蔬菜耐盐性鉴定方法研究进展

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  摘要:综述了国内外蔬菜耐盐主要鉴定指标以及目前应用的直接鉴定法、间接鉴定法和分子标记辅助选择鉴定法等主要耐盐性鉴定方法,并指出了蔬菜耐盐鉴定中存在的问题和研究方向。
  关键词:蔬菜;耐盐;鉴定
  
  随着全球水资源危机以及土壤盐化问题的加剧,盐胁迫已经成为影响植物生长和作物减产的主要限制因素。目前,世界盐渍土地面积约10亿hm2;中国盐渍土地面积约3460万hm2,盐碱化耕地760万hm2。在我国蔬菜生产中,盐害除了来自盐碱地的自然分布对露地蔬菜生产的影响外,保护地次生盐渍化现象也有逐年加重的趋势。多数使用年限在3年以上的蔬菜保护地土壤表层的盐分含量均大于露地土壤表层的盐分含量,蔬菜作物已不同程度地出现盐危害。因此,培育抗盐品种已经成为当前蔬菜育种的一个主攻方向。建立准确、快捷的蔬菜耐盐性鉴定、筛选体系筛选耐盐蔬菜种质资源是蔬菜耐盐育种的首要问题。目前,国内外科学工作者已经对番茄、大白菜、黄瓜等重要蔬菜耐盐性鉴定方法做了研究。
  蔬菜耐盐性鉴定就是根据盐胁迫下植株形态指标或生理生化指标变化对蔬菜耐盐性进行鉴定,不同蔬菜作物鉴定指标不同,但是许多可以互相借鉴,根据筛选到的耐盐性鉴定指标确定鉴定方法。本文也为目前还没有开展耐盐性鉴定的蔬菜作物提供参考。目前蔬菜作物耐盐性鉴定方法主要包括直接鉴定方法、间接鉴定方法以及分子标记辅助选择鉴定。
  
  1 蔬菜耐盐性直接鉴定方法
  
  直接鉴定就是通过评定盐处理后的发芽情况、形态、产量等表现性状来决定作物的耐盐性。种子萌发期和幼苗期是大多数作物全生育期中对盐胁迫最为敏感的时期,因此,当前在蔬菜耐盐性直接鉴定方法研究中主要是在种子萌发期和幼苗期进行盐分胁迫,筛选出耐盐性鉴定指标和标准,建立耐盐性筛选技术体系。
  
  1.1 种子萌发期耐盐性鉴定
  种子萌发期是作物生育期中对盐胁迫最为敏感的时期之一,许多研究都表明种子萌发期耐盐性可以反映出该品种其他时期的耐盐性。而且由于其具有鉴定简单易行、周期短等优点,成为当前作物耐盐性鉴定的主要鉴定时期。目前在蔬菜作物种子萌发期耐盐性鉴定方法中主要有2个关键点!
  第1个关键点是确定耐盐性鉴定的NaCl浓度。不同的蔬菜作物,甚至是同一蔬菜作物不同品种对盐胁迫的耐受性都各不相同,而且种子在萌发期对盐浓度又极为敏感,筛选浓度过高或过低都达不到理想的效果。因此筛选出适合的耐盐性鉴定盐浓度是耐盐性鉴定中的首要问题。
  目前的研究主要是通过设定不同的NaCl浓度梯度,将与同一品种对照间或是不同品种间耐盐筛选指标差异显著的NaCl浓度作为该作物耐盐性鉴定的NaCl浓度。许多研究表明,低浓度NaCl胁迫对黄瓜、甜瓜、胡萝卜等种子萌发有促进作用,只有在高盐浓度胁迫下不同筛选指标才与对照产生较大差异。王玉凤认为当NaCI浓度达100 mmol/L时,京欣1号西瓜品种发芽率与对照差异显著。王吉明等认为180 mmol/L可作为西瓜“ZQK0395”的耐盐性参考筛选浓度。王广印等认为当NaCl浓度达295 mm01/L时,14份黄瓜品种发芽率才表现出差异显著性。阎志红等认为NaCI浓度为120 mmol/L时能比较准确地指示23份西瓜种质资源发芽期的耐盐能力。
  第2个关键点是确定耐盐性鉴定指标和耐盐评价体系。目前蔬菜作物芽期耐盐性鉴定指标主要有发芽势、发芽率、相对发芽率、发芽指数、相对发芽指数、萌发活力指数和相对萌发活力指数。也有用芽长、根长、平均侧根数、芽鲜质量、根鲜质量、芽干质量、根干质量和发芽盐害指数(%)=[(对照发芽率-不同盐浓度下发芽率)/对照发芽率]×100作为芽期耐盐性鉴定指标。
  种子发芽过程是一个极为复杂的生理生化过程,而且许多作物耐盐机理各不相同。目前在耐盐评价体系方面主要采用综合评价法进行种子法芽期耐盐性鉴定。阎志红等采用侧根、根长、鲜质量、下胚轴和盐害指数5项指标,用系统聚类分析的类间平均法在120 mmol/L NaCI胁迫下进行聚类分析,将供试的23份材料分为4类。王广印等㈣在综合评价黄瓜品种萌发耐盐性时,根据每个品种在敏感盐浓度胁迫下的各个发芽指标下降率值的大小进行打分,打分标准为把每种指标的最大值与最小值的差值均分为10个等级,每个等级为1分。在各种指标中,均以耐盐性最弱的品种得分最高,即10分:以耐盐性最强的品种得分最低,即1分,依次类推,最后把各个指标得分进行相加,根据总分高低排出不同品种黄瓜种子萌发的耐盐性顺序。
  
  1.2 幼苗期耐盐性鉴定
  目前研究中植株的盐害指数是耐盐鉴定中最常用的方法之一,可以对鉴定材料进行较准确的评价。公式如下:盐害指数(%)=∑(代表级数×株数)/(最高级数×总株数)×100
  根据不同作物对盐胁迫的反映不同,可自行依据作物列盐胁迫后表型变化进行分级。如李卫欣等根据南瓜幼苗对盐胁迫的反映,将盐害症状分为5级:0级,无盐害症状;1级,轻度盐害,子叶叶缘萎蔫失水,真叶完好,下胚轴直立;2级,中度盐害,子叶及真叶叶缘失水萎蔫并有焦枯;3级,重度盐害,所有叶片叶缘失水萎蔫焦枯,下胚轴失水萎蔫倒伏;4级,完全死亡。研究了300 mmol/LNaCl胁迫对19个不同类型南瓜品种幼苗盐害指数,鉴定出青栗南瓜为耐盐品种。刘翔等根据番茄幼苗对盐胁迫的反映,将盐害症状分为6级:0级,生长正常。无受害症状;1级,生长基本正常,个别叶片出现黄斑:2级,植株生长减缓,个别叶片黄化或枯萎;3级,植株生长减缓。3~4片绿叶;4级,植株生长非常缓慢,只有1~2片绿叶;5级,植株停止生长,叶片全部黄化。研究表明耐盐番茄与不耐盐番茄的盐害指数差异十分显著,能够明显看吐其群体耐盐性的大小,可作为番茄耐盐性比较鉴定的指标。
  蔬菜作物其他苗期耐盐性直接鉴定指标还有株高、茎粗、干物质量、根系与地上部干鲜比等。李晓芬等对辣椒幼苗株高、茎粗、茎叶鲜质量和干质量、根体积、根鲜质量和干质量、比叶重以及发芽期发芽势、相对胚根长、相对发芽指数等进行多元统计分析。对辣椒品种做耐盐性评价。刘翔等认为100~150 mmol/LNaCl胁迫下,植株的株高、茎粗、干物质量根系与地上部干鲜比可以作为鉴别番茄耐盐性大小的指标。
  
  1.3 其他耐盐性直接鉴定
  叶面积太小、叶片数等不仅与光合作用有关,而且与蒸腾系数大小有关,叶肉质化、叶面茸毛、表皮蜡质、气孔大小和多少也与水分蒸腾有关,这些都可使植株体内盐浓度相对降低,达到稀盐的效果,冲淡细胞中盐离子浓度对植物的毒害作用。所以盐胁迫下叶肉质化程度、叶面积或叶干物质量的增长量、叶形、叶柄长短或有无、气孔的密度和大小、蜡质 的厚薄等是常用的鉴定指标;在盐胁迫下,株形、株高、单果质量、果数、产量等是易受盐害影响的性状,也可作为耐盐性鉴定的指标。总之,在盐胁迫条件下易受影响而又在材料间存在差异的有关的植株形态性状,经等级确定之后,均可作为耐盐性的直接鉴定指标。
  
  2 蔬菜耐盐性间接鉴定方法
  
  耐盐性间接鉴定法主要是用一些与作物耐盐相关的生理生化指标变化判断植物耐盐性。由于植物的耐盐机理尚未清楚,目前对植物耐盐性尚无统一的生理生化指标,所以这种鉴定结果一般只作为参考,但也有人认为生理生化指标是一种更为直接可信的耐盐鉴定指标。
  目前蔬菜作物耐盐性鉴定生理生化指标主要有渗透调节物质(无机离子、脯氨酸含量、可溶性糖含量、多胺和甜菜碱等)、叶绿素及光合作用、细胞膜透性与丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶(SOD、POD、CAT等)活性、呼吸作用以及激素等。
  费伟等对番茄品种的耐盐性与其幼苗叶片中脯氨酸、可溶性糖、丙二醛含量及SOD、POD活性的关系进行了研究,结果表明盐胁迫下番茄幼苗叶片中脯氨酸、可溶性糖、丙二醛含量明显增加;SOD活性明显下降。POD活性上升。盐胁迫诱导条件以1/2人工海水浓度为宜。脯氨酸、可溶性糖作为一种渗透调节物质可作为评价番茄品种耐盐性的参考指标:丙二醛含量的高低在一定程度上也可作为鉴定番茄幼苗耐盐性强弱的生理指标;SOD、POD括性则可作为番茄幼苗耐盐性的生化指标。吴能表等旧研究NaCl胁迫对豌豆幼苗生理生化指标的动态影响,认为脯氨酸可以作为逆境伤害的指标。Foolad研究发现,盐胁迫条件下,叶片中Ca浓度与番茄的耐盐性呈正相关,而Na和Cl-的浓度与之呈负相关,可依此作为选育耐盐番茄品种的指标。王冉等㈣研究表明,在300、500mmol/L的NaCl条件下,白籽南瓜各个器官中的Na+/K+、Na+/Ca+和Na+/Mg+比值也都显著高于黑籽南瓜。这表明盐胁迫下黑籽南瓜幼苗耐盐能力更强。
  Santa-Cruz等研究发现。NaCI胁迫下,番茄盐敏感品种和耐盐品种叶片中多胺总量下降,其中腐胺和亚精胺含量下降,耐盐品种的精胺却有所上升。张恩平等报道,NaC1胁迫下不同黄瓜品种幼苗子叶膜脂过氧化程度明显加剧。丙二醛含量显著增加,耐盐性强的品种膜脂过氧化程度明显低于耐盐性弱的品种。
  
  3 分子标记辅助选择鉴定
  
  分子标记辅助选择是一种新技术。它可以从分子水平上快速准确地分析个体的遗传组成,从而实现对基因型的直接选择。目前耐盐QTL(quantitativetraitlocus)定位以及耐盐分子标记辅助选择在水稻、大麦等大田作物上研究较多,蔬菜作物中类似研究主要集中在番茄上。
  Foolad等构建了盐敏感普通番茄(lycoperst’con escu-IentumUCT5)与耐盐普通番茄(L esculentumPll74263)杂交后代群体。利用RAPD方法寻找到了发芽期和苗期耐盐相关QTL。并指出应该通过这2个时期进行耐盐性0TL定位。
  Foolad等构建了普通栽培番茄fL esculentum UCT5)与发芽期耐盐的潘那利番茄(L penneUii LA716)杂交后的分离群体,用RFLP技术进行耐盐基因的QTLs标记,鉴定和定位了一些与种子萌发期耐盐性相关的OTL位点,
  Foolad等对影响番茄营养生长阶段耐盐性的基因组区域QTLs也进行了研究,构建了盐敏感普通番茄(L.escu-1entum NC84173)与醋粟番茄(L,pimpineU而lium LA722)杂交再用普通番茄回交的BCl和BClSI群体,利用RFLP分子标记技术找到了5个与耐盐性相关的OTLs位点。
  Bret6等构建了普通番茄×醋栗番茄杂交的R代群体。利用RFLP方法找到了一些盐胁迫条件下与产量性状相关的QTLs。Monforte等构建了普通番茄×醋栗番茄和普通番茄×契斯曼尼番茄杂交的F2代群体,在Bret6的基础上寻找更精确的耐盐QTL,找到了盐胁迫条件下与早熟性、总产量、单果质量、结果数以及果实大小等性状相关OTLs。并认为利用耐盐相关QTL进行分子标记辅助选择是一种有效而可行的方法。
  
  4 问题与展望
  
  目前虽然在蔬菜耐盐鉴定方法研究中已经取得了重大进展,但是还存在一些问题,主要表现在:(1)不同蔬菜作物发芽期、幼苗期耐盐筛选指标与最终经济产量指标之间相关性研究甚少;(2)缺少主要蔬菜作物统一耐盐性鉴定标准:(3)对耐盐性状进行分子遗传定位的研究很多,但迄今在育种实际中应用分子标记进行辅助选择的还很少,
  为了进一步开展蔬菜作物耐盐性鉴定工作,应从以下几个方面着手:(1)针对主要蔬菜作物加强耐盐机理研究,为耐盐鉴定筛选奠定理论基础;(2)建立主要蔬菜作物耐盐性评价筛选体系;(3)蔬菜耐盐鉴定方法与育种实践紧密结合,利用不同耐盐性鉴定方法筛选优异蔬菜耐盐种质资源。
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