摘要:為篩選出耐鹽性高的陸地棉品種,選用通過新疆或國家西北內陸棉區(qū)審定的25個不同基因型陸地棉品種的種子為試驗材料,采用砂培法,設置6個鹽濃度梯度(0、50、100、150、200、300 mmol·L-1),研究鹽脅迫對各品種種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、下胚軸長、根長和幼苗鮮物質質量的影響,并利用主成分分析和隸屬函數分析進行綜合評價。結果表明:當NaCl溶液濃度大于150 mmol·L-1時對大部分基因型陸地棉品種種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、下胚軸長、根長和幼苗鮮物質質量具有顯著抑制作用。利用主成分分析和隸屬函數分析法,篩選出耐鹽性較強的3個陸地棉品種,分別為新陸中73號、中棉所96A和中棉所96B。
關鍵詞:鹽脅迫;陸地棉;種子;萌發(fā)期;耐鹽性
Evaluation on salt tolerance of 25 upland cotton varieties during germination
Luo Jing, Sun Huijian, Du Shanshan, Yao Qingqing, He Zhongsheng, Wang Dongli
新疆是中國的荒漠化大區(qū),也是中國最大的鹽堿土區(qū)[1],其鹽漬化及次生鹽漬化耕地面積占全部耕地的30%,低產田中鹽漬化土壤占到63.2%[2]。近年來,隨著不合理的開發(fā)利用,土壤鹽漬化程度不斷上升,已成為制約新疆農作物生產可持續(xù)發(fā)展的關鍵因素。新疆是我國最大的產棉區(qū),在我國棉業(yè)發(fā)展中具有舉足輕重的作用,肩負著保障我國棉花生產安全、滿足棉紡織工業(yè)需求、促進新疆經濟發(fā)展的重任[3]。棉花是較耐鹽堿的大田作物之一,有鹽漬土區(qū)“先鋒作物”之稱[4],但較高濃度鹽脅迫會嚴重影響種子萌發(fā)和幼苗生長[5-7]。棉花種子萌發(fā)情況決定了幼苗的質量,苗齊是高產栽培的基礎[8]。棉花種子萌發(fā)期和幼苗階段極易遭受土壤鹽分脅迫,造成出苗率和成苗率低[9-11],直接影響棉花后期生長發(fā)育,因此篩選萌發(fā)期耐鹽性強的品種是應對鹽害的重要方法之一。目前已篩選出多種耐鹽形態(tài)指標,如芽長和芽質量[9]、相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對鹽害率[12]、根長、種苗鮮物質質量[13]等,均能反映棉花耐鹽能力,但單一指標難以準確反映耐鹽性的強弱,多項指標綜合評價更能真實反映耐鹽性的強弱。因此,從生產實際出發(fā),人工模擬鹽脅迫環(huán)境,以通過新疆或國家西北內陸棉區(qū)審定并有一定推廣面積的25個不同基因型陸地棉品種為試驗材料,研究不同濃度NaCl溶液對棉花種子萌發(fā)的影響,采用主成分分析和隸屬函數分析進行綜合評價,篩選出耐鹽性較強的棉花品種,以期為鹽漬化地區(qū)陸地棉的種植提供依據。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
試驗于2023年在新疆庫爾勒市新疆巴音郭楞蒙古自治州農業(yè)科學研究院棉花生理實驗室(41°74′N,86°12′E)進行,供試材料為25個不同基因型陸地棉品種,品種名稱及供種單位見表1。
1.2 試驗設計
以分析純NaCl配制鹽濃度分別為A0(0 mmol·L-1,對照)、A1(50 mmol·L-1)、A2(100 mmol·L-1)、A3(150 mmol·L-1)、A4(200 mmol·L-1)、A5(300 mmol·L-1)的溶液[39];種子用75%(體積分數)的乙醇溶液浸泡10 min消毒,用蒸餾水沖洗干凈,再用滅菌的蒸餾水清洗干凈后備用。選用13 cm×19 cm×12 cm規(guī)格的發(fā)芽盒,每個發(fā)芽盒平鋪滅過菌的沙子800 g,每100 g沙子加17 mL配制的NaCl溶液,對照加等量的蒸餾水。每盒20粒種子,按照4粒×5行(株距2 cm,行距1.5 cm,均勻排布)播于濕沙上,重復3次,將發(fā)芽盒放入(28±1) ℃、相對濕度60%的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。
1.3 種子萌發(fā)測定指標[13]
1.3.1 發(fā)芽勢。鹽處理后第4天,觀測每盒正常發(fā)芽種子數,按下面公式計算發(fā)芽勢和相對發(fā)芽勢。A=(B/C)×100%,A1=B1/C1。式中,A為發(fā)芽勢,B為4 d內正常發(fā)芽的種子粒數,C為供試種子總數,A1為相對發(fā)芽勢,B1為鹽處理第4天的種子發(fā)芽勢,C1為第4天對照種子發(fā)芽勢。
1.3.2 發(fā)芽率。鹽處理后第7天,觀測每盒正常發(fā)芽種子數,按下面公式計算發(fā)芽率和相對發(fā)芽率。A2=(B2/C)×100%,A3=B3/C3。式中,A2為發(fā)芽率,B2為第7天全部正常發(fā)芽種子數,C為供試種子總數,A3為相對發(fā)芽率,B3為鹽處理第7天的種子發(fā)芽率,C3為第7天對照種子發(fā)芽率。
1.3.3 下胚軸長、根長。鹽處理后第7天發(fā)芽試驗結束后,用直尺測定每株幼苗從萌發(fā)孔到下胚軸的長度(下胚軸長)、從下胚軸到根尖的長度(根長)。并計算相對下胚軸長度、相對根長,公式如下:H=F/E,G=P/K。式中,H為相對下胚軸長,F為鹽處理第7天種子下胚軸平均長度,E為第7天對照種子下胚軸平均長度,G為相對根長,P為鹽處理第7天種子根長平均長度,K為第7天對照種子根長平均長度。
1.3.4 鮮物質質量。發(fā)芽試驗結束后,每處理隨機選取的10株幼苗稱量鮮物質質量,并計算相對鮮物質質量。公式如下:Z=V/T。式中,Z為相對鮮物質質量,V為鹽處理第7天幼苗鮮物質質量,T第7天對照鮮物質質量。
1.4 綜合評價指標[40-41]
各測試指標耐鹽系數由鹽害脅迫下的測定值除以對照正常測定值得到。
隸屬函數值:
u(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin),i =1,2,…,n。
式中,Xi為參試材料i 指標的測定值,Xmax和Xmin分別為所有材料中i 指標的最大值和最小值。
綜合指標權重:
wi=pi /■pi,i =1,2,…,n。
式中,wi為第i個測定指標在所有測定指標中的權重,pi為各品種第i個測定指標的貢獻率。
各品種綜合耐鹽能力大小計算公式:
D=■[μ(Xi)×wi],i =1,2,…,n。
式中,D值為各供試材料在鹽害脅迫條件下用綜合指標評價所得的耐鹽性綜合評價值。
1.5 數據處理
采用Microsoft Excel軟件對數據進行整理分析,利用SPSS 25.0軟件進行單因素方差分析(最小顯著差數法進行多重比較)、主成分分析和相關分析。
2 結果與分析
2.1 鹽脅迫對種子相對發(fā)芽勢的影響
相對發(fā)芽勢結果(表2)表明,高濃度NaCl溶液對大部分基因型的陸地棉種子萌發(fā)具有顯著的抑制作用,而在低濃度NaCl溶液下,大部分基因型陸地棉種子萌發(fā)狀態(tài)良好。在A1濃度下,新陸中78號的相對發(fā)芽勢最高,新陸中71號、中棉所96A、新陸中83號、新陸中81號的相對發(fā)芽勢較高;在A2濃度下,新陸中83號、新陸中78號、中棉所96A、新陸中81號相對發(fā)芽勢位于前列;在A3濃度下,新陸中55號、新陸中69號、新陸中73號、新陸中80號、新陸中83號、中棉所96A、中棉所96B、新陸中78號、新陸中87號這9個陸地棉品種的相對發(fā)芽勢也在95%及以上;在A4濃度下,只有新陸中55號、新陸中69號、新陸中83號、中棉所96B、新陸中87號的相對發(fā)芽勢在90%以上,說明這5個陸地棉品種種子在該濃度下仍具備較好的發(fā)芽能力;在A5濃度下,中棉所96B相對發(fā)芽勢最高,創(chuàng)棉501號、新陸中55號、新陸中67號、新陸中76號、新陸中77號、新陸中83號、新陸中86號、AW04、欣試518、新陸中71號和新陸中78號共計11個陸地棉品種種子沒有萌動跡象。
2.2 鹽脅迫對種子相對發(fā)芽率的影響
不同NaCl濃度下,不同基因型陸地棉品種種子的相對發(fā)芽率不同(表3)。當NaCl濃度為A1時,部分陸地棉品種種子的相對發(fā)芽率高于對照組,但隨著NaCl濃度的升高,除中棉所96A、新陸中73號外,其余陸地棉品種種子的相對發(fā)芽率均呈顯著下降趨勢。在A1濃度下,新陸中78號的相對發(fā)芽率最高,中棉所96A、中棉所96B其次;在A2濃度下,中棉所96A、中棉所96B的相對發(fā)芽率最高,新6015其次;在A3濃度下,中棉所96A、中棉所96B、欣試518、新陸中55號、創(chuàng)棉501號的相對發(fā)芽率仍高于對照組;在A4濃度下,中棉所96A、中棉所96B、創(chuàng)棉508、新陸中55號、新陸中54號、新陸中80號、新陸中87號這7個陸地棉品種種子的相對發(fā)芽率仍能達到95%;在A5濃度下,新陸中73號、中棉所96A的耐鹽性較強,相對發(fā)芽率均在85%以上。
2.3 鹽脅迫對種子相對下胚軸長的影響
篩除A5濃度下相對發(fā)芽率低于50%的陸地棉品種,對剩下的8個品種進行后續(xù)評價。由表4可知,在低濃度NaCl處理下,大部分品種的相對下胚軸長高于對照組(A0),隨著NaCl濃度的增加相對下胚軸長總體上呈下降趨勢,且同一處理下各品種間相對下胚軸長差異較小。在A1濃度下,創(chuàng)棉519、新陸中69號、新陸中54號、中棉所96A、中棉所96B和新陸中87號的相對下胚軸長與對照組差異顯著,且中棉所96A的相對下胚軸長最大;在A2濃度下,新陸中69號、新陸中73號、新陸中87號的相對下胚軸長與對照組不存在顯著差異,其余品種與對照組存在顯著差異,且新陸中54號、中棉所96A和中棉所96B的相對下胚軸長表現優(yōu)異;在A3濃度下,創(chuàng)棉519、新陸中54號、新陸中73號和中棉所96B的相對下胚軸長與對照組不存在顯著差異,且中棉所96B的相對下胚軸長高于對照組;在A4和A5濃度下,8個品種的相對下胚軸長全部顯著低于對照組,其中A4濃度下中棉所96B、新陸中54號的相對下胚軸長較其他品種的大,A5濃度下新陸中73號、中棉所96B的相對下胚軸長較其他品種的大。
2.4 鹽脅迫對種子相對根長的影響
由表5可知,隨著鹽濃度的增加,棉花品種的相對根長呈逐漸降低的趨勢。在A1濃度下,中棉所96B表現最突出;在A2濃度下,新陸中73號、中棉所96A、中棉所96B的相對根長均大于對照組;在A3濃度下,中棉所96B的相對根長最大,其次是新陸中73號;在A4濃度下,中棉所96B的相對根長仍最大且大于對照組;在A5濃度下,所有品種的相對根長均低于對照組,且與對照組之間差異大。
2.5 鹽脅迫對幼苗相對鮮物質質量的影響
由表6可知,隨著鹽濃度的增加,棉花品種幼苗的相對鮮物質質量呈現先升后降的趨勢。在A1濃度下,各品種幼苗相對鮮物質質量均高于對照組;在A2濃度下,除新陸中81號幼苗相對鮮物質質量低于對照組外,其余品種的幼苗相對鮮物質質量均高于對照組;在A3濃度下,創(chuàng)棉519和新陸中73號的幼苗相對鮮物質質量表現優(yōu)異且高于對照組;在A4濃度下,創(chuàng)棉519表現最好,其次是新陸中54號;在A5濃度下,新陸中73號的相對鮮物質質量最大。
2.6 A5濃度鹽脅迫下8個陸地棉品種萌發(fā)期的耐鹽性比較
由表7各單項指標耐鹽系數可知,8個棉花品種經A5濃度鹽脅迫處理后,其發(fā)芽勢、發(fā)芽率、下胚軸長、根長和鮮物質質量與對照相比均有所下降(耐鹽系數<1),但8個棉花品種的各單項指標下降幅度不同,用單項指標的耐鹽系數反映8個棉花品種的耐鹽性其結果可能不同。為明確各單項指標間是否存在相關性,對萌發(fā)期耐鹽各單項指標進行相關分析,結果(表8)顯示,根長與發(fā)芽勢、根長與下胚軸長、鮮物質質量與下胚軸長、鮮物質質量與根長的相關性均達到極顯著水平;發(fā)芽勢與下胚軸長和鮮物質質量的相關性達到顯著水平。
2.7 A5濃度鹽脅迫下8個陸地棉品種萌發(fā)期的耐鹽性綜合評價
2.7.1 主成分分析。由于各單項指標之間存在不同程度的相關性,其反映的耐鹽信息有重疊性,為了使鑒定指標精簡化,利用SPSS 25.0軟件對5個單項指標的耐鹽系數進行主成分分析。選取前3個主成分(表9),其貢獻率分別為63.334%、18.486%、16.255%,其累積貢獻率為98.075%,其余可忽略不計。這樣就將原來的5個單項指標轉換為3個相互獨立的新綜合指標(主成分),代表原各單項指標所反映的耐鹽信息。第一主成分(CI1)的特征根為3.167,特征向量中載荷較高(>0.500)且為正值的測定指標包括發(fā)芽勢(0.716)、發(fā)芽率(0.510)、下胚軸長(0.973)、根長(0.909)、鮮物質質量(0.789);第二主成分(CI2)的特征根為0.924,特征向量中載荷較高且為正值的測定指標是發(fā)芽率(0.542);第三主成分(CI3)的特征根為0.813,特征向量中載荷較高且為正值的測定指標是發(fā)芽率(0.665)。
2.7.2 隸屬函數分析。對每個品種的綜合指標、隸屬函數值和綜合評價值分別進行計算,結果見表10。由表10可知,供試材料的隸屬函數值u(X)的范圍在0~1,當u(X)值為1時,表明該品種在這個綜合指標下耐鹽性最強,當u(X)值為0時,表明該品種在這個綜合指標下耐鹽性最差。根據3個綜合指標貢獻率計算權重wi,權重分別為0.646、0.188、0.166,進一步計算得到D值,根據D值對8個品種的耐鹽性進行排序,表現為新陸中73號>中棉所96A>中棉所96B>新陸中69號>創(chuàng)棉519>新陸中81號>新陸中54號>新陸中87號。
3 討論與結論
棉花的耐鹽性鑒定濃度與指標的選擇對鑒定結果存在很大影響,采用不同的耐鹽篩選濃度和指標可能出現不同的結果[42]。研究表明,低濃度的NaCl溶液有助于棉花種子萌發(fā),高濃度時則顯著抑制[43-44]。本研究通過設置NaCl濃度梯度(0 mmol·L-1、50 mmol·L-1、100 mmol·L-1、150 mmol·L-1、200 mmol·L-1、300 mmol·L-1)進行了陸地棉品種鹽脅迫試驗,結果表明低濃度NaCl溶液對部分陸地棉品種的萌發(fā)表現出促進作用,但隨著NaCl溶液濃度的增加,大部分品種種子的萌發(fā)受到抑制,且NaCl溶液濃度越高抑制作用越強,這與前人研究結果一致。
目前已有研究從多方面對棉花的耐鹽性進行了比較,并篩選出多種與耐鹽相關的指標。王佳敏等[45]研究認為發(fā)芽勢高表示種子活力強,發(fā)芽率高說明種子生命力強;蘇秀娟等[13]研究指出根長、下胚軸長、幼苗鮮物質質量也可以作為耐鹽性評價指標。本研究發(fā)現在100 mmol·L-1 NaCl鹽脅迫下有6個品種的相對下胚軸長、3個品種的相對根長、7個品種的幼苗相對鮮物質質量大于對照組,說明陸地棉根部對鹽脅迫更為敏感,而隨著NaCl溶液濃度的增加,相對下胚軸長、相對根長、幼苗相對鮮物質質量都出現顯著降低的趨勢。同時對300 mmol·L-1 NaCl脅迫下相對發(fā)芽率不低于50%的8個棉花品種的5個單項指標進行主成分分析,結果顯示前3個主成分的累積貢獻率為98.075%,其中主成分1的貢獻率為63.334%,對應較大的特征因子是下胚軸長、根長、鮮物質質量、發(fā)芽勢和發(fā)芽率,表明這5個指標可作為萌發(fā)期棉花耐鹽性的鑒定指標。
棉花種子萌發(fā)期耐鹽性通過多個性狀表現,單一指標不能準確反映其真實耐鹽性,因此,應綜合分析多個指標以準確鑒定棉花的耐鹽性。采用隸屬函數法能避免單個指標評價的片面性,較客觀地評價棉花的耐鹽性[39-41,46]。本研究通過隸屬函數法計算棉花萌發(fā)期5個指標的綜合得分,進行隸屬函數值的比較,發(fā)現新陸中73號、中棉所96A和中棉所96B的耐鹽性較好。
本研究采用單鹽NaCl溶液模擬鹽脅迫環(huán)境,而新疆土壤鹽化類型多樣,主要有氯化鹽 、硫酸鹽一氯化物、硫酸鹽等[47];因此,為更加準確地評價棉花品種的耐鹽性,后續(xù)應采用單鹽和混合鹽分別開展相關試驗。
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(責任編輯:楊子山 責任校對:秦凡)" " ●
中國棉花 · 25個不同基因型陸地棉品種種子萌發(fā)期耐鹽性評價 · 2024, 51(7):23-30
https://doi.org/10.11963/cc20230209
收稿日期:2023-12-20" " " " "第一作者簡介:羅靜,碩士研究生,高級農藝師,主要從事棉花育種與栽培工作,1225039030@
qq.com
基金項目:新疆維吾爾自治區(qū)自然科學基金(2021D01F28);新疆生產建設兵團第二師鐵門關市科技計劃(2023GG1501)