高利英 鄧永勝 王曉歌 孔凡金 申貴芳 王宗文 段冰 王景會(huì) 徐東東 韓宗福

關(guān)鍵詞：棉花；種子萌發(fā)；干旱脅迫；相對(duì)指標(biāo)；耐旱性評(píng)價(jià)；模糊隸屬函數(shù)

干旱是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育及作物產(chǎn)量的主要逆境因素之一。近年來(lái)，全球氣候異常波動(dòng)，旱情發(fā)生頻率加劇，導(dǎo)致作物減產(chǎn)，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。棉花屬于較耐旱作物，植棉區(qū)多是干旱或半干旱地區(qū)，春季播種時(shí)土壤干旱現(xiàn)象異常突出。種子萌發(fā)期作為棉花生命周期初始及幼苗成長(zhǎng)的關(guān)鍵階段，對(duì)干旱脅迫極其敏感，是鑒定棉花耐旱能力的重要時(shí)期。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和勞動(dòng)力成本上升，棉花生產(chǎn)方式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)檩p簡(jiǎn)化種植，一播苗全、苗壯是實(shí)現(xiàn)輕簡(jiǎn)化種植的重要內(nèi)容之一，也是實(shí)現(xiàn)棉花高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)，因此提高棉種萌發(fā)期抗旱能力對(duì)棉花生產(chǎn)具有重要意義。研究表明，種子萌發(fā)起始于吸脹吸水，以胚的生長(zhǎng)為基礎(chǔ)，此階段對(duì)水分脅迫尤其敏感，缺水會(huì)對(duì)胚的發(fā)育造成損傷，影響種子正常萌發(fā)，導(dǎo)致出苗不全出苗晚，甚至不能萌發(fā)，給生產(chǎn)帶來(lái)巨大損失。因此，除發(fā)展節(jié)水灌溉、節(jié)水栽培等措施外，篩選及培育萌發(fā)期耐旱品種也是棉花生產(chǎn)節(jié)本增效的重要途徑之一。

目前，已在大豆、玉米、冬小麥、豌豆等作物開(kāi)展廣泛的萌發(fā)期抗旱鑒定工作并篩選到一批耐旱材料。關(guān)于棉花種子萌發(fā)期抗旱研究，前人也做了許多工作：王俊娟等研究表明，15%PEG-6000溶液脅迫下41份陸地棉種質(zhì)種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率的變異系數(shù)大大增加；孫瑤等利用PEG-6000溶液模擬干旱脅迫進(jìn)行棉花芽期的抗旱性篩選鑒定，表明大部分受試材料發(fā)芽率、下胚軸長(zhǎng)度、種子吸水速率低于對(duì)照，且相對(duì)值兩兩之間呈極顯著正相關(guān)：李亞猛使用不同濃度PEG-6000溶液對(duì)69份陸地棉野生種系材料進(jìn)行萌發(fā)期耐旱性鑒定，表明隨著其濃度升高，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)與對(duì)照相比逐漸降低。目前報(bào)道的種子萌發(fā)期耐旱性鑒定大多采用濾紙萌發(fā)法，該方法輕便、快捷、易操作，但需要經(jīng)過(guò)消毒、沖洗等環(huán)節(jié)以防種子霉變，且該方法忽略了種子萌發(fā)時(shí)復(fù)雜的田間環(huán)境，難以真實(shí)反映品種萌發(fā)期在大田環(huán)境下的耐旱能力。而砂培萌發(fā)法無(wú)需消毒，浸泡后直接播種，能模擬大田播種環(huán)境，更真實(shí)反映品種在田間的耐旱萌發(fā)能力。

本試驗(yàn)選擇45個(gè)黃淮棉區(qū)不同時(shí)期的代表性棉花品種為材料，采用砂培萌發(fā)法對(duì)其進(jìn)行種子萌發(fā)期耐旱性鑒定試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)定不同萌發(fā)指標(biāo)并采用模糊隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)耐旱能力，旨在為抗旱種質(zhì)資源篩選與抗旱棉花新品種選育提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

參試45個(gè)棉花品種（表1），為黃淮棉區(qū)不同時(shí)期的代表性品種，均在過(guò)去或當(dāng)前生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用或者有重要影響。這些品種時(shí)空跨度較廣，既有建國(guó)初期從國(guó)外引進(jìn)的品種，也有從中系統(tǒng)選育或通過(guò)有性雜交而育成的品種，更有當(dāng)前國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉主栽品種。試驗(yàn)材料于2020年在海南三亞南濱農(nóng)場(chǎng)自交繁殖，統(tǒng)一管理、采收，并選收棉株中部自交鈴作為本次試驗(yàn)用種，保證試驗(yàn)材料的相對(duì)一致性。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1PEG-6000溶液適宜濃度的確定

為選擇適宜的PEG-6000溶液濃度模擬干旱，試驗(yàn)以發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)3個(gè)萌發(fā)指標(biāo)為依據(jù)，設(shè)置10%、15%、20%、25%共4個(gè)濃度梯度對(duì)6個(gè)棉花品種進(jìn)行初步篩選，以等量清水處理為對(duì)照。挑選顆粒飽滿、無(wú)損傷、大小基本一致的種子為試驗(yàn)對(duì)象。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)（即一個(gè)發(fā)芽盒）50粒種子。采用砂培萌發(fā)法：在每個(gè)發(fā)芽盒內(nèi)裝相同質(zhì)量的濕砂，將種子整齊擺放在砂床上，加蓋相同質(zhì)量濕砂，將發(fā)芽盒置于光照培養(yǎng)箱（光照16h，溫度25℃；黑夜8h，溫度18℃）中培養(yǎng)。以幼芽鉆出砂面、長(zhǎng)度大于種子長(zhǎng)度且無(wú)病害為正常萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，于第4天開(kāi)始逐日統(tǒng)計(jì)萌發(fā)情況直至第12天。第12天洗苗后測(cè)量幼苗長(zhǎng)度，120℃殺青20min后80℃烘干至恒重，稱(chēng)量全苗干物質(zhì)重。

1.2.2萌發(fā)期耐旱鑒定采用適宜濃度的PEG-6000溶液模擬干旱脅迫環(huán)境，對(duì)45個(gè)棉花品種進(jìn)行萌發(fā)期耐旱鑒定。試驗(yàn)方法與1.2.1相同。

1.3測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1種子萌發(fā)與植株生長(zhǎng)

測(cè)定發(fā)芽勢(shì)（GE）、發(fā)芽率（GR）、發(fā)芽指數(shù)（GI）、幼苗長(zhǎng)度（SL）、單株干重（DW）共5個(gè)指標(biāo)。具體計(jì)算公式[20]如下：

指標(biāo)相對(duì)值的計(jì)算參考文獻(xiàn)[21]的方法，以處理值與對(duì)照值比率的百分?jǐn)?shù)表示。

1.3.2種子耐旱萌發(fā)能力綜合評(píng)價(jià)采用模糊隸屬函數(shù)法．將每個(gè)品種各萌發(fā)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值累加后取平均作為耐旱評(píng)價(jià)值。公式如下：

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel整理數(shù)據(jù)，用SPSS22.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.1PEG-6000適宜濃度篩選

不同濃度PEG-6000溶液對(duì)6個(gè)棉花品種萌發(fā)期的脅迫結(jié)果（表2）顯示，PEG-6000濃度在20%及以下時(shí)種子可萌發(fā)出苗，濃度為25%時(shí)無(wú)種子萌發(fā)。說(shuō)明棉花種子可以耐受0～20%的PEG-6000溶液并萌發(fā)，超過(guò)該濃度種子萌發(fā)受到嚴(yán)重抑制，不能萌發(fā)。

PEG-6000溶液濃度為20%時(shí)，6個(gè)品種的發(fā)芽勢(shì)均為零．發(fā)芽率最高僅為24.67%，發(fā)芽指數(shù)最高僅為1.96，整體上發(fā)芽率低、發(fā)芽緩慢，與CK相比，種子萌發(fā)受到顯著抑制，失去生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值。PEG-6000溶液濃度為15%時(shí)，6個(gè)品種萌發(fā)指標(biāo)與CK相比均下降，其中發(fā)芽勢(shì)差異達(dá)顯著水平，發(fā)芽率除魯棉2632、魯棉691外也均達(dá)顯著差異水平。PEG-6000溶液濃度為10%時(shí)，各品種3個(gè)萌發(fā)指標(biāo)大多高于CK，說(shuō)明該濃度溶液可促進(jìn)棉花種子萌發(fā)。綜合上述分析并結(jié)合田又升等的研究結(jié)果，選用15%PEG-6000溶液對(duì)45個(gè)棉花品種進(jìn)行萌發(fā)期耐旱性評(píng)價(jià)。

2.2干旱脅迫對(duì)45個(gè)棉花品種萌發(fā)的影響

采用15%PEG-6000濃度溶液對(duì)45個(gè)棉花品種進(jìn)行模擬干旱脅迫，由結(jié)果（表3）可見(jiàn)，干旱脅迫下，多數(shù)品種的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、單株干重、幼苗長(zhǎng)度受到抑制，且抑制程度存在顯著差異。

無(wú)脅迫（CK）條件下，發(fā)芽勢(shì)最高的為魯棉238，達(dá)97.33%，其次為魯棉9號(hào)，為94.00%；中棉所12號(hào)發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)均為第1位，分別為98.67%、12.18；單株干重與幼苗長(zhǎng)度居首位者分別為冀668（0.120g）、魯棉258（11.33cm）。

干旱脅迫下，冀無(wú)252、魯棉6號(hào)的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)分別列居第1位與第2位，其值分別為91.33%、97.33%、11.98與86.67%、93.33070、11.43，表現(xiàn)出較強(qiáng)抗旱優(yōu)勢(shì)；而魯棉238發(fā)芽勢(shì)下降至第9位（65.00%），魯棉9號(hào)發(fā)芽勢(shì)降至20位（53.33%），降幅顯著；中棉所12號(hào)發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)分別降至第10位（88.00%）和13位（9.93），萌發(fā)表現(xiàn)受影響較大，抗旱優(yōu)勢(shì)不顯著；單株干重躍居首位的是魯棉3號(hào)（0.076g），冀668僅排名第7位（0.058g）；幼苗長(zhǎng)度方面，魯棉261為5.08cm，居第1位，而魯棉258（4.34cm）排名第5位，耐旱萌發(fā)表現(xiàn)尚可。表明干旱脅迫下各萌發(fā)性狀受到的抑制程度不同，各品種間耐旱萌發(fā)能力存在差異。

2.3干旱脅迫下各品種相對(duì)萌發(fā)指標(biāo)的差異

與CK相比，干旱脅迫下多數(shù)品種的相對(duì)萌發(fā)指標(biāo)呈下降趨勢(shì)，但降幅存在較大差異，僅個(gè)別品種的某一個(gè)或幾個(gè)指標(biāo)表現(xiàn)為上升（表4）。冀無(wú)252、魯棉6號(hào)的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)均高于CK，居前2位，說(shuō)明這兩個(gè)品種在干旱逆境下?lián)碛邢鄬?duì)出苗快、齊、全的優(yōu)勢(shì)。魯棉2632相對(duì)發(fā)芽率高于CK，為100.71%，居第3位，而且其相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)也屬于高值組，分別為93.18%、99.04%，居第4位與第3位，說(shuō)明該品種在干旱脅迫下具有較強(qiáng)抗逆能力。相對(duì)單株干重方面，魯棉3號(hào)居首位，為104.11%，魯棉301次之，為89.66%．說(shuō)明這兩個(gè)品種在干物質(zhì)積累方面能較好地應(yīng)對(duì)干旱脅迫，從而表現(xiàn)出較強(qiáng)抗旱能力。相對(duì)幼苗長(zhǎng)度方面，15%PEG-6000溶液極大抑制幼苗伸長(zhǎng)，最大相對(duì)幼苗長(zhǎng)度僅為60.63%（魯棉1號(hào)），最小為29.67%（魯棉12號(hào)）。

2.4干旱脅迫下棉花萌發(fā)鑒定指標(biāo)間的相關(guān)性分析

由表5可以看出，相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)間呈極顯著正相關(guān)。耐旱評(píng)價(jià)值與相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)程度為相對(duì)發(fā)芽指數(shù)>相對(duì)發(fā)芽勢(shì)>相對(duì)發(fā)芽率。耐旱評(píng)價(jià)值與相對(duì)單株干重、相對(duì)幼苗長(zhǎng)度雖然也呈正相關(guān)，但不顯著。

2.5各棉花品種耐旱性分級(jí)與綜合評(píng)價(jià)

依據(jù)耐旱評(píng)價(jià)值將45個(gè)棉花品種的耐旱萌發(fā)能力劃分為4個(gè)等級(jí)（表6）。由表7可知，通過(guò)耐旱性綜合評(píng)價(jià)，篩選出高抗旱品種1個(gè)，抗旱品種7個(gè)，耐旱品種30個(gè)，不耐旱品種7個(gè)。其中冀無(wú)252屬高抗旱，耐旱評(píng)價(jià)值最高（D=0.72），說(shuō)明該品種耐旱萌發(fā)能力強(qiáng)，在干旱逆境中具備更強(qiáng)的萌發(fā)潛力：7個(gè)抗旱品種包括魯棉6號(hào)（D=0.65）、魯棉5號(hào)（D=0.61）、魯棉30I（D=0.61）、魯棉238（D=0.59）、魯棉2632（D=0.58）、魯棉266（D=0.57）、魯棉241（D=0.55），此類(lèi)品種在干旱脅迫下萌發(fā)表現(xiàn)較好，具備較強(qiáng)的抗旱優(yōu)勢(shì)；濱棉1號(hào)、魯棉691、中棉所12號(hào)等30個(gè)品種耐旱，在干旱逆境下萌發(fā)潛力尚可，但性狀表現(xiàn)力一般；早期育成品種如徐州1818、魯抗1號(hào)、冀棉1號(hào)等7個(gè)品種耐旱評(píng)價(jià)值低、不耐旱，干旱脅迫下萌發(fā)能力差，性狀表現(xiàn)欠佳。

3討論與結(jié)論

優(yōu)良種質(zhì)資源是棉花育種和資源創(chuàng)新的基礎(chǔ)，棉花育種的每一次變革與品種更新均是種質(zhì)資源創(chuàng)新與利用的結(jié)果。棉花種質(zhì)資源遺傳多樣性分析對(duì)品種改良和資源利用具有重要價(jià)值。本研究選取黃淮棉區(qū)20世紀(jì)50年代至今不同時(shí)期的45個(gè)棉花品種為材料進(jìn)行萌發(fā)期耐旱性評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示：品種來(lái)源上，表現(xiàn)高抗旱、抗旱的8個(gè)品種中山東省占多數(shù)，但高抗旱品種源于河北?。河蓵r(shí)間上，近幾年育成的品種（如魯棉301、魯棉238等）占50%以上，但早期育成的冀無(wú)252、魯棉6號(hào)、魯棉5號(hào)耐旱評(píng)價(jià)值較高，居前3位?？梢?jiàn)，在春季降水較少地區(qū)（如山東、河北）選育的品種適應(yīng)干旱萌發(fā)的能力較強(qiáng)。

種子萌發(fā)是一個(gè)復(fù)雜的綜合性狀，不僅受基因調(diào)控，也受種子成熟度、溫度、光照、生理等多項(xiàng)因子的影響，采用單一指標(biāo)無(wú)法對(duì)其抗旱性進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。目前，很多學(xué)者利用相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率等多個(gè)相對(duì)指標(biāo)評(píng)價(jià)作物萌發(fā)期的耐旱能力．更能準(zhǔn)確體現(xiàn)材料在干旱脅迫下的萌發(fā)速度與整齊度。本研究采用相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)單株干重、相對(duì)幼苗長(zhǎng)度5個(gè)指標(biāo)，能全面體現(xiàn)出種子萌發(fā)期相關(guān)性狀的情況，結(jié)果表明：在15%PEG-6000溶液脅迫下，參試45個(gè)棉花品種中的大多數(shù)該5個(gè)萌發(fā)指標(biāo)均呈下降趨勢(shì)，降幅差異明顯：不同品種種子萌發(fā)期的耐旱能力存在差異，其中冀無(wú)252、魯棉6號(hào)的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)均大于100%，耐旱能力強(qiáng)，可作為耐旱萌發(fā)育種的種質(zhì)材料。相關(guān)分析表明，品種耐旱評(píng)價(jià)值與相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)均呈極顯著正相關(guān)，這與前人研究結(jié)論基本一致。因此認(rèn)為，種子相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)可以作為鑒定棉花種子萌發(fā)期耐旱性的重要指標(biāo)。經(jīng)綜合評(píng)價(jià)將45個(gè)棉花品種分為高抗旱、抗旱、耐旱、不耐旱4個(gè)等級(jí)，其中高抗旱品種僅有1個(gè)（D≥0.70），反映出當(dāng)前棉花生產(chǎn)缺少萌發(fā)期高抗旱棉花品種，今后可有針對(duì)性地加強(qiáng)對(duì)萌發(fā)期高抗旱種質(zhì)的篩選。