粳稻种质资源芽期耐盐性综合评价与筛选

田蕾 陈亚萍 刘俊 马晓刚 王娜 杨兵 李莹 郭海东 李娟 胡慧 张银霞李培富

(宁夏大学 农学院， 银川 750021； *通讯联系人，E-mail：peifuli@163. com)

粳稻种质资源芽期耐盐性综合评价与筛选

田蕾 陈亚萍 刘俊 马晓刚 王娜 杨兵 李莹 郭海东 李娟 胡慧 张银霞李培富*

(宁夏大学 农学院， 银川 750021；*通讯联系人，E-mail：peifuli@163. com)

【目的】土壤盐渍化是危害水稻生产的重要非生物胁迫之一。鉴定水稻种质资源发芽期耐盐性，筛选耐盐指标，培育耐盐品种，对水稻生产的发展具有重要意义。【方法】利用125 mmol/L NaCl溶液对64份粳稻种质资源进行盐胁迫，于胁迫后3 d测定发芽数；胁迫5 d、10 d后，测定发芽数、芽长和根长，并计算相对芽长、根长、发芽势、发芽率、盐害率，发芽指数和活力指数。运用多种统计学方法对各种质资源的芽期耐盐性进行综合评价，分析典型耐盐和盐敏感种质盐胁迫条件下的发芽特征。【结果】相对盐害率与相对根长、相对发芽势、相对发芽率、发芽指数和活力指数均极显著负相关；除相对芽长外各指标间的相关性均达到极显著水平。通过聚类分析将64份粳稻种质资源划分成4个类群。第Ⅰ、Ⅳ类群分别为典型的盐敏感和耐盐类群，第Ⅱ类群为弱耐盐种质为主的混合类群，第Ⅲ类群主要由耐盐种质组成。通过主成分分析将7个评价指标转换为3个主成分，应用隶属函数和权重，获得了客观评价粳稻种质资源耐盐性的综合评价值 D。分别选取D值最高和最低的5份种质资源进行芽期耐盐指标的差异显著性分析，结果表明，两组种质资源盐胁迫5 d的各评价指标差异均达到极显著水平，10 d的评价指标除相对芽长外，均达到了显著差异水平。【结论】水稻芽期对盐胁迫较为敏感，且耐盐性不同的种质间差异显著。利用逐步回归和主成分分析获得发芽指数、相对根长和相对盐害率3个指标，可作为快速鉴定粳稻种质资源芽期耐盐性的重要指标，若采用多元统计方法评价可靠性更高。

水稻；种质资源；芽期耐盐性；主成分分析；综合评价

盐碱土在世界范围内分布广泛，遍及6大洲的100多个国家，总面积已达10亿hm2[1-3]。近年来随着气候变暖、化肥的大量施用以及不合理灌溉等农业措施的影响，世界约20 %的农业用地盐碱化程度表现出不断加剧的趋势[4-5]。中国盐碱土面积庞大，种类丰富，总面积约为9913.3万 hm2[6]。土壤盐渍化已成为全球性的资源与生态问题，对作物的生长、发育造成严重影响，制约了我国农业生产的发展。

水稻(Oryza sativa L.)为一年生禾本科植物，是全世界一半以上人口的主要食物来源[7]，是一种盐敏感作物[8]，其芽期耐盐性是盐渍土条件下水稻稳产的重要影响因素[9]。我国东北、西北和华北的内陆干旱和半干旱地区以及长江以北的滨海盐碱稻作区，水稻秧田和直播田在种子萌发阶段易受到盐碱的危害，导致发芽势降低、发芽不齐、芽尖枯黄和弯曲，甚至死亡，严重影响了水稻生产。为确保盐碱地内水稻的安全生产，创制耐盐新种质、对其发芽期耐盐性的研究显得尤为重要。

盐胁迫对水稻发芽期的影响主要表现在对发芽速度、整齐度及生长状态的抑制[10]。郭望模等[11]研究发现，不同浓度的NaCl、品种特性以及NaCl浓度和品种间的互作对发芽都有极显著的影响。贾宝艳等[12]研究发现随着NaCl浓度的上升，水稻种子发芽率降低，发芽时间明显推迟，且材料间差异很大。Wang等在对1个水稻重组自交系群体的芽期耐盐性评价中发现，水稻种子萌发初期(0～5d)可能对盐胁迫更加敏感[13]，各家系的耐盐相关指标差异较后期更大。Chen等[14]研究发现，盐胁迫会明显降低水稻种子的发芽率，使芽长和根长与空白对照相比显著缩短。Hasthanasombut等[15]的研究结果也类似。近年来，国内外学者在水稻发芽期耐盐性鉴定方面开展了大量工作[9-16]，提出了发芽指数法，筛选出一些耐盐性强的优异种质，并应用于育种实践。但前人的研究多是对几个水稻芽期耐盐指标的简单分析，在利用统计学方法评价水稻芽期耐盐性方面，多采用聚类[12]、隶属函数[16]等方法进行简单分析，利用多元统计方法综合评价水稻芽期耐盐性的报道较少。本研究以国内外具有广泛代表性的64份粳稻种质资源为试验材料，采用发芽指数法，应用主成分、隶属函数和逐步回归等方法进行各种质资源芽期耐盐性的综合评价，以期筛选芽期耐盐水稻种质，初步阐明水稻发芽期的耐盐机制，为水稻耐盐育种提供优异资源和理论支持。

1 材料与方法

1.1试验材料

64份粳稻种质资源由宁夏大学农学院遗传育种实验室李培富教授提供，其中，源自亚洲38个、欧洲19个、大洋洲4 个、美洲2 个、非洲1 个(表1)。

1.2试验方法

试验于 2015年在宁夏大学农学院遗传育种实验室进行。将各种质资源种子置于42℃恒温培养箱内处理 2 d，以充分打破种子休眠。每份种子分别选取成熟度好、整齐、饱满的种子 50粒，均匀地置于底部铺有 2层无菌滤纸的黑色育苗盘(28 cm×56 cm)中，每份种质1穴，每盘32穴，每穴直径6 cm。用5 %次氯酸钠溶液浸泡30 min对种子进行消毒，蒸馏水冲洗3～5次。设置对照组(蒸馏水)和盐胁迫组(NaCl溶液)两个处理，每处理3个重复。黑色育苗盘用塑料盘垫底，每盘加入800 mL 处理液后用塑料保鲜膜密封，放入智能人工气候箱(HP1500GS型，武汉瑞华仪器设备有限公司)中进行发芽培养，培养条件为28℃下光照12 h，26℃下暗培养12 h。每天进行溶液更换以保证胁迫浓度的稳定，胁迫处理10d。

为了选择最佳的盐胁迫浓度，根据各种质资源在宁夏石嘴山市平罗县西大滩盐碱地改良示范基地盐碱直播田中的出苗率，选择了3份出苗率较高的种质 OB22(漾濞光壳陆稻)、OB23(Bertone)和OB28(Galhardo)，出苗率分别为 88.9%、83.3%和81.9%，作为芽期耐盐种质；3份出苗率较低的种质OB1(合江 21)、OB12(Rizzotto)和 OB18(荒木)，出苗率分别为 19.4%、25.0%和 29.2%，作为芽期盐敏感种质。设置NaCl浓度梯度为0、50、100、125、150、175、200 mmol/L 进行预实验，筛选最佳NaCl浓度用于64份种质资源芽期耐盐性评价。

表1 64份粳稻种质资源名称、来源、综合评价值及排名Table 1. Origin and names of 64 japonica rice germplasm and their D values,comprehensive ranking.

1.3测定指标

以种子胚根达到 1 mm 长为发芽标准[17]，在NaCl胁迫3、5、10 d时调查各处理的发芽数，胁迫5、10 d时调查各处理的芽长和根长。以相对芽长、相对根长、相对发芽势、相对发芽率、相对盐害率、发芽指数和活力指数作为发芽期耐盐性的评价指标，对各种质资源的芽期耐盐性进行评价，其中发芽指数用盐胁迫3、5、10 d的发芽数进行计算。

发芽势(%)=(培养 5 d种子发芽数/供试种子粒数)×100

相对发芽势(%) =(NaCl处理种子发芽势/空白对照种子发芽势)×100；

发芽率(%)=(培养10 d种子发芽数/供试种子粒数)×100；

相对发芽率(%)=(NaCl处理种子发芽率/空白对照种子发芽率)×100；

相对芽长(%)=(NaCl处理种子芽长/空白对照种子芽长) ×100；

相对根长(%)=(NaCl处理种子根长/空白对照种子根长) ×100；

相对盐害率(%)=[(对照发芽率－处理发芽率)/对照发芽率]× 100；

发芽指数 GI=∑(Gt/Dt)，(Gt指第 t天种子发芽数，Dt指相应发芽天数)；[17,18]

活力指数VI=GI×S，(S指种苗生长量，为胁迫10 d的根长)[19]。

1.4数据统计分析

使用Excel 2013整理试验数据，利用SPSS 19.0和SAS 9.2软件对7个水稻芽期耐盐相关性状指标进行独立样本t检验、相关性、差异显著性、聚类、主成分和逐步线性回归分析，利用隶属函数和标准差系数赋予权重法进行耐盐性的综合评价，相关指标计算公式及方法参照文献[20-21]。

1.4.1 粳稻种质资源各综合指标的隶属函数值隶属函数值计算公式：

式中Xj表示第j个综合指标，Xmin、Xmax为所有参试材料某一指标的最小值和最大值。1.4.2 各综合指标的权重

式中，Wj表示第j 个综合指标在所有综合指标中的重要程度即权重；Pj代表经主成分分析所得到各粳稻种质资源第j 个综合指标的贡献率。

1.4.3 粳稻种质资源综合耐盐能力

式中，D值表示各粳稻种质资源在盐胁迫下由综合指标评价所得到的发芽期耐盐性综合评价值。

2 结果与分析

2.1粳稻种质资源芽期耐盐性评价盐胁迫最适浓度筛选

对3个芽期耐盐和3个芽期盐敏感种质资源进行不同浓度NaCl溶液胁迫后发现，随着NaCl浓度的提高，各种质资源的7个芽期耐盐相关指标均显著降低。除100 mmol/L NaCl溶液胁迫10 d 的相对根长和活力指数外，两类种质资源各芽期耐盐相关指标在较低的NaCl浓度(0、50、100 mmol/L)和较高的浓度(175、200 mmol/L)下，差异均未达到极显著水平；而125 mmol/L NaCl浓度下，二者之间各芽期耐盐相关指标差异均达到极显著水平(表2)，故选择该浓度对64份粳稻种质资源的芽期耐盐性进行评价。

2.2粳稻种质资源盐胁迫条件下芽期各评价指标表现

t检验结果表明，各种质资源的7个芽期耐盐相关性状在盐处理条件下与空白对照相比，均表现出极显著的差异(表3)。t值均为正值，表明与空白条件下相比，盐胁迫严重影响了水稻种子的萌发，各指标的表型值均明显下降。除盐胁迫10 d的相对根长外，各指标均表现出较大的分布范围，表明这些指标在各种质资源间存在着较大的变异。其中，盐胁迫5 d相对发芽势和相对盐害率的分布范围最广，分别为0.8%～100.0%和0.0%～99.2%。

2.3粳稻种质资源盐胁迫条件下芽期各评价指标与苗期耐盐级别的相关分析

与正常培养条件相比，盐胁迫下水稻种子萌发的形态学特征有不同程度的变化，通过形态生理指标间的相关性分析可揭示指标间是否存在依存关系及相关关系的方向与强度[22]。本研究前期已完成64份粳稻种质资源苗期耐盐性评价[23,24]，利用苗期耐盐级别(STS)与芽期各评价指标进行相关性分析。由表4可以看出，相对盐害率与相对根长、相对发芽势、相对发芽率、发芽指数和活力指数均呈极显著负相关，其中相对盐害率与发芽指数的相关系数最大，为－0.860；相对芽长与其他指标间的相关性未达到显著水平。苗期耐盐级别与相对芽长、相对根长、相对发芽势、发芽指数均呈显著正相关，与活力指数呈极显著正相关。

根据芽期各指标间相关分析，我们发现多个评价指标间存在极显著相关性，会使其提供的信息发生重叠，各指标变化幅度参差不齐，且发挥作用的大小也不相同。水稻耐盐性是一个复杂的综合性状，直接利用单项指标不能准确、直观地进行耐盐性评价，可利用主成分分析对供试粳稻种质资源芽期耐盐性进行深入的综合评价。

2.4粳稻种质资源盐胁迫条件下芽期耐盐性的综合评价

2.4.1 主成分分析

对7个水稻芽期耐盐单项指标进行主成分分析(表 5)，CI1、CI2两个主成分的特征值分别为 4.37和1.20，均大于1，其贡献率分别为62.5%和17.1%，表明第一主成分能够提供原变量综合信息的一半以上。第一、二、三主成分的累计贡献率为91.6%，已对大多数指标作了充分的概括，因此，提取了 3个主成分，将原有的7个芽期评价指标转换为3个新的相互独立的综合指标，来代表原始指标携带的绝大部分信息。

表2 典型耐盐和盐敏感粳稻种质资源在不同浓度NaCl胁迫条件下芽期各评价指标表现Table 2. Phenotypic values of typical salt-tolerant and sensitive rice germplasm accessions under different NaCl concentrations at seed germination stage.

表3 粳稻种质资源盐胁迫条件下芽期各评价指标均值及分布范围Table 3. Performance of salt tolerance-related traits of 64 rice germplasm accessions at seed germination stage

由表6可知，在第一主成分中，相对发芽势(X3)、相对发芽率(X4)、发芽指数(X5)和相对盐害率(X7)的载荷绝对值较高，均在0.4以上，是第一主成分中的主要作用因子；第二主成分中，相对芽长(X1)、相对根长(X2)的载荷绝对值较高，分别为 0.707和0.490；相对芽长(X1)、相对根长(X2)和活力指数(X6)为第三主成分的主要作用因子。综合3个主成分所携带的信息，可用相对发芽势、相对发芽率、发芽指数及相对盐害率4个指标来概括7个指标中的大部分信息。

2.4.2 隶属函数及粳稻种质资源芽期耐盐性综合评价

利用综合指标值(CI1-CI3)和公式(1)分别计算64个粳稻种质资源的隶属函数值u(Xj)。对于同一综合指标如CI1而言，盐胁迫处理下，OB34(Daniela)的u(X1)最大，其值为1，表明此种质在主成分一表现为耐盐性最强，而 OB15(宁粳 16)的u(X1)最小，其值为 0，表明该种质在这一综合指标上表现为耐盐性最差。依据芽期各综合指标贡献率的大小利用公式(2)求出芽期3个综合指标的权重，分别为0.682、0.187和0.131。利用公式(3)以隶属函数u(X1)、u(X2)和u(X3) 结合权重处理并累加得到综合评价 D值(表1)，并依此进行芽期耐盐性的排名。

表4 盐胁迫处理下水稻芽期各单项指标与苗期耐盐级别的相关系数矩阵Table 4. Correlation matrix of each single index of rice seed germination and salt tolerance score under salt stress.

表5 各综合指标的特征值及贡献率Table 5. Eigen values and proportion of comprehensive indexes [Clx].

表6 各因子载荷矩阵Table 6. Loading matrix of each component.

综合评价值 D的大小客观反应了各粳稻种质资源芽期耐盐能力的大小，数值越大说明耐盐能力越强。分别选取综合排名前5名和最后5名作为高D值种质资源和低D值种质资源，即OB34(Daniela)、OB37(Gostima)、 OB45(Hrborio Cyauco)、 OB35(Arborio)和OB41(Rossi)，其D值均在0.820以上，排名第一的Daniela芽期综合耐盐能力最强；低D值种质资源为OB30(辽丰8号)、OB64(ARC7042)、OB48(嘉农 485)、OB1(合江 21)和 OB15(宁粳 16)，D值均在0.370以下，耐盐性相对较弱。其中，宁粳16号芽期综合耐盐能力最弱。

2.5粳稻种质资源芽期耐盐性形态指标聚类分析

以D值为依据将64份粳稻种质资源进行类群划分：D值范围在0.211～0.510之间有10份种质，为盐敏感种质；D值范围在0.511～0.650之间有23份种质，为弱耐盐种质；D 值范围在 0.651～0.750之间有 21份种质，为耐盐种质；D值范围在0.751～0.961之间有10份种质，为高度耐盐种质。为验证用D值评价水稻芽期耐盐性的效果，用除相对芽长以外的6个形态指标数据，参照戴海芳等[20]的方法进行系统聚类分析，发现在欧氏距离1.08处可划分为两大类群，分别为第Ⅰ类群和由Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组成的混合类群；在欧氏距离0.87时可将混合类群细划为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 3个类群(图1)。

图1 基于6个芽期耐盐指标的64份粳稻种质资源聚类分析结果Fig. 1. Cluster analysis of 64 rice germplasm based on the six salt response indexes.

第Ⅰ类群为盐敏感类群，包括 OB1、OB30、OB19、OB31、OB64、OB48和 OB15，这 7 份种质资源的D值均小于0.50，皆为盐敏感种质，原产地均在亚洲，在盐胁迫条件下，该类群种质受到抑制最为明显。

第Ⅱ类群为弱耐盐种质为主的混合类群，包括8份弱耐盐种质和3份盐敏感种质，除OB27、OB18和OB5以外，均为弱耐盐种质，其D值分布范围为0.484～0.548。第Ⅲ类群为中度耐盐类群，由34 份种质组成，包括2个高度耐盐种质，17个耐盐种质和15个弱耐盐种质，D值分布范围在0.570～0.795之间，是耐盐种质相对集中的1个类群。第Ⅳ类群为高度耐盐类群，包括8个高度耐盐种质和4个耐盐种质，D值分布范围为0.702～0.961，具有较强的耐盐性。除盐敏感类群均来自亚洲外，未发现芽期耐盐性与种质来源、地理分布有明显的相关性。

2.6低D值种质资源与高D值种质资源各指标的差异显著性分析

由于发芽率与发芽势都可表示为一定条件下第n天的发芽种子数占供试种子数的百分率，因此在对高(低)D值种质资源各指标差异显著性分析时统一记为相对发芽率。对5份高D值种质资源、5份低D值种质资源的7个芽期耐盐相关指标分别进行方差分析，F值的分布范围为3.35～674.90；除盐胁迫10 d的相对芽长P值为0.078之外，其他各指标P值均小于0.001。利用最小显著差异法(LSD)进行多重比较，结果表明，盐胁迫5 d后，低D值种质资源和高D值种质资源的各指标均表现出极显著差异(图2)，尤其是相对盐害率二者差异最为明显。盐处理10 d后，相对芽长的差异未达到显著水平，其他各指标均表现为极显著差异。表明两类种质在盐胁迫5 d时已有显著差异，主要表现在发芽速度的快慢，芽和根系伸长的程度等方面，随着发芽时间的延长，发芽率和芽长的差异逐渐减小，主要表现为根系伸长的差异(图2-A～B)。

图2 125 mmol/L NaCl 胁迫下典型耐(敏)盐粳稻种质资源芽期形态指标表现Fig. 2. Morphology indexes of typical salt tolerant andsensitive japonica rice germplasm at germination stage under salt stress.

2.7水稻芽期和苗期高度耐盐种质资源筛选

芽期耐盐性综合排名7、8的漾濞光壳陆稻和湟罗表现出很强的芽期耐盐性(图3-A、表1)，其盐胁迫10 d 的相对根长分别为7.8%和8.1%，发芽指数分别为14.6和14.5，相对盐害率分别为1.0%和2.0%；它们的苗期耐盐性也很出色，耐盐级别分别为6.3和6.6。此外，综合排名14的Bertone也是一个苗期高度耐盐种质，耐盐级别7.5[24]，125 mmol/L NaCl胁迫6 d，仅第1、2叶萎蔫，有3～4片完整的绿叶(图3-B)，可作为水稻耐盐育种的优良供体亲本。

2.8回归模型的建立及芽期耐盐主要评价指标筛选

利用已获得芽期耐盐综合评价D值和7个芽期耐盐相关指标，建立可用于水稻芽期耐盐性评价的数学模型，把D值作为因变量，把各单项指标作为自变量进行逐步回归分析，建立最优回归方程：D=－0.083+0.025X5+0.033X2+0.002X4+0.001X1。方程相关系数R=0.993，决定系数R2=0.985，F值为978.606。由方程可知，7个指标中有4个指标对水稻芽期耐盐性有显著影响，分别是X5(发芽指数)、X2(相对根长)、X4(相对发芽率)和X1(相对芽长)，它们与D值均呈极显著相关，P值除相对芽长为0.007外均小于0.001。结合这4个指标的偏回归系数，发芽指数和相对根长可作为水稻芽期耐盐性评价的关键指标。

3 讨论

3.1盐胁迫对不同耐盐性水稻种子萌发的影响

植物种子在萌发期受到盐胁迫时，发芽时间会延迟，发芽率降低，生育进程受到抑制[11,25]。肖文斐等[10]在对31个籼稻品种的芽期耐盐性评价中发现，各品种在9 g/L NaCl溶液处理下发芽起始时间明显延迟，发芽变缓，发芽指数和活力指数均显著降低。本研究在对64份粳稻种质资源的芽期盐胁迫中发现，与空白对照相比，各种质的发芽起始时间普遍延迟了0.5～1.5 d，发芽时间均比空白对照的3～4 d延长了1 d以上，该现象在盐敏感种质中更为明显。如OB48(嘉农485)在盐胁迫10 d时相对发芽率仅为58.9 %，其种子萌发受到了很大程度的抑制。崔江慧等在对10份高粱材料的盐处理时发现，侧根盐害率的变化最大，表明侧根的发生和伸长对盐胁迫最敏感[26]，水稻中也有类似的报道[13]。本研究中，各种质资源10 d的相对根长分布范围为0.6 %～13.4 %(表3)，根的伸长受到了很严重的影响，典型耐盐种质的相对根长极显著大于盐敏感种质(图2-B)；而10 d的相对芽长分布范围为7.3 %～40.7 %，表明水稻种子萌发时根的伸长对盐胁迫最为敏感，芽次之，这与前人的研究结果一致。

图3 125 mmol/L NaCl胁迫条件下典型耐盐和盐敏感水稻种质资源的表现型Fig. 3. Phenotypes of two salt tolerant rice germplasm accessions and two salt sensitive rice germplasm accessions under 125 mmol/L NaCl for five and six days,respectively in germination and seedling stages.

3.2水稻芽期耐盐性评价关键指标的选择

作物种子萌发期进行耐盐评价时，发芽势、发芽率、芽长、根长、发芽指数、活力指数等是常用的耐盐评价指标[27]。众多学者利用上述指标及其相对值对水稻[9-16]、高粱[26,28]、偃麦草[27]、小麦[29]和苜蓿[18]等作物的芽期耐盐性开展了大量研究，但对芽期耐盐评价的关键指标未达成统一的结论。贾宝艳等[12]认为，发芽指数、发芽率和相对受害率是衡量水稻芽期耐盐能力的主要指标。冯钟慧等[16]认为相对芽长和相对根长有望成为水稻早期耐盐性快速鉴定的主要指标。本研究通过对综合评价D值与7个单项指标的逐步线性回归分析，获得了1个最优回归方程，结合方程中4个自变量指标的偏回归系数，筛选到了发芽指数和相对根长两个关键指标。同时，结合主成分分析中第一主成分的贡献率及其各载荷因子的系数，以及典型耐（敏）盐种质各指标的差异显著性分析，认为相对盐害率也是一个很重要的水稻芽期耐盐相关指标。利用上述3个指标结合相近的NaCl浓度，不同学者进行了粳稻[11,12,16]、籼稻[9-11,13]、爪哇稻[11]的芽期耐盐性评价，均取得了较好地鉴定结果，表明本研究所建立的粳稻种质资源芽期耐盐性评价方法和重要指标也可用于籼稻等其他类型水稻的芽期耐盐性评价。

3.3水稻芽期耐盐性的多元统计学分析

作物耐盐性是受诸多因素影响的复杂性状，是外界环境与其自身基因型互作的结果，简单地使用某些单项指标很难全面的反映其耐盐本质[20]。本研究选用7个水稻芽期耐盐指标进行测定，并在此基础上利用多元统计分析对粳稻种质资源芽期耐盐能力进行了综合评价。利用主成分分析，将7个指标转化为3个彼此独立的新指标；结合隶属函数及权重获得了可以客观反映各种质耐盐性的综合评价D值，利用该指标将64份粳稻种质资源划分为高度耐盐、耐盐、弱耐盐和盐敏感4种类型。利用逐步回归构建了1个较为可靠的水稻芽期耐盐性评价模型，利用该模型，可在相同的胁迫条件下预测目标种质耐盐性的强弱，为水稻耐盐育种及资源的鉴定提供一定的依据。

3.4水稻种质资源芽期与苗期耐盐的相关性分析及耐盐种质在育种中的应用策略

吴家富等[30]的研究表明，水稻耐盐性有明显的阶段发育特异性，不同发育阶段的耐盐性之间无明显相关性。本研究通过相关分析发现，苗期耐盐级别与包括D值在内的多个芽期耐盐相关指标表现为极显著或显著正相关(表4)，与D值的相关系数为0.334，呈极显著正相关，与前人的研究结果存在一定的差异，这可能与选用的种质资源材料特性不同有关。

水稻直播对实现稻米生产的专业化、轻型化、规模化有重要意义。近年来我国水稻直播面积不断扩大[31]，因此较强的芽期耐盐性是盐渍地区水稻直播品种必须优先具备的特性。这就要求我们在育种实践中要综合考虑种质资源的特性并合理利用。“设计育种”最早由Peleman等提出，是通过有目的地聚合有利基因，培育和创造优良品种或资源的育种方法。根据Li等[32]提出的分子设计育种策略，可选择生产中大面积推广的品种(如富源4号)作为轮回亲本，以耐盐水稻种质资源(如本研究筛选到的3个芽期和苗期都耐盐的种质)为供体，培育高代回交群体，结合分子标记辅助选择和客观准确的耐盐筛选和鉴定，获得可直接用于生产的优良耐盐渗入系。同时通过基因组学、转录组学和代谢组学等手段可进行目标基因的克隆及功能标记开发，进一步改良水稻品种的耐盐性。宁粳16和合江21是芽期和苗期高度盐敏感的种质(图3)，可用于水稻芽期、苗期盐敏感基因的分离和克隆。

4 结论

在人工气候箱中利用125 mmol/L NaCl溶液对64 份粳稻种质资源芽期耐盐性进行鉴定评价。利用逐步回归和主成分分析等统计学方法，从测定的7个单项指标中筛选出发芽指数、相对根长、相对盐害率3个关键指标，建立了回归方程，可用于水稻种质资源芽期耐盐性的快速鉴定与预测。利用综合评价D值获得了5份芽期高度耐盐种质，为水稻种质资源筛选与鉴定，耐盐品种的选育、推广提供了材料和依据。

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Comprehensive Evaluation and Selection of Rice (Oryza sativa japonica) Germplasm for Saline Tolerance at Germination Stage

TIAN Lei,CHEN Yaping,LIU Jun,MA Xiaogang,WANG Na,YANG Bing,LI Ying,GUO Haidong,LI Juan,HU Hui,ZHANG Yinxia,LI Peifu*
(College of Agriculture,Ningxia University,Yinchuan 750021,China; *Corresponding author,E-mail: peifuli@163. com)

【Objective】Soil salinity is one of the major abiotic stresses affecting rice growth and production. Salt resistance identification at germination stage,indices screening,and cultivar breeding of rice germplasm resources are important for rice production.【Method】Seeds of sixty-four japonica rice germplasm accessions germinated in the 125 mmol L-1NaCl solution. On the third day after salt stress,germination number of the seeds was measured. After salt stress for five and ten days,germination number,shoot length and root length were measured and then the relative shoot length,relative root length,relative germination potential,relative germination rate,relative salt damage rate,germination index and vigor index were calculated. Multiple statistical methods were used to comprehensively evaluate the salt tolerance of 64 rice japonica germplasm and the germination characteristics of typical salt-tolerant and salt-sensitive rice germplasm under salt stress were analyzed. 【Result】The relative salt damage rate was significantly negatively correlated with relative root length,relative germination potential,relative germination rate,germination index and vigor index.Except for relative shoot length,these six indexes were significantly correlated with each other. Through cluster analysis,64 japonica rice germplasm were divided into four groups. The group Ⅰ and Ⅳwere typical salt-sensitive and salt-tolerant germplasm,respectively. The group Ⅱ was mainly composed of low salt-resistant rice and the group Ⅲ was moderately salt-tolerant. With the principal component analysis these seven single indexes could be converted to three principal components. An objective comprehensive evaluation value (D value) of salt tolerance was obtained using membership function with index weight method. The five highest and lowest D value germplasm resources were selected to carry on significance analysis. The results showed that except for relative shoot length,all of these seven indexes measured after stress for five and ten days were significantly different from the two types. 【Conclusion】Rice was sensitive to salt stress at germination stage and there were significant differences between different germplasm. Using stepwise regression and principal component analysis,germination index,relative root length and relative salt damage rate were selected as the key indexes for the rapid identification of salt tolerance of rice germplasm. If multivariate statistical method was used,the reliability will be improved.

rice; germplasm resource; salt tolerance at germination stage; principal component analysis; comprehensive evaluation

10.16819/j.1001-7216.2017.6168

2016-12-20；修改稿收到日期：2017-04-29。

国家自然科学基金资助项目(31401361)；宁夏农业育种专项(2013NYYZ0302)。

Q945.78; S511.2+2

A

1001-7216(2017)06-0631-12