棉花萌发期抗旱性与苗期干旱存活率的关系

田又升++谢宗铭+++李全胜+++张迪+++李有忠+++董永梅

摘要：采用直立滤纸卷法，对56份棉花品种（系）在PEG-6000胁迫下的发芽势、发芽率、胚根长、胚芽长、根冠比等10个萌发性状指标进行测定，通过模糊隶属函数法对56份棉花品种（系）的抗旱性进行排序，从中挑选出抗旱性较强的2个品种——新陆早27号和新陆早9号、抗旱性较差的2个品种——新陆早50号和新陆早10号及抗旱性适中的2个品种——新陆早5号和新陆早19号，并进行苗期和蕾期干旱处理，分析其干旱存活率及干旱胁迫下干物质积累量。相关性分析结果显示，棉花萌发期抗旱性与苗期和蕾期抗旱性不存在显著相关性。

关键词：棉花；抗旱性；相关性；萌发期；苗期；蕾期

中图分类号：S562.01文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）02-0126-04

收稿日期：2015-01-05

基金项目：新疆农垦科学院青年基金（编号：YQJ201302）。

作者简介：田又升（1987—），女，重庆人，硕士，助理研究员，研究方向为作物抗逆生理与分子生物学。E-mail：tianyoushengzi@163.com。筛选抗旱品种是节水农业的基础，也是在经济条件差、灌溉水源少、设施落后地区的有效农业节水方式[1]。对于作物的抗旱鉴定筛选，不同研究者根据作物自身的特点，在作物不同的生育期采用不同的方法进行筛选。就目前的报道来看，作物萌发期一般采用高渗溶液模拟干旱环境来鉴定其抗旱性，该方法广泛应用于水稻[2-3]、玉米[4]、小麦[5]、大豆[6]等作物的抗旱性鉴定，最终通过胁迫下的萌发参数[2-4]或萌发幼苗的生理生化指标[7]，采用隶属函数或聚类分析法进行抗旱性排序或归类[3]。作物苗期抗旱性鉴定主要采用干旱控水法或PEG-6000浇灌胁迫法，大量测定抗旱性生理生化形态学指标，采用灰色关联度或隶属函数法进行抗旱性评价[8]，或直接以其干旱胁迫下的干物质积累量或者反复干旱存活率来评价作物抗旱性[9-10]；生育期多通过统计花果脱落情况或作物产量抗旱指数[11]来评价其抗旱性。以上方法均能评价作物不同基因型品种抗旱性，但是同一批材料在不同生育期采用不同方法进行抗旱性评价，其结果是否一致则少见报道。因此，本研究对56个棉花品种（系）进行萌发期抗旱性评价，并从萌发期抗旱性评价结果中挑出抗旱性较强、较弱和适中各2个品种，盆栽种植，研究其干旱胁迫后干物质积累量和复水后存活率，并与萌发期抗旱性评价结果进行相关性分析，以期解决在棉花不同生育期进行抗旱性评价结果是否一致的问题，同时为棉花抗旱育种及资源鉴定与筛选提供理论依据和简单易行的方法。

1材料与方法

1.1材料

试验所收集到的56个棉花材料为新陆早系列品种和自育高代品系，均由新疆农垦科学院生物技术研究所2013年试验田种植后收获的当代种子，品种名称及编号见表1。

1.2试验设计

采用直立滤纸卷法，PEG-6000高渗溶液模拟干旱环境对棉花种子进行萌发期抗旱评价。为确定棉花种子发芽的PEG-6000浓度范围，先设置8个浓度梯度为0、50、100、150、175、200、250、300 mg/mL的PEG-6000溶液，以新陆早36号为材料进行萌发预试验，经5%次氯酸钠溶液消毒10 min，灭菌蒸馏水冲洗数次后，滤纸卷包裹直立放置于不同浓度PEG-6000溶液中，在昼夜周期为14 h/10 h的人工气候箱28 ℃下恒温培养，每处理3次重复，每重复50粒种子。在PEG-6000浓度为0～175 mg/mL范围内有种子萌发，但是发芽结束后175 mg/mL PEG-6000浓度下的发芽率仅为14%，且萌发的种子生长状况较差，不利于萌发参数的测定；因此，选择浓度梯度为0、50、100、150 mg/mL进一步确定棉花萌发期抗旱性筛选的适宜PEG-6000浓度，随机挑选6个自育高代棉花品种（系）种子（2013年大田小区行号分别为130643、130103、133193、133189、133349、133241），于第2、第3、第4、第6、第8天记录种子发芽率，第8天每重复随机取5株幼苗测定胚芽长度、胚根长度、胚芽鲜质量、胚根鲜质量，烘干后测定胚芽干质量、胚根干质量，计算根冠比等萌发生长情况，以各品种生长指标差异最明显的PEG-6000浓度为棉花萌发期抗旱性鉴定的适宜浓度。以蒸馏水为对照，在适宜PEG-6000浓度下对56个棉花品种（系）进行抗旱性鉴定，培养条件、测量指标同上，发芽以胚根达种子长为标准。发芽势=第3天发芽种子数/供试种子数×100；发芽率=第7天发芽种子数/供试种子数×100%；根冠比=胚根干质量/胚芽干质量×100%；发芽指数=∑Gt/t（Gt为t d的发芽种子数；t为发芽日数，单位d）；活力指数=发芽指数×胚根鲜质量。各指标的相对值为PEG-6000胁迫下处理值与对照值的比例。

将滤纸卷裁成60 cm×30 cm、60 cm×5 cm 的长方形条，将60 cm×30 cm滤纸条平铺在桌面上，用PEG-6000溶液润湿滤纸条上半部分，在距滤纸条上边缘2 cm 处均匀摆放50粒种子成1行并与滤纸上边缘平行，随后将PEG-6000溶液润湿的60 cm×5 cm滤纸条盖在种子上面，轻轻卷好滤纸条，直立放在对应浓度PEG-6000溶液中萌发。

采用模糊数学隶属函数法对不同棉花品种在150 mg/mL PEG-6000胁迫下的抗旱性进行综合评价。隶属函数值X（μ）=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin），式中X为指标测定值，Xmax和Xmin为所有参试材料某一指标的最大值和最小值，如果某一指标与棉花抗旱性呈负相关，则可以通过反隶属函数计算其抗性隶属函数值，公式为X（v）=1-（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）[18]。最后再将每一品种各个指标的隶属值累加求平均值，隶属函数平均值越大，表示品种的抗旱性越强。

盆栽试验：将上下直径分别为45、35 cm，高度为45 cm的花盆装满培养介质（土 ∶沙子=6 ∶1），在土壤表面以花盆中心为点分成6个面积等大的扇形，并相应地种植6个棉花品种，每个品种15粒种子，出苗后间苗，每个品种保留大小一致的6株苗，于苗期和蕾期进行干旱胁迫，以正常浇水为对照。

1.3数据分析

用Excel 2003进行数据整理并计算各处理性状的平均值，DPS7.05软件进行相关性分析。

2结果与分析

2.1不同PEG-6000浓度对棉花种子萌发的影响

为确定棉花萌发期抗旱性评价的最适PEG-6000浓度，随机挑选6个自育高代棉花品系进行不同PEG-6000浓度下的萌发试验（表2）。为了消除试验材料本身间存在的差异，采用各指标的相对值进行数据分析，因为其较各项指标的绝对值来说，能更好地反映不同棉花品系的抗旱性。在50 mg/mL PEG-6000胁迫下，各品系萌发参数指标中变异系数最大的是相对胚根鲜质量，为18.19%；变异系数最小的是相对胚芽长，为4.73%，各指标参数变异系数总和为114.54%。在10 mg/mL PEG-6000胁迫下，各品系萌发参数指标中变异系数最大的是相对活力指数，为21.57%；变异系数最小的是相对胚芽干质量，为8.79%，各指标参数变异系数总和为171.02%。在150 mg/mL PEG-6000胁迫下，各品系萌发参数指标中变异系数最大的是相对发芽势，为 93.16%；变异系数最小的是相对胚芽干质量，为14.24%，各指标参数变异系数总和为427.91%。可见，在150 mg/mL PEG-6000胁迫下，棉花各品系生长指标差异最明显，因而选定150 mg/mL为水稻萌发期抗旱性鉴定的适宜浓度。

2.2150 mg/mL PEG-6000胁迫对棉花种子萌发的影响

在150 mg/mL PEG-6000胁迫下，56个棉花品种（系）的萌发生长参数相对值见表3。在所有萌发生长参数中，除与根系生长相关的参数胚根长、胚根干质量和根冠比在少部分品种（系）中高于对照外，其余均低于对照，其相对值小于1，说明干旱胁迫即能抑制棉花品种（系）的萌发生长，同时又能促进部分品种（系）根系的伸长。在所有参数中，胚根长受干旱胁迫影响最小，相对胚根长平均为98.73%，相对值最大值为131.56%，对应品系为133167，最小值为61.37%，对应品种为新陆早50号；活力指数受干旱胁迫影响最大，相对活力指数平均为18.49%，其中最大值为44.90%，对应品种为新陆早26号，最小值为0.74%，对应品系为133173。除了相对胚芽长和相对胚根长外，干旱胁迫下133173的其他萌发参数相对值在所有品种（系）中最低。

在调查的所有萌发参数中，干旱胁迫下品种间存在较大差异的参数为相对发芽势，变异系数为80.59%；最小的为相对胚根长，变异系数为14.52%。采用模糊数学隶属函数法对棉花品种（系）在150 mg/mL PEG-6000胁迫下的抗旱性进行综合评价，抗旱性排在前3位的分别为新陆早22号、新陆早27号和新陆早9号，排最后3位的分别为新陆早10号、新陆早50号和133173。相关性分析结果显示，所有被测参数均与棉花萌发期抗旱性存在显著相关性，相关性最大的为活力指数，相关系数为0.88；最小的为发芽率，相关系数为0.57。

2.3棉花不同生育期抗旱性相关分析

从萌发期抗旱性评价结果中选出抗旱性较弱的2个品种为新陆早50号和新陆早10号，抗旱性适中的2个品种为新陆早5号和新路早19号，抗旱性较强的2个品种为新陆早9号和新路早27号，其萌发期抗旱隶属函数值分别为0.069、0.254、0.429、0.443、0.684、0.756。将这6个品种盆栽种植，于苗期和蕾期进行干旱胁迫，苗期反复干旱胁迫存活率最高的为新陆早10号，相对存活率为100.00%，最低的为新陆早9号，相对存活率为33.33%；苗期干旱后干物质积累量最大的为新陆早19号，相对干物质量为74.19%，最小的为新陆早9号，相对干物质量积累为34.52%；蕾期干旱胁迫后干物质积累量最大的为新陆早19号，为13.09 g，最小的为新陆早9号，为9.52 g（表4）。

表4干旱胁迫下不同基因型棉花抗旱指标差异

品种X1X2（%）X3（%）X4（g）新陆早50号0.06966.6748.4612.06新陆早10号0.254100.0062.5912.27新陆早5号0.42983.3365.1312.32新陆早19号0.44383.3374.1913.09新陆早9号0.68433.3334.529.52新陆早27号0.75650.0047.9311.79注：X1表示萌发期抗旱隶属值；X2表示苗期干旱后存活率相对值；X3苗期干旱后干物质积累量相对值；X4表示蕾期干旱胁迫后干物质积累量绝对值（6株）。

相关性分析结果（表5）显示，棉花萌发期抗旱隶属函数值与苗期干旱存活率、苗期干旱后干物质积累量和蕾期干旱后干物质积累量间不存在相关性。苗期干旱存活率与苗期干旱后干物质量积累和蕾期干旱后干物质量积累间存在显著相关性，相关系数分别为0.87、0.81。苗期干旱后干物质积累量和蕾期干旱后干物质积累量间存在极显著相关性，相关系数为0.89。

3结论与讨论

采用PEG-6000模拟干旱胁迫法是进行作物萌发期抗旱性评价常用的方法，将该方法应用棉花萌发期抗旱性研究也有报道[12-15]。李志博等认为，萌芽期棉花种子抗旱性鉴定

表5棉花干旱存活率和干物质积累量与隶属值相关性分析

指标相关系数X1X2X3X4X11.00X2-0.621.00X3-0.340.87*1.00X4-0.480.81*0.89* *1.00注同表4。*、* *表示存在显著（P<0.05）、极显著（P<001）相关性。

的适宜PEG-6000浓度为50 mg/mL，在评价结果中新陆早33号抗旱性较强，新陆早24号抗旱性较差[13]；而本研究筛选出的抗旱性评价适应PEG-6000浓度为150 mg/mL，与王俊娟等所用的PEG-6000浓度[14]一致，在评价结果中，新陆早33号和新陆早24号的抗旱排序分别为第7、第42位，分别处在抗旱性排序中靠前和靠后的位子，与李志博的研究结果[13]一致。王延琴等采用沙床法进行棉花种子发芽试验，在20% PEG-6000下仍有较小部分种子萌发[12]；而本研究采用滤纸卷直立法进行种子萌发，在175 mg/mL浓度下，仅有很少部分种子萌发，在200 mg/mL 浓度胁迫下没有棉花种子萌发，可能与笔者选择的棉花材料和萌发方法有关。

作物抗旱性是一个极其复杂的过程，其鉴定方法有田间直接鉴定法、人工控制干旱胁迫法、生化胁迫鉴定法及自然失水胁迫鉴定法等[15]。本研究采用PEG-6000模拟干旱胁迫法于萌发期对棉花进行抗旱性鉴定，运用模糊数学函数法对其抗旱性进行排序。为了使他人能够重复本试验，特挑选出抗旱性差异明显的6个品种进行苗期和蕾期干旱胁迫。相关性分析结果表明，棉花萌发期抗旱性与其苗期和蕾期抗旱性不存在显著相关性，田又升等将水稻萌发期抗旱性评价结果与大田产量抗旱指数进行相关性分析，结果显示不存在显著相关性[16]，而范翠丽等在萌发期和苗期对5个玉米品种的F1、F2代及其自交系进行耐旱性鉴定，萌发期和苗期的抗旱性鉴定结果一致，说明对于玉米来说，萌发期的抗旱性也可能代表了苗期抗旱性[17]，这与本研究结果存在差异，可能与试验者所选择材料不同有关。种子萌发是棉花生活史中的关键阶段，其抗旱性直接关系到棉花的出苗全苗及整齐度问题[14]，因此尽管棉花萌发期的抗旱性不能代表其他生育期的抗旱性，但是对其萌发期进行抗旱筛选是必要的。

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