盐胁迫对海岛棉种子活力的影响

苏秀娟，徐海江，邓晓娟，龚林涛

(1.新疆农业大学农学院/新疆农业大学生物技术重点实验室，乌鲁木齐 830052；2.新疆农业科学院经济作物研究所，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】土壤盐碱化严重限制农业生产[1]。盐碱土是盐土、碱土和各种盐化、碱化土壤的总称。我国盐渍化土壤面积约为3.69×107hm2，占现有耕地的25%，主要分布于土壤蒸发量大，降水量稀少的干旱、半干旱地区和滨海地区[2]。新疆地处亚洲大陆腹地，远离海洋，属于典型的干旱半干旱地区，年平均降水量约为150 mm左右，现有耕地中已有31.1%的面积受到盐碱危害[3]。棉花属于短日照双子叶植物，是盐碱地的主要作物。海岛棉(GossypiumbarbadenseL.)又称长绒棉，虽产量比陆地棉低，但棉纤维品质较好，是纺制高档和特种棉纺织品的主要原料。新疆独特的气候资源条件，是我国唯一的海岛棉种植区，研究新疆地区的海岛棉耐盐特性对选育出更适合盐碱地生长的海岛棉品种具有实际意义。【前人研究进展】棉花较耐盐，一般耐盐性为海岛棉>陆地棉>亚洲棉[4]。棉花在不同生育阶段耐盐性能力不同，对盐胁迫最敏感时期是萌发出苗期和进行耐盐性鉴定的最佳时期，也是进行耐盐性鉴定的最佳时期，随着生育期延长，棉花耐盐性逐步提高[5]。盐胁迫影响棉花植株生理生化代谢等[6]，盐浓度过高会造成细胞脱水、细胞内膨压下降[7]，还可降低细胞呼吸速率，抑制细胞分裂增殖[8]。【本研究切入点】种子活力反映在种子发芽率、田间成苗率、种子发育、种子质量等多项指标变化[9]。种子活力与种子耐盐性密切相关[10]。高活力种子发芽早、对不良环境的抵抗力强，具有显著生长优势和生产潜力；低活力种子可以在适宜的条件下发芽，但是发芽迟，在不良环境条件下出苗不整齐，甚至没有出苗[11]。高活力种子的发芽势、发芽率等多项指标均大于低活力种子，盐浓度为0.8%时的棉花芽长及芽重是研究棉花耐盐性的最佳选择[12]。可以把盐胁迫下的发芽势、发芽率、芽长、芽重作为种子活力的测定指标。【拟解决的关键问题】选择35份海岛棉种子作为材料，配置150 mmol/L NaCl溶液，在发芽盒内模拟盐胁迫条件。在28℃恒温条件下培养，对35份海岛棉种子测量的发芽势、发芽率、根长、下胚轴长、鲜重、干重进行统计和聚类分析，研究不同基因型海岛棉萌发期的耐盐特性，分析盐胁迫下海岛棉种子活力指标的变化规律，为高活力的海岛棉耐盐品种的选育和盐碱地的有效开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

共选用35份不同品种的海岛棉材料，由新疆农业大学农学院提供。表1

表1 海岛棉材料

1.2 方 法

1.2.1 溶液配置

配置95%的酒精200 mL用做镊子消毒，倒入广口瓶中，盖好瓶盖。配置75%的酒精每次800 mL用以洗种子。称取8.77 g NaCl，倒入1 L蒸馏水，配置成150 mmol/L的NaCl溶液，倒入2个锥形瓶中，覆上封口膜，放入高压蒸汽灭菌锅中101 kPa，121℃，20 min灭菌后，倒入丝口瓶中储存。

1.2.2 种子消毒

选择100粒粒大、饱满、脱绒干净的种子。将100粒种子分为两组，每组50粒，使用自来水冲洗1 min后，放入灭菌的培养瓶中，并做好标记。在超净工作台内，用75%酒精洗种子3次，每次分别摇荡3、4、5 min，再用灭菌的蒸馏水清洗1次，放于28℃的恒温培养箱中，倒入30%的过氧化氢溶液浸泡4 h。弃去双氧水溶液，在超净工作台中使用蒸馏水清洗3次，每次1 min，确保残余双氧水去除干净，使用蒸馏水浸泡16 h。

1.2.3 发芽试验

双层滤纸培养[13]：在发芽盒内铺入2张滤纸，倒入8 mL灭菌的150 mmol/L 的NaCl溶液；对照则加蒸馏水。取20粒露白的种子，发芽孔朝下按照4×5排列在滤纸上，在种子上方再铺入一层滤纸，倒入4 mL灭菌的150 mmol/L NaCl溶液；对照则加蒸馏水，盖上发芽盒。在发芽盒上做标注。每处理重复3次。将发芽盒放入28℃、相对湿度80%的恒温培养箱中培养，分别于4、7 d统计发芽势、发芽率。

1.2.4 测定指标

试验以发芽势、发芽率、下胚轴长、根长、鲜重、干重等6项指标为种子活力的测定指标，主要包括发芽能力和幼苗形态指标2项，室内鉴定参考张国伟等[14]方法。

发芽试验结束后，每个处理的3次重复中分别随机抽取小幼苗10株，测定其下胚轴长(cm，萌发孔到下胚轴的长度)、根长(cm，下胚轴到根尖的长度)、鲜质量(g)[15]及干重(g：在鼓风干燥箱干燥至恒重时的重量)。

1.3 数据处理

采用Excel软件进行数据整理，使用SPSS 21.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫下海岛棉种子活力指标多样性

研究表明，当NaCl溶液浓度为150 mmol/L时，下胚轴长的变异系数最高，在该盐浓度时下胚轴长的变化范围比较大，且性状极不稳定，受盐胁迫的影响大；干重变异系数最小，该性状表现比较集中，受盐胁迫的影响较小；盐胁迫对6个活力指标的影响程度为下胚轴长>根长>发芽势>发芽率>鲜重>干重。表2

表2 盐胁迫下海岛棉种子多样性

2.2 盐胁迫对海岛棉种子各项活力指标的影响

研究表明，当NaCl溶液浓度为150 mmol/L时，对发芽势、发芽率、根长、下胚轴长、鲜重、干重6项活力指标均有影响。其中发芽势、发芽率、根长、下胚轴长、鲜重5项指标最大值、最小值、平均数均低于对照，干重的最大值、最小值、平均值则高于对照。盐胁迫对海岛棉有双重作用，对海岛棉种子发芽势、发芽率、根长、下胚轴长、鲜重有抑制作用，对干重则有促进作用。表3

表3 海岛棉种子盐胁迫与对照活力指标对比

2.2.1 盐胁迫对海岛棉种子发芽势的影响

研究表明，当NaCl溶液浓度为150 mmol/L时，35个海岛棉品种的发芽势整体低于对照。而N9、N13、N22、N24、N34、农科2、农科28、农科36、农科41、农科51共10个品种在盐胁迫下发芽势小幅度高于对照，在NaCl溶液浓度为150 mmol/L时的盐胁迫促进了这10个品种的种子发芽势。以发芽势的平均值对棉花耐盐性排序为农科51>N9>农科41>农科1>农科22=N13>农科36>N24>N34>农科28。耐盐性较好的品种为N9、N13、N22、N24、N34、农科2、农科28、农科36、农科41、农科51。图1

图1 盐胁迫下海岛棉种子发芽势变化

2.2.2 盐胁迫对海岛棉种子发芽率的影响

研究表明，当NaCl溶液浓度为150 mmol/L时，35个海岛棉品种的发芽率整体低于对照，而N15、N26、N27、N35、农科2、农科8、农科36、农科51共8个品种发芽势高于对照，在盐胁迫下发芽势小幅度高于对照，在NaCl溶液浓度为150 mmol/L时的盐胁迫促进了这8个品种的种子发芽率；N2、N21、N22、N34、N40、农科28、农科41、农科54共8个品种发芽率不受盐胁迫影响。以发芽率的平均值对棉花耐盐性排序为N15>N27> N35>农科2>农科51>N26>农科36>农科8。耐盐性较好的品种为N15、N26、N27、N35、农科2、农科8、农科36、农科51。图2

图2 盐胁迫下海岛棉种子发芽率变化

2.2.3 盐胁迫对海岛棉种子根长的影响

研究表明，当NaCl溶液浓度为150 mmol/L时，35个海岛棉品种的根长整体低于对照。而N22、N342个品种种子在盐胁迫下根长小幅度高于对照，在NaCl溶液浓度为150 mmol/L时的盐胁迫促进了这2个品种的种子的根长生长。以根长的平均值对棉花耐盐性排序为N22>N34>农科28>农科30>N27(受影响程度10%以内)。耐盐性较好的品种为N22、N34。图3

图3 盐胁迫下海岛棉种子根长变化

2.2.4 盐胁迫对海岛棉种子下胚轴长的影响

研究表明，当NaCl溶液浓度为150 mmol/L时，35个海岛棉品种的下胚轴长整体低于对照。而农科34种子在盐胁迫下海岛棉种子下胚轴长不受盐胁迫影响。以下胚轴长的平均值对棉花耐盐性排序为农科34>N13>农科36>农科41(受影响程度15%以内)。耐盐性较好的品种为农科34。图4

图4 盐胁迫下海岛棉种子下胚轴长变化

2.2.5 盐胁迫对海岛棉种苗鲜重的影响

研究表明，当NaCl溶液浓度为150 mmol/L时，35个海岛棉品种的根长整体低于对照。农科27盐胁迫下海岛棉种子鲜重不受盐胁迫影响。以鲜重的平均值对棉花耐盐性排序为农科3>农科30>N24>N13(影响程度10%以内)。耐盐性较好的品种为农科27。图5

图5 盐胁迫下海岛棉种子鲜重变化

2.2.6 盐胁迫对海岛棉种苗干重的影响

研究表明，当NaCl溶液浓度为150 mmol/L时，35个海岛棉品种的根长整体高于对照。而N5、N7、N21、N22、N26、N27、农科2、农科3、农科34、农科45、农科51、农科A4共12个品种的种子在盐胁迫下干重低于对照，说明在NaCl溶液浓度为150 mmol/L时的盐胁迫抑制了这12个品种的种子干重，对其他品种的种子干重则有促进作用。以干重的平均值对棉花耐盐性排序为农科30>N34>农科52>N9=N13>农科27。耐盐性较好的品种为N9、N13、N34、农科27、农科30、农科52。图6

图6 盐胁迫下海岛棉种子干重变化

2.3 盐胁迫下海岛棉种子活力指标聚类分析

研究表明，在距离为10处将35份海岛棉材料分为3类。

第Ⅰ类包括19份材料，分别为N2、N7、N9、N13、N22、N23、N24、N27、N34、N38、农科2、农科8、农科A4、农科28、农科36、农科41、农科45、农科51、农科54。该类含有大部分海岛棉品种。发芽势、发芽率、根长和干重这4个性状在3类中平均值最大，除根长性状外，其他3个性状的变异系数值居3类中的中间水平；鲜重平均值居3类中中间，但其变异系数为3类中最小，该性状受盐胁迫的影响最小，性状比较集中。该类属于3类中耐盐性最高，可以为耐盐性品种的选育提供种质资源材料。

第Ⅱ类包括12份材料，分别为N5、N15、N23、N26、N31、N35、N40、农科1、农科30、农科34、农科52、农科57。其中发芽率和根长性状平均值处于中间水平，但其变异系数值最小，该性状受盐胁迫的影响最小，性状变化幅度较小；鲜重和下胚轴常平均数最大，但其变异系数也最大，这2个性状受盐胁迫影响最大，比较不稳定。该类属于中度耐盐水平。

第Ⅲ类包括N3、农科3、农科27、农科33共4份材料。该类中各性状平均值是3类中最小，其中下胚轴常、鲜重和干重这3个指标的变异系数最小，这3个性状受影响较小，但整体耐盐性较差。表4，图7

表4 盐胁迫下海岛棉6项活力指标聚类

图7 盐胁迫下35份海岛棉6项活力指标聚类

3 讨 论

新疆南北疆棉区均遭受不同程度的盐渍化，由于新疆地处内陆盆地，盐碱地具有面积大、类型多、积盐重、形成复杂等特点，各类盐渍化土地面积约为 11 × 104km2，北疆以硫酸盐或硫酸盐+氯化物为主，南疆以氯化物+硫酸盐为主[16]。棉花虽然是盐碱地的先锋作物，但其耐盐能力十分有限，且各生育阶段的耐盐能力不同[17-18]。

土壤中盐(NaCl)的过量积累可导致各种农作物减产，以150 mmol/L(即盐浓度为0.8%)为盐胁迫指标研究盐胁迫下海岛棉种子活力的影响[12]。文卿琳等[19]研究显示棉花种子萌发、出苗和幼苗阶段是对盐胁迫比较敏感的时期，也是对棉花品种进行耐盐性筛选的关键时期。当NaCl浓度≤25 mmol/L时，盐胁迫对棉花种子发芽影响较小或无影响，而高浓度的NaCl(≥50 mmol/L)则表现出强烈的抑制作用；且无论盐浓度高低，都对海岛棉的幼苗生长产生抑制作用，当NaCl浓度≥125 mmol/L时，幼苗根、叶、茎、根冠比和总干重均显著低于对照。杨淑萍等[20]研究不同基因型海岛棉在盐胁迫条件下幼苗生长情况，该条件下对海岛棉幼苗鲜重的影响大于干重，对于茎叶的影响大于根系，与试验结论一致。阿曼古丽等[21]研究了0.6% NaCl盐胁迫对海岛棉幼苗生长的影响，研究发现该盐浓度对于海岛棉出苗影响较小，但是对于幼苗株高、鲜重、干重和植株含水量影响较大。王桂峰等[22]对5个陆地棉品种进行室内和大田试验耐盐性鉴定与筛选试验，结果显示，低盐浓度对于棉花种子发芽影响较小，高盐浓度下(150和200 mmol/L)的发芽势、发芽率能准确的反映棉花苗期的耐盐性强弱。室内外2种试验说明轻度盐碱条件下品种间差异不大，重度盐碱条件下品种间抗盐性差异明显。严青青等[23]对4份海岛棉材料进行盐碱胁迫处理，研究显示高盐环境抑制了棉种发芽及幼苗的正常生长，并进一步探究了该试验条件下，海岛棉幼苗正常生长的极限盐浓度值为240 mmol/L。试验结果显示，在150 mmol/L盐胁迫下对下胚轴长影响最大，与张子晗等[24]结果一致，可能是因为海岛棉种子在盐胁迫下为保证其吸水能力正常，将资源用于维持幼根结构而抑制了胚轴的生长。而对鲜重干重影响则小，这与侯林涛等[25]结果一致，可能是由于外界环境盐浓度高而影响了幼苗对水分的吸收，导致植株叶鲜重有所下降。

研究结果可知[22]，不同棉花品种在不同发育时期的生理特性各异，如有些品种苗期长势弱，但中后期长势强，仅由苗期鉴定结果容易得出片面的结论。耐盐品种的选育不仅需要室内苗期鉴定，还需要结合全生育期的调查数据以及产量来综合评价。

4 结 论

盐胁迫条件下，海岛棉种子各指标受影响程度不同，其中下胚轴受影响程度最大，苗干重受影响最小；与对照样本比较，其中发芽势、发芽率、根长、下胚轴长、苗鲜重5项指标最大值、最小值、平均数均低于对照，苗干重的最大值、最小值、平均值则高于对照。35份海岛棉种子分为3类：第Ⅰ类属于高耐盐品种，第Ⅱ类属于中等耐盐品种，第Ⅲ类属于低耐盐品种。