18份陸地棉種質(zhì)萌發(fā)期耐鹽性鑒定及篩選

土壤鹽漬化日趨嚴(yán)重，已成為制約全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境脅迫因素之一。我國新疆地形地貌復(fù)雜，氣候極端干旱，鹽漬化與次生鹽漬化土壤分布廣泛，鹽漬土地面積達233萬 hm² ，占全疆灌區(qū)耕地面積的 37.7%^[1-3] 。隨著節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣應(yīng)用及不合理灌溉等人為因素的影響[4，綠洲灌區(qū)農(nóng)田耕層土壤鹽堿呈聚集趨勢，土壤次生鹽漬化等問題日益加劇，土壤肥力和耕地質(zhì)量嚴(yán)重下降[5]。土壤鹽漬化已成為制約新疆綠洲農(nóng)業(yè)土地資源利用的主要障礙，嚴(yán)重制約新疆綠洲灌溉農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

新疆棉花種植面積大，產(chǎn)量居全國之首[。棉花具有一定的耐鹽性，但是品種間的耐鹽性差異較大，而且同一品種具有生育階段差異性。研究發(fā)現(xiàn)，0.2% 土壤含鹽量有利于棉花出苗和生長發(fā)育，然而當(dāng)土壤含鹽量超過一定臨界值，易出現(xiàn)出苗困難，引起棉花形態(tài)變化，造成滲透脅迫和離子毒害等，影響棉花生長發(fā)育和生理代謝活動，從而導(dǎo)致棉花產(chǎn)量下降和品質(zhì)發(fā)生改變[7-11]。因此，棉花品種耐鹽性鑒定和耐鹽品種的培育是有效利用鹽漬化土地的途徑之一。目前，研究人員已通過室內(nèi)模擬鑒定法和田間鑒定法開展了大量的棉花耐鹽性鑒定研究工作。杜磊等[12]采用 150mmol/LNaCl 溶液模擬鹽脅迫，對246份棉花種質(zhì)材料進行萌發(fā)期和苗期耐鹽性差異性研究，結(jié)果顯示以綜合耐鹽性為判斷標(biāo)準(zhǔn)，可優(yōu)先選擇萌發(fā)期進行耐鹽性鑒定。種子萌發(fā)期耐鹽性評價鑒定主要利用相關(guān)性分析、隸屬函數(shù)法、主成分分析及聚類分析法，對發(fā)芽勢、發(fā)芽率、芽長、根長、芽鮮重/干重及根鮮重/干重等性狀指標(biāo)進行綜合評價。王俊娟等[13]研究發(fā)現(xiàn)，土壤鹽濃度為137mmolL （ 0.8% ）時，芽長可作為棉花耐鹽性鑒定的理想指標(biāo)；鹽濃度高于 205mmol/L （ 1.2% 時，發(fā)芽勢可作為棉花耐鹽性鑒定的主要指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，150mmol/LNaCl 是區(qū)分棉花耐鹽性強弱的臨界濃度，是棉花萌發(fā)期耐鹽性鑒定的最適濃度[14-15]。李航等[1對629份棉花材料室內(nèi)耐鹽性鑒定結(jié)果顯示，150mmol/LNaC1溶液處理下，鮮重、胚軸長、發(fā)芽勢和發(fā)芽率等4項指標(biāo)可作為棉花萌發(fā)期耐鹽性鑒定指標(biāo)。以上研究結(jié)果為加快棉花耐鹽性鑒定提供了重要依據(jù)。

新疆北疆典型綠洲灌區(qū)瑪納斯河灌區(qū)和南疆典型綠洲灌區(qū)阿克蘇－喀什噶爾河灌區(qū) 0～30cm 的表層土中鹽漬土的比例分別為 53.85% 和 78.26% ，30～60cm 的土層中鹽漬土的比例分別為 50.00% 和69.57%^[17] 。由此可見，新疆綠洲灌區(qū)的耕層土壤含鹽量高、鹽漬化嚴(yán)重。為篩選出適合新疆南北疆種植的棉花材料，本研究以中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所篩選的耐鹽材料中9835為對照，對新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花研究所和石河子農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所的17份自育陸地棉品種（系）進行鹽脅迫下的萌發(fā)研究，利用相關(guān)性分析、隸屬函數(shù)法、聚類分析等進行棉花萌發(fā)期耐鹽性綜合評價，篩選耐鹽評價指標(biāo)和耐鹽能力強的種質(zhì)，以期為棉花耐鹽品種的篩選鑒定、遺傳改良和植棉區(qū)的開發(fā)拓展奠定基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗材料本研究供試棉花材料包括新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花研究所自育品種（系）11份（1～11號），石河子農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所自育品種6份（12～17號），以中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所提供的耐鹽材料中9835為對照，具體信息如表1所示。

1.2試驗方法本試驗在新疆農(nóng)墾科學(xué)院生物技術(shù)研究所開展。利用 300mmol/LNaCl 模擬鹽脅迫，以蒸餾水為對照，采用紙間發(fā)芽法，每個處理重復(fù)3次。挑選籽粒飽滿、大小均勻的脫絨種子，用 75% 乙醇浸泡 3min ，無菌水沖洗4～5次，試驗組和對照組分別用 300mmol/LNaCl 溶液和等量無菌水浸泡種子 24h 。待種子充分吸脹后，擺放至38.0cm×25.5cm 的發(fā)芽紙上，每張發(fā)芽紙上放30粒種子，在發(fā)芽紙上噴灑 20mL 的溶液，待發(fā)芽紙全部浸透濕潤后，將其卷成圓柱形，置于直徑 7.0cm 、高 11.0cm 的培養(yǎng)瓶中，每瓶加液體 20mL ，套上保鮮袋保持濕潤， 28°C 條件下 16h/8h 光照/黑暗交替培養(yǎng)7d。

1.3指標(biāo)測定統(tǒng)計7d內(nèi)的種子萌發(fā)數(shù)量，第7天時測定幼苗的根鮮重、根干重、胚軸鮮重、胚軸干重、胚軸長和根長，每個處理隨機選10株長勢一致的幼苗。發(fā)芽勢為萌發(fā)第2天發(fā)芽數(shù)占供試種子的百分比，發(fā)芽率為萌發(fā)第7天發(fā)芽數(shù)占供試種子的百分比。耐鹽系數(shù)為各測定指標(biāo)的相對值，按處理指標(biāo)值/對照指標(biāo)值計算。

1.4數(shù)據(jù)分析采用Microsoft2019進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，SPSS20.0軟件進行Pearson相關(guān)性分析和聚類分析，各項指標(biāo)的隸屬函數(shù)值、權(quán)重及綜合評價值（ D 值）的計算參照文獻[13]的方法進行。

表1供試棉花材料信息

2 結(jié)果與分析

2.1鹽脅迫對棉花種子萌發(fā)的影響18份供試棉花材料在對照和 300mmol/LNaCl 脅迫條件下培養(yǎng)2d的萌發(fā)情況如圖1所示。所有供試材料的萌發(fā)均受鹽脅迫抑制，不同棉花材料對 300mmol/LNaCl 脅迫的敏感程度不同，受到的鹽害程度也不同。

棉花種子萌發(fā)期各性狀測定結(jié)果如表2、圖2所示，鹽脅迫下參試棉花材料的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、胚軸長、根長、根鮮重、根干重、胚軸鮮重和胚軸干重均極顯著低于對照，說明鹽脅迫對不同棉花材料的種子萌發(fā)均有明顯的抑制作用。8項測定指標(biāo)在對照和鹽脅迫條件下均表現(xiàn)出不同程度的變異，對照各性狀的變異系數(shù)在 6.384%～19.337% 之間，根長的變異系數(shù)最大，發(fā)芽率的變異系數(shù)最小;鹽脅迫下各性狀變異系數(shù)在 10.680%～55.033% 之間，發(fā)芽勢的變異系數(shù)最大，其次是發(fā)芽率，根鮮重的變異系數(shù)最小。以上結(jié)果說明，本研究測定的指標(biāo)受鹽脅迫影響顯著，可以用于棉花萌發(fā)期耐鹽性鑒定評價。

圖1不同棉花種質(zhì)鹽脅迫2d后的萌發(fā)情況

表2不同棉花材料在鹽脅迫條件下的性狀表現(xiàn)

圖2鹽脅迫對棉花種子萌發(fā)期性狀的影響

2.2耐鹽系數(shù)及其相關(guān)性分析利用相對耐鹽系數(shù)進行耐鹽性評價，可消除不同品種（系）自身的差異。本研究計算了8項測定指標(biāo)的相對耐鹽系數(shù)：相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對胚軸長、相對根長、相對胚軸鮮重、相對胚軸干重、相對根鮮重和相對根干重，結(jié)果如表3所示。18份棉花材料的相對發(fā)芽勢在0.126～0.959之間，相對發(fā)芽率在0.355～1.000 之間，相對胚軸長在 0.117～0.188 之間，相對根長在 0.173～0.347 之間，相對胚軸鮮重在0.144～0.269 之間，相對胚軸干重在 0.191～0.615 之間，相對根鮮重在 0.303～0.542 之間，相對根干重在 0.371～0.850 之間。鹽脅迫下，不同棉花材料萌發(fā)期的8項相對指標(biāo)變化差異明顯，變異系數(shù)范圍在 13.049%～50.063% 之間，相對發(fā)芽勢的變異系數(shù)最大，相對胚軸長的變異系數(shù)最小。綜上所述，300mmol/LNaC1脅迫下，不同棉花材料萌發(fā)期各性狀指標(biāo)的耐鹽系數(shù)差異較大。

對8項測定指標(biāo)的耐鹽系數(shù)進行相關(guān)性分析，結(jié)果如表4所示，相對發(fā)芽勢與相對發(fā)芽率、相對胚軸長均呈極顯著正相關(guān)；相對發(fā)芽率與相對胚軸長呈極顯著正相關(guān)，與相對胚軸干重呈顯著正相關(guān)；相對根長與相對胚軸長和相對根鮮重均呈極顯著正相關(guān)；相對胚軸鮮重與相對胚軸干重呈極顯著正相關(guān)。

2.3棉花萌發(fā)期耐鹽性綜合評價采用隸屬函數(shù)法對18份棉花材料種子萌發(fā)期的相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對根長、相對胚軸長、相對根鮮重、相對根干重、相對胚軸鮮重、相對胚軸干重進行綜合性評價，通過計算隸屬函數(shù)和權(quán)重，得到萌發(fā)期耐鹽能力的綜合評價值 D 。如表5所示，供試棉花材料的 D 值范圍為 0.115～0.798 ，其中 D 值高于中9835（CK）的材料有7份，包括80-2、新陸早80號、新陸早74號、新石H16、新陸早61號、新石H12、金墾1565。

8項指標(biāo)與綜合指標(biāo) D 值的相關(guān)性分析結(jié)果如表4所示，相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對胚軸長、相對根長、相對胚軸鮮重和相對胚軸干重與 D 值呈極顯著正相關(guān)，可作為棉花種質(zhì)材料萌發(fā)期耐鹽性鑒定的主要指標(biāo)。

利用系統(tǒng)聚類方法對18份棉花材料的綜合耐鹽評價值 D 進行聚類分析，結(jié)果如圖3所示，歐式距離為10時可將供試材料分成3個類群，分別為耐鹽型（類群I， D 值范圍0.399～0.610）鹽敏感型（類群I， D 值范圍 0.115～0.364 ）高耐鹽型（類群Ⅲ， D 值范圍 0.711～0.798 ）。其中，耐鹽型材料有10份，分別為新石H16、新石H12、新陸早61號、金墾1565、中9835、26-11、新陸早83號、64-26、80-74和NK4-16;鹽敏感型材料有5份，分別是金墾1775、64-48、78-34、71-40和1-37；高耐鹽型材料有3份，分別為80-2、新陸早80號和新陸早74號。

表3不同棉花材料各性狀的耐鹽系數(shù)

表4棉花萌發(fā)期各性狀耐鹽系數(shù)相關(guān)性分析

表5棉花材料萌發(fā)期耐鹽性綜合評價

圖3棉花材料綜合耐鹽性評價聚類分析

3 結(jié)論與討論

種子萌發(fā)與出苗是田間成苗的關(guān)鍵，不同基因型棉花種質(zhì)材料在鹽脅迫下的發(fā)芽率和出苗率存在顯著差異，可在萌發(fā)期對棉花的耐鹽性進行綜合評價。蘇瑩等[18]對國內(nèi)外棉花耐鹽性鑒定方法進行了比較，室內(nèi)條件下種子萌發(fā)期耐鹽性鑒定主要采用濾紙法、水培法和沙培法等。其中，以濾紙為發(fā)芽基質(zhì)的方法因操作簡單、快速且易重復(fù)，通常作為室內(nèi)萌發(fā)期耐鹽性鑒定的主要方法。葉武威等[19利用雙層濾紙在培養(yǎng)血中進行耐鹽性篩選，結(jié)果顯示，0.7%～1.1% 的 NaCl 溶液是棉花種子萌發(fā)期耐鹽性鑒定的適宜鹽濃度。王俊娟等[3]采用濾紙卷直立包裹法，測定不同濃度NaC1脅迫下，棉花種子的發(fā)芽勢、芽長和芽重等性狀指標(biāo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，影響發(fā)芽勢的 NaCl 臨界濃度為 1.2% ，而影響芽長和芽重的NaCl 臨界濃度為 0.8% 。新疆是我國棉花的主要種植區(qū)，有效利用新疆鹽堿地，進一步擴大棉花的種植面積，對棉花產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟發(fā)展意義重大。北疆瑪納斯河灌區(qū)和南疆阿克蘇－喀什噶爾河灌區(qū)是新疆典型的荒漠綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，也是棉花的重要生產(chǎn)基地。李云霞等[17對新疆北疆瑪納斯河灌區(qū)和南疆阿克蘇－喀什噶爾河灌區(qū)土壤含鹽量進行了定量分析，發(fā)現(xiàn)無論是南疆或北疆， 0～60cm 土層中重度鹽漬土（土壤含鹽量 0.6%～2.0% ）占比均高于中度鹽漬土（土壤含鹽量 0.4%～0.6% ）。由此可見，新疆綠洲灌區(qū)的耕層土壤鹽堿聚集、次生鹽漬化嚴(yán)重。因此，本研究選擇 300mmol/L （ 1.75% ）NaCl作為棉花種質(zhì)耐鹽性鑒定評價的鹽濃度具有重要的現(xiàn)實意義。

本研究以發(fā)芽紙為基質(zhì)，采用直立包裹法對18份棉花品種（系）進行萌發(fā)期耐鹽性篩選鑒定，選取萌發(fā)期受鹽脅迫影響最直接的8項形態(tài)指標(biāo)進行測定統(tǒng)計分析。結(jié)果顯示， 300mmol/LNaCl 脅迫對不同供試棉花材料的萌發(fā)存在不同程度的抑制作用，鹽脅迫對發(fā)芽率的抑制作用最明顯，對下胚軸伸長的抑制作用最小，8項測定指標(biāo)在對照和鹽脅迫條件下均表現(xiàn)出不同程度的變異，說明本研究測定的指標(biāo)可以用于棉花萌發(fā)期耐鹽性鑒定評價。為消除品種（系）間的差異，本研究計算了各項測定指標(biāo)的耐鹽系數(shù)，結(jié)果顯示，300mmol/LNaC1脅迫下，不同棉花材料萌發(fā)期各性狀指標(biāo)的耐鹽系數(shù)差異較大。其中，相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽率的變異系數(shù)分別為 50.063% 和 28.111% ，在李航等[的研究中，200mmol/LNaC1脅迫下，不同種質(zhì)的相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽率的變異系數(shù)分別為 36.88% 和 14.45% ，而 150mmol/LNaCl 脅迫下，不同種質(zhì)的相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽率的變異系數(shù)為 12.65% 和 8.57%^[20] 說明高濃度鹽分脅迫（ 300mmol/LNaCl ）對不同棉花種質(zhì)的相對發(fā)芽勢影響最大。

本研究利用隸屬函數(shù)對各項測定指標(biāo)的相對值進行耐鹽性綜合評價，結(jié)果顯示，18份供試陸地棉材料的 D 值在0.115～0.798范圍內(nèi)，其中 D 值高于對照中9835（0.578）的有7份。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對胚軸長、相對根長、相對胚軸鮮重和相對胚軸干重與 D 值呈極顯著正相關(guān)，可作為陸地棉種質(zhì)材料萌發(fā)期耐鹽性鑒定的主要指標(biāo)。 D 值聚類分析將18份棉花材料劃分為3個類群，高耐鹽型材料3份、耐鹽型材料10份、鹽敏感型材料5份，為陸地棉耐鹽機理解析和耐鹽品種選育提供了基礎(chǔ)材料。

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