田又升++謝宗銘+++李全勝+++張迪+++李有忠+++董永梅

摘要：采用直立濾紙卷法，對56份棉花品種（系）在PEG-6000脅迫下的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、胚根長、胚芽長、根冠比等10個萌發(fā)性狀指標(biāo)進(jìn)行測定，通過模糊隸屬函數(shù)法對56份棉花品種（系）的抗旱性進(jìn)行排序，從中挑選出抗旱性較強(qiáng)的2個品種——新陸早27號和新陸早9號、抗旱性較差的2個品種——新陸早50號和新陸早10號及抗旱性適中的2個品種——新陸早5號和新陸早19號，并進(jìn)行苗期和蕾期干旱處理，分析其干旱存活率及干旱脅迫下干物質(zhì)積累量。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，棉花萌發(fā)期抗旱性與苗期和蕾期抗旱性不存在顯著相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：棉花；抗旱性；相關(guān)性；萌發(fā)期；苗期；蕾期

中圖分類號：S562.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）02-0126-04

收稿日期：2015-01-05

基金項(xiàng)目：新疆農(nóng)墾科學(xué)院青年基金（編號：YQJ201302）。

作者簡介：田又升（1987—），女，重慶人，碩士，助理研究員，研究方向?yàn)樽魑锟鼓嫔砼c分子生物學(xué)。E-mail：tianyoushengzi@163.com。篩選抗旱品種是節(jié)水農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)，也是在經(jīng)濟(jì)條件差、灌溉水源少、設(shè)施落后地區(qū)的有效農(nóng)業(yè)節(jié)水方式[1]。對于作物的抗旱鑒定篩選，不同研究者根據(jù)作物自身的特點(diǎn)，在作物不同的生育期采用不同的方法進(jìn)行篩選。就目前的報(bào)道來看，作物萌發(fā)期一般采用高滲溶液模擬干旱環(huán)境來鑒定其抗旱性，該方法廣泛應(yīng)用于水稻[2-3]、玉米[4]、小麥[5]、大豆[6]等作物的抗旱性鑒定，最終通過脅迫下的萌發(fā)參數(shù)[2-4]或萌發(fā)幼苗的生理生化指標(biāo)[7]，采用隸屬函數(shù)或聚類分析法進(jìn)行抗旱性排序或歸類[3]。作物苗期抗旱性鑒定主要采用干旱控水法或PEG-6000澆灌脅迫法，大量測定抗旱性生理生化形態(tài)學(xué)指標(biāo)，采用灰色關(guān)聯(lián)度或隸屬函數(shù)法進(jìn)行抗旱性評價[8]，或直接以其干旱脅迫下的干物質(zhì)積累量或者反復(fù)干旱存活率來評價作物抗旱性[9-10]；生育期多通過統(tǒng)計(jì)花果脫落情況或作物產(chǎn)量抗旱指數(shù)[11]來評價其抗旱性。以上方法均能評價作物不同基因型品種抗旱性，但是同一批材料在不同生育期采用不同方法進(jìn)行抗旱性評價，其結(jié)果是否一致則少見報(bào)道。因此，本研究對56個棉花品種（系）進(jìn)行萌發(fā)期抗旱性評價，并從萌發(fā)期抗旱性評價結(jié)果中挑出抗旱性較強(qiáng)、較弱和適中各2個品種，盆栽種植，研究其干旱脅迫后干物質(zhì)積累量和復(fù)水后存活率，并與萌發(fā)期抗旱性評價結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，以期解決在棉花不同生育期進(jìn)行抗旱性評價結(jié)果是否一致的問題，同時為棉花抗旱育種及資源鑒定與篩選提供理論依據(jù)和簡單易行的方法。

1材料與方法

1.1材料

試驗(yàn)所收集到的56個棉花材料為新陸早系列品種和自育高代品系，均由新疆農(nóng)墾科學(xué)院生物技術(shù)研究所2013年試驗(yàn)田種植后收獲的當(dāng)代種子，品種名稱及編號見表1。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用直立濾紙卷法，PEG-6000高滲溶液模擬干旱環(huán)境對棉花種子進(jìn)行萌發(fā)期抗旱評價。為確定棉花種子發(fā)芽的PEG-6000濃度范圍，先設(shè)置8個濃度梯度為0、50、100、150、175、200、250、300 mg/mL的PEG-6000溶液，以新陸早36號為材料進(jìn)行萌發(fā)預(yù)試驗(yàn)，經(jīng)5%次氯酸鈉溶液消毒10 min，滅菌蒸餾水沖洗數(shù)次后，濾紙卷包裹直立放置于不同濃度PEG-6000溶液中，在晝夜周期為14 h/10 h的人工氣候箱28 ℃下恒溫培養(yǎng)，每處理3次重復(fù)，每重復(fù)50粒種子。在PEG-6000濃度為0～175 mg/mL范圍內(nèi)有種子萌發(fā)，但是發(fā)芽結(jié)束后175 mg/mL PEG-6000濃度下的發(fā)芽率僅為14%，且萌發(fā)的種子生長狀況較差，不利于萌發(fā)參數(shù)的測定；因此，選擇濃度梯度為0、50、100、150 mg/mL進(jìn)一步確定棉花萌發(fā)期抗旱性篩選的適宜PEG-6000濃度，隨機(jī)挑選6個自育高代棉花品種（系）種子（2013年大田小區(qū)行號分別為130643、130103、133193、133189、133349、133241），于第2、第3、第4、第6、第8天記錄種子發(fā)芽率，第8天每重復(fù)隨機(jī)取5株幼苗測定胚芽長度、胚根長度、胚芽鮮質(zhì)量、胚根鮮質(zhì)量，烘干后測定胚芽干質(zhì)量、胚根干質(zhì)量，計(jì)算根冠比等萌發(fā)生長情況，以各品種生長指標(biāo)差異最明顯的PEG-6000濃度為棉花萌發(fā)期抗旱性鑒定的適宜濃度。以蒸餾水為對照，在適宜PEG-6000濃度下對56個棉花品種（系）進(jìn)行抗旱性鑒定，培養(yǎng)條件、測量指標(biāo)同上，發(fā)芽以胚根達(dá)種子長為標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)芽勢=第3天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100；發(fā)芽率=第7天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；根冠比=胚根干質(zhì)量/胚芽干質(zhì)量×100%；發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/t（Gt為t d的發(fā)芽種子數(shù)；t為發(fā)芽日數(shù)，單位d）；活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×胚根鮮質(zhì)量。各指標(biāo)的相對值為PEG-6000脅迫下處理值與對照值的比例。

將濾紙卷裁成60 cm×30 cm、60 cm×5 cm 的長方形條，將60 cm×30 cm濾紙條平鋪在桌面上，用PEG-6000溶液潤濕濾紙條上半部分，在距濾紙條上邊緣2 cm 處均勻擺放50粒種子成1行并與濾紙上邊緣平行，隨后將PEG-6000溶液潤濕的60 cm×5 cm濾紙條蓋在種子上面，輕輕卷好濾紙條，直立放在對應(yīng)濃度PEG-6000溶液中萌發(fā)。

采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對不同棉花品種在150 mg/mL PEG-6000脅迫下的抗旱性進(jìn)行綜合評價。隸屬函數(shù)值X（μ）=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin），式中X為指標(biāo)測定值，Xmax和Xmin為所有參試材料某一指標(biāo)的最大值和最小值，如果某一指標(biāo)與棉花抗旱性呈負(fù)相關(guān)，則可以通過反隸屬函數(shù)計(jì)算其抗性隸屬函數(shù)值，公式為X（v）=1-（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）[18]。最后再將每一品種各個指標(biāo)的隸屬值累加求平均值，隸屬函數(shù)平均值越大，表示品種的抗旱性越強(qiáng)。

盆栽試驗(yàn)：將上下直徑分別為45、35 cm，高度為45 cm的花盆裝滿培養(yǎng)介質(zhì)（土 ∶沙子=6 ∶1），在土壤表面以花盆中心為點(diǎn)分成6個面積等大的扇形，并相應(yīng)地種植6個棉花品種，每個品種15粒種子，出苗后間苗，每個品種保留大小一致的6株苗，于苗期和蕾期進(jìn)行干旱脅迫，以正常澆水為對照。

1.3數(shù)據(jù)分析

用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)整理并計(jì)算各處理性狀的平均值，DPS7.05軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同PEG-6000濃度對棉花種子萌發(fā)的影響

為確定棉花萌發(fā)期抗旱性評價的最適PEG-6000濃度，隨機(jī)挑選6個自育高代棉花品系進(jìn)行不同PEG-6000濃度下的萌發(fā)試驗(yàn)（表2）。為了消除試驗(yàn)材料本身間存在的差異，采用各指標(biāo)的相對值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，因?yàn)槠漭^各項(xiàng)指標(biāo)的絕對值來說，能更好地反映不同棉花品系的抗旱性。在50 mg/mL PEG-6000脅迫下，各品系萌發(fā)參數(shù)指標(biāo)中變異系數(shù)最大的是相對胚根鮮質(zhì)量，為18.19%；變異系數(shù)最小的是相對胚芽長，為4.73%，各指標(biāo)參數(shù)變異系數(shù)總和為114.54%。在10 mg/mL PEG-6000脅迫下，各品系萌發(fā)參數(shù)指標(biāo)中變異系數(shù)最大的是相對活力指數(shù)，為21.57%；變異系數(shù)最小的是相對胚芽干質(zhì)量，為8.79%，各指標(biāo)參數(shù)變異系數(shù)總和為171.02%。在150 mg/mL PEG-6000脅迫下，各品系萌發(fā)參數(shù)指標(biāo)中變異系數(shù)最大的是相對發(fā)芽勢，為 93.16%；變異系數(shù)最小的是相對胚芽干質(zhì)量，為14.24%，各指標(biāo)參數(shù)變異系數(shù)總和為427.91%?？梢?，在150 mg/mL PEG-6000脅迫下，棉花各品系生長指標(biāo)差異最明顯，因而選定150 mg/mL為水稻萌發(fā)期抗旱性鑒定的適宜濃度。

2.2150 mg/mL PEG-6000脅迫對棉花種子萌發(fā)的影響

在150 mg/mL PEG-6000脅迫下，56個棉花品種（系）的萌發(fā)生長參數(shù)相對值見表3。在所有萌發(fā)生長參數(shù)中，除與根系生長相關(guān)的參數(shù)胚根長、胚根干質(zhì)量和根冠比在少部分品種（系）中高于對照外，其余均低于對照，其相對值小于1，說明干旱脅迫即能抑制棉花品種（系）的萌發(fā)生長，同時又能促進(jìn)部分品種（系）根系的伸長。在所有參數(shù)中，胚根長受干旱脅迫影響最小，相對胚根長平均為98.73%，相對值最大值為131.56%，對應(yīng)品系為133167，最小值為61.37%，對應(yīng)品種為新陸早50號；活力指數(shù)受干旱脅迫影響最大，相對活力指數(shù)平均為18.49%，其中最大值為44.90%，對應(yīng)品種為新陸早26號，最小值為0.74%，對應(yīng)品系為133173。除了相對胚芽長和相對胚根長外，干旱脅迫下133173的其他萌發(fā)參數(shù)相對值在所有品種（系）中最低。

在調(diào)查的所有萌發(fā)參數(shù)中，干旱脅迫下品種間存在較大差異的參數(shù)為相對發(fā)芽勢，變異系數(shù)為80.59%；最小的為相對胚根長，變異系數(shù)為14.52%。采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對棉花品種（系）在150 mg/mL PEG-6000脅迫下的抗旱性進(jìn)行綜合評價，抗旱性排在前3位的分別為新陸早22號、新陸早27號和新陸早9號，排最后3位的分別為新陸早10號、新陸早50號和133173。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，所有被測參數(shù)均與棉花萌發(fā)期抗旱性存在顯著相關(guān)性，相關(guān)性最大的為活力指數(shù)，相關(guān)系數(shù)為0.88；最小的為發(fā)芽率，相關(guān)系數(shù)為0.57。

2.3棉花不同生育期抗旱性相關(guān)分析

從萌發(fā)期抗旱性評價結(jié)果中選出抗旱性較弱的2個品種為新陸早50號和新陸早10號，抗旱性適中的2個品種為新陸早5號和新路早19號，抗旱性較強(qiáng)的2個品種為新陸早9號和新路早27號，其萌發(fā)期抗旱隸屬函數(shù)值分別為0.069、0.254、0.429、0.443、0.684、0.756。將這6個品種盆栽種植，于苗期和蕾期進(jìn)行干旱脅迫，苗期反復(fù)干旱脅迫存活率最高的為新陸早10號，相對存活率為100.00%，最低的為新陸早9號，相對存活率為33.33%；苗期干旱后干物質(zhì)積累量最大的為新陸早19號，相對干物質(zhì)量為74.19%，最小的為新陸早9號，相對干物質(zhì)量積累為34.52%；蕾期干旱脅迫后干物質(zhì)積累量最大的為新陸早19號，為13.09 g，最小的為新陸早9號，為9.52 g（表4）。

表4干旱脅迫下不同基因型棉花抗旱指標(biāo)差異

品種X1X2（%）X3（%）X4（g）新陸早50號0.06966.6748.4612.06新陸早10號0.254100.0062.5912.27新陸早5號0.42983.3365.1312.32新陸早19號0.44383.3374.1913.09新陸早9號0.68433.3334.529.52新陸早27號0.75650.0047.9311.79注：X1表示萌發(fā)期抗旱隸屬值；X2表示苗期干旱后存活率相對值；X3苗期干旱后干物質(zhì)積累量相對值；X4表示蕾期干旱脅迫后干物質(zhì)積累量絕對值（6株）。

相關(guān)性分析結(jié)果（表5）顯示，棉花萌發(fā)期抗旱隸屬函數(shù)值與苗期干旱存活率、苗期干旱后干物質(zhì)積累量和蕾期干旱后干物質(zhì)積累量間不存在相關(guān)性。苗期干旱存活率與苗期干旱后干物質(zhì)量積累和蕾期干旱后干物質(zhì)量積累間存在顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.87、0.81。苗期干旱后干物質(zhì)積累量和蕾期干旱后干物質(zhì)積累量間存在極顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.89。

3結(jié)論與討論

采用PEG-6000模擬干旱脅迫法是進(jìn)行作物萌發(fā)期抗旱性評價常用的方法，將該方法應(yīng)用棉花萌發(fā)期抗旱性研究也有報(bào)道[12-15]。李志博等認(rèn)為，萌芽期棉花種子抗旱性鑒定

表5棉花干旱存活率和干物質(zhì)積累量與隸屬值相關(guān)性分析

指標(biāo)相關(guān)系數(shù)X1X2X3X4X11.00X2-0.621.00X3-0.340.87*1.00X4-0.480.81*0.89* *1.00注同表4。*、* *表示存在顯著（P<0.05）、極顯著（P<001）相關(guān)性。

的適宜PEG-6000濃度為50 mg/mL，在評價結(jié)果中新陸早33號抗旱性較強(qiáng)，新陸早24號抗旱性較差[13]；而本研究篩選出的抗旱性評價適應(yīng)PEG-6000濃度為150 mg/mL，與王俊娟等所用的PEG-6000濃度[14]一致，在評價結(jié)果中，新陸早33號和新陸早24號的抗旱排序分別為第7、第42位，分別處在抗旱性排序中靠前和靠后的位子，與李志博的研究結(jié)果[13]一致。王延琴等采用沙床法進(jìn)行棉花種子發(fā)芽試驗(yàn)，在20% PEG-6000下仍有較小部分種子萌發(fā)[12]；而本研究采用濾紙卷直立法進(jìn)行種子萌發(fā)，在175 mg/mL濃度下，僅有很少部分種子萌發(fā)，在200 mg/mL 濃度脅迫下沒有棉花種子萌發(fā)，可能與筆者選擇的棉花材料和萌發(fā)方法有關(guān)。

作物抗旱性是一個極其復(fù)雜的過程，其鑒定方法有田間直接鑒定法、人工控制干旱脅迫法、生化脅迫鑒定法及自然失水脅迫鑒定法等[15]。本研究采用PEG-6000模擬干旱脅迫法于萌發(fā)期對棉花進(jìn)行抗旱性鑒定，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)函數(shù)法對其抗旱性進(jìn)行排序。為了使他人能夠重復(fù)本試驗(yàn)，特挑選出抗旱性差異明顯的6個品種進(jìn)行苗期和蕾期干旱脅迫。相關(guān)性分析結(jié)果表明，棉花萌發(fā)期抗旱性與其苗期和蕾期抗旱性不存在顯著相關(guān)性，田又升等將水稻萌發(fā)期抗旱性評價結(jié)果與大田產(chǎn)量抗旱指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示不存在顯著相關(guān)性[16]，而范翠麗等在萌發(fā)期和苗期對5個玉米品種的F1、F2代及其自交系進(jìn)行耐旱性鑒定，萌發(fā)期和苗期的抗旱性鑒定結(jié)果一致，說明對于玉米來說，萌發(fā)期的抗旱性也可能代表了苗期抗旱性[17]，這與本研究結(jié)果存在差異，可能與試驗(yàn)者所選擇材料不同有關(guān)。種子萌發(fā)是棉花生活史中的關(guān)鍵階段，其抗旱性直接關(guān)系到棉花的出苗全苗及整齊度問題[14]，因此盡管棉花萌發(fā)期的抗旱性不能代表其他生育期的抗旱性，但是對其萌發(fā)期進(jìn)行抗旱篩選是必要的。

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