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大豆耐盐性鉴定研究进展【摘要】：p 大豆属中度耐盐作物，盐渍条件严重影响大豆生长、农艺性状及种子品质，因而造成大豆减产。该文从盐碱对大豆的影响、大豆耐盐机制、大豆耐盐性鉴定方法及优异耐盐种质筛选4个方面概述大豆耐盐性鉴定的研究进展。【关键词】：p 大豆；盐碱；耐盐机制中图分类号 S529 文献标识码A文章编号 1007-5739（2021）08-0011-03ResearchAdvancesonSaltToleranceIdentificationofSoybeanLI Zhao-nan 1，2SUN Shi 2 _（1 The College of Plant Sciences，Jilin University，Changchun Jilin 130062； 2 Institute of Crop Sciences，The Chinese Academy of Agricultural Sciences）AbstractSoybean is moderate salt tolerance，saline conditions impose negative impacts on soybean growth，agronomy traits and seed quality，thus reduce the yield.This article reviewed the advances in salt tolerance identification of soybean from four aspects：the impact of salinity on soybean，soybean salt tolerance mechanisms，the identification methods of soybean salt tolerance and the screening of e_cellent salt tolerance germplasm.Key wordssoybean；salinity；salt tolerance mechanism大豆是我国重要的农作物，虽然位于水稻、小麦、玉米之后，但是其40左右的蛋白质含量使其成为人类食物和畜禽饲料植物蛋白的主要来；富含不饱和脂肪酸的大豆油是优质食用油1；大豆还含有多种有益于健康的生物活性物质，如大豆异黄酮、大豆皂苷、VE、低聚糖等2。然而我国大豆产量较低，无法满足人们对大豆日益增长的需求3，其重要原因之一就是我国土壤盐渍化程度较重1。目前我国盐碱地达4 000万hm2，且呈逐年增加趋势4，由此造成耕地面积不断减少，开发利用盐碱地，提高盐碱耕地的大豆产量对于提高我国大豆产量具有重要意义。大豆属中度耐盐作物，国内外对大豆耐盐研究已有一些报道，为促进大豆耐盐研究，发展盐碱地大豆生产，该文从盐碱对大豆的影响、大豆耐盐机理、耐盐鉴定的方法及优异耐盐种质筛选4个方面进行综述。1盐对大豆的影响1.1盐对大豆种子萌发的影响大豆由种子发育成苗，要经过吸水膨胀萌发、胚根生长、侧根生长。在这一生长过程中的不同发育阶段，盐对大豆萌发的影响有所不同。邵桂花等5研究表明，种子吸水膨胀率几乎不受盐浓度的影响，而在萌发阶段，胚根生长、侧根的生长对盐很敏感，随着盐浓度的增加，其抑制作用逐渐增强。在发芽时间及发芽率2个方面，盐害对盐敏感品种的影响较耐盐品种更加显著6。在低盐含量条件下（0.050.10 NaCl）大豆种子萌发延缓，而高浓度的盐则导致发芽率整体下降7。种子的萌发率及活力均随盐浓度的增加而下降，活力下降程度比萌发率下降程度大，说明盐对种子活力的危害大于萌发率。Abel等7用6个大豆品种、6种盐浓度进行试验，其结果表明，盐分降低了所有品种的发芽率和出苗率。1.2盐对大豆植株性状的影响Abel等7研究表明，在电导率为6.5 dS/m含盐量下，大豆株高及叶片大小在生育中期约为对照的90，含盐量提高后，株高降低较叶片大小更为明显。Parker等8指出，氯的毒害引起植株叶片枯萎，在营养生长和开花早期受害植株的下部叶片可能脱落，盐害症状逐渐加重，直至全部叶片死亡；经过进一步研究发现，增加氯的施用量后，大豆品种Bragg叶片枯萎症状也增加，地上部及根部生长显著下降。常汝镇等9研究发现，无论大豆品种耐盐与否，在盐胁迫条件下，都表现株高降低，主茎节数和分枝数减少。罗庆云等10研究显示，盐胁迫使植株发育迟缓，茎节数减少，但是其胁迫程度因大豆品种耐盐性不同而存在差异。在高浓度盐胁迫下，耐盐性强的品种的植株茎节数所受的胁迫程度较大，而耐盐性相对较弱的品种的植株茎节数所受胁迫程度较小。盐胁迫对大豆的分枝数影响较大，与对照相比，敏盐品种分枝数下降了51.3，耐盐品种下降19.611。盐胁迫对根长的影响相对较小，不同盐胁迫强度下植株最大根长的差异不及株高明显。刘玉杰等12用NaCl溶液处理二心一叶期的大豆幼苗，2周后测定结果表明，大豆品种的根系活力随着浓度的升高而减小。1.3盐对大豆产量的影响盐导致大豆籽粒产量下降，产量的降低幅度与盐的种类、浓度以及品种耐盐能力有密切关系。Abel等7的研究指出，加盐导致产量和百粒重分别下降30和23。邵桂花等11研究盐土地对大豆产量的影响，经进行多次产量测量，发现盐造成大豆减产的趋势是一致的。在山东省昌邑研究发现，用1415 dS/m的咸水处理材料平均产量下降52.5，用1820 dS/m的咸水处理材料平均产量下降61.0；在山东禹城研究发现，锦豆33在盐地的种植产量减少51.9。从大豆的产量构成因素来分析p ，单株荚数和百粒重受盐害的影响较大，其中敏感的品种和耐盐品种的百粒重分别下降了31.4和24.511。1.4盐对大豆籽粒品质的影响常汝镇等9与万超文等13的研究均显示在低盐浓度下大豆籽粒的蛋白质含量显著下降，且盐敏感品种的下降幅度更大，而在低盐处理对脂肪含量的影响研究表明，两者的研究结果不同。在高盐处理下，蛋白质含量提高显著，脂肪含量显著降低。在低盐浓度下棕榈酸、亚油酸含量降低，油酸、硬脂酸、亚麻酸相对含量及脂肪酸不饱和指数提高。高盐浓度下油酸含量提高，其他脂肪酸含量降低，耐盐品种的油酸、亚油酸变化与敏感品种相反。相同盐浓度对不同耐盐类型品种作用效应不同，耐盐品种的蛋白质、亚油酸、亚麻酸含量及脂肪酸不饱和指数高于盐敏感品种，其品质也优于盐敏感品种13。2大豆耐盐机理2.1离子运输2.1.1有害离子的排拒。Na+的净吸收值等于Na+的总吸收和总排出的平衡量。当外界有大量的Na+存在时，Na+的电化学梯度会促进Na+进入细胞内。因此，在盐胁迫的环境条件下，Na+吸收是一种被动作用，然而Na+排出则是一种主动作用14-15。目前，学者尚未确定Na+吸收的分子途径。电子生理研究结果显示，部分的Na+吸收过程是透过Ca2+敏感、电压不依赖、环核苷酸抑制和低选择性的单价离子通道进行的16-20。邵桂花等21利用筛选出的耐盐品种和盐敏感品种配制了一系列正反杂交组合，进行耐盐性遗传分析p ，结果表明大豆耐盐主要受一对核基因控制，耐盐属显性，盐敏感为隐性；由于大豆植株排斥为显性，积累Cl-为隐性，因而认为Cl-是造成大豆盐害的主要离子。目前，拟南芥的SOS1是唯一被定位于细胞膜上与耐盐性有关的Na+/H+逆向转运蛋白22。在低浓度盐胁迫下，SOS1通过将Na+运至木质部来运输到地上部，而后Na+被运至叶片的液泡中贮藏来减轻毒害。在高浓度盐胁迫下，SOS1会抑制Na+在木质部汁液的运送，并通过促进根尖排出Na+23。2.1.2有害离子的区域化。除了直接排拒外，把已进入细胞内的有害离子区域化，减轻其对敏感代谢系统的损害，是另一种有效的耐盐机理。有害离子的区域化有不同的层次，包括以植物器官/组织为划分或在植物单一细胞内分区贮存。部分盐生植物的叶片有特殊的排盐结构，包括盐腺和盐囊，能有效地把已进入体内的有害离子排走。Zhou等24发现野生大豆的腺毛是具有泌盐功能的盐腺。另一类器官水平的离子区域化，是通过协调木质部Na+的运输和韧皮部对其过量回收，把Na+贮藏于根部或老叶，以保护新叶和生长点。对大豆的研究显示，木质部薄壁细胞会分化为转运细胞，与导管小孔紧密结合。此外，盐胁迫还可诱导未分化的大豆木质部薄壁细胞向内生长25。2.1.3离子运输的能量系统。液泡膜上的离子运输比较活跃，其中一部分是耗能的主动运输过程，能量来主要靠H+泵。例如V型H+-ATPase和液泡膜焦磷酸酶可将H+泵入液泡，以便Na+/ H+逆向转运蛋白运作26-28。2.2活性氧化物的清除盐胁迫能影响细胞内活性氧化物的清除系统，从而引起氧化物胁迫。陈一舞等29-30研究发现SOD活性在细胞溶质中最高，而线粒体、叶绿体较少，而盐胁迫在降低SOD酶活性的同时，使细胞器的SOD酶谱类型也发生变化。除此确认的ROS清除系统外，其他能进行REDO_反应的酶亦有可能发挥清除ROS的作用。Rodrigues等31研究发现GmTP55转基因拟南芥同烟草在干旱、盐及活性氧化胁迫下都表现出明显的耐逆性。2.3渗透调节渗透调节是大豆耐盐的最常见方式，是指在一定的胁迫范围内，大豆通过细胞内积累对原生质无伤害的物质来调解细胞渗透势，从而达到抗渗透胁迫作用的耐盐方式。渗透调解物质的特征是分子量小、极易溶于水、在生理pH值的范围内不带净电荷、能为细胞膜所保持、很少引起酶结构的变化；它们的生成必须是迅速的，而且要积累到足够引起渗透调节作用的量。3 大豆耐盐性鉴定方法在盐胁迫下，大豆形态、农艺性状与生理生化性状都将受到影响。因此，在评价大豆的耐盐性时，选用形态指标还是生理生化指标，选用单一指标还是综合指标，是大豆耐盐研究工作者关注的重点问题。经过多年的研究，目前主要有以下几种评价方法。3.1室内鉴定法目前，对大豆进行室内耐盐性鉴定的方法有很多，根据鉴定介质划分，可以分为沙培法32、培养皿萌发期鉴定法5、营养液筛选法33、培养基法34等。根据鉴定指标划分，包括盐害指数指标法35、耐盐系数法36和综合指标鉴定法37等。室内鉴定耐盐性具有时间短、容量大、重复性强、环境影响小等优点。3.2田间鉴定法室内的耐盐性鉴定结果可以作为大豆耐盐性强弱的参考指标，但是要想把筛选出的耐盐品种应用于实际生产，还必须在田间进行鉴定，因为田间试验过程更接近于大田生产实际，其鉴定结果更有实际应用价值。邵桂花38利用抽提地下咸水，配以淡水，人为造成短期盐害，进行大田耐盐筛选研究来评定品种耐盐级别。通过试验建立了一套大豆种质资耐盐性田间鉴定方法，确定了鉴定时期、处理浓度、调查标准以及评价耐盐等级的方法。但大田鉴定受到气候因素影响较大，若将田间鉴定和室内鉴定结合起来效果会更好。4耐盐种质的筛选大豆种质耐盐能力高低不一，且各生育阶段对盐害的反应也不同，耐盐性之间没有明显的相关性。为了充分利用自然界可得的丰富遗传资，前人对大豆种质进行耐盐性筛选，筛选出的耐盐种质类型有芽期耐盐、苗期耐盐、全生育期耐盐。李星华等39对山东省747、759份大豆品种分别进行芽期和苗期耐盐性鉴定，芽期耐盐的品种有141个，苗期耐盐品种90个，芽期和苗期均耐盐的有25个，其中鲁豆2号、鲁豆5号、文丰7号等品种的综合农艺性状也较为优良。马淑时等35对来于吉林省和内蒙古的1 020份大豆品种进行耐盐性鉴定，经重复鉴定，筛选出芽期和苗期均耐盐的大豆品种42份，高耐盐大豆品种11份，其中2份育成品种为吉林23和吉林31。邵桂花等40在盐碱地上通过海水与淡水混合灌溉，筛选了1 716份大豆种质，其中1 556份种质来于我国21个省份，160份种质则来于其他国家，品种的耐盐性出现显著差异且各生长阶段表现相同。筛选出7个全生育期耐盐品种：文丰7号、文丰4号、济阳大黑豆、锦豆33、锦6606-24、丹豆2号、铁丰8号。随后，我国在19861990年对10 128份大豆种质进行大规模耐盐性评估。其中，9.1的品种表现出芽期耐盐性，4.5的品种表现苗期耐盐性，而2.8的品种表现芽期与苗期均耐盐，83份种质表现耐盐性1级11。鉴定大豆品种的耐盐性，要鉴定各主要生育阶段的耐盐机制，方能全面评价品种的耐盐性，而在生产上实际存在的首要问题是种子在盐碱地表层土壤中能否发芽出土，幼苗能否正常存活。同时苗期也是盐碱伤害最敏感的时期，而后随着生育阶段增进，盐害有减轻的趋势40。并且其后各生育阶段可通过采取有效的田间管理措施加以缓解。因此，筛选和选育耐盐大豆品种，侧重芽期及苗期的耐盐性是切实可行的。5结语我国的大豆种质资十分丰富，经过多年的鉴定，已筛选出一批具有较高耐盐能力的品种。利用这些耐盐品种，一方面，可以加快开展大豆耐盐机制的解析，进行耐盐基因克隆、基因表达调控、胁迫信号的传导以及耐盐蛋白的功能鉴定和结构方面的研究；另一方面，可以把这些耐盐品种作为中间材料或耐盐基因的直接供体，借助常规育种和分子育种手段，将耐盐基因转入到有应用前景的盐敏感品种中，育成综合性状优良、产量较高的品种，这对于大豆生产具有重要意义。6【参考文献】：p 1 林汉明，常汝镇，邵桂花，等.中国大豆耐逆研究M.北京：中国农业出版社，2021：1.2 程莉君，石雪萍，姚惠.大豆加工利用研究进展J.大豆科学，20_7，26（5）：775-780.3 王岚，王连铮，赵荣娟，等.大豆超高产育种研究J.大豆科学，20_7，26（3）：407-411.4 陈丽萍，何道一.植物抗旱耐盐基因的研究进展J.基因组学与应用生物学，2021，29（3）：542-549.5 邵桂花，万超文，李舒凡.大豆萌发期耐盐生理初步研究J.作物杂志，1994（6）：25-27.6 ABEL G H.Inheritance of the capacity for chloride inclusion and chloride e_clusion by soybeansJ.Crop Sci，1969，9（6）：697-698.7 ABEL G H，MACKENZIE A J.Salt tolerance of soybean varieties（Glycine ma_（L）.Merrill） during germination and later growthJ.Crop Sci，1964（4）：157-161.8 PARKER M B，GAINES T P，HOOK J E，et al.Chloride and water stress effects on soybean in pot cultureJ.Plant Nutri，1987，10（5）：517-538.9 常汝镇，陈一舞，邵桂花，等.盐对大豆农艺性状及籽粒品质的影响J.大豆科学，1994，13（2）：-105.10 罗庆云，於丙军，刘友良.大豆苗期耐盐性鉴定指标的检验J.大豆科学，20_1，20（3）：177-182.11 邵桂花，常汝镇，陈一舞.大豆耐盐性研究进展J.大豆科学，1993，12（3）：244-248.12 刘玉杰，王宝增.不同品种大豆耐盐性的比较研究J.安徽农业科学，20_7，35（15）：4462-4464.13万超文，邵桂花，陈一舞，等.中国盐胁迫下大豆耐盐性与籽粒化学质量的关系J.中国油料作物学报，20_2，24（2）：67-72.14 AMTMANN A，SANDERS D.Mechanisms of Na+ uptake by plant cellsJ.Advance in Botanical Research，1998，29（8）：75-112.15 TESTER M，DAVENPORT R.Na+ tolerance and Na+ transport in higher plantsJ.Ann Bot，20_3，91（5）：503-527.16 AMTMANN A，LAURIE S，LEIGH R，et al.Multiple inward channels provide fle_ibility in Na+/K+ discrimination at the plasma membrane of barley suspension culture cellsJ.J E_p Bot，1997，48（283）：481-497.17 ROBERTS S K，TESTER M.A patch cl study of Na+ transport in maize rootsJ.J E_p Bot，1997，48（34）：431-440.18 TYERMAN S D，SKERRETT M，GARRILL A，et al.Pathways for the permeation of Na+ and Cl- into prolasts derived from the corte_ of wheat rootsJ.J E_p Bot，1997，48（2）：459-480.19 TYERMAN S D，SKERRETT M.Root ion channels and salinityJ.Sci Hortic，1999，78（1-4）：175-235.20 DEMIDCHIK V，TESTER M.Sodium flu_es through nonselective cation channels in the plasma membrane of prolasts from Arabidopsis rootsJ.Plant Physiology，20_2，128（2）：379-387.21 邵桂花，常汝镇，陈一舞，等.大豆耐盐性遗传的研究J.作物学报，1994，20（6）：721-726.22 SHI H Z，ISHITANI M，KIM C，et al.The Arabidopsis thaliana salt tole-rance gene SOS1 encodes a putative Na+/H+ antiporterJ.Prod Natl Acad Sci，20_，97（12）：6896-6901.23 SHI H，QUINTERO F J，PARDO J M，et al.The putative plasma membrane Na+/H+ antiporter SOS1 controls long-distance Na+transport in plantsJ.Plant Cell，20_2，14（2）：465-477.24 ZHOU S，ZHAO K F.Discussion on the problem of salt gland of Glycine sojaJ.J Integr Plant Biol，20_3（45）：574-580.25 LAUCHLI A，WIENEKE J.Salt relations of soybean mutants differing in salt tolerance：Distribution of ionsand localization by _-ray microanal-ysis.In Plant Nutrition：Proceedings of the 8th International Colloquium on Plant Analysis and Fertilizer ProblemsM.Government Printer，Wellington，Auckland，New Zealand，1978：275-282.26 RATAJCZAK R.Structure，function and regulation of the plant vacuolar H+-translocation ATPaseJ.Biochim Biophys Acta，20_，1465（1-2）：17-36.27 BINZEL M，RATAJCZAK R.Function of membrane transport systems under salinity：tonoplastM.Salinity：Environment-Plants-Molecules.Kluwer Academic Publishers，herlands，20_4：423-449.28 LOPEZ-MARQUES R L，SCHIOTT M，JAKOBSEN M K，et al.Stru-cture，function and regulation of primary H+ and Ca2+ pumpsM.In MR Blatt，ed，Membrane Transport in Plants，Vol 15.Blackwell Publi-shing Ltd，O_ford，20_4：2-104.29 陈一舞，常汝镇，邵桂花，等.盐胁迫下大豆超氧化物歧化酶的变化J.作物学报，1994，20（13）：363-367.30 陈一舞，常汝镇，邵桂花.盐胁迫对大豆幼苗子叶各细胞器超氧化物歧化酶（SOD）的影响J.作物学报，1997，23（12）：214-219.31 RODRIGUES S M，ANDRADE M O，GOMES A P，et al.Arabidopsis and tobacco plants ecically e_pressing the soybean antiquitin-like ALDH7 gene display enhanced tolerance to drought，salinity，and o_idative stressJ.J E_p Bot，20_6，57（9）：1909-1918.32 卫秀英，汤菊香，鲁玉贞.盐胁迫对不同野生大豆种子发芽的影响J.种子，2021，27（1）：68-70.33 _，朱怀梅，苏琳婧，等.野生大豆耐盐性材料初步筛选J.河南农业科学，20_5（7）：31-34.34 乔亚科，李桂兰，高书国，等.冀东地区野生大豆愈伤组织诱导及其耐盐性J.大豆科学，20_2，21（3）：208-213.35 马淑时，王伟.大豆品种资的抗盐碱性研究J.吉林农业科学，1994（4）：69-71.36 HU Z A，WANG H _.Salt tolerance of wild soybean（Glycine soja）in natural populations evaluated by a new methodJ.Soybean Geics Newsl，1997，24（79-80）：79-80.37 寇贺，曹敏建，那桂秋.大豆种子萌发期耐盐性综合鉴定指标初探J.杂粮作物，20_7，27（5）：352-354.38 邵桂花.大豆种质资耐盐性田间鉴定方法J.作物杂志，1986，20（3）：36-37.39 李星华，陈宛妹，李增禄.山东大豆种质资耐盐性鉴定J.山东农业科学，1996（4）：11-13.40 邵桂花，宋景芝，刘惠令.大豆种质资耐盐性鉴定初报J.中国农业科学，1986（6）：30-35.第 11 页 共 11 页