陆地棉种质资源材料的耐热性评价及指标筛选.pdf

新疆农业科学():./.陆地棉种质资源材料的耐热性评价及指标筛选王 朋郑 凯赵杰银高文举龙遗磊陈全家曲延英(新疆农业大学农学院/棉花教育部工程研究中心乌鲁木齐)摘 要:【目的】评价陆地棉种质资源材料的耐热性及筛选指标为选育耐热性棉花品种及研究耐热性机理提供参考依据【方法】基于 年试验选用 份棉花种质资源随机区组设计测定相关指标综合评价 份陆地棉种质资源材料的耐热性【结果】份陆地棉资源材料可分为 类 其中第一类为耐热材料第二类为中间型材料第三类为敏热型材料建立陆地棉耐热性的评价模型:()建立的最优回归方程可以预测陆地棉材料的耐热性 籽棉产量、单铃重和皮棉产量可作为棉花大田耐热的评价指标而株高和衣分与耐热性无关【结论】筛选出 份耐热陆地棉资源材料建立了以籽棉产量、单铃重和皮棉产量作为陆地棉大田耐热性的评价指标以过氧化物酶、丙二醛和叶绿素含量作为室内耐热性的评价指标关键词:陆地棉 耐热性评价 聚类分析 相关性 耐热指标中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期():基金项目:新疆维吾尔自治区重大专项()作者简介:王朋()男新疆乌鲁木齐人硕士研究生研究方向为作物遗传育种().通信作者:曲延英()女新疆乌鲁木齐人教授博士硕士生/博士生导师研究方向为作物遗传育种().引 言【研究意义】高温影响棉花纤维的产量和品质 新疆经常周期性在 月出现不同程度的高温胁迫 高温胁迫会严重影响棉花花粉发育过程并阻碍棉花生殖生长引起棉花花铃期蕾铃脱落产量和纤维品质下降 采用田间和室内鉴定相结合的方法鉴定耐热种质资源对提高棉花热胁迫的耐受性品种选择有重要意义【前人研究进展】目前鉴定棉花高温耐性主要有花粉离体培养、人工模拟高温和田间自然遭遇高温的方法 可通过果枝着生高度、早熟性等指标直接选择通过生理指标(如细胞膜热稳定性、叶绿素含量等)以及红外、遥感手段进行间接选择 耐性分析评价主要有单指标鉴定和多指标综合评价等方法【本研究切入点】前人鉴定方法多是单指标或者几个指标的方式衡量棉花的耐热性采用多指标综合分析方法的研究较少难以全面地反映不同品种的耐热性 且多为国内材料至今尚未形成统一的棉花耐热性鉴定和评价标准 需筛选评价陆地棉种质资源材料的耐热性指标【拟解决的关键问题】基于国内外具有代表性的 份陆地棉种质资源其中巴基斯坦材料 份中国材料 份 人工模拟高温条件调查田间性状指标采用多元统计分析方法建立棉花耐热性综合评价指标选取极端材料筛选室内生理指标为快速选育耐热性棉花品种及研究棉花耐热性机理提供参考依据 材料与方法 材 料采用 年和 年中国新疆沙湾(:/)和巴基斯坦费萨拉巴德(:/)的气象数据在棉花生育期内试验地区气候条件新新疆疆农农业业科科学学第 卷除温度外其它并无明显的差异 其中 年在巴基斯坦费萨拉巴德地区 月月平均气温均在 属于热应激环境 份棉花种质资源均由新疆农业大学棉花遗传育种团队收集提供 表 表 不同陆地棉来源品种(系)名称 ()编号中国棉花品种(系)()编号巴基斯坦棉花品种(系)()鲁棉 新陆早 号 新陆早 号 中棉 号 辽 中棉所 号新陆中 号晋棉 号 新陆早 号 方 法 大田试验设计试验于 年和 年的 月在中国新疆沙湾市新疆农业大学棉花育种试验田进行 年 月在巴基斯坦费萨拉巴德农业大学主校区试验田进行 均采用随机区组设计每份材料采用 行种植方式设置 个重复在棉花吐絮成熟期对小区中每份材料均一稳定具有代表性的 株测定株高每个材料选择长势均一的 个植株收取中下部 朵棉铃测量籽棉、皮棉、衣分 每份材料连续摘取下部、中部和上部各 朵铃计算单铃重 室内试验设计选择耐热极端 份棉花资源材料选取大小均一籽粒饱满的棉花种子常规土壤培养 待棉花 叶 心时期放入人工气候培养箱温度相对湿度湿度 光照 于胁迫、和 取真叶用液氮冰冻并保存在 冰箱中 测定叶片含水量()、丙二醛()、相对电导率、叶绿素总含量、游离脯氨酸含量()、过氧化物酶()活性 数据处理利用 整理数据 语言进行分析和作图 耐热性综合评价 值计算:()隶属函数值()()/()其中 表示第 个综合指标和 分别表示每个主成分上各性状指标得分值的最小值和最大值 ()表示第 个主成分的权重表示提取的主成分所对应的特征值 ()值表示各陆地棉资源材料高温处理下所得的耐热性综合评价值 结果与分析 份陆地棉品种(系)性状描述研究表明巴基斯坦费萨拉巴德的陆地棉变异系数明显大于中国新疆沙湾的陆地棉 且巴基斯坦费萨拉巴德种植区陆地棉各性状变异系数都大于 年中国新疆沙湾试验田中来自巴基斯坦陆地棉资源材料各指标的变异系数范围是 变异系数超过 的性状指标包括皮棉产量()与株高()来自中国的陆地棉种质资源材料各指标变异系数的范围是 所有农艺性状的变异系数均超过 中国的陆地棉材料更加适应是中国的环境 年在巴基斯坦费萨拉巴德试验田的 份陆地棉资源材料各农艺性状的变异系数范围是 各指标变异系数依次为皮棉产量()株高()籽棉产量()单 铃 重()衣 分()其中来自中国陆地棉资源材料各指标的变异系数为 变异系数最大的性状指标是单铃重()与籽棉产量()所有性状的变异系数均接近 巴基斯坦陆地棉种质资源材料的变异系数明显大于中国陆地棉材料巴基斯坦陆地棉材料更适宜巴基斯坦的自然环境第 期王 朋等:陆地棉种质资源材料的耐热性评价及指标筛选 年在中国新疆沙湾试验田 份陆地棉资源材料各性状的变异系数范围是 各 指 标 变 异 系 数 依 次 为 皮 棉 产 量()株高()衣分()单铃重()籽棉产量()表 表 份陆地棉资源材料各性状描述 ()年份地点 性状平均值标准偏差最小值最大值偏度峰度变异系数 年中国新疆沙湾 株高 籽棉产量 单铃重 皮棉产量 衣分 年巴基斯坦费萨拉巴德 株高 籽棉产量 单铃重 皮棉产量 衣分 年中国新疆沙湾 株高 籽棉产量 单铃重 皮棉产量 衣分 耐热性综合评价及多元逐步回归研究表明 份陆地棉资源材料可明显聚为 类其中第一类为耐热材料第二类为中间型材料第三类为敏热材料 其中第一类巴基斯坦陆地棉材料主要包括 和 第三类主要包括中国陆地棉材料新陆早 号、新陆中 号、中棉所 号和中棉 号 巴基斯坦陆地棉材料相比于中国陆地棉材料其耐热性更好 图 以耐热性综合评价值()作因变量把各单项指标 年变化率的平均值作自变量采用逐步回归方法建立了最优回归方程:()个指标中 个指标对陆地棉耐热性有显著影响分别是籽棉产量()、单铃重()和皮棉产量()籽棉产量、单铃重和皮棉产量对棉花的耐热性有影响 耐热材料 和 皮棉产量仅仅下降了 和 籽棉产量和单铃重与对照相比下降也较少 敏热材料新陆早 号、新陆中 号、中棉所 号和中棉 号其籽棉产量、单铃重和皮棉产量的下降都超过 表 图 份陆地棉资源材料的耐热性评价 新新疆疆农农业业科科学学第 卷表 年和 年 份陆地棉材料各性状变化百分率平均值 材料株高()籽棉产量()单铃重()皮棉产量()衣分()排名 鲁棉 晋棉 号 辽 新陆早 号 新陆早 号 新陆早 号 新陆中 号 中棉所 号 中棉 号 各指标变化率与综合评价 值的相关性研究表明籽棉产量、单铃重和皮棉产量和 值之间呈明显的正相关 且相关系数均大于 籽棉产量、单铃重和皮棉产量之间也呈明显的正相关相关系数均大于 其中株高和衣分与籽棉产量、单铃重、皮棉产量和 值之间的相关系数均较小株高和衣分与棉花的耐热性无关 图 不同种植地区各农艺性状差异研究表明 年和 年中国新疆沙湾之间都没有显著性差异 个重复可靠 其中株高和衣分之间在 个试验点都无显著性差异 籽棉产量、单铃重和皮棉产量在中国新疆沙湾和巴基斯坦费萨拉巴德种植都有显著性差异 个指标受热胁迫的显著影响 籽棉产量、单铃重和皮棉产量可以作为陆地棉田间耐热和敏热材料筛选的指标 图 第 期王 朋等:陆地棉种质资源材料的耐热性评价及指标筛选图 各指标变化率与综合评价 值相关性 图 不同种植地区各农艺性状差异 棉花产量、单铃重和皮棉产量的回归拟合研究表明在 个环境点籽棉产量、单铃重和皮棉产量的 均大于 其中 年中国新疆沙湾单铃重和籽棉产量的 最高()年巴基斯坦费萨拉巴德单铃重和籽棉产量的 为 虽然 年中国新疆沙湾 个指标的 较小但均超过 个指标之间联系紧密可作为陆地棉热胁迫的评价指标 图 新新疆疆农农业业科科学学第 卷图 棉花产量、单铃重和皮棉产量的回归拟合 注:和分别表示在 和 水平差异显著:图 陆地棉耐热极端材料 胁迫下各生理指标的变化 第 期王 朋等:陆地棉种质资源材料的耐热性评价及指标筛选 生理指标变化趋势研究表明耐热材料 和 和敏热材料中棉 号和新陆中 号在胁迫的过程中过氧化物酶、叶片含水量和叶绿素含量都呈现下降的趋势而相对电导率、丙二醛和脯氨酸含量都呈现上升的趋势 除叶片含水量和游离脯氨酸含量外的生理指标在耐热性材料中的变化趋势明显小于敏热材料 过氧化物酶、丙二醛和叶绿素含量可作为室内筛选的指标 图 讨 论 高于最适温度的温度会导致小花不育从而降低作物产量 温度高于时产量会大大降低 随着高温发生的频率增加植物的耐热性评价及耐高温品种的筛选已有相关报道在马铃薯、甜瓜、小麦、水稻和玉米等作物上用多个指标 多 种 方 法 判 断 其 耐 热 性 徐 如 强等、陈希勇等用热感指数法来鉴定多个品种的耐热性通过计算热感指数鉴定品种的耐热性虽然简单易行但只是用单一指标判定参试品种的耐热性忽略了品种的耐热性受多种因素的影响 耿晓丽等以细胞膜热稳定性、容重热感指数、千粒重热感指数对小麦耐热性品种进行筛选鉴定出不同类型的耐热品种 但该方法只是用单一的分析方式比较不同品种的耐热性缺乏多元统计分析 光照、温度和水分影响作物的产量和品质中国新疆沙湾和巴基斯坦费萨拉巴德基本处于同一纬度光照是相近的 年和 年中国新疆沙湾两年的降雨、灌水与施肥量基本一致但 年的病害稍大于 年 年的籽棉产量和皮棉产量明显低于 年 但是 年间各性状的相关系数较高且各指标并无显著性差异虽然中国新疆沙湾和巴基斯坦费萨拉巴德降雨和田间灌溉方式不同但供水量都能够保证棉花的正常的生长温度是限制棉花生长的主要限制因素 吾甫尔阿不都等以 个国内陆地棉种质资源材料为基础对其生长及产量等综合性状进行耐热性鉴定 任茂等以 份陆地棉品种为材料在花铃期模拟高温热害筛选出散粉率、衣分、孕籽率、单铃重、成铃率等 个耐热性鉴定指标 研究基于 份陆地棉种质资源于室内和大田同时进行耐热指标的筛选与评价 相较于棉花或者其他作物的耐热性鉴定 研究进行了不同种植环境的性状检测完善了陆地棉耐热性评价指标体系 结果表明巴基斯坦陆地棉种质资源材料的变异系数明显大于中国陆地棉资源材料巴基斯坦的陆地棉资源材料可能更适宜耐热的自然环境与材料的来源表现一致 差异分析发现籽棉产量、单铃重和皮棉产量无论是中国陆地棉材料、巴基斯坦陆地棉材料在中国新疆沙湾和巴基斯坦费萨拉巴德种植都有显著性差异 个指标受热胁迫的影响且其可以作为田间耐热和敏热材料筛选的指标且多元逐步回归分析、相关性分析与差异分析结果一致 高温胁迫下植物细胞膜透性增加为高温胁迫的本质现象之一 结果显示相对电导率变化值较小的材料耐热性较强 可溶性糖作为主要的渗透调节物质在试验中耐热性和相对电导率均呈极显著相关 丙二醛含量的高低能反映膜脂过氧化的程度可作为衡量植物组织抗氧化能力高低的指标 脯氨酸在植物抗逆胁迫中具有防止水分散失和提高原生质体稳定性的作用 但试验中脯氨酸含量均没有发生显著的变化不适合作为陆地棉耐热性评价的指标 结 论 份陆地棉材料分为三类:耐热材料、中间型材料和敏热型材料 建立耐热性的评价模型:()籽棉产量、单铃重和皮棉产量作为棉花大田耐热性评价的指标而株高和衣分与耐热性无关 筛选出 份耐热陆地棉材料并建立了室内耐热性评价的指标参考文献()()()():():新新疆疆农农业业科科学学第 卷 ()():():():():马益赞闵玲张献龙 棉花响应高温机理及耐高温种质资源研究 植物遗传资源学报():():何小艳朱红芳李晓锋等 高温和淹水胁迫对不结球白菜生长发育的影响 上海农业学报():():范蓉郭亚萍赵柯柯等 旱、盐胁迫下棉花 个转录因子基因的表达与生理指标相关性分析 生物学杂志():():杨敏文 快速测定植物叶片叶绿素含量方法的探讨 光谱实验室():():李春红姚兴东鞠宝韬等 不同基因型大豆耐荫性分析及其鉴定指标的筛选 中国农业科学():():姜梦辉孙丰磊杨阳等 棉花陆海重组自交系群体花铃期抗旱性鉴定及评价 干旱区研究():():胡启瑞 宋桂成 王雪姣 等 高温对陆地棉花粉萌发及棉铃发育的影响 新疆农业大学学报 ():():孔令双 马铃薯种质资源的耐热性分析及鉴定 杨凌:西北农林科技大学 :周永海 甜瓜种质资源耐热性评价及外源物质对热胁迫的缓解效应 杨凌:西北农林科技大学 :李敏苏慧李阳阳等 黄淮海麦区小麦耐热性分析及其鉴定指标的筛选 中国农业科学():():()()杨杰韩登旭阿布来提阿布拉等 新疆自然高温环境下玉米自交系开花期耐热性鉴定与评价 西北植物学报():():徐如强 孙其信 张树榛 春小麦耐热性的筛选方法与指标 华北农学报 ():():陈希勇 孙其信 孙长征 春小麦耐热性表现及其评价 中国农业大学学报 ():():耿晓丽 张月伶 臧新山 等 北方冬麦区与黄淮北片优良小麦品种(系)耐热性评价 麦类作物学报 ():第 期王 朋等:陆地棉种质资源材料的耐热性评价及指标筛选 .()():吾甫尔阿不都巴哈古丽先木西彭华等 棉花种质资源耐热性鉴定及高温胁迫对光合特性的影响 中国棉花():.():任茂张文英 棉花品种耐热性分析及鉴定指标筛选核农学报():():刘少卿孙君灵何守朴等 不同棉花种质资源耐热性苗期鉴定 核农学报():():赵冰雪张永春周琳等 月季高温胁迫研究进展 北方园艺():():凌瑞戴中武代晓雨等 个绣球品种耐热性综合评价与耐热指标筛选 热带作物学报():():新新疆疆农农业业科科学学第 卷 (/):【】【】.【】:()【】:():():().