42个新疆海岛棉品种萌发期耐盐性评价

赵 康 杨 涛 王红刚 李生梅 庞 博 马尚洁 高文伟

（新疆农业大学农学院/棉花教育部工程研究中心，830052，新疆乌鲁木齐）

土壤盐渍化是农业生态环境恶化的主要问题之一。它不仅直接危害农作物，导致农业减产，而且还会导致土壤退化，严重降低土地利用效率[1]。新疆降水稀少，蒸发量大，更有特殊地质的影响，导致土壤中无机盐聚集、浓度升高，容易发生土壤盐渍化[2]。棉花（Gossypiumspp.）属于锦葵科，是一种具有较好抗旱、耐盐和耐瘠薄能力的作物[3]。而新疆等地区种植棉花有天然优势，能缓解粮棉争地矛盾，保障粮食生产，发挥优势产区产能[4-6]。

种子萌发是种胚从生命活动相对静止恢复到生理活跃状态的生长发育过程，易受外部环境的影响，其中盐碱胁迫是最严重的生态限制因素之一[7]。前人在大豆[8]、小麦[9]、玉米[10]和棉花[11]等作物进行了萌发期盐胁迫处理，用于筛选耐盐性种质资源。季波等[12]对10种牧草种子的研究发现，相对发芽指数和相对活力指数均随着盐胁迫浓度的增大呈不同程度的降幅。叶武威[13]通过对棉花耐盐性的生理遗传研究，确立了0.4%盐量胁迫法作为棉花种质耐盐性鉴定方法。张国伟等[14]发现高强度盐胁迫（150mmol/L）是鉴定棉花耐盐性的适宜盐浓度。

在棉花耐盐鉴定中，模糊隶属函数值法[14]和主成分分析[15]是重要的统计和评价方法，得到广泛的应用。张国伟等[14]利用隶属函数值法进行棉花耐盐性评价，而吴文超等[15]用主成分分析鉴定棉花耐盐性和选择棉花耐盐性指标。也有学者[16]将2种方法进行统一综合性评价，但这种方法在棉花耐盐性评价上鲜有研究。因此，本研究对42份棉花种质进行盐胁迫，测定相对发芽率、相对发芽势、相对发芽指数和相对鲜重4个指标，运用隶属函数值法和主成分分析对海岛棉品种进行萌发期综合评价，筛选耐盐种质，为棉花及耐盐新品种培育提供理论依据和鉴定方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料

42份海岛棉材料由新疆农业大学农学院/棉花教育部工程研究中心提供，分别为新海14、新海13、新海21、新海24、新海25、新海26、新海27、新海28、新海29、新海30、新海31、新海33、新海 34、新海 35、新海 36、新海 32、N9247、塔 07-152、N9107、06-146、军海1号、吐82-5-9、孔雀202、孔雀201、孔雀200、吐75-6、墨-1413、新海5号、巴 238、吐 79-713、吐 77-104、巴 66-284、巴-5507、吐75-238、V9-2、巴州-3021、吐75-193、新海2号、塔海-901、巴州-3244、巴州-3761和吐77-55。

1.2 试验设计

试验于2020年在新疆农业大学农学院进行，参照文献[14]方法，棉种用0.1%HgCl溶液消毒15min后，用蒸馏水冲洗5次，消毒完毕后用蒸馏水浸泡种子至露白。将50粒种子置于铺有一层发芽纸的发芽盒内，并于种子表面铺一层发芽纸。然后滴加150mmol/L的NaCl溶液10mL为胁迫组，正常组滴加蒸馏水10mL，均设置2个重复。人工气候箱设置昼夜温度26℃/18℃，昼夜时长为8h/16h，相对湿度65%，光照强度12 000lx。在种子萌发过程中，每天记录发芽情况，于第7天随机选取5株幼苗，计算发芽率、发芽势和发芽指数，称量鲜重。

1.3 计算公式

参考高春华等[16]和Sikder等[17]分别计算相对发芽率（relative germination rate，RGR）、相对发芽势（relative germination potential，RGP）、相对发芽指数（relative germination index，RGI）、相对鲜重（relative fresh weight，RGW）、发芽率盐害率（salt injury rate of germination rate，SIRGR）、发芽势盐害率（salt injury rate of germination potential，SIRGP）、发芽指数盐害率（salt injury rate of germination index，SIRGI）和鲜重盐害率（salt injury rate of fresh weight，SIRFW），计算公式如下：

1.4 数据处理

利用SPSS 20.0软件分析数据，通过计算得到每个指标相对值，再利用隶属函数法[18-19]进行标准化处理，公式为：

式中，Xi表示第i个指标值；Xmin和Xmax分别表示第i个指标的最小值和最大值，获取每个盐浓度下每份供试材料各测定指标的隶属函数值。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对海岛棉萌发期各指标的影响

由表1可知，在盐胁迫下，42份海岛棉资源的RGR、RGP、RGI和RFW均有所下降，但降低幅度不同，均值为30.19%～50.83%，变异系数为41.70%～66.30%。其中吐82-5-9的RGR、RGP和RFW均最大；新海36的RGR、RGP和RGI均最小。

表1 海岛棉萌发期各指标耐盐系数Table 1 Salt tolerance coefficient of each index during the germination period of sea-island cotton

在盐胁迫下，海岛棉盐害率指标表现出不同的变化幅度。盐害率指标的均值为49.17%～69.81%，变异系数为26.67%～46.72%。

2.2 海岛棉各耐盐指标相关性分析

海岛棉盐胁迫下各指标相关性（表2）表明。RGR、RGP、RGI和RFW间均呈极显著正相关；盐害率指标间呈极显著性正相关；其中RGI与RGR和RGP呈极显著正相关，相关系数最高，分别为0.914和0.910；RGR、RGP、RGI和RFW与各自的盐害率均呈极显著负相关（R=-1.000）。

表2 盐胁迫下棉花各指标的相关性分析Table 2 Correlation analysis of cotton indexes under salt stress

2.3 海岛棉各性状指标的频率分布

由图1可知，42份海岛棉种质资源的RGR的分布比较集中，主要分布在20%～90%，≥50%的品种有22个。RGP分布比较集中，主要分布在0%～70%，≥50%的品种有7个。RGI分布比较集中，主要分布在10%～60%，≥50%的品种有7个。RFW分布比较分散，主要分布在20%～40%、60%～80%和100%，≥50%的品种有14个。

图1 不同海岛棉品种相对耐盐指数频率的分布图Fig.1 Frequency distribution of relative salt tolerance indexes of different sea-island cotton varieties

SIRGR分布比较分散（图2），主要分布在10%、30%～70%。SIRGP分布比较集中主要分布在30%～100%。SIRGI的分布比较集中，主要分布在30%～90%。鲜重盐害率的分布比较分散，主要分布在10%～40%和60%～80%。

图2 不同海岛棉品种盐害率频率分布图Fig.2 Frequency distribution of salt damage rates of different sea-island cotton varieties

2.4 盐胁迫下海岛棉各指标主成分分析

根据主成分分析选取2个主成分（表3）。第Ⅰ主成分贡献率为74.91%，第Ⅱ主成分贡献率为17.63%，2个主成分累计贡献率为92.54%，能有效地反映数据变化的倾向，满足主成分分析的必要条件。

表3 2个主成分的特征根值及贡献率Table 3 Eigenvalues and contribution rates of two principal components

2个主成分与载荷矩阵反映出它们之间的相关性（表4）。第Ⅰ主成分与RGR、RGP、RGI和RFW呈极显著或显著正相关，相关系数分别为0.908、0.911、0.978和0.621；与盐害率呈极显著或显著负相关性，相关系数分别为0.908、0.911、0.978和0.621。因此第Ⅰ主成分主要反映海岛棉萌发和干物质积累因子。第Ⅱ主成分与RFW呈显著正相关，相关系数为0.783；与SIRFW呈显著负相关，相关系数为0.783，主要反映含水量，因此可称为海岛棉含水量因子。

表4 各因子载荷矩阵Table 4 Load matrix of each factor

2.5 利用主成分综合得分评价海岛棉耐盐性

根据主成分得分矩阵（表5），获得第Ⅰ主成分的计算公式F1=0.151X1+0.152X2+0.163X3+0.104X4-0.151X5-0.152X6-0.163X7-0.104X8，第Ⅱ主成分的计算公式F2=-0.139X1-0.109X2-0.122X3+0.555X4+0.139X5+0.109X6+0.122X7-0.555X8。

表5 成份得分系统矩阵Table 5 Component score system matrix

主成分的综合得分值（F）=0.7491F1+0.1763F2。根据主成分得分计算公式依次计算出海岛棉各品种的F值，并进行排序。由表6可知，耐盐性最好的品种为吐82-5-9，军海1号次之，塔07-152的耐盐性最差。

表6 海岛棉各品种耐盐性主成分得分值和排序Table 6 Score and order of main components of salt tolerance of sea-island cotton varieties

2.6 利用模糊隶属函数均值评价海岛棉耐盐性

42个海岛棉种质8个耐盐指标的隶属函数值如表7所示。隶属值越高，品种的耐盐性越强，计算隶属函数均值，确定了各品种的耐盐性及综合排序。吐82-5-9的隶属函数均值最高，军海1号次之，新海36的隶属函数均值最低，耐盐性最差。

表7 海岛棉各品种耐盐性指标的隶属函数均值Table 7 membership function mean of salt tolerance indexes of sea-island cotton varieties

2.7 不同海岛棉品种耐盐性的综合性评价及聚类分析

由图3可知，主成分综合得分值和模糊隶属函数均值呈极显著正相关（R2=0.9719，P＜0.01），因此2种方法结合评价海岛棉耐盐性是可行和统一的。通过将主成分综合得分值和模糊隶属函数均值进行数据标准化，并求平均值，获得综合评价值及其排序（表8）。由表8可知，耐盐性综合评价值最高的是吐82-5-9，其次是军海1号，与主成分分析和隶属函数分析结果一致，进一步说明综合性评价是可行的。

表8 海岛棉品种耐盐的综合评价值及排序Table 8 Comprehensive evaluation value and ranking of salt tolerance of sea-island cotton varieties

图3 不同海岛棉品种隶属函数均值和F值的相关性分析Fig.3 Correlation analysis of membership function mean values and F-values of different sea-island cotton varieties

根据2种方法结合的综合评价值进行聚类分析，将42个海岛棉种质划分为4类（图4）。第Ⅰ类高耐盐品种，为吐82-5-9；第Ⅱ类耐盐品种，分别为军海1号、新海30、新海31、吐77-55和新海35；第Ⅲ类弱耐盐品种，分别为新海21、吐75-238、V9-2、新海26、孔雀202、新海5号、巴238、吐77-104、巴州-324、新海25、新海24、新海27、N9247、新海33、孔雀201、新海32、吐75-193、吐75-6和墨-1413；第Ⅳ类盐敏感品种，分别为新海36、塔07-152、新海34、巴66-284、巴-5507、新海2号、新海14、新海28、新海29、孔雀200、塔海901、N9107、巴州-302、06-146、巴州-376、新海13和吐79-713。

图4 42个海岛棉品种聚类图Fig.4 Cluster diagram of 42 sea-island cotton varieties

3 讨论

本研究以新疆自育的42个海岛棉种质为试验材料，进行萌发期海岛棉耐盐性鉴定。结果表明，在盐胁迫下RGR、RGP、RGI和RFW均受到不同程度的抑制，这与杨涛等[11]和苏秀娟等[20]的研究结果一致。本研究表明，在盐胁迫下棉花的耐盐性指标和鲜重盐害率间均呈极显著负相关。

不同海岛棉种质的各耐盐指标频率分布不均，RGR、RGP、RGI和RFW≥50%的品种数分别为22、7、7和14，表明盐胁迫对发芽势的影响大于发芽率，与前人[21]研究一致。此外，本研究发现盐胁迫对发芽指数的影响大于鲜重。发芽势和发芽指数应作为海岛棉耐盐性的首要指标。

本研究中，主成分对应较大的特征因子是RGR、RGP、RGI和RFW，这与王宁等[22]研究结果一致。同时表明这4个指标应作为棉花萌发期耐盐性指标。多种分析方法综合评价能有效弥补单一指标造成评价片面的缺陷[23]。部分学者[14]用隶属函数法评价棉花耐盐性，但忽略了不同指标的权重。主成分分析作为基础的数学分析方法，是一种常用的多变量分析方法[24]。吴文超等[15]用此方法评价棉花耐盐性，但当主成分的因子符号有正有负时，反映原始变量意义不明确。本研究通过这2种方法比较了海岛棉种质的耐盐性，并发现二者之间呈极显著正相关（R2=0.9719，P＜0.01），与前人[16]研究结果一致。本研究认为，吐82-5-9为高耐盐品种，这与部分学者[21,25]评价结果不一致，可能是前人研究材料较多，分布范围较广有关。

4 结论

通过对42份海岛棉种质进行萌发期耐盐性胁迫，表明在盐胁迫下各海岛棉的发芽率、发芽势、发芽指数和鲜重均受到不同程度的抑制；盐胁迫对相对发芽势的影响大于相对发芽率，对相对发芽指数的影响大于相对鲜重；确定相对发芽率、相对发芽势、相对发芽指数和相对鲜重可以作为海岛棉萌发期耐盐性指标。

海岛棉萌发期各指标主成分分析和隶属函数值法存在相关性，通过二者的综合评价值，将42份海岛棉种质聚成4类，第Ⅰ类包括1个高耐盐品种吐82-5-9，第Ⅱ类包括5个中耐盐品种，分别为军海1号、新海30和新海31等，第Ⅲ类包括19个弱耐盐品种，分别为新海21、吐75-238和V9-2等，第Ⅳ类包括17个盐敏感品种，分别为新海36、塔07-152和新海34等。