陆地棉品种资源萌发期耐盐性的隶属函数法评价

郑巨云，曾辉，王俊铎，龚照龙，梁亚军，艾先涛，郭江平，冯国伟，莫明，李雪源

(1.新疆农业科学院经济作物研究所，乌鲁木齐 830091；2. 新疆师范高等专科学校数理学院，乌鲁木齐 830063；3.新疆农业大学科学技术学院，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】新疆棉花生产规模居全国之首，面积占全国63%，总产占全国70%左右，在我国和世界棉产业发展中具有举足轻重的作用，肩负着我国棉花的生产安全、满足棉纺织工业需求、促进新疆经济发展的重任[1]。相对其他大田作物，棉花具有一定耐盐性，是耐盐的先锋作物，但棉花受较高盐浓度的胁迫会严重影响种子萌发、生长、发育及生理生化代谢，最终造成不萌发、死苗及植株死亡[2]。新疆棉区属于中温带至暖温带干旱气候区，干旱、含盐成土母质、水分条件及灌溉方式造成土壤普遍积盐，盐渍化及次生盐渍化的耕地面积已占全部耕地的30%[3]，土壤盐渍化已成为制约新疆棉花生产持续发展的关键因子。研究表明[4]，种子萌发时期是盐胁迫最敏感时期，可以作为耐盐性鉴定的重要时期。通过研究国内外不同陆地棉品种资源在盐胁迫及正常灌水条件下的萌发期表型性状差异，分析盐胁迫对棉花萌发期相关性状的影响，对筛选耐盐能力强的特异材料及萌发期耐盐基因的关联分析有重要意义。【前人研究进展】棉花不同生育时期的耐盐能力不同，孙小芳等[5]认为而棉花的萌发期耐盐能力最弱。刘国强等[6]、廖震等[7]研究认为，幼苗阶段和开花结铃阶段对盐分较为敏感,特别是三叶期前的幼苗。目前对棉花萌发期耐盐性的鉴定、评价已有研究，李双男等[2]、徐佳陵等[4]研究了不同盐碱浓度对不同棉花品种种子萌发期的影响。白灯莎等[8]、张国伟等[9]研究认为，150.0 mmol/L NaCl是耐盐鉴定的临界浓度，并用此盐浓度对棉花种子萌发及出苗期的影响进行了研究。【本研究切入点】耐盐鉴定的方法有直接鉴定和间接鉴定两种，直接鉴定分为形态观察法[10]、产量比较法[11]、田间盐池鉴定法[12]。模糊数学隶属函数综合分析陆地棉主要品种资源耐盐性，综合评价国内外陆地棉种质资源萌发期耐盐特性，筛选耐盐碱能力强的资源材料。【拟解决的关键问题】研究采用形态观察法，对国内外收集的188份陆地棉品种资源作为材料，在萌发期测定150.0 mmol/L NaCl胁迫及清水对照的发芽势、发芽率、芽鲜重、茎长等相关指标，通过模糊数学隶属函数法对资源材料耐盐性进行综合性评价。为陆地棉耐盐遗传改良及机理研究提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

材料共计188份，中国三大棉区及辽北特早棉区陆地棉资源材料174份，其中新疆128份、河南11份、山东9份、辽宁5份、湖北4份、江苏3份、四川2份、江西2份、河北2份、陕西3份、湖南2份、甘肃1份、安徽1份、北京1份；国外种质资源材料14份，其中美国9份，苏联3份，哥伦比亚1份，乍得1份。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

萌发期耐盐试验使用双层滤纸卷直立培养[13]。裁剪长宽各20 cm的滤纸2张，把一张滤纸平铺在试验台上，用装有NaCl溶液的喷雾器把滤纸浸湿，放置15粒种子在滤纸顶部向下2 cm处，种子的尖端向下，再放置另一张滤纸，再喷少量的NaCl溶液，把滤纸卷起来呈圆柱形。在长方形的培养盒中加入2 cm的NaCl溶液，把卷好的滤纸竖直放进培养盒中，每个培养盒放入约30个卷好的滤纸。用一根细线把滤纸固定，再用黑色的袋子把滤纸罩住。把培养盒放入温度为28℃，光周期10 h/14 h(L/D)，恒温光照培养箱中保温培养。在第3 d测量种子的发芽势和每粒种子的长度，第7 d测量种子的发芽率、10 d测芽长度、茎鲜重，重复3次。NaCl溶液的处理浓度为0 NaCl(CK)、150.00 mmol/L NaCl。

1.2.2 计算公式

将盐胁迫环境和对照的测定转化相对值进行分析，计算公式[8,14-15]如下：

相对发芽率(%)=处理种子发芽势 /对照种子发芽势×100%。

相对发芽率(%)=处理种子发芽率 /对照种子发芽率×100%。

相对茎长(%)=处理茎长平均株高 /对照茎长平均株高×100%。

相对芽鲜重量(%)=处理茎鲜重 /对照茎鲜重×100%。

1.2.3 陆地棉耐盐性分级标准

计算各指标的耐盐指数，根据彭振等[18]陆地棉种质耐盐性分级标准进行分级。表1

表1 陆地棉种质耐盐性分级标准
Table 1 Classification standard of salt tolerance for upland cotton yarities resources

耐盐级别Salt tolerence level耐盐性Salt tolerence耐盐指数Salt-tolerence index1高耐0.7

1.3 数据处理

棉花的耐盐性受多个指标影响，单个指标并不能客观的评价不同品种的耐盐性，实验采取模糊数学的隶属函数法对棉花进行耐盐性评价。隶属函数法可以把多个指标纳入一个系统进行棉花耐盐性的综合分析，避免单个指标评价品种的问题[9,16-17]。

1.3.1 隶属函数分析法

隶属函数值：Xj=(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin)j=1,2,3……n.

式中，Xij为i品种j指标的测定值，Xmax为该指标的最大值，Xmin为该指标的最小值。利用上述公式求出每个指标的综合隶属函数值。

1.3.2 权重

采用标准差系数法，先计算标准差系数Yj，再计算各指标的权重系数Zj。

1.3.3 综合评价值

式中，D值为棉花综合指标评价得到的耐盐性综合评价值。数据分析采用EXCLE2010软件和SAS9.0软件对田间测试数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 各性状相对值方差

研究表明，150.0 mmoL NaCl胁迫环境下，品种间各性状的相对值存在极显著的差异(P值均小于0.01)，而重复间差异不显著(P值均大于0.05)。盐胁迫环境下，不同种质资源材料的耐盐性差异显著，也反映了187品种资源遗传背景差异较大。表2

表2 各性状相对值的单因素方差
Table 2 One-way analysis of variance on morphologic traits at the seedling stage

性状Trait差异源平方和SS自由度df均方MSF值FP-valueP相对发芽势力RGP品种间(DC)23.2491890.1231.5362.78E-04重复间(DR)0.14020.0700.7370.479相对发芽率RGR品种间(DC)35.2031890.1861.7861.38E-06重复间(DR)0.25620.2562.1020.148相对芽重RFW品种间(DC)41.4071890.2192.7381.64E-10重复间(DR)0.23520.2351.4980.222相对芽长RSL品种间(DC)143.2981890.7582.4011.63E-12重复间(DR)1.43520.7171.5080.222

注：相对发芽势(RGP),相对发芽率(RGR),相对芽重(RFW)，相对芽长(RSL)，品种间(DC)，重复之间(DR)

Note：Relative germination potential (RGP)，Relative germination Rate(RGR)，Relative fresh weight(RFW)，Ralative shoot length(RSL)，Different cultivars(DC)，Different replications(DR)

2.2 不同性状相对值相关性

对发芽势、发芽率、芽鲜重、茎长的相对值进行相关性分析。表明：相对发芽势与相对发芽率、相对芽鲜重存在极显著的正相关，其相关系数分别为为0.497、0.281，与相对芽长存在显著正相关，相关系数为0.167；相对发芽率与相对芽鲜重存在极显著正相关，相关系数为0.504，与相对芽长存在负相关，相关系数为-0.037；相对芽鲜重与相对芽长存在极显著正相关，相关系数为0.216。除相对发芽率与相对芽长存在负相关以外，其它性状相对值之间均存在显著或极显著正相关，作为萌发期耐盐鉴定的分析指标。表3

表3 不同性状相对值相关性
Table 3 Analysis of correlation among relative morphologic traits at the seedling stage

相对发芽势RGP相对发芽率RGR相对芽重RFW相对芽长RSL相对发芽势 RGP10.497∗∗0.281∗∗0.167∗相对发芽率 RGR0.497∗∗10.504∗∗-0.037相对芽重 RFW0.281∗∗0.504∗∗10.216∗∗相对芽长 RSL0.167∗-0.0370.216∗∗1

注：*和**分别表示0.05显著性差异及0.01显著性差异。相对发芽势(RGP),相对发芽率(RGR),相对芽重(RFW)，相对芽长(RSL)

Note：*and**showed the significant level at 5% and l% respectively. Relative germination potential (RGP)，Relative germination Rate(RGR)，Relative fresh weight(RFW)，Ralative shoot length(RSL)

2.3 耐盐性综合评价

采用发芽势、发芽率、茎长、茎鲜重4个指标相对值对棉花的耐盐性进行综合评价。用隶属函数法求出对应的隶属函数值，并计算耐盐性综合评价值D值)。研究表明，不同品种相对发芽势(0.13～1.42)、相对发芽率(0.03～1.47)、相对芽鲜重(0.02～1.75)、相对茎长(0.18～1.05)差异极显著，由耐盐性综合评价值(D值)可知，187份品种资源耐盐性存在差异显著，对盐抗性级别为高耐、耐盐、中耐、敏感的品种资源所占比例分别为0.5%、23.9%、63.8%、11.7%；其中新陆中22耐盐级别为高耐；新陆早1号、新陆早21号、苏棉12号等45份品种资源表现为耐盐，新陆中21号、新陆中54号、辽棉17号等120份品种资源表现为中耐，春矮早、新陆中42号、云151075等22份材料为表现敏感。表4

2.4 耐盐性

研究表明，从中国新疆的品种资源中筛选出1份高耐材料、27份(21.1%)耐盐材料、81份(63.3%)中耐材料和19份(14.8%)敏感材料，与国内其它省份品种资源相比，耐盐材料所占比例较小，中耐材料所占比例相当，而敏感材料所占比例明显较大；与国外品种资源相比，耐盐品种资源所占比例较低相当，中耐品种资源所占比例较小，而敏感材料所占比例也明显较大；中国新疆品种资源总体耐盐性较其他省份及国外差，主要是耐盐材料所占比例相对较小，而敏感材料所占比例较大，这与中国新疆品种资源遗传背景狭窄有关。表5

表5 不同来源品种资源耐盐性
Table 5 The salt tolerance of Cotton varities resources accessions from different origins

高耐盐HST占比PCT耐盐ST占比PCT中耐MST占比PCT敏感SS占比PCT总计Total中国新疆Xinjiang China10.8%2721.1%8163.3%1914.8%128中国其他省份Other cotton-growing areas China00.0%1532.6%2860.9%36.5%46国外Foreign varieties00.0%321.4%1178.6%00.0%14

注：高耐盐(HST)，耐盐(ST)，中耐盐(MST)，敏感(SS),百分比(PCT)

Note：high salt tolerance(HST)，salt tolerance(ST)，moderate salt tolerance(MST)，ssalt Sensitive(SS)，percentage(PCT)

3 讨 论

研究结果显示，除个别材料外，绝大部分品种资源在盐胁迫下萌发期相关指标较对照下降，与白灯莎·买买提艾力[14]、李寒暝[16]等研究基本一致。经综合评价，在188份品种资源中仅1份高耐的材料，23.9%的材料表现为耐盐，63.8%的材料表现为中耐,大部分陆地棉品种资源为中耐，其次为耐盐，敏感材料较少，个别材料为高耐材料，说明陆地棉具有一定的耐盐性，但缺乏耐盐性强的资源材料，这与徐佳陵等[20]研究结果基本一致。新疆棉区的品种资源耐盐材料、中耐材料所占比例较国内其它省份少，这与杨淑萍等[19]研究结果基本一致，说明黄河流域、长江流域及辽宁特早熟棉区的陆地棉品种资源的耐盐遗传背景较新疆材料丰富。此次研究国外材料较少，并未筛选到耐盐材料，大部分材料为中耐、其次为耐盐，没有敏感材料，这说明国外品种资源具有一定的耐盐性，但耐盐性不如国内其它省份资源材料，这与徐佳陵等[4]研究结果一致。

棉花的萌发期耐盐性受多个指标影响，单个指标难以准确的评价棉花的耐盐性，而用隶属函数法就能较为客观的评价棉花的耐盐性，解决了单个指标的评价的片面性[9,14,16]。目前，萌发期选用发芽势、发芽率、鲜质量是国内研究学者常用的鉴定指标[9,17]。研究发现萌发期发芽势、发芽率、芽长、茎鲜重四个指标存在显著正相关，选取这4个指标的耐盐系数作为耐盐综合评价指标进行综合评价，相同材料与徐佳陵等[4]用相对发芽率耐盐指数单一指标评价结果不同，说明单一指标评价与综合指标评价分析，耐盐性结果存在一定差异。白灯莎·买买提艾力[14]、李寒暝[17]等用相对发芽势、相对发芽率、相对盐害率等指标进行耐盐性综合评价分析，张国伟等[9]利用发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和鲜质量的盐害系数进行综合评价分析，与研究相同材料的耐盐性评价结果不同，说明选用不同指标进行综合评价，结果亦不同。

李双男等[2]用NaCl、NaSO4和Na2CO3+NaHCO3三种盐碱胁迫中对6个品种进行了耐盐性鉴定，发现相同浓度中性盐，NaSO4胁迫比NaCl胁迫更严重。由于盐碱土阴阳八大离子之间互作复杂，新疆不同地盐碱离子成分差异较大、加之实验材料较多，因此，采用国内学者普遍采用的150 mmoL NaCl单盐胁迫，鉴定结果并不能代表在盐碱地中棉花的耐盐性。田间盐碱离子浓度变化受多因素影响，单盐胁迫鉴定结果可为大田生产的耐盐性鉴定提供理论参考。

4 结 论

萌发期发芽势、发芽率、芽长、芽鲜重的耐盐系数之间存在显著或极显著正相关，相关系数为0.167～0.504；用发芽势、发芽率、芽长、芽鲜重的耐盐系数隶属函数值进行综合分析，鉴定评价得到1份高耐材料(D值：0.726)、45份耐盐材料(D值：0.501～0.650)、120份中耐材料(D值：0.305～0.498)、22份敏感材料(D值：0.153～0.291)，其中新陆中22号(D值：0.726)、新陆早1号(D值：0.650)、新陆中21号(D值：0.630)等45份耐盐种质材料可作为新疆陆地棉耐盐遗传改良的优异亲本；隶属函数综合评价方法可为棉花耐盐鉴定评价提供理论指导。