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玉米苗期耐盐性鉴定技术研究及耐盐自交系筛选  PDF

    李冉 1
    ✉
    韩洁楠 1
    上官小川 1,2
    周婷芳 1,2
    张泽 1,2
    潘越 1
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    周志强 1
    李新海 1
    李明顺 1
    ✉
1. 中国农业科学院作物科学研究所,北京100081; 2. 黑龙江八一农垦大学农学院, 大庆 163319; 3. 吉林省农业科学院洮南综合试验站,洮南 137100

最近更新:2024-11-07

DOI:10.13430/j.cnki.jpgr.20240227006

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目录contents
摘要
关键词
1 材料与方法
1.1 试验材料
1.2 试验设计
1.3 指标测定
1.4 数据分析
2 结果与分析
2.1 玉米苗期室内耐盐鉴定盐浓度筛选
2.2 玉米苗期室内耐盐鉴定技术评价
2.3 76份玉米自交系苗期指标分析
2.4 玉米自交系苗期各指标耐盐系数和综合耐盐评价值相关性分析
2.5 玉米自交系苗期耐盐性综合分析
3 讨论
4 结论
参考文献

摘要

土壤盐碱化使耕地利用率降低,作物生产受到限制。玉米耐盐种质的鉴定及筛选在盐碱地改良利用中具有重要意义和应用前景。本研究为筛选玉米苗期耐盐鉴定的最适NaCl浓度,选取16份代表性自交系进行0(对照)、100、150、200、250、300 mmol/L NaCl处理7 d,测定株高、根长、地上部鲜重、地下部鲜重、地上部干重和地下部干重6个指标,并记录苗情。结果表明,盐处理 7 d后,与对照相比,150 mmol/L NaCl处理的各指标存在显著差异,并且比其他盐浓度处理的变异系数更大,由此确定 150 mmol/L 为玉米自交系苗期耐盐鉴定的最适浓度。据此本研究建立了玉米苗期150 mmol/L NaCl处理的多指标综合评价耐盐鉴定技术。利用该技术对76份玉米自交系进行分析,通过加权隶属函数法计算耐盐综合评价指数D并聚类分析,将76份玉米自交系划分为高耐盐、耐盐、盐敏感及盐高敏4个类群,其中明71、中106、四-287和8112苗期耐盐能力较强,可作为玉米耐盐育种的优异资源;地上部鲜重耐盐系数与D值相关性最高,可作为玉米自交系苗期耐盐性评价的主要指标。

关键词

玉米; 苗期; 鉴定技术; 耐盐自交系

土壤盐渍化会使作物生产受到限制,全球约有 8.33亿 hm2的土壤受到盐渍化的威胁,我国盐渍土总面积为3690 万hm2,占全国可利用土地面积的5.01%[

参考文献 1
百度学术    
1]。此外,人类不合理的开发、利用、灌溉等造成耕地次生盐渍化,使可耕地面积进一步减少,严重威胁我国粮食安全[
参考文献 2
百度学术    
2]。玉米是我国第一大农作物,是重要的粮食、饲料和工业加工原料[
参考文献 3
百度学术    
3]。近年来,我国东北和黄淮海平原等玉米主产区耕地盐渍化日益严重,已成为导致玉米减产的主要非生物胁迫之一[
参考文献 4
百度学术    
4]。我国耐盐玉米种质匮乏,耐盐鉴定技术体系不成熟,耐盐玉米品种稀缺,因此,进行玉米耐盐种质遗传改良和新品种选育具有重要的实践意义[
参考文献 5
百度学术    
5]。

筛选玉米耐盐种质,进一步选育玉米耐盐品种是利用盐渍土经济有效的途径[

参考文献 6
百度学术    
6]。杨晓杰等[
参考文献 7
百度学术    
7]对118份玉米自交系萌发期和苗期主要形态指标进行综合评价,筛选出耐盐和盐敏感玉米自交系各5份。陆程张等[
参考文献 8
百度学术    
8]对吉林省200份骨干玉米自交系在盐、碱和盐碱混合胁迫下的萌发期和苗期性状进行耐盐系数综合评价,筛选出高耐盐玉米自交系8份。王明泉等[
参考文献 9
百度学术    
9]采用水培的方法对153份玉米自交系进行盐胁迫,通过耐盐系数进行综合分析,筛选出12份耐盐性较强的玉米自交系。邓杰等[
参考文献 10
百度学术    
10]对89份自交系在盐碱胁迫下萌发期8个性状进行综合评价,筛选出高耐盐碱自交系7份。虽然目前对玉米耐盐种质的筛选开展了较多研究,但由于鉴定体系不统一,可比性差,并且耐盐种质不等同育种材料,耐盐品种筛选仍然面临种质鉴定不充分的困境。因此,进一步标准化耐盐鉴定体系对加快耐盐玉米新品种选育具有重要意义。

玉米耐盐性是多基因控制的数量性状,耐盐性鉴定结果受评价指标和评价方法的影响。玉米苗期对盐胁迫的敏感性比发育后期更敏感,苗期还可以排除外界的干扰在可控环境下进行分析[

参考文献 11
百度学术    
11]。Cui等[
参考文献 12
百度学术    
12]研究表明盐碱地和水培条件下表型结果一致,两种环境下耐盐性排名显著正相关,说明采用水培方法进行玉米耐盐性鉴定可靠。生长量是植物响应盐胁迫的直接体现[
参考文献 13
百度学术    
13],但单一指标不能全面评价植物的耐盐性[
参考文献 14-18
14-18]。近年来,玉米耐盐性鉴定多通过主成分分析法、隶属函数法及两者结合的方法整合多个耐盐指标进行综合评价[
参考文献 6
百度学术    
6,
参考文献 15
百度学术    
15
,
参考文献 18-19
18-19
],有效提高了鉴定结果的准确性、科学性。

本研究以具有代表性的16份玉米自交系为材料,设置多个NaCl浓度进行形态指标比较,最终筛选出苗期耐盐性鉴定的适宜盐胁迫浓度,建立了多指标综合评价的耐盐鉴定技术;进一步利用该技术对76份自交系进行相关苗期指标测定,通过加权隶属函数和标准差赋权重法得到耐盐综合评价指数D,并通过聚类分析筛选耐盐玉米自交系。本研究为进一步规范耐盐鉴定体系提供了数据参考,所鉴定耐盐玉米自交系对育种应用有重要价值。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料由两部分组成,用于筛选适宜盐胁迫浓度的材料包含全国杰出贡献玉米自交系11份,分别是PH6WC、PH4CV、昌7-2、郑58、京724、京92、齐319、掖478、X178、Mo17和K10;此外还包括玉米骨干自交系掖3189、吉846、PHPR5、B73和承系53。用于资源评价的材料为76份玉米自交系,由中国农业科学院作物科学研究所提供。已有研究报道证明X178[

参考文献 20
百度学术    
20]、K10[
参考文献 20
百度学术    
20]、郑58[
参考文献 21
百度学术    
21]、PH6WC[
参考文献 22
百度学术    
22]和齐319[
参考文献 23
百度学术    
23]为耐盐玉米自交系,昌7-2[
参考文献 21
百度学术    
21]、PH4CV[
参考文献 22
百度学术    
22]和Mo17[
参考文献 7
百度学术    
7]为盐敏感自交系。

1.2 试验设计

每份材料挑选45粒大小一致且饱满的种子,自来水清洗一遍,去离子水清洗两遍,进行表面消毒(3% H2O2 浸泡30 min),去离子水再洗两遍,饱和CaSO4溶液浸泡过夜,将浸泡过的种子均匀地铺在有湿润滤纸的托盘(480 mm×350 mm×41 mm)中,每个托盘铺4份材料,上方罩黑色塑料袋,置于人工培养室催芽,期间及时补充水分,昼夜温度为28℃/26℃,每天光照14 h,黑暗10 h。当种子的主根长至2 cm时将其置于方形滤纸顶端1 cm处,卷成圆筒置于15 L桶中,加入去离子水至容器体积1/2,套黑色塑料袋继续培养。待地上部叶片发绿,长至约4 cm时,揭开黑色塑料袋培养至两叶一心。选取生长一致的幼苗,移入含有1/2 Hogland营养液的培养箱中进行盐处理,每个浓度两个重复,每个重复每份材料移4株幼苗。移苗后第3、6、9天换Hogland营养液及含有NaCl的Hogland营养液[

参考文献 24
百度学术    
24]。处理第7天记录苗情,测量株高、根长、地上部鲜重和地下部鲜重,并将样品装入牛皮纸袋中烘干至恒重,测量样品的地上部干重和地下部干重。其中16份代表性自交系在0、100、150、200、250、300 mmol/L NaCl 处理下进行,以筛选出自交系苗期耐盐性鉴定的适宜盐胁迫浓度,进而在适宜盐胁迫浓度下对76份自交系进行苗期耐盐性鉴定。

1.3 指标测定

株高:以玉米植株地上部分最高点的拉直高度为准,测定其株高[

参考文献 25
百度学术    
25]。

根长:以玉米根系拉直最长为准,测定其根长[

参考文献 25
百度学术    
25]。

地上部鲜重、地下部鲜重:盐处理第7天,取完整植株,从根系处剪开以区分地上部和地下部,用蒸馏水洗净,用吸水纸除去表面残留水分后称重,称重后放入牛皮纸袋中。

地上部干重、地下部干重:将上述含有样品的纸袋子放入烘箱中105℃杀青30 min,然后 80℃烘干至恒重,称其干重。

苗情:盐处理第7天记录苗情,如图1所示。

图1  玉米自交系苗期不同苗情等级的长势情况

Fig.1  The growth of maize inbred lines at different seedling condition levels

1级:倒二叶叶尖发黄,其他叶正常绿色;2级:倒一、倒二叶中1/2至2/3叶片发黄;3级:整片叶发黄,萎蔫;4级:新叶卷曲,其他叶萎蔫,包括死亡情况

Grade 1: The tip of the inverted two leaves is yellow, the other leaves are normal green; Grade 2:1/2 to 2/3 of the leaves in the first and second leaves are yellow; Grade 3: The whole leaf is yellow and wilting; Grade 4: Curl of new leaves, wilting of other leaves, including death

1.4 数据分析

玉米苗期耐盐性指标数据取均值进行处理,可以减少材料间固有差异[

参考文献 26
百度学术    
26]。以供试材料测定指标为依据,应用模糊数学中的加权隶属函数法计算玉米自交系的耐盐综合评价指数D,并根据D值大小进行K均值聚类分析。采用Excel软件和SPSS 26统计分析软件进行数据处理、方差分析、多重比较、相关性分析和聚类分析。用到的公式[
参考文献 14
百度学术    
14]如下。

(1)耐盐系数=盐处理下测定值/对照下测定值。

(2)根据材料各指标的耐盐系数计算隶属函数值:μ(Xij)=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin),其中,μ(Xij)为i材料指标j的隶属值;Xij表示为 i材料 j指标的测定值,Xjmax、Xjmin分别为供试材料中指标耐盐系数的最大值和最小值。

(3)基于各指标的隶属函数值计算变异系数:CVj=(标准偏差/平均值)×100%,其中CVj是指标j隶属函数值的变异系数。

(4)基于各指标的变异系数计算权重:Wj=CVj/∑1iCVj,其中Wj表示指标j的变异系数在总变异系数中所占比率。

(5)基于各指标的隶属函数值和变异系数计算耐盐综合评价指数: D=∑1iμXijWj]。

2 结果与分析

2.1 玉米苗期室内耐盐鉴定盐浓度筛选

为了筛选玉米苗期耐盐性鉴定适宜的盐胁迫浓度,选取16份代表性自交系分别在0、100、150、200、250和300 mmol/L NaCl下处理7 d,测定植株形态指标。在处理第3天时,随着盐浓度的升高,植株生长受到的抑制程度明显不同,200~300 mmol/L NaCl处理的植株明显萎蔫和卷曲,部分材料出现倒伏(图2)。由表1可知,随着盐浓度的升高,苗情等级逐渐升高,说明玉米自交系受到的盐害程度不断增加。对0、100、150、200、250和300 mmol/L NaCl处理下苗情的四分位差进行计算,结果分别为0、1、0.875、1.75、0.5和0,四分位差呈先升高后降低,再升高再降低的趋势,无法直接判断苗期耐盐鉴定最适盐胁迫浓度,因此需借助植株长势情况及指标数据进一步分析。处理第7天时,对照条件(0 mmol/L NaCl处理)下,玉米自交系长势旺盛;在100~200 mmol/L NaCl处理下,多数植株生长受到抑制,植株变矮小,叶尖发黄,200 mmol/L NaCl处理下37.5%植株苗情等级为4,说明100~200 mmol/L NaCl处理下形态指标具有较高可比性;在250 mmol/L和300 mmol/L NaCl处理下,分别有86.66%和92.86%植株苗情等级为4,K10叶片整体发黄,其他玉米自交系叶片萎蔫或死亡,说明250 mmol/L是绝大数玉米自交系苗期生长的上限NaCl处理浓度。250 mmol/L和300 mmol/L NaCl处理下,植株萎蔫或死亡、根系易断,造成测定误差大,不适于耐盐鉴定,因此只对0~200 mmol/L NaCl处理下的指标进一步测定。

图2  不同盐浓度下处理第3天玉米自交系生长情况

Fig.2  Growth of maize inbred lines on the third day treated with different salt concentrations

从左至右的第3列至第10列为自交系材料,每列两份材料,每份材料4株

Columns 3 to 10 from left to right are inbred line materials, with two materials per column and four plants per material

表1  不同盐浓度下16份玉米自交系苗情
Table 1  Seedling condition of 16 maize inbred lines under different salt concentrations

序号

Serial number

自交系

Inbred lines

盐浓度(mmol/L) Salt concentration
0100150200250300
1 齐319 1 2 2 3 4 4
2 掖478 1 2 3 3 / /
3 掖3189 1 2 2 3 4 4
4 吉846 1 1 2 4 4 4
5 承系53 1 1 2 3 3 4
6 X178 1 1 1 3 4 4
7 郑58 1 1 2 4 4 4
8 昌7-2 1 2 2 4 4 4
9 京724 1 3 2 2 4 4
10 京92 1 2 2 4 4 4
11 PH6WC 1 2 2 2 4 4
12 PH4CV 1 2 3 4 4 4
13 PHPR5 1 4 4 4 4 4
14 K10 1 2 2 1 2 2
15 Mo17 1 1 2 3 4 /
16 B73 1 2 3 2 4 4

/表示数据因生长异常而缺失

/ indicates that the data is missing due to abnormal growth

方差分析表明(表2),与对照相比,6个指标在不同盐浓度下差异显著,可进一步分析。多重比较表明(表3),与对照相比,16份玉米自交系在100~200 mmol/L NaCl下株高、根长、地上部鲜重、地下部鲜重、地上部干重和地下部干重均有不同程度的下降。与对照相比,盐浓度为100  mmol/L时株高和地上部鲜重显著降低,其他指标无差异,盐浓度为150 mmol/L和200 mmol/L时各指标均显著降低。与100 mmol/L相比,150 mmol/L NaCl下根长不受影响,其余5个指标均显著降低;200 mmol/L NaCl下6个指标均显著降低。与150 mmol/L相比,200 mmol/L NaCl下根长、地上部鲜重和地下部干重存在显著差异,株高、地下部鲜重和地上部干重无显著差异。以上结果表明150~200 mmol/L NaCl为苗期耐盐鉴定的适宜盐胁迫浓度范围。

表2  不同盐浓度胁迫下玉米苗期指标方差分析
Table 2  Analysis of variance of maize seedling indicators under different salt concentration stresses

指标

Index

差异来源

Sources of differences

平方和

Sum of squares

自由度

Degree of freedom

均方

Mean square

F值

F value

显著性

Significance

株高

SH

组间 2719.92 3 906.64 65.82 0
组内 826.53 60 13.78
总计 3546.45 63

根长

RL

组间 1076.40 3 358.80 9.48 0
组内 2271.29 60 37.85
总计 3347.70 63

地上部鲜重

SFW

组间 23.04 3 7.68 84.70 0
组内 5.44 60 0.09
总计 28.48 63

地下部鲜重

RSW

组间 2.92 3 0.97 10.55 0
组内 5.53 60 0.09
总计 8.45 63

地上部干重

SDW

组间 0.07 3 0.02 25.17 0
组内 0.06 60 0
总计 0.13 63

地下部干重

RDW

组间 0.02 3 0.01 14.30 0
组内 0.02 60 0
总计 0.04 63

SH: Shoot height; RL: Root length; SFW: Shoot fresh weight; RFW: Root fresh weight; SDW: Shoot dry weight; RDW: Root dry weight; The same as below

表3  不同盐浓度胁迫下玉米苗期指标多重比较
Table 3  Multiple comparisons of maize seedling indicators under different salt stresses

盐浓度(mmol /L)

Salt concentration

株高(cm)

SH

根长(cm)

RL

地上部鲜重(g)

SFW

地下部鲜重(g)

RFW

地上部干重(g)

SDW

地下部干重(g)

RDW

0 33.89±1.13a 35.93±2.15a 1.88±0.11a 1.22±0.09a 0.14±0.00a 0.07±0.00a
100 24.28±1.04b 31.68±1.45ab 1.19±0.07b 1.07±0.07a 0.12±0.01a 0.07±0.00a
150 19.37±0.80c 29.34±1.09b 0.64±0.06c 0.80±0.07b 0.07±0.00b 0.06±0.00b
200 16.84±0.63c 24.58±1.22c 0.29±0.02d 0.68±0.05b 0.06±0.00b 0.03±0.00c

表中数据为平均值±标准偏差,同列中不同小写字母表示显著差异(P<0.05)

The data in the table are the average ± standard deviation, and different lowercase letters in the same column indicate significant differences (P<0.05)

变异系数越大表明自交系间指标变化幅度越大,相应盐胁迫浓度则更适宜耐盐鉴定[

参考文献 6
百度学术    
6]。由表4可知,与对照相比,100 mmol/L NaCl下根长和地下部鲜重变异系数减小,其他4个指标变异系数增大;150 mmol/L NaCl下根长变异系数减小,其他5个指标变异系数增大;200 mmol/L NaCl下根长、地下部鲜重和地下部干重变异系数减小,其他3个指标变异系数增大。与100 mmol/L和200 mmol/L相比,150 mmol/L NaCl下多个指标变异系数增大。以上结果表明150  mmol/L NaCl下自交系间苗期指标差异最大,因此确定其为玉米自交系苗期耐盐性鉴定的适宜盐胁迫浓度。

表4  不同盐浓度胁迫下玉米苗期指标变异系数
Table 4  Coefficients of variation of maize seedling indicators under different salt concentration stresses

盐浓度( mmol /L)

Salt concentration

变异系数(%)Coefficient of variation
株高SH根长RL地上部鲜重SFW地下部鲜重RFW地上部干重SDW地下部干重RDW
0 13.45 23.95 23.54 30.51 24.47 26.19
100 17.24 18.35 26.17 28.34 32.76 32.91
150 16.62 14.99 38.02 38.45 36.24 37.50
200 15.05 20.00 30.25 29.22 24.86 21.92

2.2 玉米苗期室内耐盐鉴定技术评价

分析对照和150 mmol/L NaCl处理下玉米自交系苗期指标,对16份自交系的耐盐性进行综合评价。根据16份玉米自交系苗期指标的耐盐系数,计算出各指标的隶属值;同时利用标准差法赋权重,进而计算自交系的D值。分析发现D值与苗情呈极显著负相关,相关性系数为-0.67。以苗情等级为参考,将D值在0.35~0.68之间的自交系划分为耐盐材料,苗情等级为1或2,D值在0.10~0.25之间的划分为不耐盐材料,苗情等级为3或4(表5)。其中X178、K10、郑58、PH6WC、齐319为耐盐玉米自交系,PH4CV为不耐盐自交系,这与前人研究结果一致[

参考文献 20-23
20-23],说明本研究建立的玉米苗期室内耐盐鉴定技术可信度高。掖478的D值为0.40,被划分为耐盐材料,而其苗情是3,植株地上部发黄,表现为不耐盐,这可能与供试自交系较少,或多数自交系耐盐能力相对较高有关。

表5  16份代表性玉米自交系苗期耐盐性综合评价
Table 5  Comprehensive evaluation of salt tolerance of 16 representative maize inbred lines at seedling stage

序号

Serial number

自交系

Inbred lines

株高

耐盐系数

SHR

根长

耐盐系数

RLR

地上部鲜重

耐盐系数

SFWR

地下部鲜重

耐盐系数

RFWR

地上部干重

耐盐系数

SDWR

地下部干重

耐盐系数

RDWR

D值

D value

耐盐等级

Salt tolerance grade

苗情

Seedling condition

11 PH6WC 0.66 0.82 0.42 0.99 0.55 1.06 0.68 耐盐 2
3 掖3189 0.72 0.72 0.44 0.80 0.68 1.01 0.66 耐盐 2
5 承系53 0.62 0.81 0.47 0.73 0.68 0.91 0.62 耐盐 2
8 昌7-2 0.68 0.89 0.36 0.73 0.61 0.90 0.59 耐盐 2
6 X178 0.59 0.82 0.47 0.71 0.65 0.80 0.57 耐盐 1
1 齐319 0.59 0.73 0.41 0.79 0.58 0.92 0.52 耐盐 2
7 郑58 0.57 0.72 0.37 0.73 0.54 0.92 0.45 耐盐 2
9 京724 0.66 0.82 0.30 0.60 0.53 0.92 0.45 耐盐 2
2 掖478 0.54 1.34 0.24 0.48 0.40 0.63 0.40 耐盐 3
4 吉846 0.58 0.93 0.37 0.62 0.44 0.69 0.40 耐盐 2
14 K10 0.56 0.83 0.33 0.66 0.46 0.79 0.38 耐盐 2
15 Mo17 0.55 1.04 0.28 0.56 0.45 0.68 0.37 耐盐 2
10 京92 0.54 0.84 0.35 0.56 0.45 0.83 0.35 耐盐 2
12 PH4CV 0.49 0.68 0.27 0.50 0.64 0.51 0.25 不耐盐 3
16 B73 0.47 0.75 0.23 0.67 0.37 0.73 0.21 不耐盐 3
13 PHPR5 0.39 0.80 0.17 0.45 0.40 0.66 0.10 不耐盐 4

序号同表1

The serial numbers is the same as Table 1; SHR: The ratio of shoot height; RLR: The ratio of root length; SFWR: The ratio of shoot fresh weight; RFWR: The ratio of root fresh weight; SDWR: The ratio of shoot dry weight; RDWR: The ratio of root dry weight; The same as below

2.3 76份玉米自交系苗期指标分析

利用上述玉米苗期室内耐盐鉴定技术,对76份玉米自交系在对照和150 mmol/L NaCl处理(以下简称盐处理)下的苗期指标进行统计分析(表6)。相较于对照,盐处理下6个指标均有极显著差异,说明在盐胁迫下各指标均受到显著影响。对照和盐处理下各指标变异系数范围分别为0.13~0.32和0.14~0.50;与对照相比,盐胁迫导致地下部鲜重变异系数减小,其他5个指标变异系数增大,变异系数大小排序为地上部鲜重>地下部干重>地上部干重=地下部鲜重>根长>株高。

表6  76份玉米自交系苗期形态指标分析
Table 6  Analysis of morphological indicators of 76 maize inbred lines at seedling stage

指标

Index

处理

Treatment

最大值

Max.

最小值

Min.

平均值

Mean

标准偏差

SD

变异系数

CV

株高(cm)

SH

对照 52.89 25.90 41.82 5.32 0.13
盐处理 23.78 11.40 16.57** 2.39 0.14

根长(cm)

RL

对照 46.76 24.59 35.87 5.09 0.14
盐处理 35.46 17.64 26.06** 4.42 0.17
地上部鲜重(g)SFW 对照 5.34 1.08 3.04 0.87 0.29
盐处理 1.37 0.14 0.44** 0.20 0.50
地上部干重(g)SDW 对照 0.34 0.10 0.20 0.06 0.27
盐处理 0.12 0.03 0.06** 0.02 0.28
地下部鲜重(g)RFW 对照 2.24 0.46 1.22 0.39 0.32
盐处理 1.28 0.35 0.68** 0.19 0.28
地下部干重(g)RDW 对照 0.12 0.04 0.07 0.02 0.25
盐处理 0.09 0.02 0.05** 0.01 0.29

*:表示显著差异(P<0.05);**:表示极显著差异(P<0.01);下同

*:Represent a significant difference(P<0.05); **:Represent a very significant difference(P<0.01);The same as below

2.4 玉米自交系苗期各指标耐盐系数和综合耐盐评价值相关性分析

76份玉米自交系苗期各指标耐盐系数分析见表7。各指标耐盐系数的平均值介于0.15~0.73之间,其中株高耐盐系数、地上部鲜重耐盐系数和地上部干重耐盐系数分别为0.40、0.15和0.33,根长耐盐系数、地下部鲜重耐盐系数和地下部干重耐盐系数分别为0.73、0.58和0.69,说明与对照相比,盐胁迫后致使地上部变化幅度大于地下部。各指标耐盐系数的变异系数介于0.15~0.52之间,其中地上部鲜重耐盐系数变异系数较大,株高和根长耐盐系数的变异系数最小,说明受盐胁迫影响苗期自交系间地上部鲜重耐盐系数差异最大,同时株高耐盐系数和根长耐盐系数差异最小。

表7  76份玉米自交系苗期各指标耐盐系数分析
Table 7  Analysis of salt tolerance coefficient of each index in seeding stage of 76 maize inbred lines

指标耐盐系数

Indicator salt tolerance coefficient

最大值

Max.

最小值

Min.

平均值

Mean

标准偏差

SD

变异系数

CV

株高耐盐系数 SHR 0.63 0.28 0.40 0.06 0.15
根长耐盐系数 RLR 0.98 0.47 0.73 0.11 0.15
地上部鲜重耐盐系数SFWR 0.41 0.04 0.15 0.08 0.52
地上部干重耐盐系数SDWR 0.57 0.14 0.33 0.09 0.29
地下部鲜重耐盐系数RFWR 0.94 0.21 0.58 0.15 0.25
地下部干重耐盐系数RDWR 1.36 0.32 0.69 0.20 0.28

根据玉米自交系苗期各指标的耐盐系数,利用标准差赋权重法计算D值。各指标权重由大到小的顺序为地上部鲜重>地下部干重>地上部干重>株高>根长>地下部鲜重,即0.228>0.174>0.169>0.161>0.137>0.131。由图3可知,6个指标耐盐系数间均呈极显著正相关,并且与D值均存在极显著正相关关系,其中地上部鲜重耐盐系数与D值相关系数最高,为0.91,根长耐盐系数与D值相关系数最低,为0.55,而苗情与D值呈极显著负相关,相关系数为-0.56。以上结果表明用D值对玉米自交系进行耐盐性综合评价可信度较高,D值越大,说明自交系的苗期耐盐性越强。

图3  玉米自交系苗期各指标耐盐系数与耐盐综合评价指数D的相关性

Fig.3  Correlation between the salt tolerance coefficients of various indicators at seedling stage of maize inbred lines and the comprehensive evaluation index of salt tolerance D

2.5 玉米自交系苗期耐盐性综合分析

利用玉米自交系苗期D值进行K均值聚类分析,依据苗情等级为4个等级,因此将76份玉米自交系划分为高度耐盐、耐盐、盐敏感和盐高敏4个类群(图4),其中高度耐盐材料包括明71、中106、四-287、8112四份自交系,D值变化范围为 0.73~0.89;耐盐材料包括沈137、明84、8683等8份自交系,D值变化范围为0.55~0.69;盐敏感材料包括D22、706、4F1等32份自交系,D值变化范围为0.35~0.52;盐高敏材料包括龙抗11、四144、辽1412等32份自交系,D值变化范围为0.11~0.35。

图4  76份玉米自交系苗期耐盐性聚类分析

Fig.4  Cluster analysis of salinity tolerance in 76 maize inbred lines at seedling stage

A:高度耐盐类群;B:耐盐类群;C:盐敏感类群;D:盐高敏类群

A: Highly salt-tolerant group; B: Salt-tolerant group; C: Salt-sensitive group; D: Salt hypersensitive group

3 讨论

种质资源是玉米育种的关键和基础,耐盐鉴定是筛选耐盐种质的重要手段[

参考文献 27
百度学术    
27]。目前玉米苗期耐盐鉴定中盐浓度选择不统一,本研究比较不同盐浓度下植株苗期形态变化,对建立苗期耐盐精准鉴定体系具有一定意义。陆怡等[
参考文献 16
百度学术    
16]通过形态和表型性状结合分析15个玉米自交系苗期耐盐性,认为以形态学鉴定为主的耐盐分析直观可靠,但不同材料胁迫临界值差异会影响玉米耐盐性的判断,确定最合适的盐胁迫浓度尤为重要。吕宗环等[
参考文献 27
百度学术    
27]认为合适的胁迫浓度能够使各指标在材料间的变异系数和变异幅度最大。阿提开姆·麦麦提等[
参考文献 15
百度学术    
15]认为最适鉴定浓度应能够体现玉米幼苗对盐胁迫的响应,同时最适浓度不会使多数幼苗死亡,可确保鉴定结果可靠、准确。李亮等[
参考文献 28
百度学术    
28]对不同遗传背景的200份玉米自交系、耐盐自交系齐319和盐敏感自交系郑58进行盐处理,盐浓度越大玉米幼苗生长越矮弱,但在50 mmol/LNaCl处理时幼苗表现不明显。郑飞等[
参考文献 25
百度学术    
25]分析不同浓度下不同材料的苗情耐盐性,发现0、100 mmol/L盐浓度处理下的玉米苗情无显著差异。高英波等[
参考文献 26
百度学术    
26]对黄淮海夏玉米区30个主推玉米品种在80、120、160、200、240、280 mmol/LNaCl处理下的发芽率、发芽势、胚芽长和胚芽重的相对值进行分析,发现NaCl浓度在80~120 mmol/L时,盐胁迫对不同品种盐害指数影响较小,且盐害指数变化幅度较大,不宜作为耐盐品种鉴选的适宜浓度。因此本研究未设置50 mmol/LNaCl,选择在0~300 mmol/L之间设置6个浓度梯度,明确了150 mmol/L NaCl为玉米苗期耐盐鉴定最适浓度。

刘丽丽等[

参考文献 29
百度学术    
29]利用52份不同基因型玉米自交系在0 、150 mmol/L NaCl浓度下处理,以芽期和苗期7个生理指标的耐盐指数和隶属函数综合评价自交系耐盐性,发现幼苗期株高耐盐指数是玉米综合耐盐能力的主要参数。张林等[
参考文献 17
百度学术    
17]通过苗期盆栽浇盐碱水的方式,筛选出200 mmol/L的 NaCl和25 mmol/L的Na2CO3混合浓度是适宜的耐盐碱性鉴定浓度,株高、干重和鲜重变化率与全生育期产量极显著正相关。本研究发现同一NaCl浓度下不同指标的变化程度不同,利用单一指标评价耐盐性不可靠,这与前人结论一致[
参考文献 15-18
15-18];6个苗期指标耐盐系数之间显著相关,与耐盐综合评价指数D相关系数为0.55~0.91,均达到极显著水平,与苗情显著负相关(图3),鉴定结果可信度高。

前人研究中,玉米耐盐类群聚类主要集中在4~6类,例如,阿提开姆·麦麦提等[

参考文献 15
百度学术    
15]依据指标的隶属值将240份玉米自交系苗期耐盐性划分为4级,分别是耐盐、中度耐盐、中度盐敏感和盐敏感;郝德荣等[
参考文献 30
百度学术    
30]综合鲜重、干重耐盐系数和苗情的鉴定结果,将184份玉米自交系划分为高耐、耐盐、中耐、敏感和高感5种类型;付艳等[
参考文献 13
百度学术    
13]依据苗情将玉米苗期耐盐性分为5类,分别是高耐、耐盐、中耐、敏感和高敏感类型;段雅娟等[
参考文献 6
百度学术    
6]依据综合评价指数利用聚类分析将298份玉米自交系萌发期耐盐性类群划分为6级,分别是高度盐敏感型、中度盐敏感型、盐敏感型、耐盐型、中度耐盐型和高度耐盐型。本研究也尝试根据D值由高到低将材料划分为5类,每个聚类中的材料数分别为1、4、15、28、28份,由于第1类只有1个材料,故未使用该划分等级进行分析。K均值聚类法在作物耐盐性[
参考文献 31-34
31-34]、抗旱性[
参考文献 35-36
35-36]评价中均有应用。本研究依据苗情等级为4个等级,利用玉米自交系苗期D值采用SPSS软件中的K均值聚类法,将76份玉米自交系划分为高度耐盐、耐盐、盐敏感和盐高敏4个类群。

选择来源不同、代表性强的玉米自交系进行耐盐鉴定,可使筛选结果更具参考价值[

参考文献 16
百度学术    
16]。150 mmol/L NaCl浓度下,综合耐盐评价结果发现X178、K10、郑58、PH6WC和齐319为苗期耐盐玉米自交系,PH4CV为苗期不耐盐自交系,这与前人研究结果一致[
参考文献 7
百度学术    
7,
参考文献 20-23
20-23
],表明本耐盐鉴定技术评价结果准确。本研究发现,Mo17、中106和吉846分别为苗期盐高敏、高耐盐和耐盐自交系,杨书华等[
参考文献 37
百度学术    
37] 以生理生化指标的耐盐碱系数为依据进行综合评价,发现Mo17、中106和吉846分别为苗期高感、耐盐和中耐盐材料,与本研究耐盐评价结果相似。本研究中沈137和8112的耐盐性鉴定结果为耐盐自交系和高耐盐自交系,与郝德荣等[
参考文献 30
百度学术    
30]、徐立华等[
参考文献 23
百度学术    
23]研究结果一致。本研究在16份代表性自交系的苗期耐盐性综合评价中以苗情等级为参考将K10和Mo17划分为耐盐自交系(D值为0.38和0.37),而在76份自交系的苗期耐盐性综合评价中以D为依据将K10和Mo17划分为盐高敏类群(D值为0.3142和0.3127),虽然两份材料被划分为不一样的类群,但D值大小相近,这与类群划分的依据以及参与耐盐性综合评价的自交系数目有关。综上表明,本研究建立了可信度较高的玉米苗期室内耐盐鉴定技术,鉴定出来的耐盐自交系可在新品种培育中加以利用。

4 结论

本研究通过对16份代表性自交系在0、100、150、200、250、300 mmol/L NaCl梯度处理下苗期指标的分析,发现150 mmol/L是玉米自交系苗期耐盐性鉴定的最适NaCl浓度。在0 mmol/L和150 mmol/L NaCl下对76份玉米自交系进行处理,通过加权隶属函数分析和相关性分析证明玉米株高、根长、地上部鲜重、地下部鲜重、地上部干重和地下部干重的耐盐系数均与耐盐综合评价指数D有显著相关关系,其中地上部鲜重耐盐系数与D值相关性最高;通过聚类分析将76份玉米自交系划分为4个类群,其中高度耐盐材料4份、耐盐材料8份、盐敏感材料32份和盐高敏材料32份。本研究结果为进一步规范玉米苗期耐盐性鉴定体系提供了数据支撑,为玉米耐盐育种提供了材料。

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