（河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所/農(nóng)業(yè)部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊050051）

12個陸地棉品種（系）苗期耐鹽性鑒定評價

劉祎，錢玉源，張海娜，韓軒，崔淑芳，王廣恩，金衛(wèi)平，李俊蘭

（河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所/農(nóng)業(yè)部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊050051）

在150mM NaCl水培脅迫處理下，以陸地棉苗期的幼苗高度、地上部生物量干重、地下部生物量干重、根系長度、根系表面積、根系體積、根系平均直徑為指標(biāo)，鑒定并評價12份棉花品種（系）的耐鹽性。對具有顯著性差異的測定指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，選擇第一主成分中具有較大特征向量的4個指標(biāo)進(jìn)行聚類分析。結(jié)果表明：12個陸地棉品種（系）可歸為3類，其中A類與對照‘中9807’（耐鹽相對成活苗率56.3%）在同一個范圍，各性狀受抑制程度較小，屬于耐鹽類；C類與對照‘中S9612’（耐鹽相對成活苗率28.2%）在同一范圍，各性狀較明顯受到抑制，屬于不耐鹽類；B類中的棉花品種（系）N23、N830和邯7860選屬于中間類型。由此篩選出3個耐鹽品種（系）：冀棉27、甘肅894021選和冀863。

陸地棉；苗期；耐鹽性；聚類分析；鑒定評價

棉花屬于耐鹽能力較強(qiáng)的一類作物，但不同種間及陸地棉品種間耐鹽性也有較大差異。一般認(rèn)為，幼苗階段和開花結(jié)鈴時期對鹽分較為敏感，特別是三葉期前的幼苗［1］。因此，幼苗期是鑒定棉花耐鹽性的重要階段。葉武威［2］將土壤基質(zhì)含鹽量0.4%作為棉花耐鹽性鑒定的濃度，統(tǒng)計施鹽10 d后的相對成活苗率（salinity-resistance index，SRI %），將耐鹽性分為4級。劉雅輝等［3］通過調(diào)查幼苗長勢、鹽害癥狀、二葉期的株高和葉片數(shù)，對棉苗分類并計算鹽害指數(shù)。另外，種子相對發(fā)芽率、相對棉苗干物質(zhì)質(zhì)量、相對株高、K+/Na+和Ca2+/Na+等相對指標(biāo)可用來輔助鑒定棉花萌發(fā)期耐鹽性［4］。但是，以上苗期耐鹽性篩選的操作周期較長。為了縮短篩選周期，簡化鑒定程序，本試驗(yàn)選取12份生物學(xué)特性差異明顯的陸地棉品種（系）進(jìn)行苗期耐鹽鑒定，對棉花的耐鹽性進(jìn)行綜合評價，旨為篩選、培育耐鹽棉花品種，開展棉花耐鹽遺傳研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)選用耐鹽對照品種‘中9807’（耐鹽相對成活苗率56.3%），不耐鹽對照品種‘中S9612’（耐鹽相對成活苗率28.2%）；其他陸地棉品種（系）：N38、N31、N830、邯7860選、1670、841、甘肅894021選、N23、冀863和冀棉27。其中，對照品種及其耐鹽相對成活苗率均由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所提供；其他試驗(yàn)材料由河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所提供。試驗(yàn)用種經(jīng)濃硫酸脫絨后，選取發(fā)育正常、飽滿、成熟度均一的健康種子，用3%H2O2浸泡30 s進(jìn)行消毒。

1.2 試驗(yàn)方法

選取備好的試驗(yàn)材料，用蒸餾水浸種20 h后，進(jìn)行沙土培養(yǎng)，培養(yǎng)環(huán)境保持恒溫28℃，至子葉展開。選擇生長狀況基本一致的棉花幼苗，移栽至改良的Hoagland’s營養(yǎng)液（表1）中進(jìn)行培養(yǎng)，作為對照組；并設(shè)置鹽脅迫處理組，在配置相同的營養(yǎng)液中加入150 mM NaCl。在前期不同濃度NaCl脅迫預(yù)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：在150 mM NaCl脅迫下，與對照相比，幼苗各項性狀均存在顯著性差異。據(jù)此，選用150 mM NaCl進(jìn)行棉花幼苗期耐鹽鑒定是合適的。試驗(yàn)設(shè)置3個重復(fù)。待對照組品種（系）長出2～3片真葉后，對該時期的幼苗高度、地上部生物量干重、地下部生物量干重、根系生長狀況等生物學(xué)特性進(jìn)行測量。試驗(yàn)過程中，為保證培養(yǎng)液中NaCl濃度的相對穩(wěn)定，每天上午9：00進(jìn)行補(bǔ)水，保持鹽濃度的恒定。

表1 改良營養(yǎng)液配制Table1 ImprovedHogland’snutrientsolution

1.3 測定指標(biāo)

以陸地棉幼苗期各性狀的相對值來評價其耐鹽性。測定對照組和鹽脅迫組各陸地棉品種（系）的幼苗高度、地上部生物量干重（簡稱地上部干重）、地下部生物量干重（簡稱地下部干重）、根系長度、根系表面積、根系體積和根系平均直徑。其中，棉花幼苗高度：采用直接測量法，測量地上部苗高；地上/下部干重：采用干物重法，105℃殺青20 min，80℃烘干后稱重；根系各性狀：采用根系掃描法進(jìn)行測定。

用Excel、SAS軟件對獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、主成分分析，以確定棉花品種耐鹽的主導(dǎo)因素，通過對貢獻(xiàn)率較大的特征向量指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，劃定不同的耐鹽范圍，對未知耐鹽性的陸地棉品種（系），進(jìn)行分類和篩選。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對不同陸地棉品種（系）苗期生長狀況的影響

150 mM NaCl脅迫處理后，陸地棉品種（系）各性狀均有不同程度影響。主要表現(xiàn)在：除根系平均直徑這一指標(biāo)外，幼苗高度、地上部干重、地下部干重、根系長度、根系表面積和根系體積受到脅迫后相對值降低（表2）。

表2 150mMNaCl脅迫下品種各性狀相對平均值Table2 Averageofvarieties’relativecharactersafter150mMNaCltreatment

150 mM NaCl脅迫下，對不同陸地棉品種（系）間各性狀表現(xiàn)的影響程度也存在差異（表3）。對‘中9807’幼苗高度影響較大，‘N830’影響較??；對‘冀863’地上部干重影響較大，‘邯7860選’影響較?。粚Α甆38’地下部干重影響較大，‘邯7860選’影響較小；對‘N38’根系長度影響較大，‘甘肅894021選’影響較??；對‘冀棉27’根系表面積影響較大，‘N31’影響較?。粚Α蠸9612’根系體積影響較大，‘N23’影響較??；對‘中9807’根系平均直徑影響較大，‘N38’影響較小。因此，需要通過方差分析、主成分分析對棉花耐鹽性進(jìn)行綜合評價。

表3 150mMNaCl脅迫處理下品種（系）間相對平均值Table3 Theaveragerelativeofdifferentvarietiesoflinesafter150mMNaCltreatments

2.2 棉花品種耐鹽性評價

150 mM NaCl脅迫下，陸地棉幼苗高度、地上部干重、地下部干重、根系長度、根系表面積、根系體積和根系平均直徑分別為對照的64.1%、61.2%、 53.4%、45.8%、56.6%、64.5%和120.9%。鹽脅迫下，地上部干重的變異系數(shù)最大，且遠(yuǎn)大于其他性狀，表明不同陸地棉品種地上部干重在鹽脅迫下合成干物質(zhì)能力差異最大（表4）。

表4 150mMNaCl脅迫下棉花品種幼苗性狀的表現(xiàn)Table4 Statisticsofvariouscharactersafter150mMNaCltreatment

主成分分析在原始組合中利用新轉(zhuǎn)換組合的較少綜合指標(biāo)，能夠較好的反應(yīng)棉花的耐鹽性。主成分的特征值和貢獻(xiàn)率是選擇主成分的依據(jù)。數(shù)據(jù)結(jié)果表明：將棉花品種的7個與耐鹽性有關(guān)的性狀指標(biāo)轉(zhuǎn)化為7個主成分。其中，前3個主成分累計貢獻(xiàn)率87.52%（表5），已反映出棉花耐鹽性85%以上的信息，因此，可以選取前3個主成分作為耐鹽性 評價的綜合指標(biāo)。

表5 主成分的特征值和累計貢獻(xiàn)率Table5 Eigenvaluesandcumulativecontributionofprincipalcomponents

表6 150mMNaCl脅迫下棉花品種耐鹽指標(biāo)主成分分析結(jié)果Table6 PrincipalcomponentanalysisofsalttoleranceofCottonCultivarsunder150mMNaClstress

由表6可知，第一主成分的表達(dá)式為：

Prin1=0.312x′1+0.261x′2+0.435x′3+ 0.409x′4+0.465x′5+0.430x′6+0.277x′7

式中：x′i=（xii-mi）/si（i=1，2，3，……7）

上述表達(dá)式中，x3，x4，x5，x6的系數(shù)最大，表明對應(yīng)較大的特征向量為地下部干重、根系長度、根系表面積、根系體積，說明地下部分的生長發(fā)育情況對第一主成分貢獻(xiàn)較大，因此可以稱第一主成分為地下部因子。第二主成分特征值為1.238，貢獻(xiàn)率為17.68%，其中，較大特征向量對應(yīng)的為地上部干重及根系平均直徑。第三主成分特征值為0.765，貢獻(xiàn)率為10.93%。

2.3 陸地棉品種（系）耐鹽性的聚類分析

根據(jù)主成分分析，各特征根大小代表各綜合指標(biāo)對總遺傳方差貢獻(xiàn)的大小特征向量表示各性狀對綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)的大小。第一主成分累計貢獻(xiàn)率達(dá)到58.91%，表明第一主成分代表了58.91%的信息。在150 mM NaCl脅迫下，選擇第一主成分中較大特征向量：地下部干重、根系長度、根系表面積和根系體積4個性狀為耐鹽指標(biāo)，對12個陸地棉品種（系）進(jìn)行聚類分析，結(jié)果如圖1。

圖1 150mMNaCl脅迫處理后不同陸地棉品種的聚類結(jié)果Fig.1 Clusteranalysisofrelativecharactersafter 150mMNaCltreatment

結(jié)果表明，12個陸地棉品種可歸為3類，其中A類與對照‘中9807’（耐鹽相對成活苗率56.3%）在同一個范圍，各性狀受抑制程度較小，屬于耐鹽類；C類與對照‘中S9612’（耐鹽相對成活苗率28.2%）在同一范圍，各性狀較明顯受到抑制，屬于不耐鹽類；B類中的棉花品種N23、N830和邯7860選屬于中間類型。由此篩選出3個耐鹽品種：冀棉27、甘肅894021選和冀863。

3 討論與結(jié)論

陸地棉耐鹽性是一個復(fù)雜的數(shù)量性狀，由多基因控制，其耐鹽表現(xiàn)通過多個性狀表達(dá)出來，從而構(gòu)成一個較為復(fù)雜的綜合性狀，其中每一個性狀都與棉花的耐鹽性存在一定的聯(lián)系或相關(guān)。長期以來，如何提高棉花的耐鹽性，如何對棉花耐鹽性進(jìn)行篩選和評價一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

3.1 耐鹽鑒定時期的選擇

種子在萌發(fā)出苗過程中，體內(nèi)儲存的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行分解、轉(zhuǎn)化和新的有機(jī)物合成代謝，鹽脅迫影響種子吸水膨脹，造成萌發(fā)慢、萌發(fā)率低，同時會影響代謝過程中的酶活性。出苗后，鹽分脅迫引起幼苗畸形、子葉平展，影響葉綠素合成［5，6］。二、三葉期的棉苗體內(nèi)開始花芽分化，對鹽分最為敏感，鹽脅迫導(dǎo)致棉花干物質(zhì)積累減少，葉片脫落早，側(cè)根發(fā)生少，發(fā)生區(qū)黃褐色，生長停滯，甚至死苗。因此，本試驗(yàn)選擇在二葉期對陸地棉品種（系）的幼苗生長狀況、干物質(zhì)量及根系生長情況進(jìn)行耐鹽性的鑒定及評價。

3.2 鹽脅迫濃度及指標(biāo)的選擇

鹽脅迫在生產(chǎn)實(shí)踐中是個錯綜復(fù)雜的問題，受多種因素影響。為了避免試驗(yàn)誤差，在前期試驗(yàn)中選用NaCl溶液進(jìn)行單一因素脅迫處理，并設(shè)置0、50、100、150、200 mM 5個不同的脅迫梯度，主要對幼苗高度、地上地下部干重和根系生長發(fā)育情況進(jìn)行測量。結(jié)果表明：在150 mM時，各測定指標(biāo)具有顯著性差異，因此，選用150 mM NaCl進(jìn)行棉花幼苗期耐鹽鑒定是合適的。

前人研究得出的耐鹽性評價方法除了葉武威等采用的鹽池鑒定法，沈法富等［7］以大田單株棉花鹽害癥狀為耐鹽性的分級標(biāo)準(zhǔn)。也有人提出：利用液滴培養(yǎng)技術(shù)對花粉耐鹽性進(jìn)行鑒定，棉花花粉粒萌發(fā)的百分率也是反映其耐鹽性的可靠指標(biāo)［8］。張麗娜等［9］采用SSR技術(shù)，初步制定出多標(biāo)記組合鑒定法，用于棉花耐鹽分子標(biāo)記輔助鑒定。根系是固定植株、吸收養(yǎng)分水分、合成氨基酸等有機(jī)化合物以及其他養(yǎng)分的重要器官，是與地上部進(jìn)行物質(zhì)交流的代謝器官，其生長發(fā)育狀況直接影響到地上部性狀和產(chǎn)量［10］。根系感知與響應(yīng)鹽脅迫的能力很大程度上決定了棉花在鹽脅迫環(huán)境下的適應(yīng)程度。因此，本試驗(yàn)選用根系生長發(fā)育情況結(jié)合幼苗高度和干物重為耐鹽的篩選指標(biāo)。

3.3 棉花耐鹽性的篩選和評價

在150 mM NaCl脅迫處理下，對具有顯著性差異的測定指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果表明：前3個主成分累計貢獻(xiàn)率87.52%，可以選取前3個主成分作為耐鹽性評價的綜合指標(biāo)。其中，第一主成分累計貢獻(xiàn)率達(dá)到58.91%，選擇其包含的較大特征向量對12個陸地棉品種進(jìn)行聚類分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：12個測試品種（系）可歸為3類，其中A類（包括冀棉27、甘肅894021選和冀863）與對照‘中9807’（耐鹽相對成活苗率56.3%）在同一個范圍，各性狀受抑制程度較小，屬于耐鹽類；C類（包括N38、841、N31和1670）與對照‘中S9612’（耐鹽相對成活苗率28.2%）在同一范圍，各性狀較明顯受到抑制，屬于不耐鹽類；B類中的棉花品種N23、N830和邯7860選屬于中間類型。陸地棉品種（系）的耐鹽性篩選是鹽漬地植棉的前提條件，我們應(yīng)該深入了解棉花耐鹽的機(jī)制，探明其對鹽脅迫的反應(yīng)機(jī)理，以便更好的將實(shí)驗(yàn)室鑒定指標(biāo)與田間生產(chǎn)緊密結(jié)合，培育真正的耐鹽品種。

［1］ 孫小芳，劉友良，陳 沁.棉花耐鹽性研究進(jìn)展［J］.棉花學(xué)報，1998，10（3）：118-124.

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［4］ 孟超敏，蔡彩平，郭旺珍.棉花抗逆育種研究進(jìn)展［J］.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，35（5）：25-34.

［5］ 廖 震，陳金湘，廖振坤.棉花耐鹽性研究現(xiàn)狀與展望［J］.作物研究，2008，22（5）：460-465.

［6］ 葉武威，劉金定.氯化鈉和食用鹽對棉花種子萌發(fā)的影響［J］.中國棉花，1994，21（3）：14-15.

［7］ 沈法富，于元杰，畢建杰，等.棉花耐鹽性的雙列雜交分析［J］.作物學(xué)報，2001，27（1）：50-54.

［8］ 沈法富，尹承佾，于元杰.棉花植株和花粉耐鹽性的鑒定［J］.作物學(xué)報，1997，23（5）：620-624.

［9］ 張麗娜，葉武威，王俊娟，等.棉花耐鹽性的SSR鑒定研究［J］.分子植物育種，2010，8（5）：891-898.

［10］李垚垚，劉海荷，陳金湘，等.棉花根系研究進(jìn)展［J］.作物研究，2008，22（5）：449-452.

Identification and Evaluation of 12 Varieties or Lines of Gossypium hirsutum Based on Seedling Salt Tolerance

LIU Yi，QIAN Yuyuan，ZHANG Haina，HAN Xuan，CUIShu fang，WANG Guangen，JINWeiping，LIJunlan*

（Institute of Cotton，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences/Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Cotton in Huanghuaihai Semiarid Area，Ministry of Agriculture，Shijiazhuang，Hebei050051，China）

The seedling height，overground biomass dry weight，underground biomass dry weight，root length，root surface area，root volume and average root diameterwere taken as indexes to identify and evaluate the seedling salt tolerance of 12 Varieties or lines of Gossypium hirsutum after 150 mM NaCl treatment.Principal component analyseswere done by the indexeswhich had statistical significance.Then cluster analysiswas donewith the4 indexeswhich had bigger feature vectors in principal component.The results show that the 12 cotton varieties（or lines）can be classified into three categories，class A and control‘9807’（SRI 56.3%）in the same range，various characters inhibition degree was small，belongs to the salt-resistance；class C and control‘S9612’（SRI 28.2%）in the same range，various characters inhibition degree was obvious，belongs to the salt-sensitivity；and class B contented‘N23’，‘N830’and‘Han 7860’belong to the intermediate type.Three salt-tolerance cotton varieties were selected including‘Jim ian27’，‘Gansu 894021 xuan’and‘Ji863’.

Gossypium hirsutum；seedling；salt tolerance；cluster analysis；identification and evaluation

S562.01

A

1001-5280（2017）01-0037-05 DOI：10.16848/j.cnki.issn.1001-5280.2017.01.11

2016 11 28

劉 祎（1983-），女，碩士，主要從事棉花種質(zhì)資源搜集、篩選及鑒定研究，Email：liuyi1105@126.com。*通信作者：李俊蘭，研究員，碩士，主要從事棉花新品種選育及種質(zhì)資源創(chuàng)新方面的研究，Email：li-junlan@sohu.com。

棉花生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（CB2014A11）；河北省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目。