不同棉花品種種子萌發期耐旱性綜合評價

高利英 鄧永勝 王曉歌 孔凡金 申貴芳 王宗文 段冰 王景會 徐東東 韓宗福

關鍵詞：棉花；種子萌發；干旱脅迫；相對指標；耐旱性評價；模糊隸屬函數

干旱是影響植物生長發育及作物產量的主要逆境因素之一。近年來，全球氣候異常波動，旱情發生頻率加劇，導致作物減產，給農業生產造成巨大經濟損失。棉花屬于較耐旱作物，植棉區多是干旱或半干旱地區，春季播種時土壤干旱現象異常突出。種子萌發期作為棉花生命周期初始及幼苗成長的關鍵階段，對干旱脅迫極其敏感，是鑒定棉花耐旱能力的重要時期。近年來，隨著經濟發展和勞動力成本上升，棉花生產方式逐步轉變為輕簡化種植，一播苗全、苗壯是實現輕簡化種植的重要內容之一，也是實現棉花高產穩產的基礎，因此提高棉種萌發期抗旱能力對棉花生產具有重要意義。研究表明，種子萌發起始于吸脹吸水，以胚的生長為基礎，此階段對水分脅迫尤其敏感，缺水會對胚的發育造成損傷，影響種子正常萌發，導致出苗不全出苗晚，甚至不能萌發，給生產帶來巨大損失。因此，除發展節水灌溉、節水栽培等措施外，篩選及培育萌發期耐旱品種也是棉花生產節本增效的重要途徑之一。

目前，已在大豆、玉米、冬小麥、豌豆等作物開展廣泛的萌發期抗旱鑒定工作并篩選到一批耐旱材料。關于棉花種子萌發期抗旱研究，前人也做了許多工作：王俊娟等研究表明，15%PEG-6000溶液脅迫下41份陸地棉種質種子發芽勢、發芽率的變異系數大大增加；孫瑤等利用PEG-6000溶液模擬干旱脅迫進行棉花芽期的抗旱性篩選鑒定，表明大部分受試材料發芽率、下胚軸長度、種子吸水速率低于對照，且相對值兩兩之間呈極顯著正相關：李亞猛使用不同濃度PEG-6000溶液對69份陸地棉野生種系材料進行萌發期耐旱性鑒定，表明隨著其濃度升高，種子發芽率、發芽勢、發芽指數與對照相比逐漸降低。目前報道的種子萌發期耐旱性鑒定大多采用濾紙萌發法，該方法輕便、快捷、易操作，但需要經過消毒、沖洗等環節以防種子霉變，且該方法忽略了種子萌發時復雜的田間環境，難以真實反映品種萌發期在大田環境下的耐旱能力。而砂培萌發法無需消毒，浸泡后直接播種，能模擬大田播種環境，更真實反映品種在田間的耐旱萌發能力。

本試驗選擇45個黃淮棉區不同時期的代表性棉花品種為材料，采用砂培萌發法對其進行種子萌發期耐旱性鑒定試驗，通過測定不同萌發指標并采用模糊隸屬函數法綜合評價耐旱能力，旨在為抗旱種質資源篩選與抗旱棉花新品種選育提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

參試45個棉花品種（表1），為黃淮棉區不同時期的代表性品種，均在過去或當前生產上大面積推廣應用或者有重要影響。這些品種時空跨度較廣，既有建國初期從國外引進的品種，也有從中系統選育或通過有性雜交而育成的品種，更有當前國產轉基因抗蟲棉主栽品種。試驗材料于2020年在海南三亞南濱農場自交繁殖，統一管理、采收，并選收棉株中部自交鈴作為本次試驗用種，保證試驗材料的相對一致性。

1.2試驗設計

1.2.1PEG-6000溶液適宜濃度的確定

為選擇適宜的PEG-6000溶液濃度模擬干旱，試驗以發芽勢、發芽率和發芽指數3個萌發指標為依據，設置10%、15%、20%、25%共4個濃度梯度對6個棉花品種進行初步篩選，以等量清水處理為對照。挑選顆粒飽滿、無損傷、大小基本一致的種子為試驗對象。每個處理設置3個重復，每個重復（即一個發芽盒）50粒種子。采用砂培萌發法：在每個發芽盒內裝相同質量的濕砂，將種子整齊擺放在砂床上，加蓋相同質量濕砂，將發芽盒置于光照培養箱（光照16h，溫度25℃；黑夜8h，溫度18℃）中培養。以幼芽鉆出砂面、長度大于種子長度且無病害為正常萌發標準，于第4天開始逐日統計萌發情況直至第12天。第12天洗苗后測量幼苗長度，120℃殺青20min后80℃烘干至恒重，稱量全苗干物質重。

1.2.2萌發期耐旱鑒定采用適宜濃度的PEG-6000溶液模擬干旱脅迫環境，對45個棉花品種進行萌發期耐旱鑒定。試驗方法與1.2.1相同。

1.3測定指標及方法

1.3.1種子萌發與植株生長

測定發芽勢（GE）、發芽率（GR）、發芽指數（GI）、幼苗長度（SL）、單株干重（DW）共5個指標。具體計算公式[20]如下：

指標相對值的計算參考文獻[21]的方法，以處理值與對照值比率的百分數表示。

1.3.2種子耐旱萌發能力綜合評價采用模糊隸屬函數法．將每個品種各萌發指標的隸屬函數值累加后取平均作為耐旱評價值。公式如下：

1.4數據處理與分析

采用Microsoft Excel整理數據，用SPSS22.0軟件進行差異顯著性分析。

2結果與分析

2.1PEG-6000適宜濃度篩選

不同濃度PEG-6000溶液對6個棉花品種萌發期的脅迫結果（表2）顯示，PEG-6000濃度在20%及以下時種子可萌發出苗，濃度為25%時無種子萌發。說明棉花種子可以耐受0～20%的PEG-6000溶液并萌發，超過該濃度種子萌發受到嚴重抑制，不能萌發。

PEG-6000溶液濃度為20%時，6個品種的發芽勢均為零．發芽率最高僅為24.67%，發芽指數最高僅為1.96，整體上發芽率低、發芽緩慢，與CK相比，種子萌發受到顯著抑制，失去生產應用價值。PEG-6000溶液濃度為15%時，6個品種萌發指標與CK相比均下降，其中發芽勢差異達顯著水平，發芽率除魯棉2632、魯棉691外也均達顯著差異水平。PEG-6000溶液濃度為10%時，各品種3個萌發指標大多高于CK，說明該濃度溶液可促進棉花種子萌發。綜合上述分析并結合田又升等的研究結果，選用15%PEG-6000溶液對45個棉花品種進行萌發期耐旱性評價。

2.2干旱脅迫對45個棉花品種萌發的影響

采用15%PEG-6000濃度溶液對45個棉花品種進行模擬干旱脅迫，由結果（表3）可見，干旱脅迫下，多數品種的發芽勢、發芽率、發芽指數、單株干重、幼苗長度受到抑制，且抑制程度存在顯著差異。

無脅迫（CK）條件下，發芽勢最高的為魯棉238，達97.33%，其次為魯棉9號，為94.00%；中棉所12號發芽率與發芽指數均為第1位，分別為98.67%、12.18；單株干重與幼苗長度居首位者分別為冀668（0.120g）、魯棉258（11.33cm）。

干旱脅迫下，冀無252、魯棉6號的發芽勢、發芽率、發芽指數分別列居第1位與第2位，其值分別為91.33%、97.33%、11.98與86.67%、93.33070、11.43，表現出較強抗旱優勢；而魯棉238發芽勢下降至第9位（65.00%），魯棉9號發芽勢降至20位（53.33%），降幅顯著；中棉所12號發芽率與發芽指數分別降至第10位（88.00%）和13位（9.93），萌發表現受影響較大，抗旱優勢不顯著；單株干重躍居首位的是魯棉3號（0.076g），冀668僅排名第7位（0.058g）；幼苗長度方面，魯棉261為5.08cm，居第1位，而魯棉258（4.34cm）排名第5位，耐旱萌發表現尚可。表明干旱脅迫下各萌發性狀受到的抑制程度不同，各品種間耐旱萌發能力存在差異。

2.3干旱脅迫下各品種相對萌發指標的差異

與CK相比，干旱脅迫下多數品種的相對萌發指標呈下降趨勢，但降幅存在較大差異，僅個別品種的某一個或幾個指標表現為上升（表4）。冀無252、魯棉6號的相對發芽勢、相對發芽率、相對發芽指數均高于CK，居前2位，說明這兩個品種在干旱逆境下擁有相對出苗快、齊、全的優勢。魯棉2632相對發芽率高于CK，為100.71%，居第3位，而且其相對發芽勢、相對發芽指數也屬于高值組，分別為93.18%、99.04%，居第4位與第3位，說明該品種在干旱脅迫下具有較強抗逆能力。相對單株干重方面，魯棉3號居首位，為104.11%，魯棉301次之，為89.66%．說明這兩個品種在干物質積累方面能較好地應對干旱脅迫，從而表現出較強抗旱能力。相對幼苗長度方面，15%PEG-6000溶液極大抑制幼苗伸長，最大相對幼苗長度僅為60.63%（魯棉1號），最小為29.67%（魯棉12號）。

2.4干旱脅迫下棉花萌發鑒定指標間的相關性分析

由表5可以看出，相對發芽勢、相對發芽率、相對發芽指數間呈極顯著正相關。耐旱評價值與相對發芽勢、相對發芽率、相對發芽指數呈極顯著正相關，相關程度為相對發芽指數>相對發芽勢>相對發芽率。耐旱評價值與相對單株干重、相對幼苗長度雖然也呈正相關，但不顯著。

2.5各棉花品種耐旱性分級與綜合評價

依據耐旱評價值將45個棉花品種的耐旱萌發能力劃分為4個等級（表6）。由表7可知，通過耐旱性綜合評價，篩選出高抗旱品種1個，抗旱品種7個，耐旱品種30個，不耐旱品種7個。其中冀無252屬高抗旱，耐旱評價值最高（D=0.72），說明該品種耐旱萌發能力強，在干旱逆境中具備更強的萌發潛力：7個抗旱品種包括魯棉6號（D=0.65）、魯棉5號（D=0.61）、魯棉30I（D=0.61）、魯棉238（D=0.59）、魯棉2632（D=0.58）、魯棉266（D=0.57）、魯棉241（D=0.55），此類品種在干旱脅迫下萌發表現較好，具備較強的抗旱優勢；濱棉1號、魯棉691、中棉所12號等30個品種耐旱，在干旱逆境下萌發潛力尚可，但性狀表現力一般；早期育成品種如徐州1818、魯抗1號、冀棉1號等7個品種耐旱評價值低、不耐旱，干旱脅迫下萌發能力差，性狀表現欠佳。

3討論與結論

優良種質資源是棉花育種和資源創新的基礎，棉花育種的每一次變革與品種更新均是種質資源創新與利用的結果。棉花種質資源遺傳多樣性分析對品種改良和資源利用具有重要價值。本研究選取黃淮棉區20世紀50年代至今不同時期的45個棉花品種為材料進行萌發期耐旱性評價，結果顯示：品種來源上，表現高抗旱、抗旱的8個品種中山東省占多數，但高抗旱品種源于河北?。河蓵r間上，近幾年育成的品種（如魯棉301、魯棉238等）占50%以上，但早期育成的冀無252、魯棉6號、魯棉5號耐旱評價值較高，居前3位?？梢姡诖杭窘邓^少地區（如山東、河北）選育的品種適應干旱萌發的能力較強。

種子萌發是一個復雜的綜合性狀，不僅受基因調控，也受種子成熟度、溫度、光照、生理等多項因子的影響，采用單一指標無法對其抗旱性進行全面評價。目前，很多學者利用相對發芽勢、相對發芽率等多個相對指標評價作物萌發期的耐旱能力．更能準確體現材料在干旱脅迫下的萌發速度與整齊度。本研究采用相對發芽勢、相對發芽率、相對發芽指數、相對單株干重、相對幼苗長度5個指標，能全面體現出種子萌發期相關性狀的情況，結果表明：在15%PEG-6000溶液脅迫下，參試45個棉花品種中的大多數該5個萌發指標均呈下降趨勢，降幅差異明顯：不同品種種子萌發期的耐旱能力存在差異，其中冀無252、魯棉6號的相對發芽勢、相對發芽率、相對發芽指數均大于100%，耐旱能力強，可作為耐旱萌發育種的種質材料。相關分析表明，品種耐旱評價值與相對發芽勢、相對發芽率、相對發芽指數均呈極顯著正相關，這與前人研究結論基本一致。因此認為，種子相對發芽勢、相對發芽率、相對發芽指數可以作為鑒定棉花種子萌發期耐旱性的重要指標。經綜合評價將45個棉花品種分為高抗旱、抗旱、耐旱、不耐旱4個等級，其中高抗旱品種僅有1個（D≥0.70），反映出當前棉花生產缺少萌發期高抗旱棉花品種，今后可有針對性地加強對萌發期高抗旱種質的篩選。