沈丹丹　程文　王志武　盧增斌　趙蘇嫻　丁照華 　張恩盈

摘要：鹽脅迫是影響玉米生長發(fā)育和產量的重要外部因素。玉米在鹽脅迫下會產生一系列生理生化變化，創(chuàng)制改良耐鹽種質是提高玉米耐鹽性的有效手段。本文系統(tǒng)綜述了近年來我國玉米育種中耐鹽性研究的相關進展，主要包括玉米耐鹽堿種質鑒定、玉米耐鹽機理、耐鹽玉米種質篩選等，以期為玉米耐鹽種質創(chuàng)制和遺傳育種提供重要參考。

關鍵詞：玉米；耐鹽性；耐鹽堿種質鑒定；耐鹽機理

中圖分類號：S513 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2018）11-0163-05

Abstract Salt stress is an important external factor that affects the growth and yield of maize. Under salt stress，a series of physiological and biochemical changes occurred in maize. Breeding improved salt-tolerant germplasms is an effective means to improve the salt tolerance of maize. In this article，we systematically summarized the recent advances of salt tolerance in maize breeding in China， including the identification of saline-alkali-tolerant germplasms， the salt tolerant mechanism， and the screening of salt-tolerant germplasms， in order to provide important references for developing salt-tolerant maize germplasm and genetic breeding.

Keywords Maize； Salt tolerance； Saline-alkali-tolerant germplasm identification； Salt resistant mechanism

土壤鹽漬化是限制我國農業(yè)發(fā)展的主要障礙之一。我國的鹽漬化土地總面積約9 913×104 hm2，主要集中分布于西北、華北和東北的干旱和半干旱地區(qū)[1]，是全世界鹽漬土面積第三大國[2]。近年來，由于化肥的不當施用，人為引起的土壤次生鹽漬化問題也日趨嚴重。

玉米（Zea mays L.）是世界上最重要的糧食作物之一，全世界種植面積超過1.41×108 hm2[3，4]。鹽漬化環(huán)境會引起鹽脅迫，相比棉花等作物，玉米對鹽脅迫更為敏感，在鹽濃度小于0.24%條件下可正常生長，致死臨界含鹽量為0.485%，屬中度鹽敏感植物[5]。玉米耐鹽性是一個復雜的遺傳性狀，受多個基因/QTL控制，加之鹽堿地鹽堿度分布不勻等特點，玉米耐鹽種質創(chuàng)制和品種選育研究相對滯后，且進展緩慢。因此，加強對玉米種質耐鹽性的遺傳改良，進而選育耐鹽品種是玉米育種的一個重要方向。

1 玉米耐鹽堿生理生化特性

土壤鹽堿化會導致玉米生長受阻，也會引起玉米一系列的生理及代謝物變化。Pitann等[6]的研究表明，鹽脅迫會使玉米地上部分生長受到抑制。玉米質外體的酸化作用會受鹽脅迫影響，鹽脅迫會抑制質膜上ATPase的H+泵活性，pH值上升，細胞壁合成及代謝相關酶活性下降，進而影響玉米地上部分生長。Nawaz等[7]在玉米不同生長階段施用三種濃度的外源甘氨酸甜菜堿（0、50、100 mmol/L），表明鹽脅迫不僅降低玉米植株的新鮮度和干生物量的累積，而且影響葉片水勢、葉片滲透勢和葉片擴張潛力。而外源施用甜菜堿（GB）能改善鹽脅迫對玉米生長造成的不利影響，而且在營養(yǎng)生長階段施用GB比生殖生長階段更有效地改善鹽脅迫對玉米品種的不利影響。

鹽脅迫對根的生長也有顯著影響，可使根變短變粗，側根及根毛減少，節(jié)根條數(shù)增多以及根重下降。Munns[8]指出，鹽脅迫對玉米造成水分和鹽離子毒害，玉米植株吸收過多的Na+，進一步導致離子失衡、光合作用減慢以及根系生長受到抑制。王寧[9]進行鹽脅迫對根系的影響研究，表明鹽濃度在40 mmol/L時根系生長最好。商學芳[10]研究證明，在鹽脅迫條件下，玉米根系活力均明顯降低。

葉綠體對鹽脅迫較為敏感，鹽脅迫使其結構易遭受破壞。王麗燕[11]、許興[12]等發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下玉米葉綠體的雙層膜有一定損傷，基粒片層之間的連接出現(xiàn)斷裂。同時NaCl會增強葉綠素酶的活性，加速葉綠素分解，PSⅠ和PSⅡ被破壞，尤其是PSⅡ，都直接損傷光合系統(tǒng)。

玉米受到鹽脅迫時，通過體內ABA的累積、氣孔關閉進而改善水分缺失[13]。鹽脅迫導致葉片氣孔關閉，使CO2的光合碳同化受到抑制，影響光合作用。此時為維持正常呼吸，玉米細胞體內的營養(yǎng)物質會處于負增長狀態(tài)，進而導致玉米生長受到抑制，出現(xiàn)減產甚至死亡。

為適應鹽脅迫環(huán)境，玉米進化出多種調節(jié)機制，以保證其正常生長發(fā)育。如將過多的鹽離子隔離在根、液泡和質外體中，避免鹽脅迫產生的鹽離子毒害；吸收可溶性糖、甜菜堿、游離氨基酸和有機酸等有機溶質，維持細胞內外滲透勢平衡，減少鹽脅迫導致的滲透失衡；通過提高細胞內SOD、POD、CAT等酶活性相關基因的表達水平，提高其清除活性氧的能力，減少鹽脅迫造成的氧化效應。

2 耐鹽玉米種質鑒定

種質資源是玉米育種的基礎和關鍵。我國玉米耐鹽堿品種少，歸因于玉米的鹽敏感特性、耐鹽玉米種質匱乏、耐鹽種質鑒定體系不成熟等諸多因素。玉米耐鹽性是一個復雜的遺傳性狀，目前普遍認為是由多基因控制的數(shù)量性狀[14]，篩選和創(chuàng)制難度較大，鑒定技術體系不統(tǒng)一。

2.1 常規(guī)鑒定

常規(guī)鑒定玉米鹽堿耐受性主要是通過表型指標和生理生化指標篩選，一般來說，表型指標更直觀更可靠。常用表型指標主要包括鹽脅迫下玉米的存活能力、玉米相對生長量、玉米絕對生長和產量；生理指標主要包括細胞質膜透性（透性小，外滲物質少，耐鹽性強）、體內滲透劑含量、葉綠素含量、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化產物丙二醛（MDA）、組織的肉質性（肉質化程度高，抗鹽性強）、組織水勢。

通常鑒定玉米鹽脅迫耐受性的方法為：采用Na2CO3溶液和NaCl溶液模擬鹽脅迫環(huán)境，在不同鹽濃度下進行種子萌發(fā)，在試驗過程中測定生理生化指標，獲得不同玉米自交系的鹽耐受性鑒定結果。

張春宵[15]進行的種子萌發(fā)和幼苗脅迫試驗，于后期測定生理生化指標并以其為依據(jù)開展的耐鹽種質鑒定，耗時短、成本低。劉學等[16]用5種不同評價方法對9個耐鹽性不同的玉米自交系進行苗期耐鹽性鑒定，表明最適宜的篩選指標是苗情、株高變化率和干重變化率。張春宵等[17]也研究證明，大田鑒定結果與苗期耐鹽堿能力綜合評價分級基本吻合。賈丹莉等[18]明確了耐鹽堿雜交種篩選的臨界鹽濃度是300 mmol/L。楊書華等[19]認為，25 mmol/L的Na2CO3溶液和100 mmol/L的NaCl溶液是玉米耐鹽堿篩選的合適濃度，在這個濃度下，各項生理指標與對照組差異達到極顯著水平。另據(jù)研究表明，植物在受到干旱和鹽脅迫時發(fā)生的很多生理反應相同或相似，產生抵御脅迫的措施也相同。

玉米鹽耐受性是多基因控制的復雜性狀，且在不同發(fā)育時期差異顯著，還受到外界其它環(huán)境（如光照、空氣濕度等）的影響。目前，玉米耐鹽性鑒定中對鹽濃度的界定以及表型篩選指標的選擇并沒有統(tǒng)一的標準。

2.2 分子生物學鑒定

現(xiàn)代生物技術的發(fā)展有效提高了育種效率。玉米耐鹽堿QTL定位、分子標記、關聯(lián)分析以及轉基因等技術方法在玉米耐鹽堿研究中的應用，加快了玉米耐鹽堿種質的篩選和鑒定步伐。

目前，玉米耐鹽堿 QTL定位相關研究報道不多。Ma等[20]調查了玉米重組自交系群體的161個個體在鹽脅迫下的耐鹽等級、發(fā)芽率、含水量、地上部分鮮重和干重、地上部分鉀離子含量等，用約3 000個SNP標記進行QTL定位，共發(fā)現(xiàn)8個主效QTL，定位到的QTL分別在第1、3、5號染色體上；同時對玉米F2群體的163個個體進行10個耐鹽相關性狀鑒定，發(fā)現(xiàn)了14個能解釋表型變異10%以上的QTL。Luo等[21]利用鹽脅迫下成熟玉米株高（SPH）和株高耐鹽指數(shù)（生理鹽水與對照株間株高比，PHI）評價成熟玉米植株的耐鹽性，將株高耐鹽指數(shù)的主效QTL定位在第1號染色體，在該QTL的置信區(qū)間內確定了兩個參與離子穩(wěn)態(tài)的候選基因。

利用全基因組關聯(lián)分析（GWAS）可快速獲得與鹽脅迫相關的基因或QTL。陳婷婷[22]選用364份玉米自交系組成的關聯(lián)作圖群體，利用56萬個SNP標記信息進行全基因組關聯(lián)分析，檢測到4個與存活天數(shù)和死葉率顯著關聯(lián)的SNP。后續(xù)對第5號染色體與耐鹽性顯著關聯(lián)的SNP標記位點進行LD分析，將關聯(lián)區(qū)間限制在100 kb區(qū)間內，包含有6個候選基因。

3 耐鹽堿種質

3.1 種質資源

基于玉米的鹽敏感特性，以及我國耐鹽玉米種質資源匱乏等現(xiàn)狀，搜集、鑒定、篩選和創(chuàng)制耐鹽種質，對豐富我國玉米種質資源庫具有重要意義。徐立華等[23]以玉米骨干自交系齊319、魯原341、lx9801、U8112的幼胚為外植體，在含有濃度梯度NaCl的培養(yǎng)基上篩選，得到耐鹽愈傷組織，并分化出可自交結實的幼苗植株，繼而通過水培、沙培、鹽堿地種植培養(yǎng)篩選獲得耐鹽突變體，為玉米耐鹽育種提供了新的種質資源。張林等[24]通過對50份玉米自交系篩選得到高度耐鹽堿玉米自交系3份，分別為PHBA6、PHP76和PHR62，耐鹽堿玉米自交系11份。楊曉杰[25]對118份玉米自交系不同時期的耐鹽性差異進行比較，綜合主要農藝性狀的表現(xiàn)篩選出DL、A71、PHB1M、A92和WM33共5個耐鹽性強的玉米自交系，06NY-25、Mo17、鄭32、南引26和農M1共5個鹽敏感玉米自交系。

郭嘉等[26]依據(jù)Gen Bank數(shù)據(jù)庫中發(fā)表的枯草芽孢桿菌cspB基因序列人工優(yōu)化合成了cspB基因序列，構建表達載體，通過農桿菌介導法將cspB基因轉入玉米自交系Hi-Ⅱ中，獲得轉cspB基因玉米材料，其耐鹽性得到顯著提高。郝德榮等[27]利用SSR分子標記，結合系譜資料，將157份自交系劃為6個類群，其中具有通系5血緣（類群Ⅰ）、泰國糯玉米種質血緣（類群Ⅲ）及旅大紅骨、黃早四等血緣（類群Ⅵ）的自交系耐鹽性較強，是開展玉米耐鹽堿育種的重要種質類群。

3.2 耐鹽堿基因資源

鹽耐受性是多基因控制的復雜性狀，相關基因的分離和定位相對困難，目前僅有少數(shù)玉米耐鹽堿相關基因被分離出來。劉巖等[28]將大腸桿菌糖醇代謝關鍵基因——6磷酸山梨醇脫氫酶基因轉入玉米，得到耐鹽性較強的轉基因玉米植株，另外發(fā)現(xiàn)一些轉錄調控因子與抗逆性相關，通過這些轉錄因子的超表達可以激活多個下游的功能基因獲得持久的抗逆性。范旭紅[29]通過農桿菌介導法和花粉管通道法將無選擇標記的耐鹽基因膽堿單加氧酶（CMO）和甜菜堿醛脫氫酶（BADH）轉入玉米自交系吉農201、吉農030中，獲得了具有生物安全性的轉CMO和BADH基因玉米后代。陳婷婷[22]研究發(fā)現(xiàn)，GRMZM2G110881在200 mmol/L鹽處理后表達量上調了35倍，屬于鹽誘導表達基因。王炳才[30]發(fā)現(xiàn)HKT1 在植物鹽脅迫響應中起重要作用，可以作為提高作物耐鹽性的潛在遺傳靶位點。

3.3 功能標記

印志同等[31]共檢測到9個標記位點分別與5個耐鹽性狀顯著關聯(lián)，并在1號染色體上檢測到與單株存活率、存活時間都極顯著相關的標記umc2012。楊姍等[32]得到4個耐鹽相關的SSR標記umc1416、umc1349、umc2295和umc1686。任鳳陽[33]選用172份玉米自交系為材料，發(fā)現(xiàn)鹽脅迫條件下與相對發(fā)芽率、相對活力指數(shù)、綜合指標關聯(lián)SNP標記分別為15、8、11個，與綜合指標（Y）相關聯(lián)的標記PZE-106037681、SYN36744、PZE106033224等8個標記具有AA、GG兩種基因型，標記PZE-1080064469、PZE105160612、PZE-106026117具有AA、AG、GG三種基因型。

4 展望

鹽堿地是我國可供開發(fā)利用的寶貴資源，農業(yè)開發(fā)利用潛力巨大。鹽堿地開發(fā)利用的主要途徑是土壤改良和耐鹽品種的選育。而耐鹽玉米種質資源的挖掘與創(chuàng)新利用是耐鹽品種選育的基礎和關鍵。耐鹽種質的創(chuàng)新和利用主要集中于以下幾個方面：

（1）融合多種技術方法的精準鑒定技術體系構建，可挖掘現(xiàn)有種質材料，進而為耐鹽堿種質創(chuàng)制提供技術方法。

（2）對現(xiàn)有玉米資源深度精準挖掘，篩選創(chuàng)制突變體，開展玉米耐鹽生理機制和耐鹽基因挖掘研究。

（3）突破常規(guī)技術局限，利用分子生物技術手段，在全基因組序列的基礎上開展大規(guī)模分子靶點的發(fā)掘，通過分子標記輔助選擇將耐鹽堿基因轉入優(yōu)良玉米自交系，獲得耐鹽堿的優(yōu)良玉米自交系。

突破耐鹽堿種質創(chuàng)制與育種技術瓶頸，完善并建立現(xiàn)代生物育種技術、耐鹽堿鑒定技術與常規(guī)育種技術相結合的耐鹽堿育種技術體系，系統(tǒng)開展耐鹽堿玉米種質創(chuàng)制和新品種選育，具有重要的現(xiàn)實意義。

參 考 文 獻：

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