12个陆地棉品种（系）苗期耐盐性鉴定评价

（河北省农林科学院棉花研究所/农业部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室，石家庄050051）

12个陆地棉品种（系）苗期耐盐性鉴定评价

刘祎，钱玉源，张海娜，韩轩，崔淑芳，王广恩，金卫平，李俊兰

（河北省农林科学院棉花研究所/农业部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室，石家庄050051）

在150mM NaCl水培胁迫处理下，以陆地棉苗期的幼苗高度、地上部生物量干重、地下部生物量干重、根系长度、根系表面积、根系体积、根系平均直径为指标，鉴定并评价12份棉花品种（系）的耐盐性。对具有显著性差异的测定指标进行主成分分析，选择第一主成分中具有较大特征向量的4个指标进行聚类分析。结果表明：12个陆地棉品种（系）可归为3类，其中A类与对照‘中9807’（耐盐相对成活苗率56.3%）在同一个范围，各性状受抑制程度较小，属于耐盐类；C类与对照‘中S9612’（耐盐相对成活苗率28.2%）在同一范围，各性状较明显受到抑制，属于不耐盐类；B类中的棉花品种（系）N23、N830和邯7860选属于中间类型。由此筛选出3个耐盐品种（系）：冀棉27、甘肃894021选和冀863。

陆地棉；苗期；耐盐性；聚类分析；鉴定评价

棉花属于耐盐能力较强的一类作物，但不同种间及陆地棉品种间耐盐性也有较大差异。一般认为，幼苗阶段和开花结铃时期对盐分较为敏感，特别是三叶期前的幼苗［1］。因此，幼苗期是鉴定棉花耐盐性的重要阶段。叶武威［2］将土壤基质含盐量0.4%作为棉花耐盐性鉴定的浓度，统计施盐10 d后的相对成活苗率（salinity-resistance index，SRI %），将耐盐性分为4级。刘雅辉等［3］通过调查幼苗长势、盐害症状、二叶期的株高和叶片数，对棉苗分类并计算盐害指数。另外，种子相对发芽率、相对棉苗干物质质量、相对株高、K+/Na+和Ca2+/Na+等相对指标可用来辅助鉴定棉花萌发期耐盐性［4］。但是，以上苗期耐盐性筛选的操作周期较长。为了缩短筛选周期，简化鉴定程序，本试验选取12份生物学特性差异明显的陆地棉品种（系）进行苗期耐盐鉴定，对棉花的耐盐性进行综合评价，旨为筛选、培育耐盐棉花品种，开展棉花耐盐遗传研究奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验选用耐盐对照品种‘中9807’（耐盐相对成活苗率56.3%），不耐盐对照品种‘中S9612’（耐盐相对成活苗率28.2%）；其他陆地棉品种（系）：N38、N31、N830、邯7860选、1670、841、甘肃894021选、N23、冀863和冀棉27。其中，对照品种及其耐盐相对成活苗率均由中国农业科学院棉花研究所提供；其他试验材料由河北省农林科学院棉花研究所提供。试验用种经浓硫酸脱绒后，选取发育正常、饱满、成熟度均一的健康种子，用3%H2O2浸泡30 s进行消毒。

1.2 试验方法

选取备好的试验材料，用蒸馏水浸种20 h后，进行沙土培养，培养环境保持恒温28℃，至子叶展开。选择生长状况基本一致的棉花幼苗，移栽至改良的Hoagland’s营养液（表1）中进行培养，作为对照组；并设置盐胁迫处理组，在配置相同的营养液中加入150 mM NaCl。在前期不同浓度NaCl胁迫预试验中发现：在150 mM NaCl胁迫下，与对照相比，幼苗各项性状均存在显著性差异。据此，选用150 mM NaCl进行棉花幼苗期耐盐鉴定是合适的。试验设置3个重复。待对照组品种（系）长出2～3片真叶后，对该时期的幼苗高度、地上部生物量干重、地下部生物量干重、根系生长状况等生物学特性进行测量。试验过程中，为保证培养液中NaCl浓度的相对稳定，每天上午9：00进行补水，保持盐浓度的恒定。

表1 改良营养液配制Table1 ImprovedHogland’snutrientsolution

1.3 测定指标

以陆地棉幼苗期各性状的相对值来评价其耐盐性。测定对照组和盐胁迫组各陆地棉品种（系）的幼苗高度、地上部生物量干重（简称地上部干重）、地下部生物量干重（简称地下部干重）、根系长度、根系表面积、根系体积和根系平均直径。其中，棉花幼苗高度：采用直接测量法，测量地上部苗高；地上/下部干重：采用干物重法，105℃杀青20 min，80℃烘干后称重；根系各性状：采用根系扫描法进行测定。

用Excel、SAS软件对获得的试验数据进行方差分析、主成分分析，以确定棉花品种耐盐的主导因素，通过对贡献率较大的特征向量指标进行聚类分析，划定不同的耐盐范围，对未知耐盐性的陆地棉品种（系），进行分类和筛选。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对不同陆地棉品种（系）苗期生长状况的影响

150 mM NaCl胁迫处理后，陆地棉品种（系）各性状均有不同程度影响。主要表现在：除根系平均直径这一指标外，幼苗高度、地上部干重、地下部干重、根系长度、根系表面积和根系体积受到胁迫后相对值降低（表2）。

表2 150mMNaCl胁迫下品种各性状相对平均值Table2 Averageofvarieties’relativecharactersafter150mMNaCltreatment

150 mM NaCl胁迫下，对不同陆地棉品种（系）间各性状表现的影响程度也存在差异（表3）。对‘中9807’幼苗高度影响较大，‘N830’影响较小；对‘冀863’地上部干重影响较大，‘邯7860选’影响较小；对‘N38’地下部干重影响较大，‘邯7860选’影响较小；对‘N38’根系长度影响较大，‘甘肃894021选’影响较小；对‘冀棉27’根系表面积影响较大，‘N31’影响较小；对‘中S9612’根系体积影响较大，‘N23’影响较小；对‘中9807’根系平均直径影响较大，‘N38’影响较小。因此，需要通过方差分析、主成分分析对棉花耐盐性进行综合评价。

表3 150mMNaCl胁迫处理下品种（系）间相对平均值Table3 Theaveragerelativeofdifferentvarietiesoflinesafter150mMNaCltreatments

2.2 棉花品种耐盐性评价

150 mM NaCl胁迫下，陆地棉幼苗高度、地上部干重、地下部干重、根系长度、根系表面积、根系体积和根系平均直径分别为对照的64.1%、61.2%、 53.4%、45.8%、56.6%、64.5%和120.9%。盐胁迫下，地上部干重的变异系数最大，且远大于其他性状，表明不同陆地棉品种地上部干重在盐胁迫下合成干物质能力差异最大（表4）。

表4 150mMNaCl胁迫下棉花品种幼苗性状的表现Table4 Statisticsofvariouscharactersafter150mMNaCltreatment

主成分分析在原始组合中利用新转换组合的较少综合指标，能够较好的反应棉花的耐盐性。主成分的特征值和贡献率是选择主成分的依据。数据结果表明：将棉花品种的7个与耐盐性有关的性状指标转化为7个主成分。其中，前3个主成分累计贡献率87.52%（表5），已反映出棉花耐盐性85%以上的信息，因此，可以选取前3个主成分作为耐盐性 评价的综合指标。

表5 主成分的特征值和累计贡献率Table5 Eigenvaluesandcumulativecontributionofprincipalcomponents

表6 150mMNaCl胁迫下棉花品种耐盐指标主成分分析结果Table6 PrincipalcomponentanalysisofsalttoleranceofCottonCultivarsunder150mMNaClstress

由表6可知，第一主成分的表达式为：

Prin1=0.312x′1+0.261x′2+0.435x′3+ 0.409x′4+0.465x′5+0.430x′6+0.277x′7

式中：x′i=（xii-mi）/si（i=1，2，3，……7）

上述表达式中，x3，x4，x5，x6的系数最大，表明对应较大的特征向量为地下部干重、根系长度、根系表面积、根系体积，说明地下部分的生长发育情况对第一主成分贡献较大，因此可以称第一主成分为地下部因子。第二主成分特征值为1.238，贡献率为17.68%，其中，较大特征向量对应的为地上部干重及根系平均直径。第三主成分特征值为0.765，贡献率为10.93%。

2.3 陆地棉品种（系）耐盐性的聚类分析

根据主成分分析，各特征根大小代表各综合指标对总遗传方差贡献的大小特征向量表示各性状对综合指标贡献的大小。第一主成分累计贡献率达到58.91%，表明第一主成分代表了58.91%的信息。在150 mM NaCl胁迫下，选择第一主成分中较大特征向量：地下部干重、根系长度、根系表面积和根系体积4个性状为耐盐指标，对12个陆地棉品种（系）进行聚类分析，结果如图1。

图1 150mMNaCl胁迫处理后不同陆地棉品种的聚类结果Fig.1 Clusteranalysisofrelativecharactersafter 150mMNaCltreatment

结果表明，12个陆地棉品种可归为3类，其中A类与对照‘中9807’（耐盐相对成活苗率56.3%）在同一个范围，各性状受抑制程度较小，属于耐盐类；C类与对照‘中S9612’（耐盐相对成活苗率28.2%）在同一范围，各性状较明显受到抑制，属于不耐盐类；B类中的棉花品种N23、N830和邯7860选属于中间类型。由此筛选出3个耐盐品种：冀棉27、甘肃894021选和冀863。

3 讨论与结论

陆地棉耐盐性是一个复杂的数量性状，由多基因控制，其耐盐表现通过多个性状表达出来，从而构成一个较为复杂的综合性状，其中每一个性状都与棉花的耐盐性存在一定的联系或相关。长期以来，如何提高棉花的耐盐性，如何对棉花耐盐性进行筛选和评价一直是人们关注的焦点。

3.1 耐盐鉴定时期的选择

种子在萌发出苗过程中，体内储存的有机物质进行分解、转化和新的有机物合成代谢，盐胁迫影响种子吸水膨胀，造成萌发慢、萌发率低，同时会影响代谢过程中的酶活性。出苗后，盐分胁迫引起幼苗畸形、子叶平展，影响叶绿素合成［5，6］。二、三叶期的棉苗体内开始花芽分化，对盐分最为敏感，盐胁迫导致棉花干物质积累减少，叶片脱落早，侧根发生少，发生区黄褐色，生长停滞，甚至死苗。因此，本试验选择在二叶期对陆地棉品种（系）的幼苗生长状况、干物质量及根系生长情况进行耐盐性的鉴定及评价。

3.2 盐胁迫浓度及指标的选择

盐胁迫在生产实践中是个错综复杂的问题，受多种因素影响。为了避免试验误差，在前期试验中选用NaCl溶液进行单一因素胁迫处理，并设置0、50、100、150、200 mM 5个不同的胁迫梯度，主要对幼苗高度、地上地下部干重和根系生长发育情况进行测量。结果表明：在150 mM时，各测定指标具有显著性差异，因此，选用150 mM NaCl进行棉花幼苗期耐盐鉴定是合适的。

前人研究得出的耐盐性评价方法除了叶武威等采用的盐池鉴定法，沈法富等［7］以大田单株棉花盐害症状为耐盐性的分级标准。也有人提出：利用液滴培养技术对花粉耐盐性进行鉴定，棉花花粉粒萌发的百分率也是反映其耐盐性的可靠指标［8］。张丽娜等［9］采用SSR技术，初步制定出多标记组合鉴定法，用于棉花耐盐分子标记辅助鉴定。根系是固定植株、吸收养分水分、合成氨基酸等有机化合物以及其他养分的重要器官，是与地上部进行物质交流的代谢器官，其生长发育状况直接影响到地上部性状和产量［10］。根系感知与响应盐胁迫的能力很大程度上决定了棉花在盐胁迫环境下的适应程度。因此，本试验选用根系生长发育情况结合幼苗高度和干物重为耐盐的筛选指标。

3.3 棉花耐盐性的筛选和评价

在150 mM NaCl胁迫处理下，对具有显著性差异的测定指标进行主成分分析，结果表明：前3个主成分累计贡献率87.52%，可以选取前3个主成分作为耐盐性评价的综合指标。其中，第一主成分累计贡献率达到58.91%，选择其包含的较大特征向量对12个陆地棉品种进行聚类分析。试验结果表明：12个测试品种（系）可归为3类，其中A类（包括冀棉27、甘肃894021选和冀863）与对照‘中9807’（耐盐相对成活苗率56.3%）在同一个范围，各性状受抑制程度较小，属于耐盐类；C类（包括N38、841、N31和1670）与对照‘中S9612’（耐盐相对成活苗率28.2%）在同一范围，各性状较明显受到抑制，属于不耐盐类；B类中的棉花品种N23、N830和邯7860选属于中间类型。陆地棉品种（系）的耐盐性筛选是盐渍地植棉的前提条件，我们应该深入了解棉花耐盐的机制，探明其对盐胁迫的反应机理，以便更好的将实验室鉴定指标与田间生产紧密结合，培育真正的耐盐品种。

［1］ 孙小芳，刘友良，陈 沁.棉花耐盐性研究进展［J］.棉花学报，1998，10（3）：118-124.

［2］ 叶武威.棉花种质的耐盐性及其耐盐基因表达的研究［R］.中国农业科学院，2007.

［3］ 刘雅辉，王秀萍，张国新，等.棉花苗期耐盐性评价方法研究［J］.现代农业科技，2011（7）：11，16.

［4］ 孟超敏，蔡彩平，郭旺珍.棉花抗逆育种研究进展［J］.南京农业大学学报，2012，35（5）：25-34.

［5］ 廖 震，陈金湘，廖振坤.棉花耐盐性研究现状与展望［J］.作物研究，2008，22（5）：460-465.

［6］ 叶武威，刘金定.氯化钠和食用盐对棉花种子萌发的影响［J］.中国棉花，1994，21（3）：14-15.

［7］ 沈法富，于元杰，毕建杰，等.棉花耐盐性的双列杂交分析［J］.作物学报，2001，27（1）：50-54.

［8］ 沈法富，尹承佾，于元杰.棉花植株和花粉耐盐性的鉴定［J］.作物学报，1997，23（5）：620-624.

［9］ 张丽娜，叶武威，王俊娟，等.棉花耐盐性的SSR鉴定研究［J］.分子植物育种，2010，8（5）：891-898.

［10］李垚垚，刘海荷，陈金湘，等.棉花根系研究进展［J］.作物研究，2008，22（5）：449-452.

Identification and Evaluation of 12 Varieties or Lines of Gossypium hirsutum Based on Seedling Salt Tolerance

LIU Yi，QIAN Yuyuan，ZHANG Haina，HAN Xuan，CUIShu fang，WANG Guangen，JINWeiping，LIJunlan*

（Institute of Cotton，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences/Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Cotton in Huanghuaihai Semiarid Area，Ministry of Agriculture，Shijiazhuang，Hebei050051，China）

The seedling height，overground biomass dry weight，underground biomass dry weight，root length，root surface area，root volume and average root diameterwere taken as indexes to identify and evaluate the seedling salt tolerance of 12 Varieties or lines of Gossypium hirsutum after 150 mM NaCl treatment.Principal component analyseswere done by the indexeswhich had statistical significance.Then cluster analysiswas donewith the4 indexeswhich had bigger feature vectors in principal component.The results show that the 12 cotton varieties（or lines）can be classified into three categories，class A and control‘9807’（SRI 56.3%）in the same range，various characters inhibition degree was small，belongs to the salt-resistance；class C and control‘S9612’（SRI 28.2%）in the same range，various characters inhibition degree was obvious，belongs to the salt-sensitivity；and class B contented‘N23’，‘N830’and‘Han 7860’belong to the intermediate type.Three salt-tolerance cotton varieties were selected including‘Jim ian27’，‘Gansu 894021 xuan’and‘Ji863’.

Gossypium hirsutum；seedling；salt tolerance；cluster analysis；identification and evaluation

S562.01

A

1001-5280（2017）01-0037-05 DOI：10.16848/j.cnki.issn.1001-5280.2017.01.11

2016 11 28

刘 祎（1983-），女，硕士，主要从事棉花种质资源搜集、筛选及鉴定研究，Email：liuyi1105@126.com。*通信作者：李俊兰，研究员，硕士，主要从事棉花新品种选育及种质资源创新方面的研究，Email：li-junlan@sohu.com。

棉花生物学国家重点实验室开放课题（CB2014A11）；河北省现代农业产业技术体系项目。