兩種棉花耐鹽鑒定方法的綜合評價(jià)與低酚棉種質(zhì)系的耐鹽性鑒定

摘要：【目的】探究陸地棉對人工海水和NaCl單鹽脅迫的響應(yīng)，評估人工海水模擬鹽脅迫鑒定棉花耐鹽性的可行性?！痉椒ā恳?35份不同類型的陸地棉種質(zhì)系為材料，比較人工海水和NaCl單鹽脅迫對棉花種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，結(jié)合主成分分析、隸屬函數(shù)分析和聚類分析等方法對棉花材料的耐鹽性進(jìn)行綜合評價(jià)，并通過田間試驗(yàn)對2種鑒定方法進(jìn)行驗(yàn)證?！窘Y(jié)果】2種鹽脅迫下的鑒定結(jié)果僅有52.38%的一致性，鑒定結(jié)果存在較大差異。人工海水脅迫下的鑒定結(jié)果與田間試驗(yàn)鑒定結(jié)果呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.720，NaCl脅迫下的鑒定結(jié)果與大田鑒定結(jié)果無顯著相關(guān)關(guān)系。人工海水和NaCl脅迫處理下，105份低酚棉種質(zhì)資源中表現(xiàn)為抗鹽或耐鹽的材料數(shù)量占比分別為21.90%和33.33%，其中魯17和邯低酚29在2種脅迫下均表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐鹽性?！窘Y(jié)論】使用與海涂地成分相似的人工海水模擬鹽脅迫可以更加精確地鑒定棉花材料的耐鹽性。低酚棉整體耐鹽性較差，但不乏有耐鹽性強(qiáng)的種質(zhì)系，可用于培育耐鹽的低酚棉新品種。

關(guān)鍵詞：低酚棉；萌發(fā)；苗期；人工海水；耐鹽性鑒定；鹽脅迫

Abstract： [Objective] This study aims to explore the response of Gossypium hirsutum under artificial seawater and NaCl stresses， and to assess the feasibility of using artificial seawater to simulate salt stress for evaluating salt tolerance of cotton germplasms. [Methods] Utilizing 135 distinct G. hirsutum germplasms as the experimental materials， this study investigated the impact of artificial seawater and NaCl stresses on cotton seed germination and seedling growth. Through the integration of principal component analysis， membership function analysis， and cluster analysis methodologies， the comprehensive evaluation of cotton salt tolerance was conducted. The results of two identification methods were verified by field experiments under natural salt stress. [Results] The consistency of the identification results under the two salt stresses were only 52.38%， and there were great differences in the results. The identification results under artificial seawater stress were significantly and positively correlated with the results of field experiments， with a correlation coefficient of 0.720; while that under NaCl stress were not significantly correlated with the field identification results. Under artificial seawater and NaCl stress treatments， 21.90% and 33.33% of the 105 glandless cotton germplasms were resistant or tolerant to salt stress， respectively. Among them， Lu 17 and Handifen 29 showed strong salt tolerance under the two salt treatments. [Conclusion] Using artificial seawater that simulates the composition of coastal soil can identify the salt tolerance of cotton germplasms more accurately. Glandless cotton generally exhibits poorer salt tolerance， but there are still some germplasms with strong salt tolerance that can be used to breed new salt tolerant glandless cotton cultivars.

Keywords： glandless cotton; germination; seedling stage; artificial seawater; salt tolerance identification; salt stress

土壤鹽堿化已成為限制作物產(chǎn)量增長的關(guān)鍵因素之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球鹽堿地總面積約為11億hm2，受到氣候和人為因素的影響，每年仍在以100萬～150萬hm2的速度不斷增加[1]。我國鹽堿地總面積達(dá)9 913萬hm2，從東部沿海地區(qū)到西北內(nèi)陸均有分布，隨著全球氣候變暖和海平面上升，鹽堿地面積還在逐年增加[2]。其中，濱海鹽堿地因日照充足、地勢平坦和地下水資源豐富等特點(diǎn)，具有巨大的開發(fā)潛力。濱海鹽堿地沿海岸線廣泛分布，特別是在遼寧、天津、河北、山東、江蘇等地，濱海鹽堿地面積達(dá)到了100萬hm2，約占我國鹽堿地總面積的1.0%。為了確保糧食安全，我國棉花產(chǎn)區(qū)正在向西北內(nèi)陸鹽堿地和濱海鹽堿地轉(zhuǎn)移[3]。因此，棉花生產(chǎn)中迫切需要耐鹽性強(qiáng)的棉花品種，而耐鹽性的準(zhǔn)確鑒定是棉花耐鹽育種的基礎(chǔ)。

棉花的耐鹽性鑒定方法可分為田間鑒定法和室內(nèi)模擬鑒定法，耐鹽性評價(jià)指標(biāo)各不相同。王俊鐸等[4]利用自然鹽堿土對119份陸地棉（Gossypium hirsutum）全生育期的耐鹽性進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)有效結(jié)鈴數(shù)和鈴重可作為鑒定指標(biāo)。周忠麗等[5]利用新疆的次生鹽堿環(huán)境對194份半野生棉材料進(jìn)行多年的耐鹽性鑒定，發(fā)現(xiàn)相對出苗率可作為耐鹽性評價(jià)指標(biāo)。楊濤等[6]在新疆自然鹽堿地播種了170份來自不同地區(qū)的海島棉（G. barbadense），發(fā)現(xiàn)發(fā)芽勢對鹽脅迫最為敏感。楊淑萍等[7]采用不同濃度的NaCl溶液在種子萌發(fā)期和苗期對新疆30份主要棉花品種的耐鹽性進(jìn)行鑒定，確定芽長、根長、鹽害指數(shù)、根冠比等指標(biāo)可用于棉花品種的耐鹽性評價(jià)，且種子萌發(fā)期的耐鹽特性可間接反映苗期耐鹽性。李航等[8]用150 mmol·L－1 NaCl溶液對629份棉花材料的6個(gè)種子發(fā)芽指標(biāo)進(jìn)行測定，通過主成分分析（principal component analysis， PCA）法轉(zhuǎn)化為3個(gè)新的獨(dú)立指標(biāo)，并建立耐鹽指數(shù)方程。田間鑒定能夠直接反映實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境，為生產(chǎn)實(shí)踐提供可靠的指導(dǎo)作用，但鑒定條件不易控制。而室內(nèi)模擬鑒定具有條件可控、試驗(yàn)周期短等優(yōu)勢。然而，以往的鑒定方法大多依賴NaCl單鹽模擬鹽脅迫，導(dǎo)致鑒定結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)情況存在較大的差異。因此，探究并利用與鹽堿地鹽分組成更為相近的復(fù)合鹽在室內(nèi)模擬鹽脅迫，提高室內(nèi)模擬鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，可為生產(chǎn)實(shí)踐提供更有效的指導(dǎo)。本研究通過PCA和隸屬函數(shù)法對棉花種子萌發(fā)期和苗期的耐鹽性進(jìn)行綜合評價(jià)，并將人工海水和NaCl單鹽脅迫的鑒定結(jié)果與田間鑒定結(jié)果進(jìn)行比較，評價(jià)人工海水鑒定棉花耐鹽性的可靠性，并用其篩選出耐鹽性棉花種質(zhì)材料，為棉花耐鹽育種和鹽堿地植棉提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試陸地棉（G. hirsutum）材料：遺傳標(biāo)準(zhǔn)系TM-l、低酚棉品種（系）105份，彩色棉品種（系）9份，常規(guī)棉品種（系）21份，均由浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院棉花課題組提供。除TM-1外其余135份供試材料的信息見附表1。

3對有/無色素腺體的棉花近等基因系：中棉所12/中棉所12無、中棉所16/中棉所16無和中棉所17/中棉所17無，其中，無色素腺體性狀由顯性無色素腺體基因GL■■控制，分別由本實(shí)驗(yàn)室以中棉所12、中棉所16和中棉所17作為輪回親本與顯性無色素腺體種質(zhì)系海1進(jìn)行回交轉(zhuǎn)育而成。

濱海鹽堿地的鹽分組成與海水相似，因此本研究采用人工海水模擬鹽脅迫，可以更好地為棉花的耐鹽育種和種質(zhì)鑒定提供支持[9]。人工海水參照J(rèn)oux等[10]的配方，選取其中幾種主要成分并增加NaCl含量使Na＋濃度達(dá)到500 mmol·L－1，該配方配置的鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.67‰，pH為8.35（表1）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 人工海水和NaCl溶液配制。根據(jù)表1配方配置人工海水，加入超純水將人工海水濃度分別稀釋至20%、30%和40%（Na＋濃度分別為100 mmol·L－1、150 mmol·L－1和200 mmol·L－1）；同時(shí)分別配置100 mmol·L－1、150 mmol·L－1和200 mmol·L－1的 NaCl單鹽溶液。

1.2.2 室內(nèi)發(fā)芽試驗(yàn)。棉花種子使用濃硫酸脫絨，清水沖洗干凈后曬干，發(fā)芽前用75%（體積分?jǐn)?shù)）酒精消毒60 s，用滅菌水沖洗干凈。挑選100粒飽滿種子均勻平鋪到墊有雙層濾紙的方形發(fā)芽盒中，加入20 mL鹽溶液進(jìn)行鹽脅迫處理，以加入等量清水為對照處理，每2 d補(bǔ)充1次水分，每個(gè)處理3次重復(fù)。放置于無光照的恒溫培養(yǎng)箱（溫度28 ℃，濕度75%）中進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù)。

1.2.3 室內(nèi)棉苗耐鹽性鑒定。供試種子脫絨滅菌后，清水浸泡12 h，將種子播種于含蛭石的育苗盆中，覆土澆水至土壤濕潤，待2片子葉完全展平時(shí)，挑選長勢一致的15株幼苗，移栽至12 L的周轉(zhuǎn)箱中，并使用定植棉固定在箱頂部自制的48孔PVC塑料板上，清水培養(yǎng)1 d后，以1/2濃度的改良型霍格蘭（Hoagland）營養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)，每3 d更換1次營養(yǎng)液，24 h通氣1次。培養(yǎng)至3葉期，用鹽溶液進(jìn)行鹽脅迫處理，以1/2濃度的改良型霍格蘭營養(yǎng)液作為對照。每個(gè)處理3次重復(fù)，7 d之后測量棉苗生長發(fā)育指標(biāo)和相關(guān)生理生化指標(biāo)。

1.2.4 海涂地鑒定試驗(yàn)。在人工海水和NaCl單鹽溶液模擬鹽脅迫鑒定結(jié)果中，隨機(jī)取綜合耐鹽系數(shù)差值的絕對值大于或小于0.075的15份棉花材料，在海南省三亞市崖城區(qū)鹽堿地進(jìn)行耐鹽性鑒定。試驗(yàn)地為海涂地，總鹽含量為8.157 g·kg－1，pH為8.51，含速效鉀128.9 mg·kg－1、總氮1.7 g·kg－1、有效磷70.2 mg·kg－1。對照為正常棉花生產(chǎn)用地，總鹽含量為3.245 g·kg－1，pH為7.96，含速效鉀136.7 g·kg－1、總氮1.9 g·kg－1、有效磷67.3 mg·kg－1。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，行長2.5 m，行距60 cm。2023年10月12日條播，每份材料播200粒種子，采用常規(guī)田間管理。

1.3 耐鹽性狀指標(biāo)的測定

1.3.1 種子發(fā)芽指標(biāo)測定。胚根伸出的長度達(dá)到種子長度的1/2，記為發(fā)芽，統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢（germination energy， GE）和發(fā)芽率（germination rate， GR）。GE＝3 d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100% （1）

田間播種后7 d調(diào)查出苗率（seedling emergence rate， SR）。

1.3.2 棉苗指標(biāo)測定。生長發(fā)育指標(biāo)：用精度為0.000 1 g的天平分別測量棉花幼苗地上部鮮物質(zhì)質(zhì)量（aboveground fresh weight， AFW）和地下部鮮物質(zhì)質(zhì)量（underground fresh weight， UFW），稱量后放入牛皮紙袋中，105 ℃殺青60 min后置于80 ℃烘箱中烘干至質(zhì)量恒定，用精度為0.000 1 g的天平分別測量地上部干物質(zhì)質(zhì)量（aboveground dry weight， ADW）和地下部干物質(zhì)質(zhì)量（underground dry weight， UDW）；使用刻度尺測量幼苗子葉節(jié)至最高生長點(diǎn)的距離記為株高（plant height， PH）；使用葉面積分析儀（YMJ-D，浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司）測定棉花幼苗第2片真葉的葉面積（leaf area， LA）。

生理生化指標(biāo)：使用葉綠素儀（SPAD-502 Plus，日本柯尼卡美能達(dá)）測定每株棉花幼苗第2片真葉的葉綠素相對含量（soil and plant analyzer development， SPAD值），每片真葉取3個(gè)點(diǎn)的平均值作為測量值，3次重復(fù)。

棉花幼苗經(jīng)鹽脅迫7 d后取生長狀況一致的5株棉花的第2片真葉，混合樣品，重復(fù)3次測定酶活性。超氧化物歧化酶（superoxide dismutase， SOD）活性測定采用氮藍(lán)四唑光還原法，過氧化物酶（peroxidase， POD）活性測定采用可見光分光光度法，過氧化氫酶（catalase， CAT）活性測定采用紫外吸收法，丙二醛（malondialdehyde， MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸法。

1.4 相關(guān)指標(biāo)的計(jì)算

采用隸屬函數(shù)法對棉花種質(zhì)資源進(jìn)行耐鹽性評價(jià)。將所有測定指標(biāo)均轉(zhuǎn)化為耐鹽指數(shù)（salt tolerance index， STI）；對于與耐鹽性呈負(fù)相關(guān)的MDA含量，則用1/STI表示。

式中，F(xiàn)i表示某品種（系）i綜合指標(biāo)因子得分，Eij表示第i個(gè)主成分第j個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)對應(yīng)的特征向量，STIj表示某品種（系）第j個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的耐鹽指數(shù)，μ（Fi）表示某品種（系）i綜合指標(biāo)的隸屬值，F(xiàn)imax和Fimin分別表示i綜合指標(biāo)的最大值和最小值，Wi表示第i個(gè)綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的重要程度即權(quán)重，Pi表示第i個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率，D為綜合耐鹽系數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2021整理，使用SPSS 27.0軟件進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)性分析、PCA、多元逐步分析、方差分析，使用R語言進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 人工海水和NaCl單鹽脅迫濃度確定

TM-1的GE、GR、PH、植株鮮物質(zhì)質(zhì)量（plant fresh weight， PFW）和植株干物質(zhì)質(zhì)量（plant dry weight， PDW）均隨著鹽濃度的增加而降低。相同Na＋濃度下（100、150、200 mmol·L－1），人工海水脅迫對GE、GR的抑制作用強(qiáng)于NaCl脅迫，但人工海水脅迫對PH、PFW和PDW的抑制作用弱于NaCl脅迫（20%人工海水對PDW的影響除外）（附表2）。

與對照相比，20%人工海水脅迫下，GE、GR、PH、PFW和PDW分別下降6.50%、32.16%、12.92%、8.53%和22.92%；30%人工海水處理下，上述指標(biāo)分別下降28.58%、49.99%、31.17%、37.20%和29.17%；40%人工海水處理下，上述指標(biāo)分別下降62.61%、90.46%、50.58%、43.98%和41.67%。與對照相比，100 mmol·L－1 NaCl脅迫下GE、GR、PH、PFW和PDW分別下降4.78%、17.26%、20.47%、15.40%和28.30%；150 mmol·L－1 NaCl處理下，上述指標(biāo)分別下降23.92%、37.41%、34.71%、43.74%和41.51%；200 mmol·L－1 NaCl處理下，上述指標(biāo)分別下降39.21%、67.67%、57.45%、50.31%和50.94%（附表2）。

棉花的耐鹽性隨著生長發(fā)育進(jìn)程的推進(jìn)不斷增強(qiáng)。為了準(zhǔn)確鑒定棉花的耐鹽性，在不同的生長階段需采用不同濃度的鹽溶液進(jìn)行耐鹽性評價(jià)。通常選擇以GE或GR降低約50%，或者PH、PFW、PDW減少50%作為最佳的鑒定濃度。綜上所述，發(fā)芽試驗(yàn)選用30%的人工海水和150 mmol·L－1 NaCl溶液。棉苗的耐鹽性試驗(yàn)選用40%的人工海水和200 mmol·L－1的NaCl溶液。

2.2 2種鑒定方法的評價(jià)

2.2.1 發(fā)芽試驗(yàn)和苗期耐鹽性鑒定結(jié)果。對135份陸地棉種質(zhì)資源在人工海水和 NaCl脅迫下進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)和棉苗耐鹽性鑒定，計(jì)算各指標(biāo)的STI，結(jié)果見表2。

在2種鹽脅迫下，所有測定的棉花性狀的STI均小于100%，說明2種脅迫對棉花種子萌發(fā)和幼苗生長發(fā)育均產(chǎn)生了不同程度的抑制作用。人工海水脅迫下，13個(gè)性狀的STI平均值為32.63%～69.81%，NaCl單鹽脅迫下為39.47%～73.43%；其中種子GE和GR在人工海水脅迫下的下降幅度更為明顯，而大多數(shù)棉苗生理生化指標(biāo)在NaCl脅迫下的下降幅度更大。所有性狀中，GE對鹽脅迫最為敏感，人工海水和NaCl單鹽脅迫下GE的STI平均值分別為32.63%和39.47%，均是各性狀中最低的。

13個(gè)指標(biāo)的變異系數(shù)均在10%以上。人工海水脅迫下，各指標(biāo)的變異系數(shù)的變化范圍為10.82%～46.53%，NaCl單鹽脅迫下各指標(biāo)的變異系數(shù)為11.45%～36.88%。人工海水脅迫下的GE、ADW、LA、SOD活性、POD活性、CAT活性和MDA含量相比NaCl單鹽脅迫具有更大的變異系數(shù)，表明在人工海水脅迫下供試棉花種質(zhì)資源的部分指標(biāo)表現(xiàn)出更大的差異。

2.2.2 STI的相關(guān)分析。對13個(gè)性狀指標(biāo)的STI進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明，相關(guān)性狀并不是獨(dú)立變化的，同一時(shí)期測定的性狀其相關(guān)系數(shù)更高。人工海水和NaCl脅迫下，GE與GR的STI呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.661和0.592。在棉花苗期2種脅迫處理下，AFW的STI與ADW、UFW、UDW和PH的STI呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；第2片真葉LA的STI與SOD活性、CAT活性和POD活性的STI呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（附表3和附表4）。由于性狀指標(biāo)間存在相關(guān)性，這有利于進(jìn)行PCA將評價(jià)指標(biāo)簡化，從而更有效地評價(jià)棉花耐鹽種質(zhì)資源。

2.2.3 主成分分析。以135份棉花種質(zhì)13個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的STI為基礎(chǔ)進(jìn)行PCA，以特征值大于1為閾值，將13個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)簡化為4個(gè)主成分（PC1～PC4），人工海水和NaCl單鹽脅迫下的累計(jì)貢獻(xiàn)率分別為71.21%和71.45%（附表5）。

在人工海水脅迫下，PC1的貢獻(xiàn)率為28.14%，主要由LA、SOD活性、POD活性和CAT活性決定，反映了棉花苗期的生理生化指標(biāo)；PC2的貢獻(xiàn)率為21.33%，主要由ADW、AFW、UDW、UFW和PH決定，反映了棉花苗期的生長發(fā)育指標(biāo)；PC3的貢獻(xiàn)率為12.54%，主要由GE和GR決定，反映了棉花種子發(fā)芽指標(biāo)；PC4的貢獻(xiàn)率為9.2%，主要由SPAD值和MDA含量決定，反映了棉花葉綠素含量和MDA含量相關(guān)的綜合指標(biāo)。

在NaCl單鹽脅迫下，PC1的貢獻(xiàn)率為29.03%，主要由UDW、UFW、LA、SOD活性、POD活性和CAT活性決定，反映了棉花苗期的地下部生長發(fā)育指標(biāo)和生理生化指標(biāo)；PC2的貢獻(xiàn)率為22.82%，主要由ADW、AFW和PH決定，反應(yīng)了棉花苗期的地上部生長發(fā)育指標(biāo)；PC3的貢獻(xiàn)率為11.23%，主要由GE和GR決定，反映了棉花種子的發(fā)芽指標(biāo)；PC4的貢獻(xiàn)率為8.37%，主要由SPAD值和MDA含量決定，反映了棉花葉綠素含量和MDA含量相關(guān)的綜合指標(biāo)。人工海水和NaCl單鹽脅迫之間4個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率和所包含的性狀存在一定的差異。

2.2.4 綜合耐鹽系數(shù)。根據(jù)PCA結(jié)果計(jì)算得到各品種主成分的F值，F(xiàn)值越大代表材料的耐鹽性越強(qiáng)。在人工海水脅迫處理下，第1綜合指標(biāo)（主成分）下的F值為－2.744～2.170，其中C125的耐鹽性最好，C85的耐鹽性最差；第2綜合指標(biāo)下的F值為－2.565～2.400，其中C25的耐鹽性最好，C11的耐鹽性最差；第3綜合指標(biāo)下的F值為－2.610～2.261，其中C25的耐鹽性最好，C113的耐鹽性最差；第4綜合指標(biāo)下的F值為－3.144～2.131，其中C100的耐鹽性最好，C90的耐鹽性最差。在NaCl脅迫下，第1綜合指標(biāo)下的F值為－2.686～2.722，其中C125的耐鹽性最好，C11的耐鹽性最差；第2綜合指標(biāo)下的F值為－2.584～2.347，其中C28的耐鹽性最好，C78的耐鹽性最差；第3綜合指標(biāo)下的F值為－2.735～2.176，其中C30的耐鹽性最好，C87的耐鹽性最差；第4綜合指標(biāo)下的F值為－1.911～2.945，其中C126的耐鹽性最好，C104的耐鹽性最差（表3）。

由于單個(gè)綜合指標(biāo)鑒定的結(jié)果各不相同，因此計(jì)算各指標(biāo)的綜合耐鹽系數(shù)（D）對棉花種質(zhì)的耐鹽性進(jìn)行評價(jià)。人工海水脅迫下135份材料的D值為0.344～0.802，其中低酚棉的D值為0.344～0.802，平均為0.545；彩色棉的D值為0.415～0.751，平均為0.583；常規(guī)棉的D值為0.346～0.779，平均為0.542。NaCl脅迫下135份材料的D值為0.254～0.723，其中低酚棉的D值為0.254～0.723，平均為0.500；彩色棉的D值為0.431～0.609，平均為0.527；常規(guī)棉的D值為0.290～0.715，平均為0.504（表4）。綜合2種處理的鑒定結(jié)果來看，彩色棉的整體耐鹽性水平最高，常規(guī)棉和低酚棉的整體耐鹽性無明顯差異。

105份低酚棉資源材料包括國外引進(jìn)的原始低酚棉種質(zhì)12份，西北內(nèi)陸棉區(qū)育成的低酚棉品種（系）18份，長江流域棉區(qū)育成的低酚棉品種（系）18份，黃河流域棉區(qū)育成的低酚棉品種（系）53份，北部特早熟棉區(qū)育成的低酚棉品種（系）4份。對不同生態(tài)區(qū)低酚棉種質(zhì)材料的D值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表4）發(fā)現(xiàn)，在人工海水脅迫下，各生態(tài)區(qū)低酚棉的耐鹽性水平表現(xiàn)為黃河流域＞北部特早熟區(qū)＞長江流域＞國外＞西北內(nèi)陸，綜合得分最高的是黃河流域的材料，D平均值為0.576。在NaCl脅迫下，各生態(tài)區(qū)低酚棉的耐鹽性水平表現(xiàn)為黃河流域＞長江流域＞北部早熟區(qū)＞國外＞西北內(nèi)陸，D平均值相對人工海水脅迫較低。

綜合2種鹽脅迫處理，C49（魯17）、C55（邯低酚29）、C125（白棉14）的綜合耐鹽系數(shù)（D值）較高，是耐鹽性較強(qiáng)的材料，C11（DF1-7）、C16（邯低酚1）的D值較低，是耐鹽性較差的材料（附表1）。

2.2.5 回歸模型建立和鑒定指標(biāo)篩選。為進(jìn)一步篩選出耐鹽性鑒定指標(biāo)，建立棉花耐鹽性評價(jià)的數(shù)學(xué)模型，以綜合耐鹽系數(shù)D值作為因變量，13個(gè)指標(biāo)的STI作為自變量進(jìn)行逐步回歸分析構(gòu)建回歸方程。在人工海水處理下，D＝0.435×AFW＋0.414×CAT＋0.401×PH＋0.268×GR＋0.171×LA－0.540[R2＝0.941，P＜0.001，Durbin-Watson（DW）＝1.819]。AFW、CAT活性，PH、GR和LA顯著影響棉花D值，可以作為人工海水處理下棉花耐鹽性鑒定的關(guān)鍵指標(biāo)。

在NaCl處理下，D＝0.375×AFW＋0.318×MDA＋0.269×UDW＋0.243×GR＋0.316×PH＋0.215×SPAD－0.514（R2＝0.956，P＜0.001，DW＝1.801）。AFW、MDA含量、UDW、GR、PH和葉片SPAD值對棉花D值有顯著影響，可以作為NaCl處理下棉花耐鹽性鑒定的關(guān)鍵指標(biāo)。2種不同的脅迫處理方法中，GR、AFW和PH為共同的關(guān)鍵鑒定指標(biāo)。

2.2.6 2種鑒定方法的田間驗(yàn)證。為檢驗(yàn)室內(nèi)鑒定結(jié)果的可靠性，根據(jù)2種脅迫處理的鑒定結(jié)果，隨機(jī)選取15份材料進(jìn)行田間耐鹽性鑒定。結(jié)果表明，所有材料均能在中等鹽脅迫的大田中出苗，但出苗率受到較大的抑制，相對出苗率為45.11%～83.55%。根據(jù)田間相對出苗率進(jìn)行耐鹽分級(jí)[11]，9份材料（C49～C52、C55、C98、C100、C122和C125）表現(xiàn)為抗鹽，4份材料（C1、C7、C26和C68）表現(xiàn)為耐鹽，2份材料（C120和C121）表現(xiàn)為對鹽脅迫敏感（表5）。

對15份棉花種質(zhì)資源在人工海水和NaCl單鹽脅迫下鑒定的D值進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)兩者之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為－0.473，人工海水脅迫鑒定的D值與田間相對出苗率存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.720，而NaCl單鹽脅迫鑒定的D值與田間相對出苗率的相關(guān)系數(shù)僅為0.055，且不顯著。說明人工海水處理的耐鹽性鑒定結(jié)果與田間耐鹽性鑒定結(jié)果具有更高的一致性。

2.3 低酚棉種質(zhì)資源耐鹽性鑒定

2.3.1 色素腺體有/無的棉花近等基因系的耐鹽性鑒定結(jié)果。與對應(yīng)的無色素腺體近等基因系相比，有色素腺體的棉花整體表現(xiàn)出更強(qiáng)的耐鹽性。在人工海水脅迫下，中棉所12、中棉所16和中棉所17這3個(gè)有色素腺體棉花的綜合指標(biāo)1、2、3、4的F因子之和分別為4.372、1.570、2.195、－0.005，對應(yīng)的無色素腺體近等基因系的綜合指標(biāo)1、2、3、4的F因子之和分別為1.077、－0.092、0.413、－1.809。有色素腺體近等基因系的各F因子之和均大于對應(yīng)無色素腺體近等基因系，且3個(gè)無色素腺體近等基因系的D值均小于對應(yīng)的有色素腺體棉花。NaCl脅迫下，有色素腺體棉花的綜合指標(biāo)1、2、3、4的F因子之和分別為－1.772、1.704、2.742、3.973，無色素腺體近等基因系的綜合指標(biāo)1、2、3、4的F因子之和分別為－1.836、1.543、0.104、0.305。有色素腺體棉近等基因系的各F因子之和均大于無色素腺體近等基因系。除中棉所16無色素腺體近等基因系的D值略大于對應(yīng)的有色素腺體外，其余無色素腺體近等基因系的D值均小于對應(yīng)的有色素腺體棉花（表6）。

2.3.2 低酚棉種質(zhì)資源耐鹽性聚類分析。聚類分析可以將棉花材料分成不同的類別，同一類別內(nèi)的材料具有相似的耐鹽性特征。根據(jù)綜合耐鹽系數(shù)（D值），使用平均距離法進(jìn)行層次聚類，在2種脅迫處理下將105份低酚棉分為4類（圖1）。在人工海水脅迫下，第Ⅰ類包含7份材料，其D值為0.735～0.802，為抗鹽材料，所占比例為6.67%；第Ⅱ類包含16份材料，其D值為0.638～0.702，為耐鹽材料，所占比例為15.24%；第Ⅲ類包含56份材料，其D值為0.480～0.616，為不耐鹽材料，所占比例為53.33%；第Ⅳ類包含26份材料，其D值為0.344～0.466，為鹽敏感材料，所占比例為24.76%。在NaCl脅迫下，第Ⅰ類包含6份材料，其D值為0.653～0.723，為抗鹽材料，所占比例為5.71%；第Ⅱ類包含29份材料，其D值為0.559～0.644，為耐鹽材料，所占比例為27.62%；第Ⅲ類包含55份材料，其D值為0.396～0.552，為不耐鹽材料，所占比例為52.38%；第Ⅳ類包含15份材料，其D值為0.254～0.379，為鹽敏感材料，所占比例為14.29%。在2種鹽脅迫處理下，耐鹽性鑒定結(jié)果均為第Ⅰ類的共有2個(gè)材料，為C49（魯17）和C55（邯低酚29）；均為第Ⅱ類的共有8個(gè)，均為第Ⅲ類的共有36個(gè)材料，均為第Ⅳ類的共有9個(gè)材料，鑒定結(jié)果一致性為52.38%。表明供試低酚棉材料對人工海水（復(fù)合鹽）和NaCl單鹽的敏感性不同，2種脅迫下的棉花耐鹽性鑒定結(jié)果有較大的差異。

進(jìn)一步對4類棉花材料的主成分綜合指標(biāo)F值進(jìn)行分析（表7），在人工海水脅迫下，PC1所代表的苗期生理生化指分值（F1），第Ⅰ類群顯著優(yōu)于第Ⅱ、第Ⅲ類群，第Ⅳ類群顯著低于其他類群；PC2所代表的苗期生長發(fā)育指標(biāo)分值（F2），第Ⅰ和第Ⅱ類群顯著優(yōu)于第Ⅲ和第Ⅳ類群；PC3所代表的種子發(fā)芽指標(biāo)分值（F3），第Ⅰ、第Ⅱ類群顯著優(yōu)于第Ⅳ類群，與第Ⅲ類群差異不顯著；PC4所代表的MDA含量和SPAD值分值（F4），第Ⅰ、第Ⅱ類群顯著優(yōu)于第Ⅲ和第Ⅳ類群。在NaCl脅迫下，PC1所代表的苗期地下部生長指標(biāo)和生理生化指標(biāo)以及PC2所代表的苗期地上部生長發(fā)育指標(biāo)分值，第Ⅰ、第Ⅱ類群顯著優(yōu)于第Ⅲ類群，第Ⅳ類群顯著低于其他類群；PC3所代表的種子發(fā)芽指標(biāo)分值，第Ⅰ類群顯著優(yōu)于第Ⅳ類群；PC4所代表的MDA含量和SPAD值分值，第Ⅰ類群顯著優(yōu)于其他3個(gè)類群。

不同地區(qū)來源的低酚棉種質(zhì)資源耐鹽性以耐鹽和不耐鹽類型為主，抗鹽類型的數(shù)量占比較?。ū?）。在人工海水脅迫下，僅鑒定到6份黃河流域（邯低酚12、豫無2-29、魯17、中12顯無、抗黃194187、邯低酚29）和1份長江流域（低酚24）的抗鹽低酚棉資源，分別占當(dāng)?shù)毓┰囐Y源數(shù)量的11.32%和5.56%。在NaCl脅迫下，鑒定到4份黃河流域（邯低酚29、豫603、魯17、邯低酚16）、1份北部特早熟區(qū)（遼04-1）和1份西北內(nèi)陸（新1901）的抗鹽低酚棉資源，分別占當(dāng)?shù)毓┰囐Y源數(shù)量的7.55%、25.00%和5.56%。

3 討論

3.1 人工海水和NaCl脅迫對棉花種子萌發(fā)和幼苗生長有不同的影響

復(fù)合鹽與單一鹽對棉花的毒害程度不同，棉花植株對復(fù)合鹽的響應(yīng)相較單一硫酸鹽或氯化物有較大的差異[4]。

種子萌發(fā)是植物生長周期中抗逆性最弱的階段，鹽脅迫對大多數(shù)種子的萌發(fā)有抑制作用，鹽堿地過高或過低的pH還會(huì)對種子造成氧化脅迫，抑制種子內(nèi)部物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而抑制種子的萌發(fā)[12]。李雙男等[13]采用不同類型的鹽堿溶液在棉花種子萌發(fā)階段進(jìn)行耐鹽性鑒定，發(fā)現(xiàn)棉花種子在復(fù)合鹽堿條件下的GR、GE下降幅度大于中性鹽Na2SO4和NaCl處理。本研究結(jié)果表明，受到人工海水和NaCl脅迫時(shí)，棉花種子的GR和GE均顯著下降，人工海水脅迫下降幅更大。此外，種子在萌發(fā)階段首先面臨的是鹽分所引起的滲透脅迫。人工海水溶液相較于NaCl溶液具有更高的離子濃度，從而導(dǎo)致種子的滲透脅迫加劇，吸水不足，也會(huì)對種子的萌發(fā)產(chǎn)生更強(qiáng)的抑制作用[14]。

幼苗生長期，復(fù)合鹽堿對棉株的毒害性弱于單鹽。許艷超等[15]采用與新疆次生鹽堿地鹽分組成相似的復(fù)合鹽對半野生棉進(jìn)行苗期耐鹽性鑒定，發(fā)現(xiàn)復(fù)合鹽與NaCl脅迫下的幼苗表現(xiàn)有所不同，在較高濃度的NaCl脅迫下棉花幼苗出現(xiàn)畸形、子葉難以展平、干物質(zhì)積累量少、生長緩慢的現(xiàn)象，而復(fù)合鹽堿脅迫并未對棉苗的子葉及根系的生長發(fā)育產(chǎn)生明顯的影響。在本研究中，棉花在幼苗期受到鹽脅迫時(shí)其生理生化指標(biāo)均受到影響，但AFW、ADW、UFW、PH、LA和SPAD值在人工海水處理下的降幅小于NaCl單鹽脅迫。同時(shí)在人工海水脅迫下，棉花幼苗具有較高的SOD、POD和CAT活性。NaCl溶液與人工海水在離子成分組成上有所不同，除了都含有大量的Na＋和Cl－外，人工海水中還含有Ca2＋、Mg2＋、K＋等離子。各離子之間存在著競爭與拮抗作用，改變了棉花幼苗在鹽脅迫下的氧化應(yīng)激機(jī)制，緩解了棉花幼苗受到的鹽脅迫壓力，表現(xiàn)出了與NaCl脅迫下不同的耐受反應(yīng)[16]。

3.2 人工海水法鑒定棉花耐鹽性的結(jié)果更可靠

棉花的室內(nèi)耐鹽性鑒定多集中在單鹽或單堿處理，通過測定GR、GE、鮮物質(zhì)質(zhì)量、干物質(zhì)質(zhì)量、葉綠素含量等生理指標(biāo)，以及抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性和MDA含量等生化指標(biāo)作為評估棉花耐鹽性的依據(jù)[17-19]。然而，由于鹽堿地含鹽類型為復(fù)合鹽，采用單一鹽鑒定的結(jié)果可能與實(shí)際情況存在一定的差異[20]。通過采用與鹽堿地鹽分組成更為相近的復(fù)合鹽在室內(nèi)模擬鹽脅迫可以提高棉花耐鹽性鑒定的精確性和可靠性[15， 21]。本研究在室內(nèi)分別采用人工海水和NaCl溶液模擬鹽脅迫，對135份棉花材料進(jìn)行耐鹽性評價(jià)，發(fā)現(xiàn)2種鹽脅迫處理的鑒定結(jié)果僅有52.38%的一致性。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)?zāi)望}性鑒定結(jié)果的可靠性，以中等鹽脅迫自然鹽堿地的相對出苗率作為評價(jià)指標(biāo)對15份材料進(jìn)行田間耐鹽性評價(jià)。通過2種脅迫下的綜合耐鹽系數(shù)（D值）與田間鑒定結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明人工海水處理的鑒定結(jié)果與大田鑒定結(jié)果極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.720，而NaCl的鑒定結(jié)果與大田鑒定結(jié)果并未達(dá)到顯著水平。說明使用人工海水模擬鹽脅迫的鑒定結(jié)果與田間生產(chǎn)實(shí)際更為接近，具有更高的可靠性。

3.3 低酚棉的耐鹽性相對較差

相較于常規(guī)白色棉，彩色棉主莖功能葉片中的MDA含量更高，導(dǎo)致其功能葉的衰老進(jìn)程加速，這影響了光合產(chǎn)物的形成和積累，進(jìn)而降低了彩色棉的產(chǎn)量和纖維品質(zhì)[22]。然而，苗期彩色棉較白色常規(guī)棉具有更高的POD活性，對環(huán)境有著更強(qiáng)的適應(yīng)性[23]。李維江等[24]在三葉期采用150 mmol·L－1的NaCl溶液對2個(gè)彩色棉品種和2個(gè)白色常規(guī)棉品種進(jìn)行耐鹽性鑒定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)彩色棉在苗期的耐鹽性要強(qiáng)于白色常規(guī)棉。李函利等[25]對179份低酚棉種植資源進(jìn)行了耐鹽性鑒定和評價(jià)，發(fā)現(xiàn)低酚棉種質(zhì)資源群體的耐鹽性差異較大，總體耐鹽水平較低，沒有高抗材料，抗鹽材料僅有4份。本研究通過綜合耐鹽系數(shù)（D值）對不同類型的陸地棉整體耐鹽性進(jìn)行比較，結(jié)果表明，在人工海水和NaCl脅迫下彩色棉的D值大于低酚棉和常規(guī)棉，整體耐鹽性較強(qiáng)。低酚棉與常規(guī)棉的D值沒有明顯差異，總體耐鹽性差異不大，但低酚棉中抗鹽和耐鹽材料的占比較低。無色素腺體和有色素腺體近等基因系之間，除了色素腺體有無和棉酚含量高低之外，其遺傳背景基本一致。本研究包含經(jīng)多代回交育成的3對色素腺體有無的近等基因系。人工海水脅迫鑒定結(jié)果表明，3個(gè)無色素腺體近等基因系的D值均小于對應(yīng)的有色素腺體棉花；NaCl單鹽脅迫的鑒定結(jié)果與人工海水結(jié)果基本一致，只是1對近等基因系的結(jié)果略有不同，總體來看無色素腺體近等基因系的耐鹽性較差。

此外，本研究結(jié)合棉花萌發(fā)期和幼苗期的耐鹽情況，通過綜合評價(jià)將105份低酚棉種質(zhì)資源劃分為抗鹽、耐鹽、不耐鹽和鹽敏感共4類。在人工海水和NaCl脅迫下，這批材料中分別有21.90%和33.33%的材料表現(xiàn)為抗鹽或耐鹽，占比較低。不同生態(tài)區(qū)低酚棉資源的耐鹽性存在差異，黃河流域和長江流域的耐鹽性整體較好，西北內(nèi)陸和國外引進(jìn)原始材料的耐鹽性較差，與其他陸地棉材料的耐鹽性鑒定結(jié)果一致[26-27]。說明低酚棉整體耐鹽性較差，但其中也有一些抗鹽的種質(zhì)系，如C49（魯17）和C55（邯低酚29）在2種鹽脅迫下表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐鹽性，是耐鹽低酚棉育種的優(yōu)良種質(zhì)資源[28-29]。

4 結(jié)論

陸地棉對NaCl和人工海水脅迫的響應(yīng)存在差異，采用與鹽分組成相近的人工海水模擬鹽脅迫處理的方法不僅能有效區(qū)分不同棉花材料在鹽脅迫下的表現(xiàn)，而且其鑒定結(jié)果與自然田間條件下的鑒定結(jié)果更為一致。低酚棉的耐鹽性整體較差，但其中也不乏耐鹽性較好的種質(zhì)（如魯17和邯低酚29），可作為棉花耐鹽機(jī)制研究和耐鹽低酚棉育種的資源材料。

附表：

詳見本刊網(wǎng)站（http：//journal.cricaas.com.cn/）本文網(wǎng)頁版。

附表1 135份陸地棉材料的類型、來源和綜合耐鹽系數(shù)

Table S1 Types， sources， and comprehensive salt to-

lerance coefficients of 135 G. hirsutum lines

附表2 不同濃度的鹽脅迫下TM-1的生長發(fā)育指標(biāo)

Table S2 The growth and development indicators of TM-1 under different concentrations of salt stress

附表3 人工海水脅迫下各性狀耐鹽指數(shù)的相關(guān)系數(shù)

Table S3 Correlation coefficients of salt tolerance indices of various traits under artificial seawater stress

附表4 NaCl脅迫下各性狀耐鹽指數(shù)相關(guān)系數(shù)

Table S4 Correlation coefficients of salt tolerance indices of various traits under NaCl stress

附表5 人工海水和NaCl脅迫下13個(gè)性狀耐鹽指數(shù)的主成分分析

Table S5 Principal component analysis of salt tole-

rance indices of 13 traits under artificial seawater stress and NaCl stress

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（責(zé)任編輯：王小璐 責(zé)任校對：王國鑫）