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江苏省冬麦区小麦种质资源耐盐性评价

2021-11-09杨红燕张代娣张英虎栾海业乔海龙沈会权

大麦与谷类科学 2021年5期
关键词:耐盐盐池耐盐性

杨红燕,张代娣,丁 颖,张英虎,栾海业,徐 肖,臧 慧,乔海龙,陶 红,陈 健,陈 和,沈会权*

(1.江苏沿海地区农业科学研究所,江苏 盐城 224000;2.青州市东夏镇农业农村综合服务中心,山东 青州 262514)

土壤盐渍化是限制农业发展的主要非生物胁迫因子之一。全球约有3.8亿hm2土地存在不同程度的盐渍化,由于不合理的灌溉和耕作,农田发生次生盐渍化的现象不断加剧[1-2]。我国是世界上盐碱地较多的国家,有4 000万hm2以上的盐碱地(不包含次生盐渍化土壤),盐碱地多分布在华北、东北、滨海和西北等地[3]。由于特殊的地理条件,江苏省现有沿海滩涂面积76万hm2,约占全国沿海滩涂面积的1/4,每年还在不断增加[4]。根据《江苏沿海滩涂围垦开发利用规划纲要》,全省围垦土地中大部分列为农业用地。然而新围垦的沿海滩涂土壤盐度较高,淡水资源相对缺乏,发展滩涂农业最大的技术难题是缺乏耐盐作物及品种。

小麦(Triticum aestivumL.)是世界上主要的粮食作物之一,世界上40%的人口以小麦为主要食物[5-6]。在我国,小麦的年产量占粮食总量的20%左右,小麦的生产情况关系到我国的粮食安全[7]。小麦对盐渍环境敏感,盐胁迫往往造成其产量和品质大幅下降[8]。国内外的学者们一直致力于研究盐碱胁迫下小麦的生长状况及提高小麦产量和品质的方法[9-10]。然而小麦的培育经历了长期的定向选择,遗传基础逐渐狭窄,尤其是耐盐性上无法取得突破[11]。虽然国内外在耐盐小麦种质的筛选方面开展了深入的研究[12-13],但这些研究仅局限于单盐胁迫,且利用自然海水和人工盐池进行胁迫的研究较少。因此,挖掘适合沿海滩涂种植的耐盐小麦种质资源,对培育小麦耐盐新品种具有重要意义。

本试验通过对12个小麦品种芽期耐盐性评价,同时结合江苏省80份小麦种质资源盐池全生育期耐盐性鉴定,以期为我国江苏沿海地区小麦耐盐品种(系)的筛选提供依据,同时挖掘适合沿海地区生长的高耐盐小麦资源,为小麦耐盐的遗传研究提供物质和理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

小麦芽期试验材料为江苏沿海地区农业科学研究所收集和保存的盐麦6032、扬麦20、中国春、农麦516、扬辐麦2049、扬江麦580、宁麦9号、镇麦9号、宁麦18号、徐麦29、小偃12和淮麦32这12个耐盐性差异明显的小麦品种。小麦全生育期试验材料为江苏沿海地区农业科学研究所收集和保存的江苏省小麦种质资源,共计80份。

1.2 试验方法

1.2.1 小麦品种芽期耐盐性鉴定。在发芽盒(12 cm×12 cm)中预先铺3层合适大小的滤纸,挑选饱满的小麦种子,经10%的次氯酸钠溶液浸泡30 min,去离子水洗净,均匀排布于发芽盒滤纸上,种子腹沟向下,每盒用种100粒。自然海水取自江苏省盐城市滨海县月亮湾(120.28°E、34.25°N)。海水pH值为8.37,全盐量(质量浓度,下同)为51.00 g/L,K+含量为0.32 g/L,Ca2+含量为0.35 g/L,Na+含量为11.80 g/L,Mg2+含量为1.24 g/L,Cl-含量为14.40 g/L,SO42-含量为1.94 g/L,CO32-的物质的量浓度为0.36 mol/L,HCO3-的物质的量浓度为1.19 mol/L。发芽盒内分别加入20 mL浓度为0(T0,清水)及20%(T1)、40%(T2)、60%(T3)和80%(T4)不同稀释梯度的海水,每个处理设置3次生物学重复。发芽盒置于25℃的光照培养箱[光照时间为12 h,相对湿度为75%,光照度为50μmol/(m2·s)]中,每2 d替换溶液1次,1周后记录试验处理的小麦发芽率,并计算相对发芽率。种子发芽率=(发芽粒数/总种子粒数)×100%。相对发芽率=处理发芽率/对照发芽率×100%。耐盐指数=(T0-T)/T×100%,式中:T0为清水处理种子的发芽率;T为海水胁迫处理种子的发芽率。

1.2.2 小麦种质资源盐池全生育期盐土适应性鉴定。试验设置在江苏省盐城市南洋试验场(120.21°E、33.42°N)盐池内,试验设置对照区(CK)和处理区(T)2个部分,其中对照试验的土壤为长期栽培农作物的正常土壤,0~20 cm土壤层含盐质量分数为0.08%~0.10%,盐池处理区域的土壤0~20 cm含盐质量分数为0.20%~0.30%盐渍土。行距25 cm,行长2 m,每行100粒,每份材料种植1行区,重复2次,随机区组排列,管理同大田。测每行株高、千粒质量。株高每行测定2次,取平均值。千粒质量是取1 000粒种子,测定3次,取平均值。

1.3 数据分析

采用Excel 2019和SPSS 22.0软件对试验数据进行计算和描述统计分析。小麦耐盐性分级标准(表1)参照文献[14],对小麦12个品种的芽期耐盐性划分为5个等级:高耐盐、耐盐、中耐、敏感和高感。耐盐指数越小,则表明小麦的耐盐性越强。

表1 小麦品种芽期耐盐性分级标准

2 结果与分析

2.1 不同浓度海水处理对小麦发芽率的影响

由表2可以看出,不同浓度的海水处理对小麦种子萌发的影响明显不同。随着处理浓度的不断增加,小麦品种相对发芽率呈现显著的下降趋势。T4处理时,有6个品种(扬麦20、农麦516、扬江麦580、宁麦9号、小偃12和淮麦32)相对发芽率大于20.00%,其中淮麦32的相对发芽率为50.00%;其他品种变化范围仅在0~14.75%,其中盐麦6032的相对发芽率为0,表明T4(80%海水)处理具有抑制小麦种子萌发的作用。4种不同体积分数(T1、T2、T3和T4)海水处理后,小麦相对发芽率随海水浓度的升高呈现降低的趋势(表3)。T2处理时,12个小麦品种的相对发芽率在同一海水浓度处理下,差异具有高度统计学意义(P<0.01)。

表2 不同浓度海水处理后12个小麦品种的平均相对发芽率

表3 不同浓度海水处理后小麦相对发芽率的单因素方差分析

2.2 盐池盐土胁迫对小麦种质资源株高和千粒质量的影响

由表4可知,盐池盐土胁迫下小麦的株高和千粒质量都有不同程度的降低,不同品种农艺性状对盐胁迫的反应不同。80个小麦种质资源对照区(CK)株高的平均值为83.79 cm,标准差为6.14 cm,盐胁迫(T)株高的平均值为78.82 cm,标准差为6.49 cm。对照区(CK)千粒质量的平均值为53.67 g,标准差为3.96 g;盐胁迫(T)千粒质量的平均值为52.03 g,标准差为4.50 g。80份材料中,株高的耐盐指数变幅在80.45%~100.00%,其中株高降低程度最小的材料是淮麦30、A09、Y606和Y614,降低程度最大的是宁12188。与对照相比,不同材料千粒质量降低的程度也不相同,耐盐指数变幅在76.59%~99.98%。其中,耐盐指数最高的材料是A07和宁13103,降低程度最大的是宁麦13号。

(续表)

(续表)

3 讨论与小结

江苏省沿海滩涂土壤为NaCl为主的盐土,其特点是土壤中盐分组成与海水一致。所以本文采用滨海取样的自然海水进行小麦的耐盐胁迫试验,可真实有效地模拟盐土植物生长的胁迫环境。耐盐小麦种质资源是小麦耐盐育种的基础。研究不同小麦种质资源的耐盐性,对耐盐小麦遗传改良意义重大。种子萌发期是对盐分胁迫最敏感的时期。种子萌发是小麦整个生命的开始,采用芽期耐盐性鉴定的方法作为小麦品种耐盐性初步评价,是品种早期选择的基础,有利于小麦耐盐性的快速筛选。本研究对12个小麦品种的芽期海水盐胁迫鉴定表明,各小麦品种的相对发芽率随海水浓度的升高呈现减小的趋势,这与刘妍妍等的研究结果[15]一致。另外,淮麦32的耐盐性较为突出,盐麦6032的耐盐性较差。

本研究结果表明,不同小麦品种(系)的株高和千粒质量性状对盐胁迫的反应不同。有些资源表现出较高的耐盐性。盐胁迫下80份种质资源群体株高和千粒质量的均值都明显降低。李树华等研究发现,千粒质量、穗粒数及穗数等在盐胁迫下也降低[16-17]。同时,试验中还发现盐池土壤盐胁迫下小麦品种的分蘖数、有效穗数、穗粒数等出现不同程度的降低。此外,对于小麦耐盐种质的鉴定,还应结合生理生化指标、基因组学、蛋白组学、代谢组学等加以辅助,从而提高小麦耐盐鉴定的准确性,最终筛选到高效的耐盐小麦种质资源,以便在小麦育种中加以利用。

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