耐盐大豆品种的筛选

耐盐大豆品种的筛选

受世界气候恶化、工业污染加剧、化肥使用不当等因素的影响，土壤盐分日益严重，农业生产的可持续发展受到严重威胁。盐渍化土壤对植物生长的影响主要表现为植株叶片失绿、提早衰亡,降低植株的绝对/相对生长速率和生物量的积累。而耐盐性强的植株在盐渍生境下能表现出具有遗传性的耐盐性状。为克服盐碱环境对粮食生产的限制,国内外农业科学家进行了广泛深入的研究,形成了一个全新而广阔的研究领域,并导致一种新型农业——盐碱农业的兴起。而这个领域研究的一个重要方面就是农作物耐盐种质资源的筛选、评价与创新。菜用大豆是以幼嫩豆粒作为蔬菜食用的一种大豆,营养丰富,风味清香,近年来栽培面积逐年增加,已成为中国部分地区出口创汇的大宗蔬菜品种之一。大量研究结果表明,大豆种质资源间耐盐性存在较大差异,并且耐盐机制各不相同。本研究搜集了国内外15个菜用大豆栽培品种,采用基质培法对其耐盐性进行筛选,同时对筛选出的品种的耐盐生理特性进行了分析,旨在为菜用大豆耐盐品种的选育、耐盐机制的深入研究奠定基础。1材料和方法1.1理想的种苗多,无低压药,国外在农业科学研究院,联合植物大学,清试材为从国内外搜集的15个菜用大豆栽培品种:台湾75(购自浙江浙农种业公司);台湾292、辽鲜1号(购自辽宁省农业科学院);开育10号、日本青(购自辽宁省开育市农业科学研究所);绿领1号、绿领3号、绿领8号、绿领303、绿领特早(购自南京绿领种业有限公司);理想M-5、理想高产95-1(购自南京理想种苗有限公司);Sayakomachi(购自日本渡边种苗公司);春舞(购自日本雪印种苗公司);天峰(购自日本坂田种苗公司)。1.2试验设计与材料和处理试验在南京农业大学玻璃温室内进行。2006年10月1日将干种子直播于上直径39cm、下直径26cm、高34cm的塑料盆中,蛭石作基质,每盆4株。3次重复,每重复每品种3盆,随机排列。真叶展开后进行NaCl处理。将NaCl溶于1/4浓度日本园试营养液中,均匀浇入基质,每隔2d浇液1次,每盆每次浇液1L。起始NaCl浓度为70mmol/L,以后每次浇液时递增30mmol/L,统计各个品种的致死浓度(植株2/3以上叶片黄化、萎蔫即视为死亡),并据此对不同品种的耐盐性进行分类。选耐盐级别不同的3个品种(耐盐品种、中等耐盐品种和盐敏感品种),分别统计NaCl浓度为0mmol/L(CK)、75mmol/L、100mmol/L、125mmol/L、150mmol/L、175mmol/L时的盐害指数、植株干重,以验证3个品种的耐盐性,并筛选NaCl处理的适宜浓度。试验于2007年3月10日在南京农业大学玻璃温室内进行,试材培育方法同上。每盆4株,每处理3盆,3次重复,随机排列。真叶展开后,将NaCl溶于1/4浓度日本园试营养液,均匀浇入基质中,每隔1d浇液1次,每次浇液1L。处理15d后,统计各处理植株盐害指数,然后将植株从盆中取出,用清水将根部的基质冲洗干净,置于恒温箱中在75℃下烘至恒重,测其干重。为验证3个品种成株期与苗期的耐盐性是否一致,并探讨NaCl胁迫下不同品种生理响应的差异,在其结荚期进行NaCl处理,统计各品种的鲜荚产量、植株干重及相关生理指标。处理浓度为上述试验筛选出的NaCl浓度。试验于2007年4月10日在南京农业大学玻璃温室内进行,试材培育同上,每盆4株。开花后12d进行NaCl处理,NaCl溶于1/2浓度日本园试营养液,均匀浇入基质中,每隔1d浇液1次,每次浇液1L。对照仅浇营养液。每处理5盆,3次重复,随机排列。花后12d开始取样(NaCl处理0d),NaCl处理后,每3d取样1次,共取样6次,取植株从上向下第4片完全展开叶,测定其各项生理指标。进入采收期后,采摘适于采收的豆荚,称其鲜重,至70%以上盐敏感品种植株叶片出现明显盐害症状(退绿、黄化)时结束采收(因为此时大部分豆荚荚壳变黄,失去商品性),统计NaCl处理期间单株产量,然后每重复取5盆,测其植株干重。1.3生长和指标测定盐害分级标准参照邵桂花等的方法,并稍加修改。0级:未受害;1级:植株生长发育正常,受害叶面积<10%;2级:植株生长发育基本正常,受害叶面积达10%～25%;3级:植株生长发育受抑制,受害叶面积达25%～50%;4级:植株生长发育严重受抑制,受害叶面积达50%～75%;5级:植株死亡或仅有心叶存活。盐害指数=×100生理指标测定:采用氮蓝四唑(NBT)光还原法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性;过氧化物酶(POD)活性参照陈建勋等的方法测定;紫外分光光度法测定过氧化氢酶(CAT)活性;抗坏血酸过氧化物酶活性(APX)参照Nakano等的方法;硫代巴比妥酸(TBA)法测定丙二醛(MDA)含量。1.4统计分析用SAS软件进行相关差异显著性分析,成对数据用t测验法进行分析,多组数据用Duncan’s多重比较法进行分析。2结果2.1确定理想高产97-1、绿领3号为盐敏感品种由表1可以看出,理想高产95-1、绿领3号的NaCl致死浓度为190mmol/L;绿领特早、天峰的致死浓度为340mmol/L;其余12品种的致死浓度为250mmol/L,据此可确定理想高产95-1、绿领3号为盐敏感品种;绿领特早、天峰为耐盐品种;其余为中等耐盐品种。上述结果表明,菜用大豆品种间的耐盐性差异较大。2.2u3000叶片的耐盐性根据上述筛选结果,选3个耐盐级别不同的品种绿领特早、台湾75、理想高产95-1,在不同NaCl浓度下对其耐盐性进行验证,并筛选NaCl处理的临界浓度。2.2.1不同nacl浓度下的盐害指数表2显示,随着NaCl浓度的增加,3个品种的盐害指数均逐渐升高,但绿领特早的盐害指数在不同NaCl浓度下(75mmol/L时除外)均显著低于台湾75和理想高产95-1,而台湾75的盐害指数在不同NaCl浓度下均显著低于理想高产95-1。相同浓度条件下品种间不同小写字母表示差异达0.05显著水平。2.2.2nacl对3个品种幼苗干重的影响由表3可知:NaCl浓度为75mmol/L时3个品种的幼苗干重均与对照无显著差异;浓度为100mmol/L时幼苗干重均显著低于对照,且随着NaCl浓度的增加,干物质积累量均逐渐降低。说明100mmol/LNaCl显著抑制了3个品种幼苗干物质的积累,并且随着NaCl浓度的升高受抑制程度逐渐加重,同时也说明100mmol/L是3个品种进行NaCl处理的适宜浓度。同一品种内不同小写字母表示差异达0.05显著水平。2.2.3个品种相对干重的差异由于不同菜用大豆品种在一些植物学性状上存在天然差异,如果以这些性状为指标来衡量不同品种的耐盐性有可能会出现谬误。为此,笔者认为用相对量来比较不同品种的耐盐性较为合适。相对量:品种在NaCl胁迫下某性状的量占该品种对照同一性状量的百分数。表4显示:随着NaCl浓度的升高,3个品种的相对干重均逐渐降低。NaCl浓度为75mmol/L时3个品种的相对干重无显著差异,其余浓度下(125mmol/L除外),绿领特早的相对干重均显著高于台湾75和理想高产95-1,台湾75均显著高于理想高产95-1;浓度为175mmol/L时,绿领特早的单株干重占对照的65.28%,而台湾75和理想高产95-1仅占对照的56.93%和46.49%。说明随着NaCl浓度的升高,3个品种的干物质积累均受到显著抑制,但绿领特早受抑制程度较轻。相同浓度条件下品种间不同小写字母表示差异达0.05显著水平。综上所述,随着NaCl胁迫浓度的升高,3个品种的盐害指数和干物质积累的受抑制程度均逐渐升高。3个品种相比,绿领特早比台湾75和理想高产95-1具有较强的耐盐性,而台湾75的耐盐性又强于理想高产95-1。这一结果进一步验证了绿领特早为耐盐品种,台湾75为中等耐盐品种,理想高产95-1为盐敏感品种。且表明100mmol/LNaCl是进行NaCl处理的适宜浓度。2.3结荚期试验用上述筛选出的NaCl浓度(100mmol/L)在3个菜用大豆品种的结荚期进行NaCl处理,以验证其结荚期的耐盐性是否与苗期一致。2.3.1对鲜荚产量和植株干重的影响由表5可知:在100mmol/LNaCl胁迫下,3个品种的鲜荚产量、植株干重均显著低于对照;绿领特早的鲜荚相对产量和植株相对干重均显著高于台湾75和理想高产95-1,且台湾75均显著高于理想高产95-1。说明100mmol/LNaCl胁迫对3个菜用大豆品种的产量形成和植株干物质积累均会产生显著的抑制作用,但绿领特早的受抑制程度较其它2个品种轻,可见绿领特早具有较强的耐盐性,而台湾75的耐盐性又强于理想高产95-1,3个品种结荚期的耐盐性与苗期一致。鲜荚产量和植株干重是在同一品种的对照与处理间进行比较,不同小写字母表示差异达0.05显著水平;鲜荚相对产量和植株相对干重是在3个品种间进行比较,不同小写字母表示差异达0.05显著水平。2.3.2台湾65和理想高产65-1的抗氧化活性表6显示:绿领特早的SOD活性在100mmol/LNaCl胁迫3d、12d时显著高于对照,胁迫15d时显著低于对照,其余时期均与对照无显著差异;台湾75的SOD活性在NaCl胁迫6d、9d时显著高于对照,其余时期均显著低于对照;理想高产95-1的SOD活性在NaCl胁迫3d、15d时显著低于对照,其余时期均与对照无显著差异。说明绿领特早在100mmol/LNaCl胁迫早期即迅速作出响应,使SOD活性升高,以消除过量的活性氧,而台湾75和理想高产95-1的SOD活性在胁迫早期均受到显著抑制,且随着胁迫时间的延长,受抑制程度进一步加重。表6还显示:在100mmol/LNaCl胁迫下,绿领特早的POD活性除胁迫3d、15d时显著低于对照外,其余时期均显著高于对照;台湾75的POD活性在胁迫6d时显著高于对照,胁迫3d、9d时与对照无显著差异,其余时期均显著低于对照;理想高产95-1的POD活性在胁迫9d时显著高于对照,其余时期均显著低于对照。就CAT活性而言,绿领特早在100mmol/LNaCl胁迫9d、15d时显著低于对照,其余时期均显著高于对照;台湾75在胁迫3d、6d时显著高于对照,胁迫9d时与对照无显著差异,其余时期均显著低于对照;理想高产95-1在胁迫3d时与对照无显著差异,胁迫9d时显著高于对照,其余时期均显著低于对照。APX活性方面,绿领特早除胁迫15d时与对照无显著差异外,其余时期均显著高于对照;台湾75在胁迫3d、12d时与对照无显著差异,胁迫6d、9d时显著高于对照,胁迫15d时则显著低于对照;理想高产95-1在胁迫3d、6d时显著高于对照,胁迫9d、12d时显著低于对照,胁迫15d时则与对照无显著差异。表明绿领特早的POD、CAT、APX活性在100mmol/LNaCl处理的大部分时期均受到显著诱导,活性升高,而台湾75和理想高产95-1的POD、CAT、APX活性除个别时期未受影响或显著高于对照外,其余较长时间均受到显著抑制。2.3.3台湾65、理想高产65-1与mda的关系由表7可知:100mmol/LNaCl胁迫下,绿领特早、台湾75的MDA含量均呈上升-下降-上升的趋势,其中绿领特早的MDA含量除胁迫15d时显著高于对照外,其余时期均与对照无显著差异,台湾75的MDA含量在胁迫3d、9d时与对照无显著差异,其余时期均显著高于对照;理想高产95-1的MDA含量呈逐渐上升的趋势,除胁迫3d时与对照无显著差异外,其余时期均显著高于对照。胁迫15d时绿领特早的MDA含量比对照增加11.6%,而台湾75、理想高产95-1分别比对照增加16.8%、18.6%。说明100mmol/LNaCl胁迫能使台湾75、理想高产95-1植株体内产生大量活性氧,引起膜脂过氧化,致使MDA在胁迫前期(6d时)即大量积累;而绿领特早仅在胁迫后期(15d时)才引起MDA过量积累,且增幅较低。3台湾65的耐盐性对大豆耐盐性评价有很多种方法,归纳起来,主要有两类评价指标:一类是生长指标;也称表型指标;另一类是生理指标。生长指标主要包括盐害指数、绝对生物产量/相对生物产量及绝对籽粒产量/相对籽粒产量等;生理指标包括盐离子含量及分布、渗透调节物质含量、质膜透性及与盐胁迫相关的酶活性等。本试验以NaCl致死浓度为评价指标,对15个菜用大豆品种的耐盐性进行鉴定,筛选出2个耐盐品种绿领特早、天峰和2个盐敏感品种理想高产95-1、绿领3号。并在此基础上,用盐害指数、植株相对干重以及鲜荚相对产量为评价指标对耐盐级别不同的3个菜用大豆品种绿领特早(耐盐)、台湾75(中等耐盐)和理想高产95-1(盐敏感)的苗期及结荚期的耐盐性进行了进一步鉴定。结果表明,3个品种在苗期的耐盐特性与结荚期一致,即绿领特早较其余2个品种具有较强的耐盐性;台湾75的耐盐性又强于理想高产95-1。上述结果也表明,以NaCl致死浓度(100mmol/L)为指标在苗期对菜用大豆的耐盐性进行筛选是可行的,而且由于方法简单、易于操作,可用于菜用大豆的大批量快速筛选。NaCl胁迫可引起植物产生初级的渗透胁迫和离子胁迫,使叶绿体和线粒体内活性氧分子(Reactiveoxygenspecies,ROS)大量积累,产生次级氧化胁迫。活性氧分子超氧阴离子(O-2·)、过氧化氢(H2O2)、羟自由基(HO·)等通过对膜脂、蛋白质和核酸等细胞组分的氧化损伤改变正常的细胞代谢,引起植物伤害。活性氧清除系统由酶系统和非酶系统组成,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)与抗坏血酸过氧化物酶(APX)以及抗氧化物质协同作用,可防御活性氧对细胞膜系统的损伤,以减轻盐胁迫对植物细胞的伤害。组成酶系统的各种酶的活性和非酶系统中各种还原性物质或抗氧化物质含量的