18份陸地棉種質萌發期耐鹽性鑒定及篩選

土壤鹽漬化日趨嚴重，已成為制約全球農業生產的環境脅迫因素之一。我國新疆地形地貌復雜，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 ，占全疆灌區耕地面積的 37.7%^[1-3] 。隨著節水灌溉技術的推廣應用及不合理灌溉等人為因素的影響[4，綠洲灌區農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，土壤肥力和耕地質量嚴重下降[5]。土壤鹽漬化已成為制約新疆綠洲農業土地資源利用的主要障礙，嚴重制約新疆綠洲灌溉農業的可持續發展。

新疆棉花種植面積大，產量居全國之首[。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。研究發現，0.2% 土壤含鹽量有利于棉花出苗和生長發育，然而當土壤含鹽量超過一定臨界值，易出現出苗困難，引起棉花形態變化，造成滲透脅迫和離子毒害等，影響棉花生長發育和生理代謝活動，從而導致棉花產量下降和品質發生改變[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份棉花種質材料進行萌發期和苗期耐鹽性差異性研究，結果顯示以綜合耐鹽性為判斷標準，可優先選擇萌發期進行耐鹽性鑒定。種子萌發期耐鹽性評價鑒定主要利用相關性分析、隸屬函數法、主成分分析及聚類分析法，對發芽勢、發芽率、芽長、根長、芽鮮重/干重及根鮮重/干重等性狀指標進行綜合評價。王俊娟等[13]研究發現，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；鹽濃度高于 205mmol/L （ 1.2% 時，發芽勢可作為棉花耐鹽性鑒定的主要指標。研究發現，150mmol/LNaCl 是區分棉花耐鹽性強弱的臨界濃度，是棉花萌發期耐鹽性鑒定的最適濃度[14-15]。李航等[1對629份棉花材料室內耐鹽性鑒定結果顯示，150mmol/LNaC1溶液處理下，鮮重、胚軸長、發芽勢和發芽率等4項指標可作為棉花萌發期耐鹽性鑒定指標。以上研究結果為加快棉花耐鹽性鑒定提供了重要依據。

新疆北疆典型綠洲灌區瑪納斯河灌區和南疆典型綠洲灌區阿克蘇－喀什噶爾河灌區 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，新疆綠洲灌區的耕層土壤含鹽量高、鹽漬化嚴重。為篩選出適合新疆南北疆種植的棉花材料，本研究以中國農業科學院棉花研究所篩選的耐鹽材料中9835為對照，對新疆農墾科學院棉花研究所和石河子農業科學院棉花研究所的17份自育陸地棉品種（系）進行鹽脅迫下的萌發研究，利用相關性分析、隸屬函數法、聚類分析等進行棉花萌發期耐鹽性綜合評價，篩選耐鹽評價指標和耐鹽能力強的種質，以期為棉花耐鹽品種的篩選鑒定、遺傳改良和植棉區的開發拓展奠定基礎。

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墾科學院棉花研究所自育品種（系）11份（1～11號），石河子農業科學院棉花研究所自育品種6份（12～17號），以中國農業科學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墾科學院生物技術研究所開展。利用 300mmol/LNaCl 模擬鹽脅迫，以蒸餾水為對照，采用紙間發芽法，每個處理重復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 的發芽紙上，每張發芽紙上放30粒種子，在發芽紙上噴灑 20mL 的溶液，待發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7d。

1.3指標測定統計7d內的種子萌發數量，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。發芽勢為萌發第2天發芽數占供試種子的百分比，發芽率為萌發第7天發芽數占供試種子的百分比。耐鹽系數為各測定指標的相對值，按處理指標值/對照指標值計算。

1.4數據分析采用Microsoft2019進行數據統計，SPSS20.0軟件進行Pearson相關性分析和聚類分析，各項指標的隸屬函數值、權重及綜合評價值（ 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 結果與分析

2.1鹽脅迫對棉花種子萌發的影響18份供試棉花材料在對照和 300mmol/LNaCl 脅迫條件下培養2d的萌發情況如圖1所示。所有供試材料的萌發均受鹽脅迫抑制，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。

棉花種子萌發期各性狀測定結果如表2、圖2所示，鹽脅迫下參試棉花材料的發芽勢、發芽率、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均有明顯的抑制作用。8項測定指標在對照和鹽脅迫條件下均表現出不同程度的變異，對照各性狀的變異系數在 6.384%～19.337% 之間，根長的變異系數最大，發芽率的變異系數最小;鹽脅迫下各性狀變異系數在 10.680%～55.033% 之間，發芽勢的變異系數最大，其次是發芽率，根鮮重的變異系數最小。以上結果說明，本研究測定的指標受鹽脅迫影響顯著，可以用于棉花萌發期耐鹽性鑒定評價。

圖1不同棉花種質鹽脅迫2d后的萌發情況

表2不同棉花材料在鹽脅迫條件下的性狀表現

圖2鹽脅迫對棉花種子萌發期性狀的影響

2.2耐鹽系數及其相關性分析利用相對耐鹽系數進行耐鹽性評價，可消除不同品種（系）自身的差異。本研究計算了8項測定指標的相對耐鹽系數：相對發芽勢、相對發芽率、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，結果如表3所示。18份棉花材料的相對發芽勢在0.126～0.959之間，相對發芽率在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，不同棉花材料萌發期的8項相對指標變化差異明顯，變異系數范圍在 13.049%～50.063% 之間，相對發芽勢的變異系數最大，相對胚軸長的變異系數最小。綜上所述，300mmol/LNaC1脅迫下，不同棉花材料萌發期各性狀指標的耐鹽系數差異較大。

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

2.3棉花萌發期耐鹽性綜合評價采用隸屬函數法對18份棉花材料種子萌發期的相對發芽勢、相對發芽率、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，通過計算隸屬函數和權重，得到萌發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項指標與綜合指標 D 值的相關性分析結果如表4所示，相對發芽勢、相對發芽率、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，可作為棉花種質材料萌發期耐鹽性鑒定的主要指標。

利用系統聚類方法對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

表4棉花萌發期各性狀耐鹽系數相關性分析

表5棉花材料萌發期耐鹽性綜合評價

圖3棉花材料綜合耐鹽性評價聚類分析

3 結論與討論

種子萌發與出苗是田間成苗的關鍵，不同基因型棉花種質材料在鹽脅迫下的發芽率和出苗率存在顯著差異，可在萌發期對棉花的耐鹽性進行綜合評價。蘇瑩等[18]對國內外棉花耐鹽性鑒定方法進行了比較，室內條件下種子萌發期耐鹽性鑒定主要采用濾紙法、水培法和沙培法等。其中，以濾紙為發芽基質的方法因操作簡單、快速且易重復，通常作為室內萌發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血中進行耐鹽性篩選，結果顯示，0.7%～1.1% 的 NaCl 溶液是棉花種子萌發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，棉花種子的發芽勢、芽長和芽重等性狀指標，結果發現，影響發芽勢的 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，有效利用新疆鹽堿地，進一步擴大棉花的種植面積，對棉花產業升級和經濟發展意義重大。北疆瑪納斯河灌區和南疆阿克蘇－喀什噶爾河灌區是新疆典型的荒漠綠洲灌溉農業區，也是棉花的重要生產基地。李云霞等[17對新疆北疆瑪納斯河灌區和南疆阿克蘇－喀什噶爾河灌區土壤含鹽量進行了定量分析，發現無論是南疆或北疆， 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，新疆綠洲灌區的耕層土壤鹽堿聚集、次生鹽漬化嚴重。因此，本研究選擇 300mmol/L （ 1.75% ）NaCl作為棉花種質耐鹽性鑒定評價的鹽濃度具有重要的現實意義。

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

本研究利用隸屬函數對各項測定指標的相對值進行耐鹽性綜合評價，結果顯示，18份供試陸地棉材料的 D 值在0.115～0.798范圍內，其中 D 值高于對照中9835（0.578）的有7份。相關性分析結果顯示，相對發芽勢、相對發芽率、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，可作為陸地棉種質材料萌發期耐鹽性鑒定的主要指標。 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材料。

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