CN105359856A - 一种批量鉴定小麦耐盐性的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种鉴定植物耐盐性的方法及装置。所述装置包括一上端开口的盒体；所述盒体内设有若干个管道，且所述管道的位置可调，所述管道的两端为开口设置；所述管道通过管架设于所述盒体内，且所述管道的下端开口与所述盒体的底部之间设有间距。利用所述装置批量鉴定小麦耐盐性的方法，包括如下步骤：(1)向所述装置中的所述管道内填充土壤；(2)将待鉴定小麦的种子种植于所述管道中；(3)通过所述管架，将所述管道放置于所述盒体内；所述盒体内盛有营养液，所述管道的下端浸于所述营养液中；(4)通过调控所述营养液中的含盐量，即实现对小麦耐盐性的批量鉴定。本方法广泛适用于小麦种质资源、遗传材料、新品系(种)的耐盐性鉴定。

Description

一种批量鉴定小麦耐盐性的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种鉴定植物耐盐性的方法及装置，具体涉及一种批量鉴定小麦耐盐性的方法及装置。

背景技术

土壤盐渍化是一个世界性的资源和生态问题。据统计，全世界盐渍土面积为9.5438亿公顷，我国盐渍土分布广泛，总面积为14.87亿亩(约合1亿公顷)。合理利用盐渍化土壤资源是我国农业发展中一个迫切需要解决的问题。盐渍化土壤的开发和利用有多种途径，种植耐盐作物品种是经济有效的途径之一。小麦是世界上第二大粮食作物，同时也是我国盐渍化土壤的主要栽培作物之一。土壤盐渍化严重影响小麦产量，因此，选育耐盐小麦品种及研究小麦耐盐特性是有效利用盐渍化土壤资源、提高粮食产量的一条重要途径。

小麦的耐盐特性是由多途径、多基因控制的数量性状，不同的发育时期的耐盐性也存在差异。在小麦的整个生长周期中，芽期、苗期及开花-灌浆-成熟期对盐分尤其敏感。一般来讲，小麦芽期耐盐性指的是种子在盐胁迫条件下吸水膨胀、萌动生根的综合能力。小麦苗期耐盐性则是春季土壤返盐期下冬麦返青和春麦播种出苗后抵御盐胁迫的能力。小麦耐盐性是减少产量农艺性状受盐胁迫而降低程度的能力。一般来讲，小麦芽期和苗期的耐盐性鉴定是小麦耐盐个体与品系早期选择的基础，通过水培盐分胁迫条件下测定小麦幼苗的形态学性状及生理参数进行的。如果能在一种条件下先后对小麦芽期及苗期进行耐盐性鉴定，则必然大大缩短了试验周期，提高试验效率。

按培养介质分类，小麦耐盐性试验的主要分为土培与水培两种类型。土培实验往往需要盐池，因而需要空间较大，花费不菲。水培实验的主要设施相对简单，包括用于盛放营养液的塑料箱，用于支撑小麦生长的带孔泡膜板和用于给营养液通氧气的气泵。耐盐处理程序是待小麦种子萌发生长至一叶期后以海绵移植入泡膜板孔内，漂浮在塑料箱的培养液中，使用气泵给营养液中充气，随后在营养液中添加NaCl进行盐分胁迫，观察苗情表现，进行形态学性状及生理指标的考察及测定。尽管水培耐盐鉴定可以使小麦幼苗快速出现盐胁迫表型，能够部分反映小麦的苗期耐盐特性，但是单一的水培条件无法模拟正常的小麦苗期生长环境，也存在许多不足。例如，由于幼苗基部生长在泡膜板孔内，狭小的空间会限制小麦的分蘖及生长。并且，由于一旦移栽入泡膜板后小麦幼苗无法更换种植位置，因而无法消除光照及温度等培养条件的差异，保证各个单株试验条件的一致性。此外，该方法的步骤相对繁琐，水培之前需要对幼苗进行移植，当幼苗长大后会因缺乏支撑而倒伏，必须再次移栽进土培条件下才能繁种。另外，用水培方法鉴定小麦苗期耐盐性还需要气泵等设备保证营养液中有足够的氧气。

发明内容

本发明的目的是提供一种批量鉴定小麦耐盐性的方法及装置，本发明方法利用土-水培方法鉴定小麦耐盐性，不仅能够快速地筛选耐盐小麦个体，而且能对小麦群体的耐盐性进行遗传分析，具有较好的创新性、实用性和广泛性。

本发明所提供的批量鉴定小麦耐盐性的装置，包括一上端开口的盒体；

所述盒体内设有若干个管道，且所述管道的位置可调，所述管道的两端为开口设置；所述管道通过管架设于所述盒体内，且所述管道的下端开口与所述盒体的底部之间设有间距。

上述批量鉴定小麦耐盐性的装置中，所述管道可为塑料管；所述盒体可为塑料盒。

上述批量鉴定小麦耐盐性的装置中，所述管道为锥形管，且其小口端向下设置，土表面利于透气。

上述批量鉴定小麦耐盐性的装置中，所述管架为多孔板，具体的孔数可根据需要进行选择，如选择98孔板(7×14)。

本发明进一步提供了利用上述装置批量鉴定小麦耐盐性的方法，包括如下步骤：

(1)向所述批量鉴定小麦耐盐性的装置中的所述管道内填充土壤；

(2)将待鉴定小麦的种子种植于所述管道内的土壤中；

(3)通过所述管架，将所述管道放置于所述盒体内；所述盒体内盛有营养液，所述管道的下端浸于所述营养液中；

(4)通过调控所述营养液中的含盐量，即实现对小麦耐盐性的批量鉴定。

上述的方法中，所述土壤的含盐量可为0.5％。

上述的方法中，所述管道的下端浸于所述营养液中的深度可为4.0～5.0cm。

上述的方法中，所述营养液的含盐量为6g/L～9g/L，所述培养液可根据需要选择常规的小麦培养用培养液。

上述的方法中，步骤(2)中，将待鉴定小麦的种子种植于所述管道内的土壤中的方法为：种植小麦之前，是先将小麦的种子萌发，然后种植于经润湿后的管道内土壤中。

上述的方法中，所述管道内填充的土壤的深度可为19～20cm。

上述的方法中，所述步骤(4)中，还包括如下步骤：检测芽期和/或苗期的小麦的如下指标：地上部生物量、根长、新生组织中K⁺离子浓度和Na⁺离子浓度，通过所述指标判断小麦的耐盐性，在盐胁迫条件下仍能够保持较高地上部生物量和根长，新生组织中维持高K⁺离子浓度、低Na⁺离子浓度的个体为耐盐个体。

本发明方法采取土-水培法进行小麦耐盐性的鉴定。

本发明方法通过在营养液中添加海盐的办法模拟滨海盐碱地地下水位高，水的盐碱程度高的自然特性。本发明综合使用土、水两种不同介质选育耐盐小麦，既保证盐溶液中离子浓度的均一性，又能保证土壤中盐分垂直分布，并能方便地考察盐胁迫下小麦地上部和地下部的形态特性和生理指标。本发明方法直接将小麦种子播入装有土的塑料管里，可以在不用移栽的条件下完成整个生育期，因而不仅可以调查小麦苗期耐盐性，而且可以对早至小麦芽期，晚至小麦开花-灌浆-成熟期进行耐盐性鉴定，具有很强的实用性。另外，由于塑料管可摆放于多孔管架上的任意位置，因此能够很方便地根据需要定期调换位置，保证光照及温度等试验条件的一致性。此外，利用本方法进行小麦耐盐鉴定时，根系在营养液中不会缺氧，因此不需要气泵的装置。本方法广泛适用于小麦种质资源、遗传材料、新品系(种)的耐盐性鉴定。

附图说明

图1为本发明批量鉴定小麦耐盐性的装置的结构示意图。

图中各标记如下：1塑料盒、2管架、3塑料管。

图2为利用本发明装置进行土-水培试验鉴定小麦苗期耐盐性的照片。

图3为实施例2中小偃60和济麦22在对照和盐处理下的表型差异。

图4为实施例2中对照和盐处理条件下小偃60和济麦22的地上部干重和根长。

图5为实施例2中对照和盐处理条件下小偃60和济麦22的不同组织K⁺浓度、Na⁺浓度、K⁺/Na⁺浓度比。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、批量鉴定小麦耐盐性的装置

如图1所示，为本发明提供的批量鉴定小麦耐盐性的装置的结构示意图(只示意了第1排和第1列塑料管的设置)，它包括一个上端开口的塑料盒1(长65cm×宽40cm×高16cm)，在该塑料盒1架设一个98孔(7×14)的管架2(美国Stuewe&Sons公司，型号：RL98)，在每个孔内放置一个锥形的塑料管3(其管口直径为3.8cm，长度为21cm，容积为164ml，美国Stuewe&Sons公司，型号SC10)，塑料管3的两端开口，其小口端向下设置，并且塑料管3的下端开口与塑料盒1的底部之间设有间距，该间距可根据不同的实验要求进行调节(间距约1cm)。

本发明装置中，可根据不同鉴定实验要求，设置塑料盒1的大小、塑料管3的个数以及内径和长度根据具体需要进行选择。

实施例2、鉴定小麦的耐盐性

本实施例选择小麦品种小偃60和济麦22作为供试材料。

小麦品种济麦22是山东省农业科学院作物研究所最新育成的超高产、多抗、优质中筋小麦新品种，2006年9月和2007年1月分别通过山东省和国家黄淮北片审定，审定编号分别为鲁农审2006050和国审麦2006018。

小麦品种小偃60是中国科学院遗传与发育生物学研究所培育的抗旱、耐盐、高产、优质的小麦新品种，已申请并获得新品种保护权，申请号：20100586.6。

将实施例1装置中的塑料管3内装填上土，并在塑料盒1中加入营养液，营养液按照文献(任永哲,徐艳花,贵祥卫等.2012盐胁迫下调控小麦苗期性状QTL分析.中国农业科学.45：2793-2800.)中的配方配制。利用该装置进行耐盐性的鉴定。

一、供试材料的盐胁迫处理

通过土-水培法进行苗期耐盐表型鉴定。

选择均匀一致的小麦种子，10％双氧水灭菌30分钟，去离子水冲洗数次，将种子均匀摆放在铺有滤纸的培养皿中，于25℃萌发2天，然后选择萌发一致的种子，腹沟向下播种于装有土的塑料管3中。为了润湿管中的土壤，播种前将塑料管3放入98孔(7×14)的管架2中，将管架2置于盛有10升营养液的塑料盒1中。

不加盐对照处理和土壤含盐量0.5％的盐胁迫两个处理，播种后开始进行盐处理。对照处理每个塑料盒1加入10L含0g/L盐的营养液，盐处理方法：从3g/L处理3天后增加到6g/L，再处理6天后增加到9g/L，以后保持此浓度(模拟滨海盐碱地土壤水的含盐量)。每个处理7次重复。盐处理每个塑料盒1加入10L含盐的营养液。培养条件为：培养温度为20℃(昼)/10℃(夜)之间，光周期为12h/12h。每3天更换一次营养液。在每次试验中，每个塑料管3和每个塑料盒1随机摆放，并定期调换位置(图2)。试验中保留不播种的塑料管3作为空白对照，用作土壤盐分测定。

二、土壤含盐量测定

待盐胁迫小麦麦苗21天时，随机选取3个空白对照，分取3个土样层(0-5cm、5-10cm和10-15cm)，均匀取土，然后混合。对所采集的土样进行风干，按V_土：V_水＝1：5进行浸提。采用化学滴定法测定浸提液的主要阴离子(HCO₃ ^–、Cl^–、SO₄ ^2–)和阳离子(Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺+Na⁺)的含量，阴阳离子含量之和即为土壤含盐量。

土壤含盐量是参考文献(巨兆强,刘小京.2012.干旱盐碱区耕作方式改变对土壤性状和作物产量的影响.16(7):6-10.)中记载的方法进行测定的。其中，K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺用原子吸收分光光度计进行测定；SO₄ ^2–采用EDTA滴定法进行测定，Cl^–采用硝酸银滴定法进行测定；HCO₃ ^–采用双指示剂法进行测定。

不同土层土壤中主要阴阳离子含量及总盐量测定结果如表1中所示。

表1不同土层土壤中主要阴阳离子含量及总盐量测定结果

由表1中的数据可以看出，在构成土壤盐分的各组分中，阴离子主要以Cl^–为主。阳离子则出现不同土层间的变化，在0-5cm土层主要以Ca²⁺为主，在5-10cm土层和10-15cm土层中以K⁺+Na⁺为主。另外，不同土壤层盐分垂直变化明显，土壤含盐量在0-5cm土层中最高，达到0.5％；在10-15cm土层中次之，达到0.3％；在5-10cm土层中略低，为0.23％。利用本发明装置进行耐盐性鉴定，土壤含盐量达到0.23％-0.5％，基本模拟了滨海中度盐渍化区的土壤含盐水平和分布趋势。

三、供试材料的耐盐性鉴定

盐胁迫小麦麦苗23天后测定表型性状，测定性状指标包括：地上部生物量、根长、地上部Na⁺和K⁺离子含量。

在小麦植株被收获前统计每株根长，小麦植株收获时称鲜重，收获后于105℃杀青15分钟，70℃烘干至恒重，称干重。烘干样品粉碎，用硝酸-双氧水进行微波消煮，测定地上部Na⁺和K⁺含量(用电感耦合等离子体光谱仪(ICP-OEC)测定)、并计算K⁺/Na⁺比(王小平,项苏留.2006.微波消解-ICP-OES，AAS和AFS测定大蒜不同部位20种元素含量.26(10)：1907-1911.)。

小偃60和济麦22在对照和盐处理下的表型差异如图3所示，由图3可以看出，小偃60和济麦22在盐处理23天后其根系和地上部的生长都受到抑制。与对照相比，盐处理后两个品种的地上部生物量和根长都显著降低，小偃60和济麦22地上部干物重分别是0.37g和0.22g，分别只有对照的49.5％和45.1％；小偃60和济麦22根长分别是28.9cm和10.2cm，分别只有对照的71.3％和23.6％(如图4所示)。盐处理后，济麦22的生物量和根长及其相对值都明显低于小偃60。

Na⁺离子毒害是植物盐胁迫后生长受抑制的影响因素之一。提高K⁺吸收、抑制Na⁺内流、保持细胞中高K⁺/Na⁺比是提高植物耐盐的重要研究内容之一。为分析小偃60和济麦22耐盐性差异的生理机制，本发明测定了供试材料在对照及盐处理条件下不同组织中的K⁺离子和Na⁺离子浓度，并计算K⁺/Na⁺浓度比。

本发明比较了供试材料在对照及盐处理条件下的不同组织间K⁺离子浓度的差异。如图5(a)所示，在对照条件下，两个品种在不同组织中的K⁺离子浓度没有显著差异。盐处理对不同组织中K⁺离子浓度的影响存在品种间差异。盐处理后，两个品种根系中的K⁺离子浓度降低，茎中的K⁺离子浓度变化不明显；老叶K⁺离子浓度在小偃60中没有明显变化，在济麦22中明显降低，新叶K⁺离子浓度在小偃60中明显增加，在济麦22中明显降低，表现出小偃60在新叶中的K⁺离子浓度要明显高于济麦22。盐处理后小偃60叶片中K⁺离子浓度高于济麦22，体内K⁺离子浓度变化影响不明显，而盐处理明显降低了济麦22体内K⁺离子浓度。说明盐胁迫严重抑制了济麦22对K⁺的吸收和向地上部叶片的转运，而小偃60基本不受影响。

如图5(b)所示，盐处理显著增加了不同组织中的Na⁺离子浓度，但不同小麦品种的增加幅度存在差异。在对照条件下，两个品种在不同组织中的Na⁺离子浓度没有明显差异，但在盐处理下，小偃60在新叶中的Na⁺离子浓度明显低于济麦22，两个品种在根系、老叶和茎中的浓度没有显著差异。上述数据说明，与小偃60相比，盐处理下济麦22吸收的Na⁺更多地被运输到新叶中。

如图5(c)所示，盐处理显著降低了4个不同组织中的K⁺/Na⁺比，但对济麦22新叶和茎中的K⁺/Na⁺比的影响要大于对小偃60的影响，表现出小偃60新叶和茎中的K⁺/Na⁺比高于济麦22(图5(d))。上述结果说明盐处理后新生组织中小偃60可以保持较高的K⁺/Na⁺比，有利于其提高耐盐性。

本发明通过在对照及盐胁迫条件下，测定供试材料小偃60和济麦22的部分表型和生理指标，推断该发明的实用性及可靠性。通过盐胁迫处理，两个品种根系和地上部生长均较对照显著降低，根系中K⁺离子浓度降低，不同组织中Na⁺离子浓度和K⁺/Na⁺比显著增加，说明使用本发明进行不同小麦品种的盐胁迫处理是普遍有效的。此外，盐胁迫处理后，与济麦22相比，小偃60的生物量和根长都明显增加，新叶中离子浓度增高，Na⁺离子浓度降低，并保持较高的K⁺/Na⁺比，说明小偃60较济麦22更耐盐。因此说明使用本发明能够准确鉴定不同小麦品种的耐盐性。

利用本发明能够使用同一装置先后鉴定小麦芽期及苗期耐盐特性，快速地筛选耐盐小麦个体，即在盐胁迫条件下仍能够保持较高地上部生物量和根长，新生组织中维持高K⁺离子浓度、低Na⁺离子浓度的个体，是一种技术突破，因此本发明方法具有较好的创新性、实用性和广泛性。

Claims (10)

1.一种批量鉴定小麦耐盐性的装置，其特征在于：所述装置包括一上端开口的盒体；

所述盒体内设有若干个管道，且所述管道的位置可调，所述管道的两端为开口设置；所述管道通过管架设于所述盒体内，且所述管道的下端开口与所述盒体的底部之间设有间距。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述管道为塑料管；所述盒体为塑料盒。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述管道为锥形管，且其小口端向下设置。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于：所述管架为多孔板。

5.一种批量鉴定小麦耐盐性的方法，包括如下步骤：

(1)向权利要求1-4中任一项所述装置中的所述管道内填充土壤；

(2)将待鉴定小麦的种子种植于所述管道内的土壤中；

(3)通过所述管架，将所述管道放置于所述盒体内；所述盒体内盛有营养液，所述管道的下端浸于所述营养液中；

(4)通过调控所述营养液中的含盐量，即实现对小麦耐盐性的批量鉴定。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述土壤的含盐量为0.5％；所述营养液的含盐量为6g/L～9g/L。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：所述管道的下端浸于所述营养液中的深度为4.0～5.5cm。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述将待鉴定小麦的种子种植于所述管道内的土壤中的方法为：先将小麦的种子萌发，然后种植于经润湿后的管道内土壤中；

所述步骤(4)中，还包括如下步骤：检测芽期和/或苗期的小麦的如下指标：地上部生物量、根长、新生组织中K⁺离子浓度和Na⁺离子浓度，通过所述指标判断小麦的耐盐性。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的方法，其特征在于：所述管道内填充的土壤的深度为19～20cm。

10.权利要求1-4中任一项所述装置在批量鉴定小麦耐盐性中的应用。