黃雅婕， 任丹， 李生梅， 崔進鑫， 楊濤， 任姣姣， 高文偉

（新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，棉花教育部工程研究中心，烏魯木齊 830052）

土壤鹽漬化是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最嚴重的逆境脅迫之一[1]。新疆鹽堿土面積占全國的22.01%，鹽漬化耕地面積占新疆耕地總面積的30.12%[2]。而新疆是我國重要的棉花產(chǎn)區(qū)，棉花生產(chǎn)在我國占有重要地位，同時也是新疆經(jīng)濟的重要組成部分[3]。而土壤鹽漬化已嚴重威脅到新疆的棉花生產(chǎn)安全。孫小芳等[4]研究表明，棉花在種子萌發(fā)期和幼苗期的耐鹽性較弱，這2個時期是研究和鑒定棉花耐鹽性的關鍵時期。張國偉等[5]將苗期的葉片伸展速率、株高、地上部干物質量、根干物質量、根系活力和凈光合速率作為棉花苗期的耐鹽鑒定指標；戴海芳等[6]將棉花相對電導率、凈光合速率、葉綠素含量、第一片真葉面積和幼苗鮮重作為苗期耐鹽鑒定的指標；劉祎等[7]認為幼苗生長狀況、干物質量及根系生長情況可作為耐鹽鑒定指標。魏俊梅[8]采用室內和鹽堿地種植兩種方式對24份棉花品種進行鑒定，室內和田間鑒定結果相一致。目前對于棉花苗期的耐鹽鑒定大多使用盆栽，鮮有在田間進行鑒定，因此，無法真實還原田間自然脅迫下棉花品種的耐鹽性。且室內鑒定指標多、耗時長，無法大批量進行品種耐鹽堿性鑒定。因此，本研究綜合前人研究成果，選取六個在田間能快速測定的指標對90份棉花品種的耐鹽堿性進行鑒定，并對其耐鹽堿性進行綜合評價，為棉花育種及耐鹽堿性鑒定評價工作提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以90份不同來源的陸地棉品種（系）為供試材料（表1）。其中，51份來自黃河流域棉區(qū)，24份來自長江流域棉區(qū)，8份來自西北內陸棉區(qū)，4份來自北部特早熟棉區(qū)，3份來自美國。所有試驗材料均由新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院作物遺傳育種系提供。

表1 供試棉花品種及來源Table 1 Cotton varieties and origin 續(xù)表Continued

表1 供試棉花品種及來源Table 1 Cotton varieties and origin

1.2 試驗設計

本試驗于2020年在新疆農(nóng)業(yè)大學棉花育種基地（E 43°20′—E 45°20′，N 84°45′—86°40′）進行。該地為溫帶大陸性氣候，平均海拔300～500 m，年平均氣溫7.5～8.2 ℃，年日照時長2 318～2 732 h，全年無霜期 147～191 d，年降雨量 125 ～207.7 mm，年蒸發(fā)量1 000～1 500 mm。

脅迫處理（ST）選地為自然鹽堿地（試驗田排堿渠附近），土壤總鹽含量9.165 g·kg-1，電導率為4 450.1 μS·cm-1，pH 8.51，有機質 11.93 g·kg-1，速效鉀 456.8 mg·kg-1，堿解氮 21.34 mg·kg-1，速效磷6.16 mg·kg-1。

對照處理（CK）在正常棉田生產(chǎn)地塊種植。土壤總鹽含量6.765 g·kg-1，電導率為 2 599 μS·cm-1，pH 8.06，有機質12.57 g·kg-1，速效鉀 505 mg·kg-1，堿解氮 24.91 mg·kg-1，速效磷 14.7 mg·kg-1。

每個處理兩次重復。采用隨機區(qū)組試驗設計，1膜6行，每個品種種植2行，行長2 m，行距0.7 m，株距0.1 m，播幅2.35 m。田間管理同大田常規(guī)管理。

1.3 測定項目與方法

于播種后10 d測定棉花的出苗率（emergence rate，ER）[6]，于播種后 30 d 測定棉苗的下胚軸長（hypocotyl lengths,HL）、株高（plant height，PH）和葉片數(shù)（number of leaves，NL）；使用 SPAD-502 Plus手持式葉綠素儀測定第1片真葉SPAD值；采用打孔稱重法[9]測定第1片真葉面積（leaf area of the first true leaf，LA）[9]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2019進行試驗數(shù)據(jù)的整理，使用SPSS 26.0進行描述性統(tǒng)計、相關性分析、主成分分析和多元逐步回歸分析[6]，使用TBtools進行聚類分析。

為排除品種間差異，所有指標均轉化為耐鹽系數(shù)，計算公式如下。

式中，M為隸屬函數(shù)值，Xi為第i個綜合指標；Xmin為第i個綜合指標的最小值；Xmax為第i個綜合指標的最大值；i=1，2，…，n。

式中：wi為第i個綜合指標在所有綜合指標中的權重；pi為各品種第i個綜合指標的貢獻率；i=1，2，…，n。

式中，D為不同品種綜合耐鹽能力，i=1，2，…，n。

2 結果與分析

2.1 不同品種各指標描述性統(tǒng)計分析

由表2可知，棉花的下胚軸、株高、葉片數(shù)及第1片真葉面積在脅迫條件下較對照降低，出苗率和葉片SPAD值較對照升高。其中，脅迫條件下，第1片真葉面積的變異系數(shù)最高，表明在脅迫下不同品種的第1片真葉面積差異較大。

表2 不同處理下棉花幼苗的形態(tài)指標Table 2 Indexes of cotton seedlings under different treatments

2.2 不同指標的相關性分析

對苗期各性狀的相關性進行分析，結果（表3）表明，出苗率與下胚軸長、株高呈顯著正相關；下胚軸長與株高呈極顯著正相關；株高與葉片數(shù)和第1片真葉面積呈極顯著正相關；葉片數(shù)與第1片真葉面積呈顯著正相關。

表3 不同指標的相關性分析Table 3 Correlation analysis of various indexes

2.3 不同品種耐鹽堿性綜合評價

主成分分析提取出4個主成分因子（表4），它們的貢獻率分別為34.034%、20.910%、14.513%和13.842%，累計貢獻率達83.298%。通過主成分分析得到各品種在各成分中的F值，將其帶入式（3）計算出不同材料各指標的μ（Xi）值，值越高表明材料耐鹽堿性越好，反之耐鹽堿性越差。根據(jù)表5可以看出：第1綜合指標下魯棉37耐鹽堿性最好，魯棉研17的耐鹽堿性最差；第2綜合指標下中宿410408耐鹽堿性最好，新陸中33耐鹽堿性最差；第3綜合指標下一樹紅耐鹽堿性最好，晉棉36耐鹽堿性最差；第4綜合指標下軍棉1號耐鹽堿性最好，GK99-1的耐鹽堿性最差。根據(jù)式（4）和式（5）計算權重和D值。根據(jù)D值對90份品種的耐鹽堿性進行排序，結果（表5）表明，軍棉1號D值最高，表明其耐鹽堿性最強；中棉所49的D值最低，表明其耐鹽堿性最差。

表4 主成分分析及貢獻率Table 4 Principal component analysis and contribution rate

表5 不同品種的綜合評價Table 5 Comprehensive evaluation of different varieties 續(xù)表Continued

表5 不同品種的綜合評價Table 5 Comprehensive evaluation of different varieties

表5 不同品種的綜合評價Table 5 Comprehensive evaluation of different varieties 續(xù)表Continued

根據(jù)D值進行聚類分析，90個品種劃分為4類（圖1）。第Ⅰ類包含3份材料，其D值范圍為0.671～0.814，因此將該類命名為強耐鹽堿類型；第Ⅱ類包含18份材料，其D值范圍為0.471～0.584，因此將該類命名為中等耐鹽堿類型；第Ⅲ類包含52份材料，其D值范圍為0.316～0.459，因此將該類命名為弱耐鹽堿類型；第Ⅳ類包含17份材料，其D值范圍為0.215～0.305，因此將該類命名為鹽堿敏感類型。

圖1 90份棉花聚類圖Fig.1 Clustering maps of 90 cotton samples

進一步對4類品種的表型性狀進行分析，結果（表6）表明，第Ⅰ類群的出苗率、第1片真葉面積在脅迫條件下顯著高于其他類群，下胚軸長、株高、葉片數(shù)與其他類群差異不顯著；第Ⅱ類群葉片SPAD值顯著高于第Ⅰ類群與第Ⅳ類群，出苗率、第一片真葉面積略高于第Ⅱ、Ⅲ類群，下胚軸長、株高、葉片數(shù)與其他三個類群差異不顯著；第Ⅲ類群的出苗率、第一片真葉面積顯著低于第Ⅰ類群，其余指標與其他類別無顯著差異；第Ⅳ類群除葉片數(shù)外的指標均低于其他類群。

2.4 回歸模型建立和鑒定指標的篩選

為進一步篩選確定與棉花耐鹽堿性相關的鑒定指標，以D值為因變量，各項指標為變量進行多元逐步回歸分析，構建回歸方程，結果表明，D=-0.656+0.294ER+0.487SPAD+0.134LA+0.136PH，R2=0.995，F(xiàn)=4 078.27，P＜0.001。其中，出苗率、葉片SPAD值、第1片真葉面積和株高對棉花苗期耐鹽堿性具有顯著影響?？赏ㄟ^測定這4個指標求得耐鹽系數(shù)代入方程來估算品種的D值，從而對其耐鹽堿性進行評價。

3 討論

在棉花的整個生長發(fā)育階段，不同時期的耐鹽性存在差異。研究表明，棉花在萌發(fā)期和苗期耐鹽性較弱[4]，因此，品種在萌發(fā)期和苗期的表現(xiàn)至關重要。棉花的耐鹽性多采用單鹽脅迫[5-8,10-16]、混合鹽堿脅迫[17-21]及采用鹽池鹽堿原土[22-23]在室內進行鑒定，而在室外鑒定的研究較少[24]。在大田生產(chǎn)中，鹽或堿脅迫通常都不是單一的作用，而是共同作用。室內鑒定雖受環(huán)境影響小，但無法還原自然脅迫的真實情況。本研究在大田鹽堿地對棉花萌發(fā)及苗期的耐鹽堿進行鑒定，更加貼合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際情況，選用6個在田間易于操作且不影響植株正常生長發(fā)育的鑒定指標，運用多種方法對90份陸地棉品種的耐鹽堿性進行綜合性評價，結果準確可靠，為棉花耐鹽堿育種提供了參考依據(jù)。

本研究通過主成分分析、隸屬函數(shù)法得到各品種的綜合評價D值，并進一步根據(jù)D值將90份材料劃分為4個類群。研究表明，90份陸地棉中，多數(shù)材料均具有一定的耐鹽堿性，但強耐鹽堿材料較少。強耐鹽堿材料的出苗率、第1片真葉面積均顯著高于敏感材料，說明鹽堿脅迫對強耐鹽堿材料出苗影響較小，棉苗通過增大真葉面積來保證較高的光合能力，通過光合產(chǎn)物的積累來保證棉苗的正常生長發(fā)育，從而應對脅迫帶來的影響。以D值為因變量，各項指標為變量進行多元逐步回歸分析進一步篩選與棉花耐鹽堿性相關的鑒定指標，結果顯示，出苗率、葉片SPAD值、第一片真葉面積和株高4個指標與耐鹽堿性密切相關。因此，在大田生產(chǎn)中可通過這4個指標快速評價不同棉花品種的耐鹽堿性。