不同棉花品种种子萌发期耐旱性综合评价

高利英 邓永胜 王晓歌 孔凡金 申贵芳 王宗文 段冰 王景会 徐东东 韩宗福

关键词：棉花；种子萌发；干旱胁迫；相对指标；耐旱性评价；模糊隶属函数

干旱是影响植物生长发育及作物产量的主要逆境因素之一。近年来，全球气候异常波动，旱情发生频率加剧，导致作物减产，给农业生产造成巨大经济损失。棉花属于较耐旱作物，植棉区多是干旱或半干旱地区，春季播种时土壤干旱现象异常突出。种子萌发期作为棉花生命周期初始及幼苗成长的关键阶段，对干旱胁迫极其敏感，是鉴定棉花耐旱能力的重要时期。近年来，随着经济发展和劳动力成本上升，棉花生产方式逐步转变为轻简化种植，一播苗全、苗壮是实现轻简化种植的重要内容之一，也是实现棉花高产稳产的基础，因此提高棉种萌发期抗旱能力对棉花生产具有重要意义。研究表明，种子萌发起始于吸胀吸水，以胚的生长为基础，此阶段对水分胁迫尤其敏感，缺水会对胚的发育造成损伤，影响种子正常萌发，导致出苗不全出苗晚，甚至不能萌发，给生产带来巨大损失。因此，除发展节水灌溉、节水栽培等措施外，筛选及培育萌发期耐旱品种也是棉花生产节本增效的重要途径之一。

目前，已在大豆、玉米、冬小麦、豌豆等作物开展广泛的萌发期抗旱鉴定工作并筛选到一批耐旱材料。关于棉花种子萌发期抗旱研究，前人也做了许多工作：王俊娟等研究表明，15%PEG-6000溶液胁迫下41份陆地棉种质种子发芽势、发芽率的变异系数大大增加；孙瑶等利用PEG-6000溶液模拟干旱胁迫进行棉花芽期的抗旱性筛选鉴定，表明大部分受试材料发芽率、下胚轴长度、种子吸水速率低于对照，且相对值两两之间呈极显著正相关：李亚猛使用不同浓度PEG-6000溶液对69份陆地棉野生种系材料进行萌发期耐旱性鉴定，表明随着其浓度升高，种子发芽率、发芽势、发芽指数与对照相比逐渐降低。目前报道的种子萌发期耐旱性鉴定大多采用滤纸萌发法，该方法轻便、快捷、易操作，但需要经过消毒、冲洗等环节以防种子霉变，且该方法忽略了种子萌发时复杂的田间环境，难以真实反映品种萌发期在大田环境下的耐旱能力。而砂培萌发法无需消毒，浸泡后直接播种，能模拟大田播种环境，更真实反映品种在田间的耐旱萌发能力。

本试验选择45个黄淮棉区不同时期的代表性棉花品种为材料，采用砂培萌发法对其进行种子萌发期耐旱性鉴定试验，通过测定不同萌发指标并采用模糊隶属函数法综合评价耐旱能力，旨在为抗旱种质资源筛选与抗旱棉花新品种选育提供理论依据。

1材料與方法

1.1试验材料

参试45个棉花品种（表1），为黄淮棉区不同时期的代表性品种，均在过去或当前生产上大面积推广应用或者有重要影响。这些品种时空跨度较广，既有建国初期从国外引进的品种，也有从中系统选育或通过有性杂交而育成的品种，更有当前国产转基因抗虫棉主栽品种。试验材料于2020年在海南三亚南滨农场自交繁殖，统一管理、采收，并选收棉株中部自交铃作为本次试验用种，保证试验材料的相对一致性。

1.2试验设计

1.2.1PEG-6000溶液适宜浓度的确定

为选择适宜的PEG-6000溶液浓度模拟干旱，试验以发芽势、发芽率和发芽指数3个萌发指标为依据，设置10%、15%、20%、25%共4个浓度梯度对6个棉花品种进行初步筛选，以等量清水处理为对照。挑选颗粒饱满、无损伤、大小基本一致的种子为试验对象。每个处理设置3个重复，每个重复（即一个发芽盒）50粒种子。采用砂培萌发法：在每个发芽盒内装相同质量的湿砂，将种子整齐摆放在砂床上，加盖相同质量湿砂，将发芽盒置于光照培养箱（光照16h，温度25℃；黑夜8h，温度18℃）中培养。以幼芽钻出砂面、长度大于种子长度且无病害为正常萌发标准，于第4天开始逐日统计萌发情况直至第12天。第12天洗苗后测量幼苗长度，120℃杀青20min后80℃烘干至恒重，称量全苗干物质重。

1.2.2萌发期耐旱鉴定采用适宜浓度的PEG-6000溶液模拟干旱胁迫环境，对45个棉花品种进行萌发期耐旱鉴定。试验方法与1.2.1相同。

1.3测定指标及方法

1.3.1种子萌发与植株生长

测定发芽势（GE）、发芽率（GR）、发芽指数（GI）、幼苗长度（SL）、单株干重（DW）共5个指标。具体计算公式[20]如下：

指标相对值的计算参考文献[21]的方法，以处理值与对照值比率的百分数表示。

1.3.2种子耐旱萌发能力综合评价采用模糊隶属函数法．将每个品种各萌发指标的隶属函数值累加后取平均作为耐旱评价值。公式如下：

1.4数据处理与分析

采用Microsoft Excel整理数据，用SPSS22.0软件进行差异显著性分析。

2结果与分析

2.1PEG-6000适宜浓度筛选

不同浓度PEG-6000溶液对6个棉花品种萌发期的胁迫结果（表2）显示，PEG-6000浓度在20%及以下时种子可萌发出苗，浓度为25%时无种子萌发。说明棉花种子可以耐受0～20%的PEG-6000溶液并萌发，超过该浓度种子萌发受到严重抑制，不能萌发。

PEG-6000溶液浓度为20%时，6个品种的发芽势均为零．发芽率最高仅为24.67%，发芽指数最高仅为1.96，整体上发芽率低、发芽缓慢，与CK相比，种子萌发受到显著抑制，失去生产应用价值。PEG-6000溶液浓度为15%时，6个品种萌发指标与CK相比均下降，其中发芽势差异达显著水平，发芽率除鲁棉2632、鲁棉691外也均达显著差异水平。PEG-6000溶液浓度为10%时，各品种3个萌发指标大多高于CK，说明该浓度溶液可促进棉花种子萌发。综合上述分析并结合田又升等的研究结果，选用15%PEG-6000溶液对45个棉花品种进行萌发期耐旱性评价。

2.2干旱胁迫对45个棉花品种萌发的影响

采用15%PEG-6000浓度溶液对45个棉花品种进行模拟干旱胁迫，由结果（表3）可见，干旱胁迫下，多数品种的发芽势、发芽率、发芽指数、单株干重、幼苗长度受到抑制，且抑制程度存在显著差异。

无胁迫（CK）条件下，发芽势最高的为鲁棉238，达97.33%，其次为鲁棉9号，为94.00%；中棉所12号发芽率与发芽指数均为第1位，分別为98.67%、12.18；单株干重与幼苗长度居首位者分别为冀668（0.120g）、鲁棉258（11.33cm）。

干旱胁迫下，冀无252、鲁棉6号的发芽势、发芽率、发芽指数分别列居第1位与第2位，其值分别为91.33%、97.33%、11.98与86.67%、93.33070、11.43，表现出较强抗旱优势；而鲁棉238发芽势下降至第9位（65.00%），鲁棉9号发芽势降至20位（53.33%），降幅显著；中棉所12号发芽率与发芽指数分别降至第10位（88.00%）和13位（9.93），萌发表现受影响较大，抗旱优势不显著；单株干重跃居首位的是鲁棉3号（0.076g），冀668仅排名第7位（0.058g）；幼苗长度方面，鲁棉261为5.08cm，居第1位，而鲁棉258（4.34cm）排名第5位，耐旱萌发表现尚可。表明干旱胁迫下各萌发性状受到的抑制程度不同，各品种间耐旱萌发能力存在差异。

2.3干旱胁迫下各品种相对萌发指标的差异

与CK相比，干旱胁迫下多数品种的相对萌发指标呈下降趋势，但降幅存在较大差异，仅个别品种的某一个或几个指标表现为上升（表4）。冀无252、鲁棉6号的相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指数均高于CK，居前2位，说明这两个品种在干旱逆境下拥有相对出苗快、齐、全的优势。鲁棉2632相对发芽率高于CK，为100.71%，居第3位，而且其相对发芽势、相对发芽指数也属于高值组，分别为93.18%、99.04%，居第4位与第3位，说明该品种在干旱胁迫下具有较强抗逆能力。相对单株干重方面，鲁棉3号居首位，为104.11%，鲁棉301次之，为89.66%．说明这两个品种在干物质积累方面能较好地应对干旱胁迫，从而表现出较强抗旱能力。相对幼苗长度方面，15%PEG-6000溶液极大抑制幼苗伸长，最大相对幼苗长度仅为60.63%（鲁棉1号），最小为29.67%（鲁棉12号）。

2.4干旱胁迫下棉花萌发鉴定指标间的相关性分析

由表5可以看出，相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指数间呈极显著正相关。耐旱评价值与相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指数呈极显著正相关，相关程度为相对发芽指数>相对发芽势>相对发芽率。耐旱评价值与相对单株干重、相对幼苗长度虽然也呈正相关，但不显著。

2.5各棉花品种耐旱性分级与综合评价

依据耐旱评价值将45个棉花品种的耐旱萌发能力划分为4个等级（表6）。由表7可知，通过耐旱性综合评价，筛选出高抗旱品种1个，抗旱品种7个，耐旱品种30个，不耐旱品种7个。其中冀无252属高抗旱，耐旱评价值最高（D=0.72），说明该品种耐旱萌发能力强，在干旱逆境中具备更强的萌发潜力：7个抗旱品种包括鲁棉6号（D=0.65）、鲁棉5号（D=0.61）、鲁棉30I（D=0.61）、鲁棉238（D=0.59）、鲁棉2632（D=0.58）、鲁棉266（D=0.57）、鲁棉241（D=0.55），此类品种在干旱胁迫下萌发表现较好，具备较强的抗旱优势；滨棉1号、鲁棉691、中棉所12号等30个品种耐旱，在干旱逆境下萌发潜力尚可，但性状表现力一般；早期育成品种如徐州1818、鲁抗1号、冀棉1号等7个品种耐旱评价值低、不耐旱，干旱胁迫下萌发能力差，性状表现欠佳。

3讨论与结论

优良种质资源是棉花育种和资源创新的基础，棉花育种的每一次变革与品种更新均是种质资源创新与利用的结果。棉花种质资源遗传多样性分析对品种改良和资源利用具有重要价值。本研究选取黄淮棉区20世纪50年代至今不同时期的45个棉花品种为材料进行萌发期耐旱性评价，结果显示：品种来源上，表现高抗旱、抗旱的8个品种中山东省占多数，但高抗旱品种源于河北省：育成时间上，近几年育成的品种（如鲁棉301、鲁棉238等）占50%以上，但早期育成的冀无252、鲁棉6号、鲁棉5号耐旱评价值较高，居前3位。可见，在春季降水较少地区（如山东、河北）选育的品种适应干旱萌发的能力较强。

种子萌发是一个复杂的综合性状，不仅受基因调控，也受种子成熟度、温度、光照、生理等多项因子的影响，采用单一指标无法对其抗旱性进行全面评价。目前，很多学者利用相对发芽势、相对发芽率等多个相对指标评价作物萌发期的耐旱能力．更能准确体现材料在干旱胁迫下的萌发速度与整齐度。本研究采用相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指数、相对单株干重、相对幼苗长度5个指标，能全面体现出种子萌发期相关性状的情况，结果表明：在15%PEG-6000溶液胁迫下，参试45个棉花品种中的大多数该5个萌发指标均呈下降趋势，降幅差异明显：不同品种种子萌发期的耐旱能力存在差异，其中冀无252、鲁棉6号的相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指数均大于100%，耐旱能力强，可作为耐旱萌发育种的种质材料。相关分析表明，品种耐旱评价值与相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指数均呈极显著正相关，这与前人研究结论基本一致。因此认为，种子相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指数可以作为鉴定棉花种子萌发期耐旱性的重要指标。经综合评价将45个棉花品种分为高抗旱、抗旱、耐旱、不耐旱4个等级，其中高抗旱品种仅有1个（D≥0.70），反映出当前棉花生产缺少萌发期高抗旱棉花品种，今后可有针对性地加强对萌发期高抗旱种质的筛选。