇灌的田间耐盐筛选，已获得了耐盐转化品系。王丽萍等[18]对该转化品系H5和H6的耐盐性进行研究，结果表明耐盐水稻品系H5和H6的耐盐性强于对照受体辽星一号。湖南省农业科学院水稻研究所与海南大学合作，于2007年冬在海南三亚市应用花粉管通道技术，将耐高盐野生植物芦苇的DNA导入3个水稻品系中，经过5年10季的选育鉴定，获得18个水稻耐盐品系。2012年，将这18个耐盐品系在盐分含量分别为0.1%、0.3%、0.5%的土壤中种植，筛选出了3份表现突出的品系（组合），分别是：海湘030、海湘119和海湘121。这些品系在盐土中的成功试种引发了国内多家媒体甚至国外媒体的关注。

从上述成功的案例可以看出，花粉管通道技术在利用远缘物种的耐盐性（选育）创造耐盐水稻新种质的过程中可以发挥加大作用。

2.3 分子生物学技术的应用

分子生物学技术能定向改造植物的遗传性状，异源物种基因的导入可以打破物种之间的生殖障碍，丰富稻种的基因资源，弥补常规育种方法的不足。科研工作者已经鉴定和克隆出一批耐盐碱相关基因，譬如源自水稻自身的OsMAPK5和HAL2基因（RHL），源于小麦的PMA80和PMA1959基因，源于大麦的水通道蛋白编码基因和HVA1基因，源于大肠杆菌的海藻糖合成基因和TPSP基因，源于海榄雌的Sod1基因，源于水稻及拟南芥 的 转 录 因 子 OsDREB1A、DREB1A、1B、1C、OsDREB1FZFP252、OsbZIP23、CBF3等基因，以及一些其他基因（mtlD/gutD、SOS1、OsNHXl、BADH、SKC1、Os－COIN、OsiSAP8、OsSKIPa等），这些基因的功能大多与糖醇、甜菜碱、脯氨酸、多胺物质、海藻糖、甘油、LEA蛋白等物质合成有关。这些基因的利用已成为耐盐水稻种质创新的重要途径。通过耐盐相关基因的转化，已经获得了一些耐盐性较强的转基因植株。但这些转基因植株的耐盐性鉴定结果大多是相对于对照植株而言，并没有在大田生产中得到实际验证[19]。

目前，借助于分子生物学技术获得的耐盐性水稻新品系有水稻越秀T22-77、越光-SKC1/BADH-12和秀水11-SKC1/BADH-23等。赵阳等[20]获得了2份转OsCDPK7、OsMAPK4基因的耐盐水稻株系。杭州市农科院2009年开始实施国家转基因重大专项“转OsCYP2基因耐盐水稻新品种培育”项目，截至2013年已获得了11个耐盐性较强的转基因水稻株系，在盐度1.2%～1.6%的海水全程灌溉下，部分转OsCYP2基因的水稻株系的结实率达到35%以上。

不可否认，分子生物学技术在水稻耐盐种质的创造中有非常重要的作用。但是要想充分发挥这一技术在生产上的价值，必须首先排除安全隐患，与传统育种技术有机结合，将创新的耐盐种质纳入耐盐水稻新品种的培育计划之中，才有可能取得较好的效果。

3 耐盐水稻种质资源的的利用

3.1 作为育种亲本在耐盐水稻新品种选育上的利用

2013年，辽宁盘锦北方农业技术开发有限公司育成耐盐碱水稻品种“锦稻201”，区试时表现出质优、高产、中抗稻瘟病、耐旱、耐寒、抗倒、耐肥及活秆成熟不早衰等特点，适宜在辽宁、华北及西北中晚熟及晚熟稻区种植。2013年，国际水稻研究所推出44个水稻新品种，其中包括9个耐盐碱品种。目前，这些品种仍在进行测试，希望能在4～5 a内将新品种广泛推广。2014年3月2日《参考消息》报道，美国阿卡迪亚生物科技公司研发出可同时兼具3种优势（耐盐、耐旱、氮高效）的转基因水稻，其中耐盐碱基因来自拟南芥（水芹）；在非洲不同盐碱环境下的测试发现，耐盐水稻的的产量比不耐盐对照增加了42%。

3.2 育成的耐盐新品种在生产上的利用

耐盐水稻品种在生产上推广利用的首列是1945年在斯里兰卡应用的水稻品种Pokkali；第二例是选自印度农家品种Mll4的80-85在我国的引种试验，80-85属感光型籼稻品种，于20世纪80年代在我国北纬35°以南的沿海重盐土地区推广种植[21]。我国科学院东北地理与农业生态研究所的科技人员于2002年在吉林省大安市进行了以耐盐碱优质米水稻品种选育与高抗盐碱高效栽培技术为核心的水稻高产栽培技术的试验推广，示范面积0.97万hm2，平均增产837 kg/hm2。2013年，吉林省在西部盐碱地实施耐盐碱优质高产水稻新品种选育及配套技术研究项目，两处“万亩片”的产量达7 500 kg/hm2。2013年，浙江省慈溪市在0.2万hm2盐碱地上种植耐盐碱的粳稻品种秀水134、秀水321、浙粳88等，平均产量达6750 kg/hm2。2013年，在山东省滨州市无棣县两处重度和中度盐碱荒地种植耐盐碱的水稻品种盐丰47，单位面积收益达75000元/hm2。2014年，湖南省水稻研究所与海南大学合作培育的海湘030在江苏省盐城沿海滩涂地进行了6.7hm2中试试验，成效显著。

4 展望

我国拥有大量的盐碱地资源，为粮食生产提供了充足的后备耕地资源。但是这一资源并不能适宜于直接用于粮食生产，需要从两个方面着手改良：一是采取多种措施将盐碱地淡化处理，使不良耕地资源得以优化，使之成为适合粮食生产的优良耕地资源；另一方面是从作物本身出发，筛选和培育适合盐碱地粮食生产的作物品种。相较于盐碱地淡化处理，作物品种改良可能更易取得成效。就耐盐水稻新品种的培育而言，如前所述，研究人员不仅从水稻自身筛选出了一定数量的耐盐种质，还将传统育种技术与现代生物技术结合起来，克服远缘物种间的生殖障碍，创新了带有异源物种耐盐基因的水稻种质，这些种质已经在盐碱地粮食生产上初步展示了成效，并且仍将发挥更大的作用。

目前，耐盐水稻种植创新面临着以下难题。首先，尽管水稻资源丰富，但其所包含的耐盐种质并不丰富，耐盐水稻新品种培育对耐盐种质选择的余地并不大。其次，转基因技术在新种质的创造中确实有重要作用，但其作用又受到三个方面的限制：（1）耐盐性能受微效基因控制，微效基因必须累计到一定数量后才能发挥较大作用，少量基因转入发挥的作用可能有限；（2）转基因技术能否与传统育种技术有效结合的问题，传统育种技术是一个系统工程，转基因技术能否成为该系统中的一个有效环节，值得认真考虑；（3）转基因口粮的安全性问题。第三，花粉管通道技术既满足了耐盐异源物种向水稻转移耐盐性状的要求，又克服了转基因技术的一些弊病，但是这一技术存在一定的盲目性，需要较大的工作量以及较高的选择压。上述3个方面的难题是每一位从事水稻耐盐育种研究的科学工作者必须思考的问题，期望在今后的工作中能得到一一破解。

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