盐胁迫对不同棉花品种种子发芽的影响

刘冬梅，胡卓琪，喻拥，裴冬丽

(商丘师范学院 生物与食品学院，植物与微生物互作省级重点实验室，河南 商丘 476000)

在全球的生态问题中，土壤盐渍化是其中典型之一，同时它也是影响作物正常生产的环境制约因素之一[1].根据官方资料显示，世界上近百个国家都分布有盐碱地，并且达到了约10 亿hm2的总面积，占到陆地总面积的25%[2].中国盐碱地总面积约1亿hm2，占中国国土面积的1/3[3].盐分的积累使作物形态和生理发生了有害的变化，从而限制了农作物产量的增加[1].迄今为止，约有1/3的农田受到1种或多种盐碱化的威胁[4].近年来，由于不利的自然环境因素加上灌溉技术缺乏完善，耕作技术不当，垦殖过度等人为因素，我国土壤盐渍化愈来愈严重，耕作面积也逐渐减少.因而，有效地开发利用盐碱地才是我们应该放在首位的工作.

棉花纺织业是制造业必不可少的一部分，本次试验的对象棉花是珍稀的战略物资，其产量的提高也是国民经济的重大推动力.棉花虽有较强的耐盐能力，有着盐渍土地“先锋作物”之称[5]，但盐碱地高浓度的盐分几乎会影响棉花所有重要的生命活动,从而造成棉花的减产或其他不利影响.而中国刚好是世界上盐碱地种植棉花规模最大的国家之一[5]，因此利用棉花耐盐性开发盐碱地的特点这一问题备受关注.

近年来，对棉花耐盐品种的研究越来越受重视.李函利等对179份来源不同的低酚棉进行了耐盐性检测，结果表明我国低酚棉种质资源的耐盐性差异较大，仅有58份棉花品种达到抗盐和耐盐水平[16].杨淑萍等对新疆的主要棉花品种进行了耐盐性筛选，新陆早24号等5个品种为高耐盐品种[17].

现阶段，专家们在棉花中找到一些跟耐盐相关的基因，有受高盐诱导的基因(GhGnT 、GhCPK5、GhCpy1等)，调控耐盐相关基因表达基因(GhEREB2、GhDBP1、GhZFP1等)，受ABA诱导的基因(GhMT3a、GhNAC1、GhDi19-1、GhCBF1 等)等[6].除了从棉花本身寻找耐盐基因，我们也可以从其它农作物中提取耐盐基因，然后转入棉花，从而来提高棉花的抗盐性.例如，罗震等人将SoBADH 基因从菠菜中提取，转入棉花中发现，这个基因在棉花中能够完美地表达，酶活性也较高，从而棉花的耐盐性具有大大的提高[7]；将拟南芥AtNHX1基因和盐藻TsVP基因在棉花中共同表达，以提高棉花的耐盐性[8].除基因这方面考虑以外，也有研究表明，施用硒、硅、黄腐酸、氯甲基吡啶组合，可显著提高棉花抗盐性，以硒-黄腐酸-氯甲基吡啶和硅-硒-黄腐酸-氯甲基吡啶为最优组合[9].

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2017年4月1日-4月30日在商丘师范学院植物与微生物互作省级重点实验室完成.供试棉花品种(品系)共8个：中棉24号、中棉60号、苏棉12号、百棉1号、鲁棉28号、鲁棉36号、CMS1、SQ11-19(由商丘师范学院植病互作省级重点实验室保存).

对照品种2个：早熟长绒(抗盐品种)、南丹巴地大花(盐敏感品种)(由中国农科院棉花研究所提供).

1.2 试验方法

种子发芽试验：通过对不同棉花品种棉花种子用不同浓度盐溶液的处理，观察种子发芽的状况，计算种子发芽率、发芽势，而后通过试验数据的统计分析得出不同盐浓度对种子发芽的影响情况.

试验安排[10]：本试验运用双层滤纸培养，第1步在清洁干净的150 mm的培养皿中铺上1张滤纸，将提前挑选好的均匀一致的50粒棉花种子放置在上面，再在种子上面置放1张滤纸，保证滤纸和种子紧贴.紧接着将配置好的盐溶液滴加在滤纸上，滴加量的控制以使滤纸湿润，并且当培养皿倾斜时，培养皿底部没有溶液流动为标准.之后将盛有棉花种子的培养皿放置于温度为30 ℃的恒温培养箱内培养.本次试验采用5个盐浓度(NaCl质量浓度)：0(CK)、50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L.每个处理3次重复.每隔12 h对种子进行补水，其目的是为了使培养液中NaCl的浓度保持相对稳定.每隔24 h观测并记录各棉花种子的发芽数量，分别计算种子的发芽势和发芽率，发芽势是种子发芽第3 d的情况，发芽率是种子发芽第7 d的情况，并计算相对盐害率.

1.3 数据处理

种子发芽势(%)、种子发芽率(%)、种子相对发芽势(%)、种子相对发芽率(%)、相对盐害率(%)、耐盐综合评价(隶属函数分析法，权重确定)参照李双男等的方法[11].

数据处理与方差分析采用Microsoft Excel 2010和SPSS Statistics 22.0.

1.4 耐盐级别评价[12]

筛选出适合棉花幼苗期耐盐性鉴定的 NaCl 浓度,多重比较结果显示，与CK差异达到显著水平的NaCl胁迫浓度最低值为100 mmol/L.以100 mmol/L NaCl浓度为临界浓度来划分耐盐级别，划分为4个强度等级，即4级耐盐评价标准，见表1.

表1 耐盐级别评价

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对不同棉花种子相对发芽势的影响

常用来作为植物耐盐首选指标的是种子发芽势(率).发芽势是衡量种子发芽快慢和发芽整齐度的指标[10].由图1可见，10个试验品种的发芽势都随着盐浓度的上升而下降，各品种间表现出一定的差异.在50 mmol/L浓度的NaCl溶液中，鲁棉28号的相对发芽势为81%，是10个棉花品种中最高的，而中棉24号和CMS1的相对发芽势均为0.在100 mmol/L浓度的NaCl溶液中，鲁棉28号的相对发芽势仍为最高，为77%，而中棉24号、中棉60号、苏棉12号，CMS1、SQ11-19的相对发芽势均为0.在50 mmol/L和100 mmol/L浓度的NaCl溶液中，鲁棉28号的相对发芽势比作为抗盐品种代表的早熟长绒更高，而在150 mmol/L浓度下，早熟长绒继续发芽，与其他品种间差异显著.在200 mmol/L时各品种发芽势均为0.

2.2 盐胁迫对不同棉花种子相对发芽率的影响

由图2可见，这10个品种棉花在50 mmol/L盐浓度处理下，中棉60号的相对发芽率与对照组(0 mmol/L NaCl浓度)持平，鲁棉28号和SQ11-19的相对发芽率略高于对照组，分别为105%和101%，而南丹巴地大花品种的相对发芽率最低，为63%，除了与苏棉12号无显著差异，与其他品种之间差异显著.在100 mmol/L浓度的NaCl溶液中，各品种棉花的相对发芽率均下降.鲁棉28号的相对发芽率最高，为94%，苏棉12号的相对发芽率为0.在150 mmol/L浓度的NaCl溶液中，百棉1号、鲁棉28号、早熟长绒这3个品种分别与其他品种间差异显著.因此，不同品种之间的耐盐性存在显著的差异.

图1 盐胁迫对棉花种子相对发芽势的影响

图2 盐胁迫对棉花种子相对发芽率的影响

2.3 盐胁迫对不同棉花种子相对盐害率的影响

图3 盐胁迫对棉花种子相对盐害率的影响

由图3所示，这10个棉花品种种子的相对盐害率随NaCl浓度的增加而增加.在50mmol/L浓度的NaCl溶液中，中棉60号、鲁棉28号和SQ11-19的相对盐害率都小于等于0，证明它们3个棉花品种在此浓度下没有受到盐害.在100 mmol/L浓度的NaCl溶液中，苏棉12号的相对盐害率达到了100%，与其他品种差异显著.而鲁棉28号最低，为6%.当浓度上升为200 mmol/L NaCl溶液时，鲁棉28号为86%，百棉1号为87%，SQ11-19为97%，其余棉花品种相对盐害率均高达100%，这说明高浓度对种子发芽会造成严重影响.结果表明，不同棉花品种对盐害的忍耐程度有较大差异，随着NaCl浓度的上升，一定程度上会降低种子活力.

2.4 不同棉花品种耐盐级别评价

结合表1和图3，我们可以判断出各棉花品种种子的耐盐级别.鲁棉28号、百棉1号、早熟长绒和中棉24号为第1级别，耐盐性极强,占40%；CMS1、中棉60号、SQ11-19和鲁棉36号为第2级别，耐盐性强，占40%；南丹巴地大花和苏棉12号为第4级别，耐盐性弱，占20%.

2.5 不同棉花品种耐盐综合评价

从综合评价 D 值来看，10个棉花品种种子耐盐性的强弱顺序为：早熟长绒>鲁棉28号>中棉24号>百棉1号>CMS1>鲁棉36号>中棉60号>SQ11-19>南丹巴地大花>苏棉12号.

表2 棉花种子耐盐性综合评价

3 结论与讨论

3.1 结 论

通过试验得出，随着NaCl浓度的升高，这10个棉花品种种子的相对发芽势随之降低，相对盐害率随之增加，除个别棉花品种相对发芽率先上升后下降，其余都随之降低.盐胁迫对棉花种子萌发有显著的抑制效应，在试验的10个棉花品种中，不同棉花品种种子受NaCl胁迫抑制的程度不同.根据耐盐性综合评价值，10个棉花品种种子耐盐性的强弱顺序为：早熟长绒>鲁棉28号>中棉24号>百棉1号>CMS1>鲁棉36号>中棉60号>SQ11-19>南丹巴地大花>苏棉12号.

3.2 讨 论

种子萌发时期，发芽率是很重要的一项指标，可用来检测植物耐盐性的强弱[13]；发芽率反映的是种子活力和出苗的整齐度，种子活力随着发芽势的增高而增高.在盐胁迫下，各种因素都会影响到种子的发芽数量，从外界因素考虑的话，有温度，光照等原因，而从内部因素考虑，种子也会受到自身发芽率的影响.而每个品种的发芽率也存在差别，为了减小品种自身可能存在差异的误差，更精确地映射出盐处理后各品种间的差异性，试验中通过相对发芽势和相对发芽率这两组数据进行评估[15].

类似于盐分对于种子发芽影响的研究也是层出不穷.棉花在各类作物中是相对比较耐盐的，但能做到真正抗盐的物料却微乎其微.那么如何从现有棉花资源中抽取想要的盐碱地的种植应用的耐盐品种就是成功的关键.但是，长久以来，就算是国际上，也很少有重大突破.专家们在棉花的耐盐性，耐盐机理，提高耐盐性途径等方面上都下了不少功夫，作用还是有的，盐碱地种植的困难也一点点在减少.

由于试验环境和试验品种的差异，结果也与之前有所出入.前人研究表明，盐胁迫是把双刃剑，低浓度的盐胁迫能促进种子发芽，高浓度的盐胁迫会抑制种子发芽.但本试验结果表明，并不是所有棉花品种在低浓度胁迫下都会促进种子发芽，本试验中，在50 mmol/L盐浓度处理下，中棉60号没有受影响，鲁棉28号和SQ11-19有促进作用.从图1中，可以看到在150 mmol/L浓度的NaCl溶液处理情况下，只有早熟长绒有发芽情况.而在展示相对发芽率的图2中，在150 mmol/L浓度的NaCl溶液中，百棉1号、鲁棉28号和SQ11-19均有发芽情况，也就是说这3个棉花品种是在第3天以后才开始发芽，分析讨论其原因，可能因为这3者在前3天的吸收水分不足.对于本试验，由于试验品种种子可能存在个别差异，试验数据会有些许误差，但不影响整体结果.

近几年来，土壤盐渍化这一难题日益突出，所以发掘耐盐棉花这些遗传资源变得尤为重要.然而就当前研究来看，更成熟地运用生物技术和其它方式来提高棉花的抗盐能力，有一个大前提，需要我们更加深入地了解棉花在盐胁迫下的反应机制和抗盐机理.这个时代的信息交叉发展，给专家们提供了新的思路.例如，分子机理和生理机制相互结合，常规的栽培技术和物理化学手段的完美融合.未来，在原有技术更广的普及下和新技术的研究下，合理有效地利用盐碱地这个难题将会迎刃而解.