水稻耐鹽基因SKC1等位變異突變體耐鹽性評價

(寧夏農林科學院農作物研究所， 銀川 750105)

水稻是中國和世界最重要的糧食作物之一，世界上約有一半以上的人口以稻米為主食。寧夏鹽堿地面積較大，在引黃灌區的44.1萬hm2耕地中，鹽漬化耕地占三分之一，另有鹽堿荒地5.6萬hm2[1]，土壤鹽漬化問題嚴重制約著寧夏農業綜合生產能力的提高和農業可持續發展。種植耐鹽水稻品種是有效途徑之一。

水稻是一種對鹽濃度中度敏感的作物。水稻耐鹽性屬于數量性狀遺傳，受多基因控制[1]。SKC1基因的克隆是我國水稻耐鹽功能基因研究取得的突出成果，SKC1對表型變異的貢獻率達到40.1%，位于水稻1號染色體，是一個主效QTL[2]。其作用機理是在鹽脅迫下SKC1通過調節水稻地上部的K+/Na+平衡，維持高鉀、低鈉狀態，從而增加水稻的耐鹽性。

筆者前期利用TILLING(Target Induced Local Lesions in Genomes)技術檢測寧夏水稻品種的EMS誘變群體，檢測到SKC1基因的4個SNP突變位點，獲得5份純合耐鹽基因SKC1突變體和14份雜合突變體材料[3]。本研究對這些突變體材料進行了田間綜合農藝性狀鑒定，篩選到16份農藝性狀優良的SKC1突變體，通過芽期、苗期、孕穗期及鹽堿地全生育期等4個方面對這些突變體進行了耐鹽性鑒定，得到3份耐鹽性強的材料，8份耐鹽性較強的材料，為寧夏水稻耐鹽育種提供種質資源。

表1SKC1突變體芽期耐鹽性評價

編號品種名稱相對鹽害率/%耐鹽級別芽長/cm根長/cm耐鹽性評價18NY-1寧粳28誘變21.28 30.94 0.3218NY-2寧粳28誘變26.53 31.10 0.36較強18NY-3寧粳28誘變20.83 30.88 0.418NY-4寧粳28誘變30.61 30.90 0.56較強18NY-5寧粳28誘變28.57 31.00 0.3218NY-6寧粳28誘變38.89 30.89 0.3418NY-7寧粳28誘變36.73 30.82 0.56較強18NY-8寧粳28誘變19.79 10.90 0.3118NY-9寧粳28誘變15.31 11.03 0.43強18NY-10寧粳28誘變23.47 30.89 0.4218NY-11寧粳28(ck)13.27 11.23 0.31強18NY-12寧粳28(ck)31.00 31.03 0.58較強18NY-13寧粳28(ck)7.00 10.96 0.33強18NY-14寧粳28(ck)11.22 10.93 0.32強18NY-15寧粳28(ck)4.00 10.74 0.13強18NY-16寧粳28(ck)13.00 10.74 0.33強18NY-17寧粳28(ck)26.00 30.87 0.33

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為寧夏生產上大面積種植品種寧粳28號的SKC1突變體16份，以野生型為對照，材料編號為18 NY-1～18 NY-17。試驗材料均為上年收獲的飽滿種子。

1.2 試驗方法

1.2.1芽期耐鹽性鑒定

每份材料選取50粒飽滿種子置于培養皿中，重復2次，以正常發芽試驗處理為對照。種子用75%乙醇浸種10 min，清水沖洗3～4次→加入充足水，在25 ℃恒溫箱浸泡1 d→沖洗3次，瀝凈水，加入1.2% NaCl鹽水，放入30 ℃培養箱萌發10 d，每天用鹽水洗滌1次→10 d，調查發芽粒數，統計發芽率，發芽標準為芽長達到種子長1/2，根長達到種子長度，芽期以發芽指數、相對根長和相對鹽害率作為鑒定粳稻種質資源芽期耐鹽性主要指標。

相對鹽害率(%)=[(G1-G2)/G1]×100%，

式中：G1為對照發芽率，G2為處理發芽率。

1.2.2苗期耐鹽性鑒定

每份材料選取50粒飽滿種子置于培養皿中，重復2次，以正常發芽生長為對照。種子用75%乙醇浸種10 min，清水沖洗3～4次，26 ℃條件下正常發芽生長，在2葉1心時，采用營養液水培養，處理培養液中加入0.75% NaCl，對照不加NaCl。鹽脅迫2周后觀察葉片的鹽害癥狀，選取10株測定株高，全株鮮重、地下部鮮重，進行耐鹽性評價。

1.2.3孕穗期耐鹽性鑒定

試驗材料采用大棚盤式育秧，苗期將材料移栽于塑料桶中，單株插植，每個材料插植10株，完全成活后留7株，正常生長至孕穗期，用含0.5%NaCl的鹽水進行灌溉，以正常灌水做對照，連續處理30 d后正常灌水，觀察鹽害癥狀，統計死葉率，測定葉綠素含量。成熟時選取5株調查單株有效穗數、主穗長、穗粒數、千粒重、結實率、穎花敗育程度、葉綠素含量(SPAD)和單株產量評價水稻耐鹽性。

1.2.4全生育期耐鹽性鑒定

試驗地設在鹽堿較重(土壤含鹽量0.5%)的賀蘭縣通義鄉，在鹽堿地進行綜合農藝性狀、適應性、抗病性、豐產性鑒定，苗期調查保苗率、分蘗強弱、分蘗期調查存活率，收獲前每份材料取5株進行考種，統計株高、單株有效穗數、主穗長、穗粒數、結實率、千粒重和單株產量，評價水稻耐鹽性。

2 結果與分析

2.1 芽期耐鹽性鑒定結果

經過2017—2018年芽期耐鹽鑒定，根據相對鹽害率、芽長和根長等指標鑒定結果，耐鹽性強的突變材料有18 NY-9、18 NY-13、18 NY-14、18 NY-15、18 NY-16，耐鹽性較強的突變材料有18 NY-2、18 NY-4、18 NY-7、18 NY-12(表1)。

2.2 苗期耐鹽性鑒定結果

苗期鑒定采用營養液水培養，在2葉1心時，處理培養液中加入0.75% NaCl，對照不加NaCl。統計結果見表2。從表2可看出：用0.75%NaCl處理后，苗高、百苗鮮重、百苗根鮮重明顯低于對照，不同品種之間有差異，總體表現耐鹽性強的材料有18 NY-8、18 NY-9，耐鹽性較強的材料有18 NY-1、18 NY-2、18 NY-3、18 NY-4、18 NY-14。

2.3 孕穗期耐鹽性鑒定結果

孕穗期耐鹽鑒定采用盆栽法，正常生長至孕穗期，用含0.5%NaCl的鹽水進行灌溉，以正常灌水做對照，連續處理30 d后正常灌水，統計結果見表3。通過對株高、單株有效穗數、穗長、穗粒數、千粒重、結實率、穎花敗育程度和單株產量綜合分析，耐鹽性強的材料有：18 NY-6、18 NY-10、18 NY-12，耐鹽性較強的材料有：18 NY-4。同時測定了對照和處理的葉綠素含量，見表4和見圖1，結果表明，經過NaCl處理后，葉片的葉綠素含量均低于對照，不同材料之間有差異，相當對照在85%以上的材料有18 NY-1、18 NY-2、18 NY-3、18 NY-4、18 NY-5、18 NY-8、18 NY-9、18 NY-12。

表2SKC1突變體苗期耐鹽性鑒定結果

編號品種名稱苗高/cmck處理與對照相比/%百苗鮮重/gck處理與對照相比/%百苗根重/gck處理與對照相比/%耐鹽性評價18NY-1寧粳28誘變8.62 8.02 93.04 9.40 8.20 87.23 2.60 2.60 100.00 較強18NY-2寧粳28誘變9.09 8.67 95.32 10.70 8.60 80.37 2.50 2.95 118.00 較強18NY-3寧粳28誘變10.16 8.37 82.38 9.50 8.80 92.63 2.70 2.85 105.56 較強18NY-4寧粳28誘變11.48 9.45 82.32 10.10 8.40 83.17 3.20 2.75 85.94 較強18NY-5寧粳28誘變12.20 8.16 66.89 10.80 9.70 89.81 3.40 3.25 95.5918NY-6寧粳28誘變12.10 8.05 66.49 10.70 8.55 79.91 2.80 2.70 96.4318NY-7寧粳28誘變11.17 9.16 82.01 11.00 8.60 78.18 3.10 2.80 90.3218NY-8寧粳28誘變7.35 7.06 95.99 7.70 7.85 101.95 2.30 3.00 130.43 強18NY-9寧粳28誘變9.53 9.21 96.64 9.60 9.25 96.35 3.30 3.05 92.42 強18NY-10寧粳28誘變9.65 7.36 76.27 9.30 7.90 84.95 2.80 2.65 94.6418NY-11寧粳28(ck)9.56 7.02 73.43 9.60 7.90 82.29 4.00 2.55 63.7518NY-12寧粳28(ck)10.28 7.93 77.14 9.80 7.75 79.08 3.10 2.70 87.1018NY-13寧粳28(ck)10.65 9.11 85.49 10.70 9.85 92.06 3.70 2.70 72.9718NY-14寧粳28(ck)10.25 8.36 81.51 10.60 9.65 91.04 3.30 3.00 90.91 較強18NY-15寧粳28(ck)8.01 7.22 90.14 7.90 7.10 89.87 3.20 2.55 79.6918NY-16寧粳28(ck)10.40 7.93 76.20 10.80 9.90 91.67 3.70 3.30 89.1918NY-17寧粳28(ck)10.25 8.15 79.51 8.30 7.90 95.18 3.20 2.85 89.06

表3SKC1突變體孕穗期耐鹽性鑒定結果

編號品種名稱株高/cm穗數/個穗長/cm粒數/粒結實率/%千粒重/g單株產量/g比對照±/%死葉率/%敗育耐鹽性評價18NY-1寧粳28誘變86.0 5.5 18.5 52.7 69.8 20.3 5.9 -21.33 33.9 輕18NY-2寧粳28誘變88.7 8.0 15.8 30.6 65.3 21.8 5.3 -29.33 43.8 中18NY-3寧粳28誘變78.3 6.7 15.5 30.3 70.1 19.7 4.0 -46.67 35.5 輕18NY-4寧粳28誘變89.7 8.3 15.6 39.0 73.6 25.3 8.2 9.33 42.3 輕-較強18NY-5寧粳28誘變76.7 6.7 10.6 16.0 62.9 20.3 2.2 -70.67 44.4 輕- 18NY-6寧粳28誘變86.3 9.0 15.2 40.7 88.8 23.1 8.5 13.33 43.0 輕- 強18NY-7寧粳28誘變85.0 7.5 13.6 20.3 69.3 23.0 3.5 -53.33 44.0 輕18NY-8寧粳28誘變81.0 7.0 13.6 20.7 64.0 19.5 2.8 -62.67 31.1 輕-18NY-9寧粳28誘變72.7 8.7 11.5 15.8 56.2 22.9 3.1 -58.67 37.1 輕18NY-10寧粳28誘變84.5 9.5 13.9 110.3 92.9 23.0 12.1 61.33 41.7 輕-強18NY-11寧粳28(ck)90.0 5.7 17.8 64.9 85.0 20.3 7.5 0.00 36.0 輕18NY-12寧粳28(ck)86.5 9.5 13.5 60.4 75.7 20.2 11.6 54.67 40.2 輕強18NY-13寧粳28(ck)85.0 6.3 16.5 39.5 56.0 26.0 6.5 -13.33 45.9 輕18NY-14寧粳28(ck)72.5 3.5 11.6 15.7 56.4 24.5 1.4 -81.33 47.9 輕18NY-15寧粳28(ck)73.0 5.7 12.8 44.7 63.7 15.3 3.9 -48.00 52.7 中18NY-16寧粳28(ck)87.7 8.3 13.5 23.2 56.6 20.9 4.0 -46.67 52.6 輕18NY-17寧粳28(ck)73.7 6.3 11.7 18.6 43.3 17.3 2.0 -73.33 41.9 輕

2.4 鹽堿地全生育期耐鹽性鑒定結果

通過鹽堿地苗期保苗率結果(圖2)分析，保苗率大于80%的材料有18 NY-5、18 NY-6、18 NY-7、18 NY-8、18 NY-14、18 NY-16，表明這些材料苗期耐鹽性強。收獲后通過株高、單株有效穗數、主穗長、穗粒數、結實率、千粒重和單株產量等綜合評價，以單株產量大于對照為主要指標(表4)，耐鹽性強的材料有18 NY-1、18 NY-2、18 NY-4、18 NY-5、18 NY-7、18 NY-10、18 NY-12、18 NY-13、18 NY-14，較強的材料有18 NY-17。

圖1 SKC1突變體在2種環境下的葉綠素含量

表5SKC1突變體鹽堿地耐鹽性鑒定結果

編號品種名稱株高/cm穗數/個穗長/cm粒數/粒結實率/%千粒重/g單株產量/g比對照±/%耐鹽性評價18NY-1寧粳28誘變126.3 8.6 20.1 123.7 94.9 30.1 30.2 87.8 強18NY-2寧粳28誘變118.9 6.0 20.2 126.4 93.5 31.8 22.5 40.0 強18NY-3寧粳28誘變94.5 5.3 17.6 114.7 91.8 26.5 14.8 -8.2 18NY-4寧粳28誘變107.1 8.0 20.7 124.6 95.2 31.9 30.3 88.1 強18NY-5寧粳28誘變109.3 5.9 20.2 126.5 95.3 31.1 22.1 37.4 強18NY-6寧粳28誘變112.6 5.6 19.5 114.5 87.8 30.8 17.3 7.7 18NY-7寧粳28誘變116.6 8.2 20.3 126.5 95.3 30.1 29.7 84.7 強18NY-8寧粳28誘變98.2 5.8 17.1 108.9 91.0 25.8 14.8 -8.0 18NY-9寧粳28誘變110.6 5.4 19.4 114.7 89.3 27.9 15.4 -4.1 18NY-10寧粳28誘變120.6 6.2 20.5 164.8 94.3 25.3 24.4 51.4 強18NY-11寧粳28(ck)110.3 5.3 18.4 127.6 93.6 25.3 16.1 0.118NY-12寧粳28(ck)111.7 6.1 20.3 143.6 95.4 27.4 23.1 43.3 強18NY-13寧粳28(ck)112.2 6.4 20.2 137.8 91.1 30.7 24.7 53.2 強18NY-14寧粳28(ck)110.8 5.8 20.8 119.1 91.2 33.2 20.9 29.8 強18NY-15寧粳28(ck)119.0 4.8 19.8 163.1 82.5 23.2 15.0 -7.018NY-16寧粳28(ck)117.4 5.4 18.3 101.7 89.1 30.7 15.0 -6.718NY-17寧粳28(ck)116.8 7.6 18.2 93.6 92.7 27.7 18.3 13.4 較強

表4SKC1突變體葉片的葉綠素含量SPAD

編號對照處理相當對照/%18NY-147.28 40.24 85.1118NY-249.96 45.59 91.2518NY-348.63 46.68 95.9918NY-455.90 50.37 90.1118NY-549.35 44.63 90.4418NY-649.88 40.38 80.9518NY-757.92 47.15 81.4118NY-851.78 45.01 86.9318NY-947.83 42.36 88.5618NY-1050.30 40.09 79.7018NY-1146.83 37.98 81.1018NY-1247.33 41.24 87.1318NY-1349.73 36.06 72.5118NY-1463.50 44.52 70.1118NY-1559.15 36.83 62.2718NY-1647.87 37.69 78.7318NY-1749.93 37.90 75.91

2.5 小 結

通過芽期、苗期、孕穗期、全生育期耐鹽性鑒定，對16份SKC1突變體的耐鹽性進行了全面評價，表現耐鹽性強的材料有18 NY-10、18 NY-12、18 NY-14。表現耐鹽性較強的材料有18 NY-2、18 NY-4、18 NY-5、18 NY-6、18 NY-7、18 NY-8、18 NY-13、18 NY-16。該結果可為寧夏水稻耐鹽育種提供耐鹽資源，或直接利用。

圖2SKC1突變體在鹽堿地的保苗率表6SKC1突變體不同生育期耐鹽性鑒定結果

編號品種名稱芽期苗期孕穗期鹽堿地保苗率全生育期綜合評價18NY-1寧粳28誘變 √√√ 18NY-2寧粳28誘變√√√√較強18NY-3寧粳28誘變√18NY-4寧粳28誘變√√√√較強18NY-5寧粳28誘變√√√√較強18NY-6寧粳28誘變√√√√較強18NY-7寧粳28誘變√√√√較強18NY-8寧粳28誘變√√√√較強18NY-9寧粳28誘變√√√√18NY-10寧粳28誘變√√√√√強18NY-11寧粳28(ck)√√18NY-12寧粳28(ck)√√√√√強18NY-13寧粳28(ck)√√√√較強18NY-14寧粳28(ck)√√√√√√√極強18NY-15寧粳28(ck)√√ 18NY-16寧粳28(ck)√√√√ 較強18NY-17寧粳28(ck)√

注：“√√”表示耐鹽性強，“√”表示耐鹽性較強。

3 討 論

在水稻耐鹽性鑒定方面，國內很多學者進行了大量的研究工作[4-8]，多數水稻耐鹽鑒定篩選試驗集中在苗期，即在鹽敏感的2葉1心至3葉1心期進行適當濃度的鹽脅迫(水培)，以葉片鹽害級別和幼苗存活天數或地上部鉀、鈉離子濃度為指標進行評價，苗期鑒定的最大好處是在受控的環境條件下進行，因而結果比較穩定。幼穗分化至減數分裂為標志的生殖生長期是水稻的又一個鹽敏感期，此時鹽敏感品種在鹽害條件下結實率和產量明顯下降。因此，孕穗期耐鹽性鑒定比苗期更重要，本研究結合發芽期、苗期、孕穗期及鹽堿地全生育期進行耐鹽鑒定研究，結果更加全面。另外，水稻耐鹽性屬于數量性狀遺傳，受多基因控制，遺傳機理比較復雜，因此，本研究結果還需要進行大田生產驗證。