13份玉米自交系的耐碱性评价

邸宏，刘学

（1．黑龙江八一农垦大学寒地作物种质改良与栽培重点实验室，黑龙江大庆1633192；2．东北农业大学农学院，黑龙江哈尔滨150030）

13份玉米自交系的耐碱性评价

邸宏1，2，刘学2

（1．黑龙江八一农垦大学寒地作物种质改良与栽培重点实验室，黑龙江大庆1633192；2．东北农业大学农学院，黑龙江哈尔滨150030）

为明确不同玉米骨干自交系的耐碱性级别，从中选出适合创制遗传分析群体的亲本，同时筛选简便高效的玉米耐碱性鉴定方法，以分属不同类群的13份骨干玉米自交系为试材，采用盆栽种植Na2CO3溶液浇灌方法，检测苗期的表型和生理生化指标及全生育期产量，比较苗期表型指标检测法、标准差系数赋予权重法和全生育期产量表现评价法3种方法的综合评价结果。结果表明，综合3种评价方法鉴定结果，P138属于高度耐碱材料，B73和郑58属于耐碱材料，K10、东46、黄早四和齐319属于中度耐碱材料，合344、东156、U8112和龙抗11属于碱敏感材料，吉853和Mo17属于碱高度敏感材料；苗期利用苗情、株高、干重和鲜重变化率4个表型指标评价的结果与全生育期产量鉴定评价结果呈极显著正相关，苗期表型指标评价方法操作简便，试验周期短，是较好的玉米耐碱性鉴定方法。

玉米；耐碱性；自交系

全球盐碱土面积约占耕地总面积的20%，我国现有盐碱地面积约1亿hm2，占国土总面积的10．3%，其中东北粮食主产区尤其是黑龙江省松嫩平原西部的大庆、齐齐哈尔、绥化肇东等地区盐碱化更为严重［1－3］。玉米对盐碱中度敏感，加之生殖障碍和遗传资源狭窄，通过常规育种方法提高玉米的耐盐碱能力十分有限。碱害是盐碱地重要的限制因素之一，因此研究玉米的耐碱机制、分离重要的耐盐基因、培育耐碱玉米新品种，对于全球农业发展及生态环境改善都具有重要意义，而这些研究工作必须首先创建适合的遗传研究群体和准确的耐碱性鉴定方法。

目前关于玉米种质资源耐碱性评价的文献相对较少，常用的耐碱性鉴定方法主要有发芽期筛选法、苗期盆栽鉴定法、大田鉴定法等［4－7］，采用的评价指标包括发芽率、幼苗表型、生理生化指标及产量等。上述研究方法中盆栽鉴定能够最大限度地保证环境条件的一致性，而产量表现是公认的鉴定指标。研究者利用的鉴定方法不一致，往往导致同一材料耐性级别不同，给同类研究之间的比较带来不便。为明确玉米骨干自交系的耐碱性级别，筛选简便高效的玉米耐碱性鉴定方法，笔者等以13份不同类群的骨干玉米自交系为材料，采用盆栽鉴定方法，结合苗期耐碱性相关表型指标、生理生化指标和全生育期产量测定结果综合评价其耐碱性，旨在筛选出耐碱性差异显著且符合杂种优势模式的自交系，用于下一步创制耐碱性遗传分析群体，同时筛选简便高效的玉米耐碱性鉴定方法，用于玉米资源鉴定和遗传分析中的表型检测。

1材料与方法

1．1试验材料

选择13份分别来自Lancaster、BSSS、SPT、 PA、PB和地方种质的玉米骨干自交系为供试材料［8］，其中，B73耐盐碱［5］，作为耐碱性鉴定的对照材料。种子均为2013年10月收获，并采用《国家种子检验规程》中GB／T3543．4－1995技术规定的发芽方法进行发芽试验［9］，测定原始发芽率均为90%以上（表1），供试材料均由东北农业大学玉米研究所提供。

表1 13份供试玉米自交系的系谱来源及原始发芽率Table 1 Pedigree and original germination rate of thirteen maize inbred lines

1．2试验方法

试验分为苗期和全生育期耐碱性鉴定，处理和对照均按照随机区组设计，3次重复，每个重复30株幼苗。

1．2．1苗期表型指标检测法 选取饱满一致的供试玉米材料种子，用10g／L次氯酸钠消毒20min，灭菌蒸馏水冲洗3遍，待种子萌发后将其移至装有蛭石的塑料盆中培养幼苗，每盆定苗10株，幼苗长至3叶一心期，每天用含35mmol／L Na2CO3的1／2 Hoagland溶液处理（属于中高度碱胁迫），以1／2 Hoagland营养液浇灌为对照。浇灌量为蛭石持水量的2倍，持续处理7d。每处理结束时随机选择8株幼苗，观察幼苗表现，测定株高、干重、鲜重、含水量，并计算指标碱胁迫与正常营养液处理的变化率。采用相关分级标准［6］（表2）进行耐碱性分级。

表2 玉米苗期耐碱性评价标准Table 2 The evaluation standard for alkali tolerance of maize seedlings

1．2．2标准差系数赋予权重法 采用上述同样方式Na2CO3溶液胁迫处理幼苗7d，测定株高、干重、鲜重、含水量、丙二醛、脯氨酸和叶绿素含量［4－5］，利用标准差系数赋予权重法进行各指标耐盐性综合评价［6］。首先运用隶属函数对各指标进行标准化处理：

式中，Xj表示j指标的测定值，Xmax、Xmin分别为j指标的最大值和最小值。

然后采用标准差系数法计算标准差系数Vj：

归一化后得到各指标的权重系数Wj：

最后计算各材料的耐盐性综合评价值D值（D值越大表明该材料耐盐性越强）：

式中，D值为各材料在盐胁迫下用综合指标评价所得的耐碱性综合评价值。根据各材料各指标的隶属度对材料进行聚类分析，通过聚类分析结果对材料进行耐碱性分级。

1．2．3全生育期检测方法 精选饱满一致供试玉米材料种子，采用盆栽种植的方式播种于体积约为30L（规格）的塑料桶内，每桶播3～5粒种子，播后浇水至有水渗出，出苗后每桶保留1株。从3叶一心期开始用35mmol／L Na2CO3溶液灌浇处理，以清水灌浇为对照。保持土壤含水量不低于田间持水量的55%，3d浇灌1次，直至成熟。收获后每份材料随机取5穗，待籽粒含水量降至14%测量平均穗重。根据各材料在碱处理条件下的产量，参照柳斌辉等［7］的方法计算其耐碱指数，并进行耐碱性分级，耐碱指数≥1．20为高耐，1．00～1．19为耐碱，0．80～0．99为中耐，0．60～0．79为敏感，耐碱指数≤0．59为高感。

2结果与分析

2．1苗期表型性状法评价的玉米自交系耐碱性

从表3看出，苗期碱胁迫下，各玉米自交系材料间株高变化率、干重变化率和鲜重变化率差异显著。根据苗期耐碱性评价标准，玉米自交系P138、B73和郑58的耐碱级别为2级，属于耐碱材料；K10、东46、黄早四和齐319的耐碱级别为3级，属于中度耐碱材料；合344、东156、U8112、吉853和龙抗11的耐碱级别为4级，属于碱敏感材料；Mo17的耐碱级别为5级，属于碱高度敏感材料。

进一步对苗情及株高、干重和鲜重变化率4个评价指标的鉴定结果进行相关性分析，以明确上述评价指标的选择是否科学合理以及指标之间的关系。结果（表4）表明，4个指标间存在着极显著的正相关，其中，鲜重变化率与株高变化率及干重变化率的相关系数最大，均为0．970；苗情与鲜重变化率的相关系数最小，为0．872：但相关性均达极显著水平。表明，这4个评价指标对供试材料耐碱性分级的结果基本一致，均适用于玉米耐碱性评价。

2．2苗期表型性状和生理生化指标法评价的玉米自交系耐碱性

依据苗期株高、鲜重、干重、含水量等表型指标，以及叶绿素、丙二醛、脯氨酸等耐碱相关生理生化指标检测结果，参照李源等［6］的标准差系数赋予权重法对供试的13份材料进行耐碱性评价，结果（表5）表明，吉853的耐碱性最弱。

通过进一步的聚类分析对材料进行耐碱性分级（图示），13份供试材料的耐碱性从强到弱被分为5组，其中：B73、P138和郑58为高度耐碱材料，齐319和东46为耐碱材料，黄早四和龙抗11为中度耐碱材料，K10、U8112和Mo17为碱敏感材料，合344、东156和吉853为碱高度敏感材料。界于0．80～0．99，耐碱级别为3级，属于中度耐碱材料；合344、东156和龙抗11耐碱指数界于0．60～0．79，耐碱级别为4级，属于碱敏感材料；U8112、吉853和Mo17耐碱指数均小于0．59，耐碱级别为5级，属于碱高度敏感材料。

表3 利用苗期表型指标鉴定玉米耐碱性的结果Table 3 Alkali tolerance of maize seedlings identified by phenotype indexes

表4 苗期4个评价指标鉴定结果的相关性Table 4 Correlations among four different evaluation indexes of maize seedlings

表5 标准差系数赋予权重法对13份玉米材料耐碱性的评价结果Table 5 Alkali tolerance of 13maize inbred lines evaluated by the weighted method

图示13份玉米自交系耐碱性的分级聚类Fig． Classification clustering of alkali tolerance of 13maize inbred lines

2．3全生育期产量表现法评价的玉米自交系耐碱性

以全生育期单株产量为指标，利用耐碱指数对供试材料进行耐碱性评价。结果（表6）表明，13份材料分为5个不同级别，其中，P138耐碱指数大于1．2，耐碱性级别为1级，属于高度耐碱材料；B73和郑58耐碱指数界于1～1．19，耐碱级别为2级，属于耐碱材料；K10、东46、黄早四和齐319耐碱指数

表6 全生育期产量表现法玉米耐碱性鉴定结果Table 6 Alkali tolerance of 13maize inbred line identified by yield performance during whole growth period

本研究根据文献报道［6］选择耐碱材料B73作为对照，因此B73的耐碱指数设定为1。Mo17对碱胁迫极其敏感未能结实，因此无法测量单株产量，其耐碱指数为0。

2．4 3种方法供试材料耐碱性评价结果的相关性

将苗期表型评价法和苗期标准差系数赋予权重法获得的玉米耐碱性鉴定结果，与全生育期产量表现测定的耐碱级别分别进行相关性分析，结果表明，苗期鉴定2种评价方法的结果与全生育期鉴定结果相关系数分别为0．939和0．835，且相关性均达极显著水平。大田鉴定法（全生育期产量鉴定法）最为准确，但鉴定时间长，不适宜大量材料的鉴定，因此针对苗期鉴定的2种方法分别与大田鉴定法进行相关分析，相关性高，表明结果吻合程度好。由此可见，本研究中采用的2种苗期评价方法均能够客观有效地反映玉米耐碱性，但比较来说，利用苗情、株高和干重变化率和鲜重变化率等表型在苗期进行盆栽鉴定的方法，操作简便，试验周期短，是最佳的玉米耐碱性鉴定方法。

3讨论与结论

玉米是盐碱中度敏感作物，在盐碱胁迫下受伤害严重，由于目前耐盐碱性较强的玉米种质较少，同时不同研究人员鉴定的相同材料耐盐碱差异也较大，例如自交系oh43若采用苗期盆栽耐盐鉴定，鉴定结果为耐盐［10］；采用大田鉴定法鉴定，鉴定结果则为敏感［11］。芽期鉴定法［7］虽然操作简单且鉴定周期短，但是只能鉴定出不同材料芽期的耐盐碱性，与后续不同生育时期耐盐碱性的相互关系仍然不明确。大田鉴定方法［11］直观可靠，但易受气候条件的影响，而且土壤中盐碱分布不均也会对鉴定结果造成影响。考虑到盆栽试验易于控制环境条件，且有报道表明盆栽耐盐碱胁迫的鉴定结果与大田鉴定结果基本一致［12］，因此本研究采用盆栽条件下苗期与全生育期2种处理条件下3种不同评价方法，对13份来自不同类群的代表性骨干玉米自交系进行耐碱性鉴定。依据3种评价方法的结果综合分析表明，P138属于高度耐碱材料，B73和郑58属于耐碱材料，K10、东46、黄早四和齐319属于中度耐碱材料，合344、东156、U8112和龙抗11属于碱敏感材料，吉853和Mo17属于碱高度敏感材料。依据杂种优势模式和耐碱性级别，可以将上述不同类群的玉米自交系作为创建玉米耐碱性遗传群体的亲本材料。

3叶一心期是玉米对水分胁迫最敏感的时期［10］，本试验的胁迫处理均是在3叶一心期开始进行。由于碱胁迫对玉米的影响涉及到一系列生理生化反应，研究者多采用叶绿素、丙二醛、脯氨酸、SOD酶等生理生化指标作为评价植物耐盐碱性的依据［11，13］，但这些指标的检测耗时费力，且由于取样部位、检测时间等因素导致实验误差较大。本研究结果表明，选用苗情、株高、干重和鲜重等与植物生长相关的表型指标作为评价指标，通过各指标变化率评价玉米的耐碱性，该方法具有操作性强、周期短、操作简单、效率高等优点，而且鉴定结果与全生育期鉴定结果极显著相关，适宜大量材料的耐碱性筛选。

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（责任编辑：姜 萍）

Alkali Tolerance of Thirteen Inbred Lines in Maize

DI Hong1，2，LIU Xue2
（1．Key Laboratory of Crop Germplasm Improvement and Cultivation in Cold Region，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing，Heilongjiang 163319；2．Agricultural College，Northeast Agricultural University，Harbin150030，China）

The alkali tolerance of 13different key maize inbred lines planted in pots irrigated with Na2CO3solution was comprehensively evaluated by seedling phenotype index，physiological and biochemical indexes，and yield performance during whole growth period to explicit the alkali tolerant level of different key maize inbred lines，select population parents for genetic analysis and screen the simple and efficient method for identification of maize alkali tolerant．Results：P138is of high alkali tolerance．B73 and Zheng 58are of alkali tolerance．K 10，Dong 46，Huangzaosi and Qi 319are of moderate alkali tolerance．He 344，Dong 156，U 8112and Longkang 11are sensitive to alkali．Ji 853and Mo 17are high sensitive to alkali．There is a very significant positive correlation between alkali tolerance of 13different key maize inbred lines evaluated by four phenotype indexes of seedling status，height，dry weight and fresh weight and the results identified by yield performance during whole growth period，which indicates that the phenotype index evaluation method with the advantages of easy operation and shorter test cycle is a good method to identify maize alkali tolerance．

maize；alkali tolerance；inbred line

S513

A

1001－3601（2016）02－0054－0015－05

2015－06－20；2016－01－27修回

黑龙江省寒地作物种质改良与栽培重点实验开放课题资助项目（CGIC201202）；黑龙江省留学归国人员科学基金（LC201411）

邸 宏（1974－），女，教授，博士，从事玉米转基因及环境安全性评价研究。E－mail：dihongdh＠163．com