不同基因型玉米杂交种大喇叭口期的耐盐性

张会丽，袁 闯，许 兴，2，朱 林，朱志明，高 雪

(1.宁夏大学农学院， 宁夏 银川 750021； 2.宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室， 宁夏 银川 750021；3.宁夏大学西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地， 宁夏 银川 750021)

近年来随着自然环境的恶化和人类活动的不断加剧，盐碱地成为对我国农业生产和发展起重要制约作用的一种低产土地类型，其分布日趋广泛[1]。目前全球盐碱地面积已占陆地面积的30%左右[2]，我国盐碱化土地占国土面积的1.03%，主要集中分布于西北、华北和东北的干旱和半干旱地区[3]。玉米作为我国的三大重要粮食作物之一，它是一种对盐分中度敏感的重要的粮饲兼用作物[4]及工业原料。目前玉米的播种面积不断扩大，已位居我国主要农作物之首，在国民经济中占有重要地位。在我国西北地区盐碱胁迫是影响作物生长的非生物胁迫因子之一，土壤盐渍化状况的加剧已严重影响作物的正常生长和发育。在盐渍化土壤改良方法中，许多学者认为种植适宜于盐碱土壤的植物是最为有效的生物改良方法[5]。因此，研究玉米品种的耐盐性，培育和筛选耐盐的玉米品种，是提高盐碱地玉米产量的重要途径[6]。

由于同一作物不同品种间耐盐性存在基因型差异，不同品种指标间差异较大，使用某一单项指标太过于片面，很难准确评价品种耐盐碱性，因此要选用多指标综合评价，才能科学、合理地反应作物的耐盐性。目前，对玉米苗期或芽期的研究较多[7-9]，对玉米大喇叭口期的研究鲜有报道，且苗期的鉴定时间较短，不能完全作为筛选耐盐碱性强的种质材料方法。大喇叭口期是玉米一生中生长发育最旺盛，对外界环境条件最为敏感的时期，也是玉米耐盐性鉴定的关键时期。因此，对盐胁迫条件下该时期玉米生长及生理生化指标的研究，可为玉米耐盐性鉴定、品种筛选提供一定的参考依据。

玉米种质资源耐盐性鉴定的方法有很多，但由于盆栽或营养液条件下生长的植株大多是以NaCl、Na2CO3作为胁迫因子，与实际的土壤条件有较大差异、与大田环境相差甚远，因此选用大田鉴定的方法更能为生产实际提供技术支持和理论指导。本试验利用大田鉴定的方法，以不同基因型的玉米杂交种为材料，采用隶属函数法对25个玉米品种在大喇叭口期的耐盐碱农艺性状和生理生化指标进行调查和综合评价，并对供试材料的耐盐碱性进行分类，有利于筛选出具有较强耐盐性的玉米杂交种，对我国盐渍化土地的开发利用和畜牧业的发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 供试材料

以25个供试玉米杂交种为试验材料，供试材料由佰青源公司、中国科学院遗传发育研究所提供，具体情况如表1所示。

1.2 试验设计

试验于2016年4—9月在宁夏平罗县进行，供试土壤为三块不同盐分含量的盐碱地，如表2所示，根据土壤全盐含量将其划为三类。土壤有机质含量18.76 g·kg-1，全磷2.97 g·kg-1，全氮0.09 g·kg-1，碱解氮含量25.23 mg·kg-1，速效磷含量5.02 mg·kg-1，速效钾含量67.00 mg·kg-1。播种前精选每个品种籽粒饱满大小均匀的种子。试验按照随机区组设计，小区面积3 m×5 m，每个品种3个重复小区，均行种植，小区行长3.0 m，行距0.6 m，株距0.2 m，走道0.8 m，穴播(单粒播种，播种深度为3 cm左右)，播前整地耙平，施基肥。2016年4月25日播种，9月28日收获，整个生长期内统一管理，按时进行中耕除草、灌水施肥。

表1 供试青贮玉米杂交种 Table 1 The tested silage maize hybrids

表2 土壤本底值(0～50 cm) Table 2 The soil background values

1.3 测定项目及方法

农艺性状的测定：采用游标卡尺测量地上茎基部的直径为茎粗；植株在自然生长状态下，用卷尺测得从根基部到最高叶尖的长度为株高，每个处理测定3次；用手持式叶绿素SPAD仪于大喇叭口期测每个处理的穗位叶相对叶绿素含量。测定时避开叶脉，测量叶片中部，每个品种测3株；采用手持式冠层测温仪，选择晴朗的天气，于玉米大喇叭口期测定各小区的CT值，为冠层温度，对每个小区按每个方向重复测定3次，取其平均值作为该次测定的CT值。

生理指标的测定：用DDS-307型电导率仪测定细胞膜透性，用相对电导率表示[10]；用双波长硫代巴比妥酸法(TBA)[11]测定丙二醛(MDA)含量；用磺基水杨酸法[12]测定脯氨酸(Pro)含量；愈创木酚法[12]测定过氧化物酶(POD)活性；NBT(氮蓝四唑)光还原法[12]测定超氧化物歧化酶(SOD)活性。

1.4 数据统计与分析

采用Excel软件对数据进行整理，利用DPS7.0软件进行显著性差异统计分析、相关性分析，所有数值均以“平均值±标准误”表示。利用Spss17.0进行主成分分析、聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同盐胁迫程度对25个杂交种玉米大喇叭口期农艺性状的影响

在不同胁迫程度下，不同基因型玉米品种受到盐胁迫时发生的反应各不相同，结果如表3所示：在三种不同盐胁迫条件下，只有A49/1522、A3/H237、北21/1520三个品种的株高没有达到显著性差异(P>0.05)，其余品种均不同程度地达到显著性差异(P<0.05)，且随着盐胁迫程度的加大，株高有一定程度的降低。在中度盐胁迫条件下，H237/A3的株高最高，与其它品种间有显著性差异(P<0.05)，TY1的株高最低。在重度盐胁迫条件下，1517/旬11及A3高/1519两者的株高最高，桂青贮1号、科多8号的株高最低，与其它品种间达到显著性差异(P<0.05)。在轻度胁迫条件下，1421/1522、H237/1519与其它品种达到显著性差异(P<0.05)，且株高最高；科多8号的株高最低，与其它品种间的差异也达到显著水平(P<0.05)。

在中度胁迫程度下，不同品种间茎粗的增加程度有所不同，重度胁迫时茎粗降低。在三种盐胁迫程度下，A49/1522、A49/1528、H237/A26、A3/H237、1421/1522、H237/1519、宁3-1/1528、宁3-2/1528、H237/A18、旬11/1517、科多8号11个品种的茎粗间没有显著性差异，其它品种间均达到显著性差异(P<0.05)。在重度胁迫时，A49/1522的茎粗达到最大，TY1的茎粗最小，这与其它品种间呈显著性差异(P<0.05)。

不同盐胁迫程度下，不同品种SPAD值大小不同。其中，A49/1522、A49/1528、A18/1506、H242/1523、宁3-1/1528、A3高/A18、桂青贮1号、科多8号、TY1 9个品种在三种盐胁迫程度下均没有显著性差异，其它品种间均有所差异。在轻度胁迫时，不同品种的SPAD值相对较高，在中度、重度胁迫时，SPAD值有一定程度的降低。在轻度、中度、重度胁迫条件下，H237/1519、宁3-2/1528、A3高/1519分别达不同盐胁迫程度的最大值，而在轻度和中度胁迫时，TY1的SPAD值最小，在重度胁迫时，H14/A18的SPAD值最小。

不同盐胁迫程度下不同品种的冠层温度也有所不同。A49/1522、A49/1528、A3高/1519、H237/A26、北21/1522、1517/旬11这6个品种的冠层温度在不同盐胁迫程度下没有达到显著差异，其它品种有显著性差异(P<0.05)。在不同胁迫程度时，对应的冠层温度最大、最小值的品种也有所不同。

2.2 不同盐胁迫程度下各农艺性状之间的相关性

在三种不同胁迫条件下，不同胁迫程度与农艺性状指标间的相关性有所不同，如表4所示，不同胁迫程度下株高与茎粗、SPAD均呈正相关，轻度胁迫时呈极显著正相关。在轻度和重度胁迫时茎粗与SPAD呈极显著正相关，在重度胁迫时茎粗与冠温呈显著正相关。

表3 不同盐胁迫程度对25个杂交种玉米大喇叭口期农艺性状的影响 Table 3 Agronomic traits of 25 hybrid maize under salt stress at huge bell period

续表3

品种编号SpeciesnumberSPAD值SPADvalues中度Moderate重度Severe轻度Mild冠层温度Canopytemperature/℃中度Moderate重度Severe轻度Mild2255.47±1.04bcdefgB45.40±0.69lC57.90±0.46bcdeA23.13±0.92cdefghA18.00±0.67jkB20.63±0.20eAB2353.67±1.04cdefghA52.77±0.35efgA53.80±0.25efghiA21.73±0.19hiA17.00±0.15kB22.93±0.44bcdA2452.47±1.55efghiA49.87±0.54ghijkA51.10±1.85iA24.27±0.55abcdA19.50±0.21fghijC21.70±0.51deB2545.00±0.38kA46.07±1.11klA45.60±0.06jA24.80±0.85abcA18.10±0.72ijkB22.77±0.78bcdA

注：同一胁迫条件不同品种间的差异性(P<0.05)用小写字母表示，同一品种不同胁迫条件下的差异性(P<0.05)用大写字母表示。

Note: different lowercase letters indicate that there are significant difference among different varieties under the same stress conditions(P<0.05); different uppercase letters indicate that the same variety has significant differences under different stress conditions(P<0.05).

2.3 重度盐胁迫对不同玉米杂交种大喇叭口期生理生化指标的影响

在重度盐胁迫条件下，不同品种之间的膜透性、MDA、Pro、SOD、POD均有所差异，如表5所示。A3高/1519质膜透性最大，与其它品种间达到显著差异(P<0.05)，其次是1421/1522的膜透性，A49/1522膜透性最小，受到盐胁迫破坏的程度最小。在重度盐胁迫时，MDA含量最高的是科多8号和A3/H237，相对较低的是1517/旬11及H237/A、北21/1522、北21/1520，它们与其它品种之间达到显著性差异(P<0.05)。在重度胁迫时，A49/1522Pro含量最高，而H242/1523Pro含量最低。H14/A18 SOD活性最大，A49/1528 SOD活性最小，且与其它品种间达到显著性差异(P<0.05)。H242/1522和A49/1522 POD活性最大，旬11/1517最低。

2.4 在重度胁迫条件下各农艺性状与生理指标间的关系

在重度胁迫条件下，如表6所示：株高和茎粗、SPAD、冠层温度、膜透性、Pro呈弱正相关，株高与SOD、POD、MDA呈弱负相关。茎粗与SPAD呈极显著正相关(R=0.54**)，与冠层温度(R=0.47*)呈显著正相关，与膜透性、SOD、MDA呈弱负相关。SPAD与冠层温度(R=0.42*)呈显著正相关,而冠层温度与SOD(R=-0.42*)呈显著负相关。膜透性与SOD(R=0.50**)有极显著正相关性，其它各农艺性状与生理指标间有弱相关性，但均没有达到显著水平。

2.5 不同玉米杂交种材料耐盐性综合评价

对大喇叭口期的农艺性状及生理指标进行综合评价，利用各指标间所占的主成分不同，进而对其耐盐性进行综合评价，分析结果如表7所示。对玉米大喇叭口期的9个指标进行主成分分析，重新整合成9个主成分，从特征值来看，前三个主成分的特征值大于1，所以保留前三个主成分。从方差的累积贡献率可以得知，第一个主成分的贡献率为27.403%，第二主成分的贡献率为47.074%，第三主成分的贡献率为62.691%，前三个成分的累积贡献率大于80%，可考虑保留。利用模糊隶属函数法进一步对主成分分析的结果进行综合分析，25个杂交种材料的耐盐性强弱不同，按照综合评价值的大小，耐盐性由强到弱依次排列为宁3-2/1528>A3高/1519>旬11/1517>A3高/A18>H237/A26>H242/1523>宁3-1/1528>1421/1522>H237/A3>科多8号>A3/H237>H237/1519>H14/A18>北21/1520>133-2/1528>A49/1522>1517/旬11>桂青贮1号>H237/A18>H14/1528>H242/1522>北21/1522>A18/1506>A49/1528>TY1。

表4 不同盐胁迫程度条件下各农艺性状指标间的相关性 Table 4 The correlation between the index of agronomic traits under stresse

注：*表示相关性达到显著(P<0.05)，**表示相关性达到极显著(P<0.01)。下同。

Note: *, ** indicate significance atP<0.05 andP<0.01 level, respectively; the same below.

表5 盐胁迫对25个杂交种玉米大喇叭口期相关指标的影响 Table 5 Salt stress to 25 copies of the influence of related parameters of hybrid maize in huge bellbottom period

注：同列数据不同字母表示差异显著(P<0.05)。 Note: different letters in same column indicate significant difference atP<0.05 level.

表6 重度胁迫条件下各农艺性状与生理指标间的相关性 Table 6 The correlation between agronomic traits and physiological indicators under severe stress

3 讨 论

3.1 不同盐胁迫程度对玉米大喇叭口期农艺性状的影响

本试验研究发现，在同一胁迫条件下不同玉米品种的农艺性状表现各不相同，同一品种在不同胁迫条件下的农艺性状表现也有差异，表明了不同杂交种玉米对盐胁迫的耐受能力不同，其耐盐性存在差异。余叔文等研究表明，盐胁迫下对植物最明显的影响就是抑制生长[15]。李德锋研究发现，盐胁迫

表7 不同杂交种的耐盐性分析 Table 7 The analysis of salt-tolerance among different hybrid maizes

严重影响青贮玉米株高，进而影响产量[16]。许兴等研究表明，随着盐胁迫浓度的增加小麦株高有所降低[17]。这与本试验的研究结果一致，可能是盐胁迫会影响有丝分裂，细胞分化减少，从而导致植物生长受抑，也可能是盐胁迫抑制了根系对无机离子和水分的吸收，导致了生长发育减缓[18]。茎粗是衡量植株生长强弱的指标，能够表明植株的生长状况与水肥供给情况。本试验结果表明，同一品种在受到重度胁迫时，茎粗会受到严重影响，急剧减小。孙小芳[19]等研究表明，棉花在受到盐胁迫时，其叶色发暗，SPAD值较高。而本试验结果发现在轻度胁迫时，SPAD值高，中度、重度胁迫时SPAD值均有一定程度的降低，可能是因为盐胁迫不仅影响叶绿素的生物合成，而且加快叶绿素的分解，进而使SPAD值下降[20]。冠层温度的差异是作物遗传特性和环境条件共同作用的结果，它可以作为指导作物高产品种选育和栽培管理的手段。本试验结果显示，在中度胁迫时，冠层温度最大，轻度和重度时次之，说明盐分胁迫浓度在一定条件时利于作物的生长发育，但本试验的盐分含量差异较大，具体盐分含量多少有利于作物生长还需进一步的试验。此外，本研究表明不同胁迫条件下农艺性状指标间的相关性不一致，如株高与冠温在轻度和中度胁迫时呈负相关，在重度胁迫时呈正相关，因此在分析两者之间的相关性时需要根据试验中盐胁迫程度的强弱来具体分析。

3.2 重度胁迫条件对玉米大喇叭口期各生理指标的影响

植物在受到逆境胁迫时，其体内会发生一系列的生理生化反应来消除或降低外界环境对其造成的伤害。李倩[21]等研究发现，随着盐胁迫浓度的加大，细胞中外渗的物质增多，质膜透性增强，受到的伤害越大。有研究表明[22-23]，植物体内积累一定的脯氨酸可以调节植物自身适应逆境条件。刘会超[24]等通过对逆境条件下白三叶茎的保护酶活性的研究发现，盐胁迫时许多植物的保护酶活性均不同程度增加。本试验通过测定作物在逆境条件下的细胞膜透性、膜脂过氧化程度(MDA)、渗透调节物质(Pro)、保护酶活性(SOD、POD)的变化来衡量作物受伤害的程度[25]，试验结果与前人研究结果吻合。本试验中还发现了在重度盐胁迫条件下农艺性状指标与生理指标之间存在一定的相关性。这可能是因为盐胁迫条件下，作物生长环境中的渗透势增加，引起细胞脱水，从而使得植物细胞的膜系统遭到破坏，导致质膜透性发生改变，继而引起细胞外部形态发生变化。其中，茎粗与SPAD呈极显著正相关，这与田间鉴定结果一致，大田考查记录表明茎秆粗壮长势好的品种，其叶色深绿；膜透性与SOD呈极显著正相关，可能是因为在受到盐胁迫时首先使质膜透性增加，其次引起作物萎蔫，进而影响内部生理机制的变化。

3.3 隶属函数法综合分析不同玉米材料耐盐性

株高、茎粗、SPAD、冠层温度等形态学指标可以反应玉米大喇叭口期的生长状况，25个杂交玉米种质资源各指标的变化有所不同，对不同程度的盐胁迫也有不同的生理反应。由此可知，玉米的耐盐性是一个复杂的综合性状，仅仅利用单项指标不能准确、直观地进行玉米耐盐性评价，为了弥补单项指标评价耐盐性的不足，可利用主成分分析对供试玉米种质资源大喇叭口期耐盐性进行深入综合的评价，利用综合评价值来对耐盐性材料进行归类。该试验采用模糊隶属函数法对25个杂交种材料大喇叭口期的各个指标进行综合评价，按照隶属度(D值)大小将其耐盐性分为四级：D值大于0.8为强耐盐性材料，宁3-2/1528、A3高/1519为强耐盐性材料；D值在0.6～0.8之间为较耐盐性材料，H237/A26、H242/1523、1421/1522、宁3-1/1528、A3高/A18、旬11/1517为较耐盐性材料；D值在0.4～0.6之间为弱耐盐性材料，A3/H237、H237/1519、H237/A3、科多8号、桂青贮1号、H14/A18、1517/旬11、H237/A18、H14/1528、北21/1520、133-2/1528、A49/1522为弱耐盐性材料；D值小于0.4为不耐盐性材料，H242/1522、A49/1528、A18/1506、北21/1522、TY1为盐敏感性材料。通过农艺性状和生理指标综合分析不同品种的耐盐性，筛选出耐盐和盐敏感的玉米种质资源，为耐盐性生理机制研究和后期的玉米分子标记、遗传育种和抗逆高产栽培提供可靠的种质资源和技术支撑。

[1] 魏益民.21世纪可持续农业几项技术问题的展望[J].干旱地区农业研究,1998,16(3):1-5.

[2] 蔺 娟.土壤盐渍化的研究进展[J].新疆大学学报(自然科学版),2007,24(3):318-323.

[3] 杨 真,王宝山.中国盐渍土资源现状及改良利用对策[J].山东农业科学,2015,47(4):125-130.

[4] 付 艳,高树仁,王振华.玉米种质苗期耐盐性的评价[J].玉米科学,2009,17(1):36-39.

[5] 路 浩,王海泽.盐碱土治理利用研究进展[J].现代化农业,2004,(8):10-12.

[6] Takehisa H, Shimodate T, Fukuta Y, et al. Identification of quantitative trait loci for plant growth of rice in paddy field flooded with salt water[J]. Field Crops Research, 2004,89(1):85-95.

[7] 赵小强,彭云玲,李健英,等.16份玉米自交系的耐盐性评价[J].干旱地区农业研究，2014,32(5):40-45.

[8] 孙欢欢,韩兆雪,谭登峰,等.新培育玉米自交系苗期生理生化指标与其抗旱性综合评价[J].干旱地区农业研究,2016,34(5):9-14.

[9] 张 静,王玉凤,杨克军,等.玉米芽期耐盐与敏感基因型的筛选[J].玉米科学,2015,23(6):55-64.

[10] 陈少裕.膜脂过氧化对植物细胞的伤害[J].植物生理学通讯，1991,27(2):84-90.

[11] 赵世杰,刘华山,董新纯.植物生理学实验指导[M].北京：中国农业科技出版社，1998:161-163.

[12] 高俊凤.植物生理学实验指导[M].北京:高等教育出版社,2006.

[13] 陈德明,俞仁培,杨劲松.盐渍条件下小麦抗盐性的隶属函数值法评价[J].土壤学报,2002,39(3):368-374.

[14] 李丰先,周宇飞,王艺陶,等.高粱品种萌发期耐碱性筛选与综合鉴定[J].中国农业科学,2013,46(9):1762-1771.

[15] 余叔文,汤章成.植物生理与分子生物学[M].北京:科学出版社,1998.

[16] 李德锋,姜义宝,付 楠,等.青贮玉米品种比较试验[J].草地学报,2013,21(3):612-617.

[17] 许 兴,李树华,惠红霞,等.NaCl胁迫对小麦幼苗生长、叶绿素含量及Na+、K+吸收的影响[J].西北植物学报,2002,22(2):278-284.

[18] Storey R, Walker R R. Citrus and salinity[J]. Scientia Horticulturae, 1998,78(1):39-81.

[19] 孙小芳,刘友良,陈 沁.棉花耐盐性研究进展[J].棉花学报,1998,10(3):118-124.

[20] 杨万勤,王开运,宋光煜,等.水分胁迫对燥红土和变形土生长的玉米叶片[J].应用与环境生物学报,2003,9(6):588-593．

[21] 李 倩,刘景辉,武俊英,等.盐胁迫对燕麦质膜透性及Na+、K+吸收的影响[J].华北农学报,2009,24(6):88-92.

[22] Santa-Cruz A, Acosta M, Rus A, et al. Short-term salt tolerance mechanisms in differentially salt tolerant tomato species[J]. Plant Physiology and Biochemistry, 1999,37(1):65-71.

[23] Halliwell B, Gutteridge J M C. Oxygen free radicals and iron in relation to biology and medicine: some problems and concepts[J]. Archives of Biochemistry and Biophysics, 1986,246(2):501-514.

[24] 刘会超,贾文庆,朱婷婷.盐胁迫对三色堇CAT、POD活性及细胞质膜透性的影响[J].河南农业科学,2010,(4):98-100.

[25] 麻冬梅.高羊茅耐盐多基因遗传转化及其生物学整合效应分析[D].银川：宁夏大学,2014.