耐鹽堿水稻研究現狀、問題與建議

王才林張亞東趙凌路凱朱鎮陳濤趙慶勇姚姝 周麗慧 趙春芳 梁文化 孫明法 嚴國紅

（1江蘇省農業科學院糧食作物研究所/國家水稻改良中心南京分中心/江蘇省優質水稻工程技術研究中心，南京210014；2江蘇沿海地區農業科學研究所，江蘇 鹽城 224002；第一作者：clwang＠jaas．ac．cn）

耐鹽堿植物是指能在鹽堿地環境下生長，對較高的鹽堿濃度有較好抗（耐）性的植物。水稻屬于中度鹽敏感作物，從生產應用出發，常說的耐鹽堿水稻是指能在鹽（堿）濃度0.3%以上的鹽堿地生長、且單產可達300 kg/667 m2以上的水稻品種。

我國現有內陸鹽堿面積近1億hm2[1]，灘涂面積234萬hm2[2]。鹽堿地是我國不可多得的土地后備資源，綜合利用潛力巨大。同時，土壤鹽漬化和次生鹽漬化致使耕地資源遭到破壞、農業生產蒙受巨大損失，已成為世界性的生態問題。開發利用好沿海灘涂以及內陸的鹽堿地資源是保障耕地面積的有效途徑。水稻作為沿海灘涂和鹽堿地改良的首選糧食作物，研究其耐鹽堿機理，提高其耐鹽堿能力，培育耐鹽堿新品種并推廣應用，是保障我國糧食安全的重要舉措[3－5]。

1 國內外研究與應用現狀

國外最早開展耐鹽水稻品種篩選和培育工作的是斯里蘭卡，并于1939年培育出世界上第1個抗鹽水稻品種Pokkali[6]。印度于1944―1945年制定了耐鹽水稻的雜交育種計劃[7]。此后，巴西[8]、日本[9]、比利時[10]、美國[11]、英國[5]、澳大利亞[12]等國也相繼開展了水稻的耐鹽性研究。國際水稻研究所（IRRI）于1975年實施了“國際水稻耐鹽觀察圃計劃”，一些耐鹽品系在輕鹽漬化土壤（電導率 4.2～7.7 mmhos/cm）上種植，產量比不耐鹽品系增加1.5 t/hm2[13]。我國的水稻耐鹽性研究始于上世紀50年代，80年代開展了全國稻麥抗鹽堿協作研究，“七五”期間國家啟動水稻種質資源的耐鹽性鑒定，開展了全國范圍內的大協作，取得了一定的進展。

1.1 耐鹽水稻種質資源篩選

國際水稻研究所[14]、中國農業科學院[15]、中國水稻研究所[16]等單位先后對水稻種質資源進行了耐鹽性鑒定，并篩選出一批耐鹽性水稻資源。但由于農藝性狀較差等原因，這些耐鹽資源大多沒能在耐鹽水稻育種實踐中得到利用，更沒有進入生產推廣。

江蘇省農業科學院在上世紀70年代開始開展水稻種質資源耐鹽性鑒定與評價工作，先后對2 000多份種質資源進行了鑒定與評價，篩選出80－85、筑紫晴、紅芒香梗福、白谷子、竹系26、烏咀子等一批具有應用價值的耐鹽水稻種質[17]。江蘇沿海地區農業科學研究所從上世紀80年代初開始開展耐鹽水稻研究，采用“人工模擬鹽池（盆缽）+沿海灘涂鹽土實地”的方法進行耐鹽水稻種質資源的鑒定、篩選和利用，先后引進、搜集耐鹽水稻種質資源1 300多份，鑒定、篩選出耐鹽水稻核心種質61份，這些種質資源的耐鹽性達到了 0.3%～0.6%水平[18]。

1986年11月，廣東湛江的陳日勝在海灘邊發現了1株野生水稻，經多年繁殖、篩選，育成“海稻86”，具有較好的耐鹽性[19]。目前國內多個科研單位正在利用海稻86開展耐鹽機理研究與育種實踐。

2015年，江蘇省農業科學院與中國農科院作物所、中國水稻研究所、南京農業大學、揚州大學、海南大學等單位合作承擔了國家科技支撐計劃“耐鹽水稻新品種選育及配套栽培技術研究”，在廣泛引進、收集國內外耐鹽水稻種質資源的基礎上，提出并采取“實驗室+人工鹽池+沿海鹽堿地”的“全生物量測定法”，以“耐鹽指數”來評價水稻的耐鹽性。通過對搜集引進的7 058份資源和3 000多份不同世代育種材料進行耐鹽性鑒定，共篩選出耐0.3%以上鹽分濃度的各類材料534份，鑒定出南粳9108、鹽稻12等14個在0.3%鹽分濃度下種植表現較好的品種，以及在pH值＞9的土壤中生長表現良好的長白9號等資源，每年配制雜交組合1 000余份，創建耐鹽遺傳群體912個、耐鹽高代育種材料8 000余份。

1.2 耐鹽基因/QTL的定位與克隆

關于水稻耐鹽基因或QTL的鑒定，國內外已有大量研究報道。多數研究者利用全基因組QTL分析策略來鑒定耐鹽性相關位點，檢測到了一大批耐鹽QTL，為耐鹽基因克隆奠定了基礎。近年來，隨著水稻功能基因組研究的不斷深入和水稻重測序技術的快速發展，人們開始利用耐鹽/鹽敏感突變體鑒定和關聯作圖分析等手段來鑒定耐鹽基因，并取得了較大進展。

井文等[20]統計了47篇水稻耐鹽QTL分析研究論文，發現研究者共檢測到964個與耐鹽相關的QTL。其中，幼苗期耐鹽QTL 514個，占50%以上；種子萌發期耐鹽QTL 31個、營養生長期耐鹽QTL 149個、生殖生長期耐鹽QTL 270個。各生長發育時期的耐鹽QTL在水稻12條染色體上都有分布。在有表型貢獻率統計的759個耐鹽QTL中，單個QTL可提供的表型貢獻率為0．02%～81.56%；表型貢獻率在 20．00%以上的 QTL 有167個，占總QTL數目的22．0%。由于檢測到的大多數水稻耐鹽QTL的表型貢獻率較小，精細定位和克隆難度較大，所以相關研究一直進展緩慢。目前報道的精細定位或圖位克隆的QTL主要有位于水稻第1染色體上的 qSKC－1 和 Salto1[21－22]。

1.3 耐鹽水稻鑒定與評價方法

國際水稻研究所于1979年提出了“形態傷害評價法”作為水稻耐鹽鑒定的標準和方法，但這套方法對植株受害癥狀的分級是以人為定性觀察為主，很難準確區分[23]。另外，由于不同材料死葉和植株枯死速度存在時間上的差異，因此，這套簡單的鑒定指標體系不能完整、準確地反映水稻對鹽的響應程度。1982年，我國在“全國水稻耐鹽鑒定協作方案”中提出了“水稻單莖（株）評定分級法”的耐鹽鑒定標準，該法基本上也屬于目測法，人為誤差較大，難以準確鑒定[24]。中國農業科學院作物品種資源研究所等單位則提出并采用“發芽指標法”的水稻耐鹽鑒定方法[25]，該方法采用發芽勢、發芽率、發芽指數和相對鹽害率等指標進行評價，根據相對鹽害率大小分為1～9級，但該方法不能對水稻進行整個生育期的鑒定。遼寧省鹽堿地利用研究所提出了“鹽害度法和相對耐鹽力法”的鑒定標準，通過評價相同品種不同鹽漬處理之間或鹽漬處理與淡水對照相比的受害程度和不同品種在相同處理中的不同耐鹽力來進行分級[26]。該方法能夠準確反映品種之間的耐鹽性差異，且應用比較方便。但按照這個評價標準和鑒定方法也不能實現水稻全生育期耐鹽性鑒定。

江蘇沿海地區農業科學研究所在水稻的萌芽成苗期、分蘗期、孕穗期這3個鹽敏感期分別在實驗室、人工模擬鹽池及沿海灘涂鹽土實地，采用“全生物量測定法”，以“耐鹽指數”（水稻品種在鹽環境下與無鹽環境下全生物量干物質量百分率）對水稻品種的耐鹽性進行評價[27]。該方法已獲得國家發明專利。江蘇省農業科學院初步探明1．0%的鹽濃度為水稻芽期耐鹽性鑒定的最適濃度；0.5%的鹽濃度為水稻苗期耐鹽性鑒定的最適濃度；1．0%的鹽濃度為水稻孕穗期耐鹽性鑒定的最適濃度；0.3%的鹽濃度為水稻全生育期耐鹽性鑒定的最適濃度[3]。利用相關研究結果，制定了江蘇省地方標準《水稻品種（系）耐鹽性鑒定技術規程》（DB32/T 1857－2011）。在此基礎上，江蘇省農業科學院與中國農科院作物所、中國水稻研究所等單位承擔的國家科技支撐計劃，提出并采取“實驗室+人工鹽池+沿海鹽堿地”的“全生物量測定法”，以“耐鹽指數”評價水稻耐鹽性，制定了全生育期耐鹽性鑒定技術標準。

1.4 耐鹽水稻新品種選育

水稻耐鹽品種培育已有70多年的歷史，主要通過耐鹽種質的篩選鑒定和人工雜交或回（復）交等方法將耐鹽基因導入到優良水稻品種中，再通過多年多代的鹽脅迫進行篩選鑒定，已選育出不少綜合性狀優良的耐鹽品種，并在生產上大面積推廣應用。如1939年斯里蘭卡育成的第1個抗鹽水稻品種Pokkali，其耐鹽性可達0.3%以上，1945年獲得推廣，單產可達300 kg/667 m2以上[6]；印度、菲律賓先后育成 Kalarata 1－24、Bhurarata、SR 26B、Chin.13、349 Jhona 等耐鹽水稻品種，在鹽份土壤種植表現較好[7]；孟加拉育成了BRI、BR203－26－2、Sail等耐鹽水稻品種[28]；國際水稻研究所育成的CSR23可在pH值2～10的條件下生長，單產可達300 kg/667 m2，還通過分子標記輔助選擇，選育出IRRI112、IRRI113、IRRI124、IRRI125、IRRI126 和 IRRI128 等耐鹽品種[29]。日本[9]、韓國[24]、俄羅斯[30]等國家也紛紛育成了耐鹽堿水稻品種。

我國東部沿海省份開展水稻耐鹽堿新品種選育工作較早，利用沿海地理位置，取得了較大進展。遼寧鹽堿地利用研究所從上世紀50年代就開始開展耐鹽堿水稻研究，利用優良品系在人工鹽池進行抗鹽鑒定，培育出多個耐鹽堿水稻品種，1984年以來先后育成鹽81－210、抗鹽 100 號、鹽粳 29、鹽豐 47、鹽粳 228 等耐鹽品種（組合）[31]。遼寧省水稻研究所利用生產上大面積推廣的粳稻品種遼粳9號、遼星1號、鹽豐47等為輪回親本，用已推廣的耐鹽品種長白10號和耐鹽品系Y17為供體親本，育成5個耐鹽品系。江蘇沿海地區農業科學研究所從上世紀70年代開始耐鹽水稻育種研究，于1987年育成耐鹽中秈稻品種鹽城156通過江蘇省審定，此后又育成鹽稻10號、鹽稻12號等耐鹽中粳稻品種[28]。其中，鹽城 156 在土壤鹽分 0.3%～0.4%的沿海灘涂種植具有良好的豐產性，已在江蘇沿海稻區累計推廣40多萬hm2。廣東農業科學院水稻研究所通過引進長白9號、鹽豐188、吉粘15、遼鹽－9、鹽粳10號、抗鹽100、鹽豐47、遼鹽2號、鹽糠、抗鹽1號等耐鹽種質，與當地耐鹽材料玉香油占雜交，創制出耐鹽新種質10余份。其中，廣鹽1號已通過廣東省品種審定，長芒1號全生育期耐鹽。海南大學與湖南省水稻研究所合作，采用高耐鹽野生植物蘆葦DNA作為基因供體，通過花粉管通道導入普通水稻中，培育出具有強耐鹽特性的水稻新種質。2012年又與江蘇省農業科學院和江蘇沿海地區農業科學研究所合作，在江蘇鹽城沿海灘涂試種海湘030、海湘016、海湘121等多個水稻品系，其中，海湘030在0.3%鹽分濃度的鹽堿地種植，單產達 400 kg/667 m2，受到廣泛關注[32]。

由于大多數耐鹽堿QTL尚未被精細定位，缺乏緊密連鎖的分子標記，很難被應用于分子標記輔助選擇（MAS）育種實踐。目前在MAS育種中被廣泛應用的主要是耐鹽QTL Saltol和耐鹽基因SKC1[19，28]，位于第8染色體上的2個耐鹽QTL正逐漸受到關注。MAS與傳統育種相比至少可以將種質改良時間縮短4～7年，隨著耐鹽基因的陸續定位和克隆，MAS在水稻耐鹽堿新品種選育方面將具有越來越大的應用前景。近年來，借助分子生物學的方法和技術，耐鹽水稻轉基因研究取得了較大的進展。

在國家科技支撐計劃的資助下，江蘇省農科院等單位通過分子標記輔助選擇與常規育種技術相結合，建立耐鹽、優質、抗病、高產多基因聚合育種技術體系，將優質、抗病、高產、耐鹽基因聚合到優良水稻品種中，育成適宜沿海灘涂種植的耐鹽水稻品種南粳9108、鹽稻12號、固廣油占、遼粳1305、京寧29等，在江蘇順泰農場、寧夏暖泉農場、遼寧盤錦大洼營口等地展示耐鹽新品種（組合），核心區和示范區種植平均單產均超過500 kg/667 m2。2017年江蘇、寧夏、廣東、山東、遼寧等地輻射種植鹽稻12號、南粳9108等近1.4萬hm2，取得了顯著的社會效益和經濟效益。

近年來，由袁隆平院士領銜的青島海水稻研究發展中心致力于“海水稻”研發，通過基因測序技術，篩選出天然抗鹽、抗堿、抗病基因，通過雜交與分子育種技術，計劃在3年內選育出可供產業化推廣、單產300 kg/667 m2以上的耐鹽水稻品種。據報道，目前已經取得階段性成果，2016年試驗種植材料單產突破500 kg/667 m2，2017年小面積測產最高單產達到621 kg/667 m2。2018年篩選出176份優良材料在全國五大典型鹽堿地試種。2017年起，海水稻研究中心組織開展國家耐鹽水稻聯合體試驗，分北方中早粳晚熟組、黃淮粳稻組和南方沿海秈稻組3組，在全國沿海灘涂及鹽堿地不同生態區設置18個試點對首批25個參試品種進行了試驗鑒定。篩選出16個品種進入2018年試驗，其中9個進入生產試驗，新增23個品種進入2018年區域試驗。

1.5 耐鹽水稻配套栽培技術

大部分鹽堿地不宜直接種植水稻，需要經過鹽土改良的過程。國外鹽堿地種植水稻主要在歐洲的西班牙、意大利、法國等國家，集中在地中海沿岸鹽堿含量較高的稻田。水稻種植主要采用水直播，在選用耐鹽水稻品種的基礎上，保持稻田一定深度的水層，并實施動態流水灌溉達到洗鹽堿壓鹽堿的效果。同時，一定深度的水層會使水稻種子萌發期低氧，造成出苗率低的情況。歐洲鹽堿地水稻種植需耗費大量水稻種子和淡水，對于我國缺乏淡水資源的鹽堿地區并不適用。

上世紀80年代以來，國內學者一直尋求生物治理、農藝耕作和土壤管理改良鹽堿地的可持續措施。先后進行了鹽堿地土壤改良、水分管理、耐鹽水稻品種高產形成特性與生育規律的研究[33－37]。

在國家科技支撐計劃的支撐下，揚州大學等單位針對沿海灘涂鹽堿地水稻高產栽培中存在的土壤肥力低、鹽分變化大、易返鹽，水稻前期鹽害難活棵易僵苗、中期鹽害慢長不長易死株，后期鹽害易早衰早枯死的技術難題，重點研究鹽堿地稻田降鹽控鹽脫鹽與地力培育提升技術、耐鹽水稻高產優質形成定量化診斷指標與方法、水稻壯秧培育與栽后高成活率立苗早發壯株技術、定量化降鹽控鹽灌排技術，水肥耦合控鹽的精確施肥技術。成功構建“耐鹽大麥（小麥、綠肥）—水稻”種植制度，建立了新墾鹽堿地降鹽控鹽和地力培育配套關鍵技術，并開發了2個鹽堿改良、壯秧培育的物化產品。集成的技術體系在鹽濃度為0.2%～0.3%的鹽堿地示范，耐鹽堿水稻品種單產550 kg/667 m2以上；在鹽濃度為0.3%～0.6%的鹽堿地種植單產達400 kg/667 m2，比現有鹽土水稻生產技術增產15%～20%，在鹽堿地綜合利用方面具有極大的應用前景。

2 耐鹽堿水稻研究存在的問題

2.1 水稻耐鹽機理尚不清楚

盡管研究者已對耐鹽堿水稻開展了大量研究，但由于其耐鹽堿機制十分復雜，許多重要問題仍有待加強研究，徹底弄清水稻鹽堿脅迫機理，以便更好地指導農業生產實際。

2.2 耐鹽性水稻鑒定標準不統一

一是鑒定時間不統一。研究表明，水稻對鹽脅迫的耐性在不同生長發育時期有所不同。其中，幼苗期和生殖生長期是2個鹽敏感時期，而種子萌發期和營養生長期植株耐鹽性相對較強[32]。因此，大多數研究是在水稻幼苗期進行耐鹽性鑒定。但幼苗期耐鹽不等于生殖生長期耐鹽，許多材料苗期耐鹽性很強，但不能抽穗，或抽穗很遲，有的即使能抽穗，但結實率不高，產量很低，缺乏生產利用價值。為此，筆者制定了以產量為目標的全生育期耐鹽性鑒定標準。二是評價指標不統一。水稻耐鹽性是一個復雜的綜合性狀，其評價指標多種多樣，不同生長發育時期耐鹽性的評價指標也有所不同。采用不同時期、不同指標鑒定的耐鹽材料，其耐鹽性無法相互比較。從生產利用角度考慮，有必要建立以產量為目標的相關性狀耐鹽性評價指標。

2.3 可供育種利用的耐鹽基因不多

迄今已檢測到的近1 000個耐鹽相關QTL中，絕大部分QTL的表型貢獻率較小，表型貢獻率在20%以上的QTL只有167個，僅占總QTL數目的22．0%[33]。由于檢測到的大多數水稻耐鹽QTL的表型貢獻率較小，精細定位和克隆難度較大，所以相關研究一直進展較慢。這些基因/QTL難以在育種上利用。目前在育種上利用的耐鹽QTL主要是位于水稻第1染色體上的qSKC－1 和 Salto1 兩個位點[36]。

2.4 育種方法有待進一步突破

由于水稻耐鹽性是多種耐鹽生理生化反應的綜合表現，是由多個基因控制的數量性狀，遺傳基礎復雜，采用傳統育種方法改良水稻耐鹽性的難度較大，進展緩慢。利用分子標記輔助選擇和基因工程技術可以加快水稻耐鹽品種培育的進程，但單個基因或相關的少數幾個基因的導入很難獲得能夠在大田生產中利用的耐鹽品種。因此，要培育有應用價值的耐鹽水稻品種可能需要同時導入多個關鍵基因，對其耐鹽調控網絡中的多條途徑進行遺傳改良。這就需要在育種方法上有所突破。

3 意見和建議

水稻耐鹽性是多種生理性狀的綜合表現，是由位于不同染色體上的多個基因所控制。因此，通過轉基因培育有應用價值的品種可能需要同時轉入多個基因，但其遺傳的穩定性等還有待于進一步研究。目前適合我國沿海灘涂種植的耐鹽水稻品種尤其是耐鹽粳稻品種不多，而且產量水平較低，一定程度上限制了我國沿海灘涂的開發利用，迫切需要選育適合我國沿海灘涂種植的耐鹽優質高產水稻新品種。

3.1 深入開展耐鹽機制研究

植物耐鹽機制的研究已開展了數十年，并取得了許多有價值的成果。雖然有學者認為水稻的耐鹽能力受滲透調節和無機離子的吸收調節，但具體調節遺傳機制還不清楚。如在鹽分脅迫下，哪些因子參與滲透調節中物質的積累？最初的信號感受和傳遞過程是怎么樣的？多個耐鹽基因之間是如何互作和調控網絡的？這些問題都需要進一步研究。

3.2 加強耐鹽種質資源的鑒定篩選與耐鹽基因的發掘

國內外研究者通過長期的工作，已鑒定出一批耐鹽堿水稻種質。但由于鑒定時期不同、標準不統一，大多數耐鹽種質難以在育種中利用。盡管人們已經鑒定到了近千個耐鹽相關QTL，但由于多數定位群體的親本組合中缺乏耐鹽性強的水稻品種，且兩親本間耐鹽性差異較小，導致鑒定到的QTL的表型貢獻率較小，進一步的精細定位容易受到遺傳背景的干擾，后續的基因精細定位和圖位克隆工作進展緩慢。另一方面，在大多數耐鹽性QTL定位研究中，僅進行了單次或單年單點的表型鑒定工作，缺少對QTL穩定性的檢測。鑒定到的一些表型貢獻率較大（20.0%以上）的耐鹽QTL，可能由于遺傳穩定性較差，而難以被精細定位和克隆[20]。因此，不僅要選擇強耐鹽水稻品種來進行耐鹽QTL定位，還要通過多次或多年多點試驗來檢測耐鹽QTL的穩定性，篩選鑒定出遺傳效應較大、且能夠穩定表達的耐鹽QTL。

在目前的水稻耐鹽基因定位和克隆工作中，大多數研究僅針對某一個生長發育時期進行評價，而將多個生長階段結合起來比較分析的研究相對較少，有必要對水稻不同生長發育時期，尤其是較敏感的幼苗期和生殖生長期的耐鹽堿性進行分析，以鑒定同時控制多個生長階段耐鹽性的優異基因用于水稻耐鹽品種培育。

利用突變體來分離耐鹽基因已成為水稻耐鹽新基因挖掘的有效途徑之一，有必要加強水稻耐鹽/鹽敏感突變體的篩選鑒定和基因克隆工作，建立水稻耐鹽/鹽敏感突變體庫。此外，隨著關聯分析，特別是GWAS技術被越來越廣泛地應用于植物復雜性狀的解析，在水稻耐鹽基因挖掘工作中也應加強這方面的研究。

3.3 加強耐鹽堿水稻種質創新和新品種選育

我國開展耐鹽水稻新品種選育的研究取得了一定進展，但由于水稻品種尤其是粳稻品種具有特殊多樣化的生態條件，適應性相對較窄。國內其他地方或國外的耐鹽水稻品種一般不適宜在江蘇省沿海灘涂種植，主要表現生育期過短或過長、產量偏低等，同樣，江蘇選育的耐鹽水稻品種亦不適宜在遼寧等北方沿海灘涂及鹽堿地種植。目前適合我國沿海灘涂種植的耐鹽水稻品種尤其是粳稻品種不多。迫切需要選育適合我國不同生態區域沿海灘涂種植的水稻新品種，包括適宜遼寧等內陸鹽堿地種植的北方粳稻，適宜山東等黃河三角洲鹽堿地種植的早熟中粳稻，適宜江蘇連云港、鹽城等沿海灘涂種植的中熟中粳稻，適宜江蘇南通等沿海灘涂種植的遲熟中粳稻，適宜海南、廣東等沿海灘涂種植的常規秈稻和雜交秈稻。

3.4 加強耐堿水稻研究

目前研究者大多關注與水稻耐鹽性資源的鑒定、基因定位與克隆研究，對水稻耐堿性方面的研究還較少。我國有近1億hm2的內陸鹽堿地，這些地區淡水資源嚴重缺乏。因此，耐堿水稻是今后需要重點加強的研究方向。