197份陸地棉品種萌發期耐鹽性鑒定

摘 要：【目的】鑒定評價陸地棉品種資源萌發期耐鹽性，篩選耐鹽性優異的種質，鑒定分析耐鹽指標，為陸地棉育種改良提供理論支持。

【方法】以197份國內外陸地棉品種為材料，以0（CK）、150和200 mmol/L的氯化鈉（NaCl）為脅迫處理濃度，測試對照組與處理組的發芽勢、發芽率、根長及相對值等9個指標，采用隸屬函數法，利用綜合評價D值評價197份陸地棉品種的耐鹽性。

【結果】150 mmol/L適合作為鑒定萌發期耐鹽性的鹽脅迫濃度，處理組的變異系數均高于對照組，綜合評價D值與處理組各性狀之間均存在顯著性正相關性，綜合評價D值為第一主成分因子，篩選出4份高耐材料、39份耐鹽材料、65份中耐材料和89份敏鹽材料。

【結論】發芽勢、發芽率和根長及其相對值等9個數據可作為耐鹽性鑒定指標，篩選出20N705、C6524等43份耐鹽性較強的材料。

關鍵詞：棉花；萌發期；耐鹽性；隸屬函數值；綜合評價

中圖分類號：S512"" 文獻標志碼：A"" 文章編號：1001-4330（2024）07-1574-08

0 引 言

【研究意義】2022年新疆棉花播種面積達到249.69 ×104 hm2，皮棉總產量539.1×108 t，占全國總產量的90%以上［1］，鹽漬化和次生鹽漬化是阻礙棉花產業持續增長因素之一［2］。相比于玉米、小麥等大田作物，棉花具備一定的耐鹽性，但高濃度的鹽脅迫將對其種子萌發、生長、發育造成嚴重影響，導致種子無法萌發、幼苗死亡，甚至植株死亡，最終影響棉花產量品質［3］。因此，加強棉花的抗鹽性基礎及應用研究，并培育耐鹽性新品種，對新疆棉花種質遺傳改良有重要意義。【前人研究進展】孫小芳等［4］研究表明，棉花在萌發期對鹽脅迫的反應尤為敏感，為棉花耐鹽能力最弱的階段。Zahra Maryum等［5］研究發現，棉花在一些關鍵生育期（如發芽、開花、結鈴）對鹽脅迫特別敏感，從而導致生物量和纖維產量減少。因此，觀察不同陸地棉品種在鹽脅迫與常規灌水環境下的萌發階段表現，可以明確鹽脅迫對棉花萌發相關特性的影響［6］。張國偉等［7］研究認為150 mmol/L NaCl是進行棉花耐鹽性鑒定的最適宜鹽濃度。杜磊等［8］采用150 mmol/L NaCl溶液模擬鹽脅迫，對246份棉花種質資源進行萌發期和苗期鹽脅迫試驗顯示，在鹽脅迫下246份棉花品種材料篩選出10份耐鹽材料和14份鹽敏材料。王俊鐸等［9］利用模糊數學中的隸屬函數法，對119份國內外的棉花品種材料進行耐鹽性的全面評估，經過篩選確定KK-1047、豫棉15號和新陸中69號為具有高度耐鹽性的棉花品種材料。【本研究切入點】對于陸地棉耐鹽性鑒定和篩選已有多種研究，但綜合耐鹽性較強的品種材料數量仍較少，對萌發期進行鹽脅迫試驗，通過綜合評價D值評價鑒定，提高結果的準確性［10］。【擬解決的關鍵問題】收集197份陸地棉材料，在0 （CK）和150 mmol/L NaCl鹽濃度下測定種子萌發階段的根長、發芽勢、發芽率等指標，評價品種材料的耐鹽性，明確萌發期耐鹽的關鍵指標并篩選評價耐鹽優異種質品種材料，為陸地棉耐鹽性狀遺傳改良提供理論參考及資源材料。

1 材料與方法

1.1 材 料

選用陸地棉品種共計197份，其中，中國品種材料176份（新疆91份、河南17份、江蘇11份、山東10份、湖北8份、遼寧8份、河北7份、山西13份、四川3份、安徽2份、江西2份、湖南2份，陜西1份和甘肅1份）；美國品種材料10份，前蘇聯7份，澳大利亞2份，非洲1份，中亞1份。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

從每份品種資源中挑選30粒外觀飽滿的種子進行萌發期耐鹽試驗。將種子發芽孔向下排成一列放置在距濾紙（20 cm×20 cm）頂端2 cm處，分別使用0 （CK）、150和200 mmol/L三種濃度的NaCl溶液浸濕，把濾紙卷成圓柱狀豎直放入培養盒中，進行3組重復試驗，再將培養盒放入溫度為28℃、濕度為80%的無光照培養室中，定期添加原始濃度的溶液［11］。3 d后統計種子的發芽勢，7 d后統計種子發芽率［12］。

1.2.2 測定指標

分別在棉花萌發期測定芽苗的根長和發芽數，計算種子的發芽勢（Germination potential，GP）、發芽率（Germination rate，GR）、平均根長（Mean root length，MRL）、相對發芽勢（Relative germination potential，RGP）、相對發芽率（Relative germination rate，RGR））、相對根長（Relative root length，RRL）、鹽害系數（Salt damage coefficient，SDC） ［13-14］。

發芽勢= 3 d 發芽數/種子數×100%；

發芽率= 7 d 發芽數/種子數×100%；

平均根長（cm）=總根長/根數×100%；

相對發芽勢（%）=處理組發芽勢/對照組發芽勢×100%；

相對發芽率（%）=處理組發芽率/對照組發芽率×100%；

相對根長（%）=處理組平均株高/對照組平均株高×100%；

鹽害系數（%）=（對照組-處理組）/對照組×100%。

1.3 數據處理

選用發芽勢、發芽率、根長以及相對值等9個數據，利用隸屬函數值［15］、權重［16］及計算綜合評價D值［17］綜合評價耐鹽性，并采用 Excel 2021軟件和 SPSS 25.0 軟件統計分析數據。

1.3.1 隸屬函數值

Xj=（Xij-Xmin）/（Xmax-Xmin），j=1，2，3……n.

式中，Xij為i材料j數據的測定值，Xmax為該數據的最大值，Xmin為該數據的最小值。

1.3.2 權 重

采用標準差系數法，先計算標準差系數Yj，再計算各指標的權重系數Zj。

Yj=ni=1（Xij-Xj）21/2/Xj.

Zj=Yj/ni=1Yj.

1.3.3 綜合評價值

D=ni=1［Xj×Zi］，j=1，2，3……n.

式中，D值為棉花綜合指標評價得到的耐鹽性綜合評價值。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對不同陸地棉材料萌發的影響

研究表明，從197份陸地棉品種中經過篩選選用28份耐鹽性不同的陸地棉材料（均為中國品種），以0、150和200 mmol/L的NaCl溶液進行鹽脅迫預試驗。150 mmol/L NaCl 溶液鹽脅迫下各材料發芽率鹽害系數在 15%～80%，各品種材料間差異較明顯；200 mmol/L NaCl 溶液鹽脅迫下各品種指標鹽害系數均在40%以上（鹽害系數高），各品種材料間差異較小，此濃度嚴重抑制棉花品種材料萌發。因此，選擇150 mmol/L NaCl溶液作為陸地棉品種材料萌發期耐鹽性鑒定的鹽脅迫溶液。圖1

stage under salt stress

2.2 鹽脅迫下陸地棉萌發期各性狀變化

研究表明，對照組中各性狀的變異系數變化范圍為11.00%～25.00%，處理組中各性狀的變異系數變化范圍為48.00%～69.00%，較對照組，處理組中各性狀的變異系數均增大，按從大到小排序均為根長＞發芽勢＞發芽率，發芽勢降幅最為顯著，即鹽脅迫對發芽勢產生了強烈的抑制效果。較對照組，處理組的3個性狀的均值均呈下降趨勢，其中，根長的均值下降幅度最大，發芽勢的均值下降幅度最小。在此濃度下197個陸地棉品種的耐鹽性差異較對照組更顯著，不同陸地棉品種之間的耐鹽性差異，選用150 mmol/L的鹽脅迫濃度是合適的。表1，圖2

2.3 鹽脅迫下陸地棉萌發期各性狀之間的相關性

研究表明，棉花相對發芽勢的變化范圍為0.00～1.53，相對發芽率的變化范圍為0.07～1.18，相對根長的變化范圍為0.04～0.75，3個指標的變異系數范圍為40.05%～59.39%，其中相對根長的變異系數最大，相對發芽率的變異系數最小，不同指標的相對值在不同品種資源的變化范圍不同，不同性狀對鹽脅迫的響應也不同，運用單一指標對陸地棉品種資源的耐鹽性的評價不夠準確。表2

棉花相對發芽勢、相對發芽率、相對根長之間均存在極顯著正相關，其中相對發芽勢和相對發芽率之間的相關性最強（r=0.817），相對發芽勢和相對根長之間的相關性較弱（r=0.506），3個指標的相對值間的相關性具有較高的一致性，并且相互包含的信息部分重疊。表3

2.4 綜合評價D值

研究表明，不同品種材料的陸地棉相對發芽勢、相對發芽率和相對根長對耐鹽性差異顯著，依據綜合評價D值，將陸地棉品種材料為4類：高耐、耐鹽、中耐和敏鹽。其中，一類（Ⅰ）品種 4 個，約占2.03%，屬于高耐，綜合評價D值范圍為0.71～0.90；二類（Ⅱ）品種37個，約占18.78%，屬于耐鹽，綜合評價D值范圍為0.50～0.70；三類（Ⅲ）品種52個，約占26.40%，屬于中耐，綜合評價D值的范圍為0.30～0.50；四類（Ⅳ）品種82個，約占41.62%，屬于敏鹽，綜合評價D值的范圍為0.02～0.30。20N705的耐鹽性相對較好，綜合評價D值得分為0.90，新陸早37號的耐鹽性相對較弱，綜合評價D值為0.020。表4

2.5 主成分分析

研究表明，兩個主成分因子累計貢獻率達到95.47%，第一主成分因子貢獻率最大，為81.39%，特征值大于1，第二主成分因子貢獻率為14.08%。綜合評價D值在第一主成分上較高的載荷，相關系數為1，第一主成分主要是反映出綜合評價的信息，可作為綜合因子。表5，表6

2.6 各棉區陸地棉耐鹽性對比

研究表明，中國176份陸地棉品種中，西北內陸棉區耐鹽性強的品種27份，約占耐鹽性強的品種總數量的61.36%，敏鹽品種42份，約占敏鹽品種總數量的47.20%；黃河流域棉區耐鹽性強的品種9份，約占20.45%，敏鹽品種18份，約占20.22%；長江流域棉區耐鹽性強的品種4份，約占9.10%，敏鹽品種17份，約占19.10%；遼寧特早熟棉區耐鹽性強的品種1份，約占2.27%，敏鹽品種5份，約占5.62%。國外21份品種中耐鹽性強的品種2份，約占4.55%，敏鹽品種7份，約占7.87%。表7，表8

3 討 論

3.1

李雙男等［18］運用 NaCl、Na2SO4、Na2CO3和NaHCO3進行棉花耐鹽性試驗結果表明，同濃度中性鹽，Na2SO4脅迫比NaCl脅迫更嚴重，且濃度過高對發芽率影響過大［19-20］，不適宜作為耐鹽鑒定水平。另外，根據對新疆阿克蘇地區阿拉爾市進行土壤鹽分測定，土壤離子中陰離子Cl-含量最多，陽離子Na+含量最多［21］，故試驗選用NaCl溶液進行萌發期鹽脅迫試驗。研究試驗表明，150 mmol/L NaCl 溶液鹽脅迫下各性狀的變異系數較大，對不同陸地棉品種之間的耐鹽性差異表現更明顯，因此選用150 mmol/L的陸地棉品種萌發期耐鹽性鑒定是合適的［19-20］。

3.2

棉花萌發期耐鹽性受多個指標的影響，其中發芽勢、發芽率、根長的變異系數，以及以鮮重、活力指數和下胚軸長等作為標準的鹽害指數與棉花耐鹽性呈正相關［22-24］，與試驗結果一致。趙康等［25］研究發現，相對發芽勢、相對發芽率、相對根長三者之間存在正相關關系，與試驗結果一致。試驗中的綜合評價D值與處理組數據和相對值各數據之間均存在極顯著正相關關系，且相關系數較高，與鄭巨云等［11］研究結果一致。對相關的性狀進行主成分分析，得出第一主成分的主要因子為綜合評價D值，與羅礽蘭等［26］的研究一致。綜合評價D值更適合作為鑒定陸地棉品種材料耐鹽性的指標，

根據區域計算耐鹽堿品種的占比，試驗中的高耐材料均為我國西北內陸棉區，但黃河流域棉區的耐鹽和中耐材料占比較大，總體評價耐鹽性好。國外試驗品種中，耐鹽和中耐品種占比較大，但品種材料數量較少，對耐鹽性的評價存在一定的誤差，此結果與黃雅婕等［27］研究結果一致。

4 結 論

在197份棉花品種中，有4個品種表現為高耐，占總體品種的2.0%；39個品種表現為耐鹽，占總體品種的19.8%；65個品種表現為中耐，占總體品種的33.0%；其余表現為敏鹽，占總體品種的45.2%。197個品種的耐鹽性大部分表現為耐鹽，敏鹽其次，高耐最少。

150 mmol/L NaCl溶液可作于陸地棉耐鹽性鑒定濃度，發芽勢、發芽率和根長可作為鑒定指標，相關性分析、主成分分析、隸屬函數法和綜合評價D值可作為分析方法，篩選得到20N705、C6524和新陸早43號等品種可作為中國新疆陸地棉耐鹽遺傳改良的優質親本。

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Identification of salt tolerance of 197 upland cotton

varieties at germination stage

LIU Huijie1， WANG Junhao2， GONG Zhaolong2， LIANG Yajun2，

WANG Junduo2， LI Xueyuan2， ZHENG Juyun2， WANG Jichuan1

（1.College of agriculture， Tarim University， Aral Xinjiang， 843300，China；2.Cash Crops Research Institute of Xinjiang Academy of Agricultural Science， Urumqi 830001，China）

Abstract：【Objective】 By identifying and evaluating the salt tolerance of upland cotton germplasm resources during the germination stage， this research can select good salt-tolerance germplasms.Based on this evaluation， the indicators of salt tolerance identification can be clarified， which provides theoretical support for the breeding improvement of upland cotton.

【Methods】" In this study， 197 varieties of upland cotton from both domestic and international sources were used as experimental materials.Salt stress treatments were administered at sodium chloride （NaCl） concentrations of 0 （as the control）， 150， and 200 mmol/L.Nine parameters， including germination potential， rate， root length， and their relative measurements， were evaluated for the control and treatment groups.To assess the salt tolerance of these cotton varieties， a membership function method was applied， utilizing a comprehensive D-value for evaluation.

【Results】" The results indicated that a concentration of 150 mmol/L is ideal for determining salt tolerance in upland cotton during the germination stage.The coefficient of variation in the treatment group was consistently higher compared to the control group.A significant positive correlation was observed between the comprehensive D-value and the various traits of the treated plants.The comprehensive D-value as the primary factor.Based on a thorough evaluation， 4 materials were classified as highly salt-tolerant， 39 materials as salt-tolerant ， 65 materials as moderately salt-tolerant， and 89 materials as salt-sensitive.

【Conclusion】" The study indicated that nine metrics， such as germination potential， germination rate， root length， and their respective relative values， are effective indicators for assessing salt tolerance.Among the tested materials， forty-three， including varieties 20N705 and C6524， demonstrated notably strong salt tolerance.

Key words：cotton; germination stage; salt tolerance; membership function value; comprehensive evaluation

Fund projects：National key scientific research projects\"Exploration and utilixation of salt tolerant gene resources in cotton in arid and saline alkali areas\"（2022YFD1200304-4）;National Science and Technology lnnovation 2030 Major Project \"Design and cultivation of new cotton varieties with stress tolerance and high yield\"（2023ZD04040-5）

Correspondence author： ZHENG Juyun（1981-），male，from Xinjiang，researcher，Ph.D.， research direction：genetic breeding of upland cotton，（E-mail）zjypp8866@126.com

WANG Jichuan（1968-），male，from Langfang，Hebei，professor，Ph.D.， research direction：efficent cultivation of crops，physilolgical and ecological factors，（E-mail）wjcwzy@126.com

收稿日期（Received）：

2023-10-27

基金項目：

國家重點研發計劃項目“干旱鹽堿區棉花耐鹽堿基因資源挖掘與利用”（2022YFD1200304-4）；國家科技創新2030—重大項目“耐逆豐產棉花新品種設計與培育”（2023ZD04040-5）

作者簡介：

劉慧杰（1998- ），女，山東人，碩士研究生，研究方向作物遺傳育種，（E-mail）1305967899@qq.com

通訊作者：

鄭巨云（1981- ），男，新疆人，研究員，博士，研究方向陸地棉遺傳育種，（E-mail）zjypp8866@126.com

王冀川（1968- ），男，河北廊坊人，教授，博士，碩士生/博士生導師，研究方向為作物高效栽培生理生態，（E-mail）wjcwzy@126.com