作物学报ACTA AGRONOMICA SINICA 2020, 46(1): 1-8 zwxb.chinacrops/ ISSN 0496-3490; CN 11-1809/S; CODEN TSHPA9E-mail: zwxb301@caas
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94062
大豆出苗期耐盐性鉴定方法建立及耐盐种质筛选
刘谢香常汝镇关荣霞*邱丽娟*
中国农业科学院作物科学研究所 / 国家农作物基因资源与遗传改良重大科学工程 / 农业部种质资源利用重点实验室, 北京 100081 摘要: 土壤盐渍化是影响农业生产的重要问题, 筛选耐盐大豆资源对于大豆主产区盐渍化土壤的利用具有重要意义。以中黄35、中黄39、Williams 82、铁丰8号、Peking和NY27-38为供试材料, 以蛭石为培养基质, 设0、100
和150 mmol L-1 NaCl 3个处理, 进行出苗期耐盐性鉴定, 分析与生长相关的6个指标, 旨在明确大豆出苗期耐盐性鉴
定指标和评价方法。结果表明, 150 mmol L-1 NaCl处理显著降低大豆的成苗率、株高、地上部鲜重、根鲜重、地上
拆散的解释
部干重和根干重, 并且不同材料间差异显著。基于幼苗生长发育状况的耐盐指数方法与耐盐系数方法对6份种质耐
盐性评价结果显著相关。耐盐指数法对植株无损坏、可省略种植对照, 节约人力和物力, 提高种质鉴定的效率。因此,
以150 mmol L-1 NaCl作为出苗期耐盐鉴定浓度, 以耐盐指数作为大豆出苗期耐盐鉴定评价指标, 鉴定27份大豆资源,
获得出苗期高度耐盐大豆(1级) 3份、耐盐大豆(2级) 7份, 其中4份苗期也高度耐盐(1级), 分别为运豆101、郑1311、皖宿1015和铁丰8号。本研究建立了一种以蛭石为基质, 利用150 mmol L-1 NaCl处理, 以耐盐指数作为评价指标的
大豆出苗期耐盐性鉴定评价的简便方法, 并筛选出4份出苗期和苗期均耐盐的大豆, 对耐盐大豆种质资源的高效鉴
定和耐盐大豆新品种培育具有重要意义。
关键词：大豆; 出苗期; 耐盐性; 鉴定方法
Establishment of screening method for salt tolerant soybean at emergence stage and screening of tolerant germplasm
LIU Xie-Xiang, CHANG Ru-Zhen, GUAN Rong-Xia*, and QIU Li-Juan*
Institute of Crop Sciences, Chine Academy of Agricultural Sciences / National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic Improvement (NFCRI) / Key Laboratory of Germplasm Utilization, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China
Abstract: Salinity is an important factor affecting crop production. Screening salt tolerant soybean germplasm is of great signifi-cance for the utilization of salinized soil in major soybean production regions. In order to lect salt tolerant soybean, a screening method was developed by using six soybean accessions, including Zhonghuang 35, Zhonghuang 39, Williams 82, Tiefeng 8, Pe-king, and NY27-38. Seeds were grown in vermiculite and treated with 0, 100, and 150 mmol L-1 NaCl solution. Seedling rate (SR), plant height (H), fresh weight of shoot and root (FWS and FWR), dry weight of shoot and root (DWS and DWR) were de-cread significantly under 150 mmol L-1 NaCl treatment, with significant difference among varieties. Therefore, 150 mmol L-1 NaCl was suitable to identify salt tolerant soybean at emergence stage. The salt tolerance index (SI) bad on the growth
and de-velopment of edlings and the salt tolerance coefficient (ST) were significantly correlated with the salt tolerance. The method using salt tolerance index is non-destructive and does not require planting control, which could save time and labor in salt tolerant germplasm identification. Twenty-ven soybean resources were screened, in which three were highly tolerant (grade 1) and ven tolerant (grade 2) at emergence stage. Among them, Yundou 101, Zheng 1311, Wansu 1015, and Tiefeng 8 also showed salt tole-rance (grade 1) at edling stage. In summary, an effective method for screening salt tolerant soybean at emergence stage was developed, with vermiculite as the substrate, 150 mmol L-1 NaCl as suitable treatment solution, and salt tolerance index as the indicator. Four soybean accessions were found to be salt tolerant at both emergence and edling stages. This screening method will be uful for identification of salt tolerant soybean germplasm.
本研究由国家自然科学基金项目(31830066)资助。
This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31830066).
* 通信作者(Corresponding authors): 邱丽娟, E-mail: qiulijuan@caas; 关荣霞, E-mail: guanrongxia@caas
第一作者联系方式: E-mail: 153********@
Received (收稿日期): 2019-04-17; Accepted (接受日期): 2019-08-09; Published online (网络出版日期): 2019-09-03.
URL: knski/kcms/detail/11.1809.S.20190903.1632.008.html
2作物学报第46卷Keywords: soybean; emergence stage; salt tolerance; screening method
哈佛大学公开课视频
土壤盐渍化影响世界上20%的可用耕地, 是导致作物减产的重要因素之一[1-3]。据全国第二次土壤普查, 中国盐渍土总面积约3600万公顷, 占可利用土地面积的 4.88%[4]。通过对不同作物盐度临界值(不导致产量降低的最大土壤盐度)的研究发现, 大豆属于中度耐盐作物, 盐胁迫可抑制大豆的萌发、生长发育和根瘤形成[5-7]。当土壤盐度超过5 dS m-1时, 大豆的产量开始降低; 当土壤盐度为15 dS m-1时, 大豆产量显著降低甚至绝收[8-9]。耐盐大豆品种的培育是有效利用盐渍化土壤、促进大豆可持续发展的重要途径[2]。
大豆萌发期、出苗期、营养生长期和生殖生长期等不同生育阶段的耐盐性没有明显相关性, 说明不同时期可能存在不同的耐盐机制[5,9-11]。大豆苗期耐盐性的研究较为深入, 利用分子标记技术已经检测到分布在N、D2、G等连锁群上的多个苗期耐盐性相关的数量性状位点(Quantitative Trait Locus, QTL), 特别是位于N连锁群的主效QTL, 是在野生、栽培大豆不同耐盐资源中保守的重要位点[1-2,8,10,12-19]。本实验室前期在耐盐大豆铁丰8号中图位克隆了位于N连锁群的苗期耐盐基因GmSALT
3[17], 在此基础上利用分子标记构建了分别携带GmSALT3和Gmsalt3等位基因的近等基因系, 研究发现GmSALT3控制大豆苗期耐盐性, 但与大豆出苗期的耐盐性无关, 进一步证明出苗期耐盐性可能存在不同的遗传调控机制[20]。有研究发现, 作物萌发期的耐盐性远高于出苗期的耐盐性, 因此出苗期耐盐性比萌发期耐盐性更具有研究和利用价值[21-24]。
不同研究者对大豆萌发期和出苗期耐盐性的鉴定方法、鉴定指标和评价方法也存在一些差异。鉴定方法主要有田间鉴定和室内鉴定2类; 鉴定指标有形态指标如受害叶面积、株高和生物量, 生长发育指标如发芽率和出苗率, 以及生理生化指标如丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性等; 评价方法有盐害指数和耐盐系数法等[5-6,24-29]。
本研究分析6份大豆种质盐胁迫条件下植株成苗率、株高、地上部鲜重、根鲜重、地上部干重和根干重, 建立了一种简便高效的大豆出苗期耐盐性鉴定评价方法, 并利用该方法进行大豆耐盐资源的筛选, 为大豆耐盐优异资源发掘和新品种培育提供了技术支撑。1 材料与方法
cbd是什么意思1.1试验材料
共27份种质, 其中用于方法建立的中黄35、中黄39、Williams 82、铁丰8号、Peking和NY27-38来自国家大豆种质资源库, 其余21份大豆新品种(系)来自2018年国家黄淮海北片品种区域试验(表3)。1.2耐盐性鉴定
1.2.1 出苗期耐盐鉴定与性状调查耐盐性鉴定于2018年5月至6月在中国农业科学院作物科学研究所网室遮雨棚下进行。挑选每份大豆材料90 粒饱满的种子, 种于装有蛭石的8 cm × 8 cm × 8 cm的小花盆中, 每盆10粒, 播种深度为2 cm, 每24个小花盆置于一个大蓝盒(46 cm × 32 cm × 10 cm)内, 用RO水(对照)或盐溶液(100 mmol L–1、150 mmol L–1 NaCl)处理, 3次重复。对照每个蓝盒中浇5 L水, 盐处理每个蓝盒中分别浇100 mmol L–1、150 mmol L–1 NaCl溶液5 L, 使蛭石达到最大持水量, 此后每3天浇2 L水。从第一个大豆出苗(子叶突出蛭石表面)开始, 每天调查出苗数, 第15天调查成苗数(子叶展开、具有叶片的植株)。采用单株分类记载法调查处理条件下所有材料的成苗情况(图1和表1)。测量成苗植株的株高, 称量地上部鲜重、根鲜重, 随后于70°C烘箱中烘干(3 d), 分别称量地上部和根干重, 计算相对成苗率(ST_SR)、相对株高(ST_H)、相对地上部鲜重(ST_FWS)、相对根鲜重(ST_FWR)、相对地上部干重(ST_DWS)和相对根干重(ST_DWR)。各指标的相对值, 即耐盐系数(salt tole-rance coefficient, ST), 为NaCl处理指标值/对照指标值。耐盐指数(salt tolerance index, SI) =∑(类别数值×该类别株数)/播种粒数×5 (最高类别数值)。
图1出苗期耐盐性单株分类记载法的标准
Fig. 1 Standard of individual classification for salt tolerance at germination stage
第1期刘谢香等: 大豆出苗期耐盐性鉴定方法建立及耐盐种质筛选3
表1盐胁迫后大豆出苗期和苗期的盐害症状
Table 1 Symptoms of soybean at emergence and edling stages under salt stress
出苗期 Emergence stage 苗期 Seedling stage
类别Category 表型特征
Symptom
级别
Gradeweisuo
表型特征
Symptom
I 植株凋亡, 子叶干枯(类别数值为1)
Plant dead, cotyledons were dry (category value is 1) 1 健康的绿叶, 没有观察到损伤associated
steady my heart
Healthy green leaves, no damage obrved
II 植株生长受到严重抑制, 子叶未展开(类别数值为2) Plant growth was verely inhibited, cotyledon was
not unfolded (category value is 2) 2 轻度坏死, 真叶轻微发黄
Slight chlorosis, light yellowish color obrved in true
leaves
III 植株生长受到抑制, 具有生长点, 但真叶未展开(类别数值为3)
Plant growth was inhibited with shoot apical meristem,
but true leaves were not unfolded (category value is 3)3 中度坏死, 三出复叶发黄
Moderate chlorosis, chlorosis obrved in trifoliate
leaves
target lnk
IV 植株生长基本正常, 真叶未完全展开(类别数值为4) Plant growth was basically normal, true leaves were
not fully expanded (category value is 4) 4 严重坏死, 超过75%的叶面发黄
Severe chlorosis, more than 75% of the leaf area
showed chlorosis
V 植株生长正常, 真叶完全展开(类别数值为5) Plant growth was normal, true leaves were fully ex-
panded (category value is 5) 5 凋亡, 植物完全枯萎
Dead, plants were completely withered
1.2.2 苗期耐盐鉴定与性状调查参照本实验室前期建立的方法鉴定评价苗期耐盐性[17]。每个品种各10粒播于小花盆(8 cm × 8 cm × 8 cm)的蛭石中, 每24个小花盆置于一个大蓝盒内(46 cm × 32 cm × 10 cm), 每个蓝盒浇5 L RO水。此后每3 d浇2 L 水。待子叶完全展开后间苗, 每盆留4~6株。待真叶完全展开后(10 d), 每个蓝盒浇2 L 200 mmol L–1 NaCl, 于第13天和第16天再各浇2 L 200 mmol L–1 NaCl, 设置3次重复。在最后一次盐处理5 d后对叶片坏死程度进行评估(表1)。其中1级和2级为耐盐, 3~5级为盐敏感。
1.3 统计分析
应用Microsoft Excel 2010处理数据, SAS9.4软件进行单因素方差分析, 最小显著极差法(Least Significant Differences, LSD)进行多重比较(P<0.05)。
2 结果与分析
2.1 6份大豆种质出苗期耐盐性鉴定
在100 mmol L–1 NaCl处理下, 与对照相比, 6份种质出苗正常且生长发育良好(图2-A, B), 成苗率、地上部干重均与对照差异不显著(图2-D, I)。中黄35 (ZH35)的根鲜重和株高、NY27-38的根和地上部鲜重较对照显著降低, 中黄39 (ZH39)、Williams 82 (W82)、铁丰8号(TF8)和Peking (Pek)的根鲜重、株高和地上部鲜重均与对照差异不显著(图2-E~H)。
当NaCl浓度为150 mmol L–1时, 6份种质出苗率下降、株高降低、生长发育迟缓, 部分种子出苗后子叶未展开, 不能正常成苗(图1和图2-C)。除ZH39和NY27-38的成苗率显著下降外, 其余材料的成苗率与对照差异不显著; 6份种质的根鲜重、地上部鲜重、株高、根干重和地上部干重均显著低于对照(图2-D~I)。不同种质间相对成苗率、相对地上部鲜重、相对根鲜重、相对株高、相对地上部干重和相对根干重差异显著(图3); 盐胁迫对不同的材料的影响存在差异, W82、TF8、Pek和ZH39的成苗率、地上部
鲜重、根鲜重、株高、地上部干重和根重下降程度较低, 耐盐性较强; 而ZH35和NY27-38的耐盐性较差。因此, 确定150 mmol L–1 NaCl为大豆出苗期耐盐性鉴定适宜盐浓度。根据6个性状的耐盐系数大小, 得出6个材料的耐盐性为W82 > Pek > TF8 > ZH39 > ZH35 > NY27-38。
2.2大豆出苗期耐盐性鉴定的评价指标分析
根据单株分类记载法计算耐盐指数, W82、Pek、TF8、ZH39、ZH35和NY27-38的耐盐指数分别为0.94、0.74、0.72、0.68、0.52和0.34, 耐盐性以W82最强, Pek、TF8和ZH39次之, ZH35和NY27-38最
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作 物 学 报 第46卷
图2 不同浓度NaCl 处理15 d 后6份材料的表型
Fig. 2 Phenotypes of six materials after treatment with NaCl solution for 15 days
A 、
B 、
C 分别表示0、100和150 mmol L -1 NaCl 处理15 d 的表型特征, 比例尺为1 cm 。D: 成苗率。E: 根鲜重。F: 地上部鲜重。G: 株高。H: 根干重; I: 地上部干重。数据结果为3次生物学重复, 误差线为标准误(n = 3); 标以不同小写字母的柱值在同一品种的不同浓度处理间在0.05水平上差异显著。
A, B, and C refer to the phenotype after treatment with 0, 100, and 150 mmol L -1 NaCl for 15 days, respectively. Bar = 1 cm. D: edling rate. E: fresh weight of root. F: fresh weight of shoot. G: shoot height. H: dry weight of root. I: dry weight of shoot. Data are mean ± SE with three biological replicates (n = 3). Bars superscripted by different letters are significantly different at P < 0.05 between different treatments of the
same variety.
图3 150 mmol L –1 NaCl 处理下6份材料的耐盐性
Fig. 3 Salt tolerance of six materials under 150 mmol L –1 NaCl stress
ST_SR: 相对成苗率; ST_H: 相对株高; ST_FWR: 相对根鲜重; ST_FWS: 相对地上部鲜重; ST_DWR: 相对根干重; ST_DWS: 相对地上部干重; 数据结果为3次生物学重复, 误差线为标准误(n = 3); 标以不同小写字母的柱值在同一指标的不同品种间在0.05水平上差异显著。
ST_SR: relative edling rate; ST_H: relative height; ST_FWR: relative fresh weight of root; ST_FWS: relative fresh weight of shoot; ST_DWR: relative dry weight of root; ST_DWS: relative dry weight of shoot. Data are mean ± SE with three biological replicates (n = 3). Bars superscripted by different letters are significantly different at P < 0.05 between different varieties of the same indicator.
rmvb是什么意思弱。相对成苗率、相对地上部鲜重、相对根鲜重、相对株高、相对地上部干重、相对根干重和耐盐指数7个指标的相关分析表明, 除相对根干重与相对成苗率、相对地上部鲜重相关不显著外, 其余性状
间均呈显著或极显著正相关; 相对地上部鲜重、相对株高和相对地上部干重与相对成苗率高度相关; 相对鲜重与相对干重相关系数达0.98; 耐盐指数与6个性状的耐盐系数均显著或极显著正相关(表2)。
第1期刘谢香等: 大豆出苗期耐盐性鉴定方法建立及耐盐种质筛选5
表2大豆出苗期不同耐盐评价指标间的相关系数
Table 2 Correlation coefficients between salt tolerance indexes at emergence stage in soybean
指标Index 相对成苗率
ST_SR
相对地上部鲜重
ST_FWS
相对根鲜重
ST_FWR
相对株高
ST_H
相对根干重
ST_DWR
相对地上部干重
ST_DWS
相对地上部鲜重 ST_FWS 0.97***
相对根鲜重 ST_FWR 0.81*0.81*
相对株高 ST_H 0.97***0.96**0.85*
相对根干重 ST_DWR 0.80 0.77 0.98***0.85*
相对地上部干重 ST_DWS 0.97***0.98***0.89*0.99***0.87*
耐盐指数 SI 0.88*0.83*0.91**0.87*0.88*0.90**
*表示显著( P < 0.05), **表示极显著 ( P < 0.01 ), ***表示极显著 ( P < 0.001 )。
* reprent significance level at P < 0.05, ** reprent significance level at P < 0.01, and *** reprent significance level at P < 0.001. ST_SR: relative edling rate. ST_H: relative height. ST_FWR: relative fresh weight of root. ST_FWS: relative fresh weight of shoot. ST_DWR: relative dry weight of root. ST_DWS: relative dry weight of shoot.
耐盐系数法是经典的出苗期耐盐性评价方法, 通过盐处理与对照的比值反映盐胁迫使大豆成苗数、生长量下降的程度。耐盐指数法同时考虑了盐胁迫后大豆的出苗数量及幼苗生长发育状况; 在实际操作方面, 省略了种植对照, 实现了耐盐性状无损调查, 可极大节约人力和物力, 为大批量优异种质的快速鉴定提供了可能。
2.3 大豆耐盐种质筛选
分别以Williams 82和中黄35为耐盐和盐敏感对照, 用150 mmol L 1 NaCl对包括上述6份在内的27份大豆种质进行耐盐性鉴定(图4), 15 d后根据单株分类记载法计算耐盐指数, 可将27份种质的出苗期耐盐性分为5级, 1级为高度耐盐型(0.80≤SI<1.00), 2级为耐盐型(0.60≤SI<0.80), 3级为中度耐盐型(0.40≤SI<0.60), 4级为敏感型(0.20≤SI<0.40), 5级为高度敏感型(0.00≤SI<0.20), 其中1级3份, 2级7份(表3)。同时, 用200 mmol L–1 NaCl对27份大豆品种(系)进行苗期耐盐鉴定, 发现12份材料苗期高度耐盐(1级)。其中, 运豆101、郑1311、皖宿1015和铁丰8号是出苗期和苗期均耐盐的大豆种质(表3)。
update zip表3 27份大豆种质苗期和出苗期的耐盐等级
Table 3 Salt tolerance of 27 accessions at edling and emergence stages
耐盐性 Salt tolerance 耐盐性 Salt tolerance 品种
Variety 出苗期
Emergence stage
苗期
Seedling stage
品种
Variety 出苗期
Emergence stage
苗期
Seedling stage
bicycles是什么意思中文中黄74 Zhonghuang 74 3 5 运豆101 Yundou 101 2 1 冀1507 Ji 1507 3 1 郑1311 Zheng 1311 2 1 冀豆29 Jidou 29 3 5 冀1503 Ji 1503 4 1 冀豆23 Jidou 23 4 1 皖宿1015 Wansu 1015 2 1 安豆1498 Andou 1498 1 5 齐黄39 Qihuang 39 1 4 石豆17 Shidou 17 4 1 中黄207 Zhonghuang 207 3 3 科豆13 Kedou 13 4 4 邯豆11 Handou 11 3 5 中黄206 Zhonghuang 206 4 3 Williams 82 1 4 中黄605 Zhonghuang 605 2 5 中黄35 Zhonghuang 35 3 5 中黄80 Zhonghuang 80 3 3 中黄39 Zhonghuang 39 2 5 中黄203 Zhonghuang 203 3 1 铁丰8号 Tiefeng 8 2 1 中黄204 Zhonghuang 204 3 1 Peking 2 5 中黄70 Zhonghuang 70 3 5 NY27-38 4 1 圣豆10号 Shengdou 10 3 1
