作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2011, 37(7): 1266 1273
www.chinacrops/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9
E-mail: xbzw@chinajournal
本研究由国家自然科学基金项目(30671310, 30971801), 国家转基因生物新品种培育科技重大专项(2009ZX08009-088B)和国家重点基础研究发展计划(2009CB118400)资助。
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通讯作者(Corresponding author): 邱丽娟, E-mail: qiu_lijuan@263
第一作者联系方式: E-mail: (刘光宇); rx_(关荣霞) **共同第一作者 Received(收稿日期): 2011-01-14; Accepted(接受日期): 2011-04-12.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2011.01266
大豆不同器官Na +含量与苗期耐盐性的相关分析
竹子林侦探小说排行榜刘光宇 关荣霞** 常汝镇 邱丽娟*
农作物基因资源与遗传改良国家重大科学工程 / 农业部作物种质资源利用重点开放实验室 / 中国农业科学院作物科学研究所, 北京100081
摘 要: 29个大豆品种用1/2 Hoagland 营养液培养, 待真叶完全展开后加入100 mmol L –1 NaCl 胁迫处理。叶片盐害症状明显时(第8天), 根据盐害症状划分大豆苗期耐盐级别, 并分别取根、茎、叶和子叶, 用原子吸收光谱仪测定其Na +含量。结果表明, 大豆茎、叶和子叶Na +含量与耐盐级别呈极显著正相关。利用不同器官Na +含量聚类, 发现I 级和II 级苗期耐盐品种可聚为一类, 而III~V 级苗期盐敏感品种可聚为一类。耐盐品种叶片和子叶的Na +平均含量极显著(P ≤0.01)低于盐敏感品种, 茎Na +平均含量差异达显著水平(P ≤0.05), 而根Na +平均含量差异不显著。这表明叶片和子叶Na +含量能有效区分苗期耐盐和盐敏感大豆品种。
本研究建立了水培条件下以叶片或子叶Na +含量作为生理指标对大豆苗期耐盐性的鉴定方法, 为大豆苗期耐盐种质鉴定、耐盐基因挖掘和品种培育奠定了基础。 关键词: 大豆; 品种资源; 苗期; 耐盐性; Na +含量
Correlation between Na + Contents in Different Organs of Soybean and Salt Tolerance at the Seedling Stage
LIU Guang-Yu, GUAN Rong-Xia **, CHANG Ru-Zhen, and QIU Li-Juan *
National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic Improvement / Key Laboratory of Germplasm Utilization, Ministry of Agriculture, Insti-tute of Crop Sciences, Chine Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China
Abstract: Salinity is recognized as one of the abiotic stress negetively affecting crop productivity worldwide, which is mainly introduced by the conquence of Na + toxicity. Great advances have been made in screening methodologies for salt tolerant soybean [Glycine max (L.) Merr.] in recent years. But few studies have focud on the evaluation of the relationship of soybean salt tolerance with Na + content in different organs. The objective of our study was to develop a steady, measurable and effective method for salt tolerance evaluation of soybean germplasm bad on measuring Na + content in soybean. Twenty nine cultivars were grown in 1/2 Haogland nutrient solution, in which 100 mmol L –1 NaCl was added when the cond pair of simple primary leaves fully expanded. The visual foliar symptom was ud to evaluate the scale of the salt tolerance. Roots, stems, leaves, and cotyledons were sampled at eight days after salt treatment. Different parts of the plant were measured by the atomic absorption spectrophotometer. Na + content was extremly correlated with the scale of salt tolerance content in stem, leaf and cotyledon but not in root. Clusteri
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ng for salt tolerant (including scale of 1 and 2) and salt nsitive (including scale of 3, 4, and 5) soybean cultivars at edling stage bad on Na + contents in stem, leaf and cotyledon. The average Na + contents of leaf and cotyledon from the tolerant cultivars were significantly lower than tho from the nsitive culitvars. There was significant difference of Na + contents in roots but there was not in stem between tolerant and nsitive soybean. The results indicated that Na + content in leaf and cotyledon can be ud for evaluation of salt tolerance in cultivated soybean at the edling stage. Therefore, the method of evalu-ating salt tolerant soybean cultivars at the edling stage by Na + content of leaf and cotyledon in hydroponics, will be ud in germplasm identification, gene cloning and cultivar development of salt tolerance in soybean. Keywords: Soybean; Germplasm; Seedling stage; Salt tolerance; Na + content
土壤盐渍化是危害农作物生产的重要非生物胁迫因素之一。全球5%的耕地受到盐渍化影响[1], 中
国耕地盐渍化比例则达 6.62%[2], 其中大豆主产区东北生态区是土壤盐碱化最严重的地区之一[3], 黄
第7期刘光宇等: 大豆不同器官Na+含量与苗期耐盐性的相关分析1267
淮海生态区盐碱地面积有467万公顷[4]。不合理灌溉等农业措施进一步加剧了土壤盐渍化。研究表明大豆属中度耐盐作物, 但在盐渍土种植大豆会降低品质、减产甚至绝收[5]。因此, 大豆耐盐性鉴定方法
的研究对于培育耐盐品种以及开发和利用盐碱地具有重要意义。
大豆耐盐鉴定方法是发掘和利用大豆耐盐种质, 开展大豆耐盐性分子遗传研究和培育耐盐品种的关键。邵桂花等[6-7]建立了以叶片盐害症状评定大豆耐盐性的田间鉴定方法并得到应用[8]。李星华等[9]虽然用相同的田间苗期鉴定方法, 但采用了不同的叶片盐害症状分级标准。这表明耐盐级别的划分缺乏统一标准。近年来有学者对盐胁迫下大豆生理性状进行测定, 发现不同盐浓度下无论是土培法还是水培法, 大豆幼苗叶片Na+含量都与耐盐性有关[10-14], 地上部Na+含量低的品种盐害症状轻, 在水稻、烟草和许多十字花科植物中有相似的结果[15-17]。不同研究在大豆幼苗耐盐性鉴定时采用的NaCl胁迫浓度不同。Durand等[13]认为50 mmol L–1以上的盐浓度胁迫才能引起大豆幼苗体内离子失衡, Umezawa等[18]研究表明先用低浓度盐处理会提高大豆幼苗的耐盐性。邵桂花等[7]对大豆种质资源耐盐性鉴定时土壤含盐量为0.4%~0.7%。罗庆云等[12]和Valencia等[19]认为大豆幼苗体内离子分布的最佳NaCl浓度分别为150 mmol L–1和120 mmol L–1。这些生理研究仅限于对极少数材料的分析, 但该生理指标是否可用于我国丰富的大豆资源的耐盐性鉴定, 从而量化大豆苗期耐盐性评价的指标, 还未见报道。
本文利用水培法分析29个来源广泛的大豆品种叶片盐害症状和植株不同部位Na+含量的关系, 旨在建立一种稳定、高效的大豆苗期耐盐性的定量鉴定方法。
1材料与方法
1.1 植物材料的培养
29个大豆品种来自中国农业科学院国家作物种质中期库, 包括22个育成品种和7个地方品种。试验于2010年5月至6月在遮雨棚中进行。种子在发芽盒的蛭石中萌发。7 d后待子叶完全展开时, 每品种选择整齐一致的24株(n=8)幼苗移至15 L装有1/2 Hoagland营养液的塑料盒中培养3 d。待真叶完全展开时, 转入加有100 mmol L–1 NaCl的营养液中胁迫处理。本文选用的部分品种为邵桂花等[7]已经鉴定过的材料, 通过100 mmol L–1和150 mmol L–1 NaCl 预试验后, 发现在150 mmol L–1 NaCl胁迫条件下, 大豆品种出现盐害的速度过快, 不利于区分不同的耐盐等级, 而100 mmol L–1 NaCl胁迫使不同耐盐性的大豆存活时间延长, 利于耐盐性的区分, 故选择100mmol L–1 NaCl (约为土壤含盐量0.6%时的浓度)进行胁迫处理。用蒸馏水配制营养液, pH 5.5, 电导率8.38±0.07 dS m–1, 水温30.1±0.4℃。3 d更换一次营养液, 组分包括 2.0 mmol L–1 Ca(NO3)2·4H2O、2.5 mmol L–1 KNO3、0.5 mmol L–1 NH4NO3、1.0 mmol L–1 KH2PO4和 1.0 mmol L–1 MgSO4、0.1 mmol L–1 FeSO4·7H2O和0.1 mmol L–1 EDTANa2、0.025 mmol L–1 H3BO3、0.002 mmol L–1 MnSO4·H2O、0.002 mmol L–1 ZnSO4·7H2O、0.005 mmol L–1 Na2MoO4·2H2O、0.005 mmol L–1 CuSO4·5H2O和0.001 mmol L–1 CoCl2。
1.2盐害调查与取样
100 mmol L–1 NaCl处理8 d后调查各品种3个重复(n=4)的叶片盐害症状。参考邵桂花等[6]和Lee 等[20]的方法将叶片盐害症状划分为5个级别, 分别为I级(正常叶片)、II级(叶受损面积≤25%)、III级(25%<；叶受损面积≤50%)、IV级(50%<；叶受损面积≤75%)和V级(叶受损面积>75%或死亡)。每个品种
3个重复12株的平均值代表该品种的耐盐级别。将每重复4株幼苗取出, 根部用自来水清洗一次, 蒸馏水快速漂洗2次, 再用滤纸将根部表面水分吸干。对各品种剩余12株(n=4)幼苗继续观察叶片盐害症状, 直至植株死亡。
1.3 Na+含量测定与分析
参考Lin等[21]方法测定Na+含量。各重复根、茎、叶和子叶分装入牛皮纸袋, 置109℃烘箱中杀青
2 h后, 60℃烘干至衡重。用研钵将组织磨碎, 取约0.1 g样品放入30 mL离心管, 加入100 mmol L–1醋酸10 mL, 90℃水浴振荡
3 h进行消解。将消解液用灭菌滤纸滤入新的10 mL离心管中作为母液保存。将根、叶和茎、子叶母液分别稀释20倍和30倍(根据试测结果调整), 终体积为1.8 mL。用原子吸收光谱仪(Solaar S2, Thermo Elemental, 美国)测定Na+含量, 每个样品平行测定3次, 取平均值。
采用Statistical Analysis System (SAS version 9.0)软件对实验数据进行相关分析、聚类分析和方差分
析。
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2 结果与分析
2.1 大豆苗期耐盐性的表型分析
不同大豆品种叶片盐害症状差异明显(图1-A)。I~V 级品种分别为3、5、9、7和5个(表1)。29个栽培大豆盐处理12 d 后, 盐害症状进一步加重。图1-B 对比了其中10个品种的耐盐性表现, 耐盐级别较高的品种北京小黑豆、Clark 、黑农40、英德褐豆和绥农20等均表现出叶片失绿、萎黄直至干枯死亡, 而耐盐级别较低的品种科丰14、文丰7号、冀豆12、豫豆18和Avery 等保持正常的绿色叶片。其中文丰
7号是前人经过田间耐盐鉴定筛选出的耐盐大豆品种[6-7,9]。
2.2 大豆不同器官Na +含量与耐盐性的相关分析
29个大豆品种不同器官Na +含量与耐盐级别的相关性不同。随着耐盐级别的增加, 根中Na +含量从I 级
品种Avery (22.06±0.34 mg g –1)到V 级品种Clark 63 (21.26±1.05 mg g –1)并未增加。根中Na +含量为17.70~32.00 mg g –1, 与耐盐级别不相关(r = 0.05)。但是随着品种耐盐级别的增加, 茎、叶和子叶Na +含量也随之增加, 变化幅度分别为44.57~93.82、6.10~
表1 29个大豆品种在100 mmol L –1NaCl 溶液胁迫8 d 的耐盐性表现
Table 1 Performance of salt tolerance in 29 soybean cultivars after eight days treatment with 100 mmol L –1 NaCl
级别 Scale 症状 Visual symptom 编号 No. 品种(系)名称 Name of cultivars
来源 Origin
类型 Type 品种总数 No. of cultivars
S01 Avery
美国 USA
育成 Bred
3 S02 铁丰8号 Tiefeng 8 中国辽宁 Liaoning, China 育成 Bred I 正常叶片
情遗东门Normal green
S03
文丰7号 Wenfeng 7 中国山东 Shandong, China 育成 Bred S04 冀豆12 Jidou 12 中国河北 Hebei, China 育成 Bred 5 S05 豫豆18 Yudou 18 中国河南 Henan, China 育成 Bred S06 科丰14 Kefeng 14 中国北京 Beijing, China 育成 Bred S07 柘城小红豆
春怨金昌绪
Zhechengxiaohongdou 中国河南 Henan, China 地方 Local II
叶受损面积≤25% Leaf scorch ≤25%
S08
中黄13 Zhonghuang 13 中国北京 Beijing, China 育成 Bred S09 商1099 Shang 1099 中国河南 Henan, China 育成 Bred 9 S10 Williams 82 美国 USA
育成 Bred S11 冀NF58 JiNF 58
中国河北 Hebei, China 育成 Bred S12
中品03-5179
Zhongpin 03-5179
中国北京 Beijing, China 育成 Bred S13 Jumbo emas
印度尼西亚 Indonesia 地方 Local S14 Union 美国 USA
育成 Bred S15
中品03-5373 Zhongpin 03-5373
中国北京 Beijing, China 育成 Bred S16 85-140 中国北京 Beijing, China 育成 Bred III
吃西瓜有什么好处25%<；叶受损面积≤50% 25%< leaf scorch ≤50%
S17
绥农14 Suinong 14 中国黑龙江
Heilongjiang, China 育成 Bred S18 灰皮支黑豆 Huipizhiheidou 中国山西 Shanxi, China 地方 Local 7 S19 邳县四粒糙 Pixiansilicao 中国江苏 Jiangsu, China 地方 Local S20 绥农20 Suinong 20 中国黑龙江
Heilongjiang, China 育成 Bred S21 郑92116 Zheng 92116 中国河南 Henan, China 育成 Bred S22 汉源巴利黑豆 Hanyuanbaliheidou 中国四川 Sichuan, China 地方 Local S23 英德褐豆 Yingdehedou 中国广东
Guangdong, China 地方 Local IV
50%<；叶受损面积≤75%
50%< leaf scorch ≤75%
S24
晋品84 Jinpin 84
中国山西 Shanxi, China 育成 Bred S25
北京小黑豆 Peking xiaoheidou
中国北京 Beijing, China 地方 Local 5 S26 Clark 美国 USA
育成 Bred S27 黑农40 Heinong 40 中国黑龙江
Heilongjiang, China 育成 Bred S28
冀观52 Jiguan 52
中国河北 Hebei, China 育成 Bred V
叶受损面积>75%或死亡 Leaf scorch>75% or death
S29 Clark 63
美国 USA
育成 Bred
第7期
刘光宇等: 大豆不同器官Na +含量与苗期耐盐性的相关分析
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图1 100 mmol L –1 NaCl 处理8 d 和12 d 后叶片盐害症状
Fig. 1 Visual symptoms of the salt nsitive in excess NaCl (100 mmol L –1) as compared to the salt tolerant
A: 盐处理8 d 后叶片盐害症状及耐盐级别评定; I~V 为1~5级耐盐级别, 代表品种依次是铁丰8号、冀豆12、85-140、灰皮支黑豆和北京小黑豆。B: 盐处理12 d 后耐盐性不同的大豆品种; 1~10: 分别为科丰14、文丰7号、冀豆12、豫豆18、Avery 、北京小黑豆、Clark 、黑农40、英德褐豆和绥农20。
A: evaluation of salt-tolerance according to the visual foliar symptoms after eight days of NaCl treatment. I–V: scales of salt-tolerance from 1 to 5, which is reprented by Tiefeng 8, Jidou 12, 85-140, Huipizhiheidou and Peking xiaoheidou; B: different salt tolerance in soybean cultivars at 12 days of NaCl treatment; 1–10: Kefeng 14, Wenfeng 7, Jidou 12, Y udou 18, Avery, Peking xiaoheidou, Clark, Heinong 40, Yingdehedou, and Suinong 20.
32.68和15.73~42.92 mg g –1。茎、叶和子叶中Na +含量与耐盐级别的相关系数分别为0.78、0.72和0.82, 呈极显著(P ≤0.01)正相关关系(图2)。
根据相关显著性分析结果, 选择茎、叶和子叶这3个器官的Na +含量数据对29个大豆品种进行聚类分析
(图3), 共分为2类。第1类的8个品种, 又可分为2个亚类, 第1亚类包括Avery 、铁丰8号和文丰7号, 均为I 级品种; 第2亚类包括冀豆12、豫豆18、科丰14、柘城小红豆和中黄13, 均为II 级品种。第2类有21个品种, 为III~V 级材料, 但该类群中不同耐盐级别大豆间没有分成明显的亚类。因此, 将I 级和II 级苗期耐盐品种划分为一类, III~V 级苗期盐敏感品种划分一类。
2.3 不同耐盐性大豆品种的Na +含量差异显著性分析
根据聚类分析结果, 对苗期耐盐和盐敏感品种
的根、茎、叶和子叶Na +含量进行了比较分析(表2)。盐胁迫耐盐和盐敏感品种Na +平均值和变化范围相近, 幼苗根中Na +稳定在相对较低的水平。与其他器官相比, 茎中Na +含量最高。盐敏感品种除Willams 82和Jumbo emas 以外, 茎中Na +含量均高于60 mg g –1, 并且变化范围较大, Na +平均含量是耐盐品种的1.4倍。耐盐和盐敏感品种Na +含量变化最大的差异在叶和子叶, 盐敏感品种Na +含量是耐盐品种的2.6倍和1.8倍。耐盐品种叶和子叶中Na +平均含量极显著(P ≤0.01)低于根, 变化范围分别为6.10~12.04 (除中黄13为16.54 mg g –1, 耐盐级别II)和15.73~22.42 mg g –1。而盐敏感品种叶Na +平均含量与根相当(P >0.05), 子叶Na +平均含量显著高于根(P ≤0.01)。
进一步比较5个耐盐级别品种各器官Na +平均含量(图4), 发现不同耐盐级别大豆品种根中Na +平均含量差异不显著(P >0.05); I 级和II 级耐盐品种茎
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作 物 学 报 第37卷
图2 100 mmol L –1 NaCl 处理第8天根(A)、茎(B)、叶(C)和子叶(D) Na +含量与耐盐级别的相关性
Fig. 2 Na + contents correlation between each of root (A), stem (B), leaf (C), cotyledon (D), and scale of salt tolerance at the eighth独生子女补贴政策
days treatment with 100 mmol L –1 NaCl
**表示极显著相关(P ≤0.01)。**
Refers to extremely significance according to Pearson test (P ≤0.01).
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图3 29个大豆品种不同器官Na +含量的聚类分析
Fig. 3 Dendrogram of 29 soybean cultivars bad on Na + contents in different organs 编号同表1。Code numbers of cultivars correspond with the No. of cultivars in Table 1.
Na +
平均含量显著和极显著低于III~V 级品种(P ≤0.05), 叶片和子叶Na +平均含量极显著低于III~V 级品种(P ≤0.01), 说明品种耐盐性级别的差别与根
Na +含量无关, 耐盐品种地上部Na +积累更少, 叶和子叶的Na +含量能有效区分8个耐盐品种和21个盐敏感品种。
