中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (21): 4150-4162.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.21.002
米热扎提江·喀由木1(), 西尔艾力·吾麦尔江1, 李晓曈1, 王香茹1, 贵会平1, 张恒恒1, 张西岭1, 董强1,2(
), 宋美珍1,2(
)
收稿日期:
2023-04-18
接受日期:
2023-06-02
出版日期:
2023-11-01
发布日期:
2023-11-06
通信作者:
联系方式:
米热扎提江·喀由木,E-mail:82101205083@caas.cn。
基金资助:
KAYOUMU MiReZhaTiJiang1(), WUMAIERJIANG XiErAiLi1, LI XiaoTong1, WANG XiangRu1, GUI HuiPing1, ZHANG HengHeng1, ZHANG XiLing1, DONG Qiang1,2(
), SONG MeiZhen1,2(
)
Received:
2023-04-18
Accepted:
2023-06-02
Published:
2023-11-01
Online:
2023-11-06
摘要:
【目的】建立棉花品种(系)耐低磷能力评价体系,筛选耐低磷型棉花种质和评价不同磷效率类型,为研究棉花耐低磷生理机制和挖掘耐低磷基因奠定基础。【方法】以来自国内外不同棉区的140份棉花品种(系)为材料,采用水培试验方法,在低磷(10 μmol·L-1 KH2PO4)和正常磷(500 μmol·L-1 KH2PO4)处理下,测定各棉花品种生物量、根系相关指标和磷效率相关指标等21个性状表征值,计算各指标耐低磷胁迫指数。利用综合隶属函数法,进行主成分分析、回归分析和聚类分析,对各棉花品种进行耐低磷能力的划分,综合评价各棉花品种耐低磷能力和磷效率类型。【结果】与正常磷处理相比,低磷处理下,供试棉花品种的总磷积累量、总磷含量、地上部干重和总干物重等指标的均值降幅较大,而根平均直径、比根面积、根尖数和磷素利用效率等指标的均值会有所上升;低磷处理下,各指标变异系数范围为6.04%—47.79%,比根尖密度、根尖数、比根长和根平均直径等根系指标变异系数较正常磷处理均提高,变异系数分别为47.49%、42.13%、40.19%和19.16%;对21个指标的耐低磷胁迫指数进行主成分分析,6个主成分的累计方差贡献率达77.21%,利用隶属函数法计算综合耐低磷综合评价值(D);采用多元回归分析方法,建立D值回归方程,确定6个耐低磷性鉴定指标并进行系统聚类,将不同棉花品种(系)划分为耐低磷型、中间型、低磷敏感型3类。【结论】筛选出棕絮1号、鲁原343、LambrightGL-N、巴西014、南丹里湖大棉、苏远1028和gL2g13等品种为耐低磷型棉花品种,陕2812、FJA、孝2168和东兰那亭大花等品种的耐低磷能力较差,为低磷敏感型;确定总干物重、磷素利用效率、地下部鲜重、总根长、根系表面积和总磷积累量作为棉花耐低磷能力评价的指标。
米热扎提江·喀由木, 西尔艾力·吾麦尔江, 李晓曈, 王香茹, 贵会平, 张恒恒, 张西岭, 董强, 宋美珍. 棉花苗期耐低磷种质筛选及耐低磷综合评价[J]. 中国农业科学, 2023, 56(21): 4150-4162.
KAYOUMU MiReZhaTiJiang, WUMAIERJIANG XiErAiLi, LI XiaoTong, WANG XiangRu, GUI HuiPing, ZHANG HengHeng, ZHANG XiLing, DONG Qiang, SONG MeiZhen. Screening of Low Phosphorus Tolerant Germplasm in Cotton at Seedling Stage and Comprehensive Evaluation of Low Phosphorus Tolerance[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(21): 4150-4162.
表1
2种磷处理下棉花各性状值及耐低磷系数"
性状 Trait | 正常磷处理 Normal phosphorus | 低磷处理 Low phosphorus | 耐低磷系数 LP/CK (%) | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
平均值 Mean | 标准差 SD | 变异系数 CV (%) | 平均值 Mean | 标准差 SD | 变异系数 CV (%) | 平均值 Mean | 标准差 SD | 变异系数 CV | |
地上部干重ADW (g) | 1.70a | 0.42 | 24.81 | 0.78b | 0.18 | 22.73 | 48.31 | 15.54 | 32.18 |
地下部干重UDW (g) | 0.18b | 0.05 | 26.04 | 0.22a | 0.05 | 26.69 | 113.11 | 41.44 | 36.64 |
总干物重TDW (g) | 1.88a | 0.43 | 22.90 | 0.97b | 0.21 | 21.83 | 54.18 | 16.48 | 30.41 |
主根长TRL (cm) | 22.47a | 3.73 | 16.60 | 22.35a | 4.20 | 18.80 | 100.71 | 17.70 | 17.58 |
根系表面积RSA (cm2) | 212.26b | 66.28 | 31.23 | 232.29a | 71.12 | 30.62 | 117.70 | 50.29 | 42.73 |
根平均体积RVE (cm3) | 3.01b | 1.20 | 39.86 | 3.65a | 1.17 | 32.08 | 136.27 | 62.30 | 45.71 |
总根长TRH (cm) | 1226.80a | 276.94 | 22.57 | 1137.91b | 297.77 | 26.17 | 97.43 | 34.04 | 34.94 |
根平均直径RAD (mm) | 0.55b | 0.10 | 18.80 | 0.67a | 0.13 | 19.16 | 123.50 | 29.60 | 23.96 |
比根长SRL (cm·g-1) | 7118.69a | 2629.93 | 36.94 | 6224.08b | 2501.58 | 40.19 | 97.60 | 48.44 | 49.64 |
比根面积SRA (cm·g-2) | 1225.44a | 577.74 | 47.15 | 1254.15a | 526.27 | 41.96 | 115.23 | 58.63 | 50.88 |
根组织密度RTD (g·cm-3) | 0.07a | 0.03 | 37.89 | 0.06b | 0.02 | 31.42 | 98.42 | 56.73 | 57.64 |
根尖数RTN | 2182.75b | 777.62 | 35.63 | 3358.09a | 1414.90 | 42.13 | 174.14 | 99.47 | 57.12 |
比根尖密度SRTD (个/g) | 12586.61b | 5817.45 | 46.22 | 18046.52a | 8623.77 | 47.79 | 169.34 | 105.26 | 62.16 |
地上部鲜重SFW (g) | 11.87a | 2.95 | 24.83 | 4.51b | 1.12 | 24.94 | 40.00 | 12.94 | 32.34 |
地下部鲜重RFW (g) | 2.19b | 0.75 | 28.36 | 2.94a | 0.55 | 25.26 | 87.86 | 28.36 | 32.28 |
根冠比R/S (%) | 11.43b | 3.55 | 31.02 | 25.78a | 5.85 | 22.70 | 249.97 | 107.92 | 43.17 |
叶绿素相对含量SPAD | 39.06a | 1.48 | 3.80 | 36.92b | 2.23 | 6.04 | 94.69 | 7.05 | 7.44 |
总磷含量TPC (mg·g-1) | 0.48a | 0.08 | 17.15 | 0.07b | 0.02 | 24.02 | 14.45 | 4.26 | 29.50 |
总磷积累量TPA (g·g-1) | 0.81a | 0.24 | 29.61 | 0.05b | 0.02 | 29.88 | 6.97 | 2.87 | 41.11 |
磷素利用效率PUE (g2·mg-1) | 3.68b | 1.21 | 33.02 | 11.93a | 3.15 | 26.38 | 354.81 | 140.05 | 39.47 |
磷素吸收效率PUtE (mg·g-1) | 2.15b | 0.38 | 17.47 | 15.43a | 2.59 | 16.77 | 737.33 | 174.98 | 23.73 |
表2
不同供磷条件下棉花苗期各综合指标载荷系数及累计贡献率"
性状 Trait | 主成分 Principal component | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
因子1 PC1 | 因子2 PC2 | 因子3 PC3 | 因子4 PC4 | 因子5 PC5 | 因子6 PC6 | |
地上部干重ADW | 0.40 | 0.05 | 0.16 | -0.14 | 0.07 | -0.06 |
地下部干重UDW | 0.27 | -0.16 | -0.35 | 0.17 | -0.06 | 0.18 |
总干物重TDW | 0.42 | 0.04 | 0.10 | -0.10 | 0.05 | -0.02 |
主根长TRL | 0.12 | 0.15 | -0.04 | 0.19 | -0.15 | -0.14 |
根系表面积RSA | 0.11 | 0.35 | -0.16 | 0.26 | -0.24 | -0.03 |
根平均体积RVE | 0.09 | 0.34 | -0.21 | 0.22 | -0.24 | 0.04 |
总根长TRH | 0.11 | 0.10 | 0.18 | -0.12 | -0.20 | 0.74 |
根平均直径RAD | 0.00 | 0.00 | 0.04 | 0.01 | -0.15 | -0.17 |
比根长SRL | -0.17 | 0.19 | 0.36 | -0.17 | -0.13 | 0.39 |
比根面积SRA | -0.16 | 0.40 | 0.15 | 0.08 | -0.13 | -0.15 |
根组织密度RTD | 0.12 | -0.41 | -0.08 | -0.09 | 0.19 | 0.15 |
根尖数RTN | 0.06 | 0.18 | -0.06 | 0.36 | 0.58 | 0.22 |
地上部鲜重SFW | 0.36 | 0.02 | 0.06 | 0.06 | -0.03 | 0.00 |
比根尖密度SRTD | -0.14 | 0.25 | 0.17 | 0.25 | 0.55 | 0.08 |
地下部鲜重RFW | 0.32 | 0.13 | -0.03 | 0.14 | -0.03 | 0.04 |
根冠比R/S | -0.06 | -0.19 | -0.45 | 0.24 | -0.09 | 0.27 |
叶绿素相对含量SPAD | 0.12 | 0.00 | 0.01 | -0.11 | 0.13 | -0.17 |
总磷含量TPC | 0.02 | -0.24 | 0.32 | 0.41 | -0.15 | -0.03 |
总磷积累量TPA | 0.32 | -0.12 | 0.33 | 0.16 | -0.03 | -0.05 |
磷素利用效率PUE | 0.32 | 0.20 | -0.07 | -0.33 | 0.13 | -0.05 |
磷素吸收效率PUtE | -0.02 | 0.27 | -0.35 | -0.37 | 0.12 | 0.04 |
方差贡献率 Variance contribution rate (%) | 24.04 | 15.76 | 13.94 | 10.94 | 6.75 | 5.79 |
累计贡献率 Cumulative (%) | 24.04 | 39.80 | 53.74 | 64.68 | 71.43 | 77.21 |
表3
棉花品种耐低磷最优模型预测"
多元回归方程 Multiple regression equation | 决定系数 R2 | F值 F value | P值 P value |
---|---|---|---|
D=0.13+0.48X1 | 0.56 | 357.79 | ≤0.001 |
D=0.12+0.46X1+0.58X2 | 0.65 | 325.65 | ≤0.001 |
D=0.11+0.44X1+0.55X2+0.36X3 | 0.79 | 432.59 | ≤0.001 |
D=0.11+0.41X1+0.51X2+0.32X3+0.23X4 | 0.86 | 555.48 | ≤0.001 |
D=0.09+0.38X1+0.49X2+0.29X3+0.20X4+0.25X5 | 0.91 | 574.91 | ≤0.001 |
D=0.08+0.34X1+0.46X2+0.27X3+0.19X4+0.23X5+0.31X6 | 0.99 | 596.43 | ≤0.001 |
[1] |
卢秀茹, 贾肖月, 牛佳慧. 中国棉花产业发展现状及展望. 中国农业科学, 2018, 51(1): 26-36.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.01.003 |
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.01.003 |
|
[2] |
庞保刚, 曹楠, 周治国, 赵文青. 不同磷敏感棉花品种临界磷浓度稀释模型与磷营养诊断. 中国农业科学, 2020, 53(22): 4561-4570.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.22.004 |
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.22.004 |
|
[3] |
白灯莎·买买提艾力, 孙良斌, 冯固. 不同年代棉花品种磷效率比较. 中国生态农业学报(中英文), 2020, 28(7): 1010-1021.
|
BAIDENGSHA·M,
|
|
[4] |
pmid: 27933086 |
[5] |
舒雨. 低磷对小麦叶片生长和光合作用的影响及机理研究[D]. 武汉: 华中农业大学, 2021.
|
|
|
[6] |
栗振义, 张绮芯, 仝宗永, 李跃, 徐洪雨, 万修福, 毕舒贻, 曹婧, 何峰, 万里强, 李向林. 不同紫花苜蓿品种对低磷环境的形态与生理响应分析. 中国农业科学, 2017, 50(20): 3898-3907.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.20.006 |
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.20.006 |
|
[7] |
刘露露, 汪军成, 姚立蓉, 孟亚雄, 李葆春, 杨轲, 司二静, 王化俊, 马小乐, 尚勋武, 李兴茂. 不同春小麦品种耐低磷性评价及种质筛选. 中国生态农业学报(中英文), 2020, 28(7): 999-1009.
|
|
|
[8] |
罗园, 李东梅, 雷淼淼, 冯宗云. 青稞苗期耐低磷能力评价. 麦类作物学报, 2019, 39(12): 1450-1458.
|
|
|
[9] |
解斌, 安秀红, 陈艳辉, 程存刚, 康国栋, 周江涛, 赵德英, 李壮, 张艳珍, 杨安. 不同苹果砧木对持续低磷的响应及适应性评价. 中国农业科学, 2022, 55(13): 2598-2612.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.13.010 |
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.13.010 |
|
[10] |
李银银, 许更文, 李俊峰, 郭佳蓉, 王志琴, 杨建昌. 水稻品种的耐低磷性及其农艺生理性状. 中国水稻科学, 2018, 32(1): 51-66.
doi: 10.16819/j.1001-7216.2018.7047 |
doi: 10.16819/j.1001-7216.2018.7047 |
|
[11] |
林海建, 张志明, 高世斌, 潘光堂. 玉米耐低磷研究现状及磷高效育种策略的探讨. 中国农学通报, 2008, 24(1): 181-185.
|
|
|
[12] |
刘灵, 廖红, 王秀荣, 严小龙. 不同根构型大豆对低磷的适应性变化及其与磷效率的关系. 中国农业科学, 2008, 41(4): 1089-1099.
|
|
|
[13] |
郑金凤, 米少艳, 婧姣姣, 白志英, 李存东. 小麦代换系耐低磷生理性状的主成分分析及综合评价. 中国农业科学, 2013, 46(10): 1984-1993.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2013.10.003 |
|
|
[14] |
李卫华. 棉花磷素高效利用品种筛选及机理的初步研究[D]. 乌鲁木齐: 新疆农业大学, 2010.
|
|
|
[15] |
doi: 10.3390/agronomy9110689 |
[16] |
doi: 10.1016/j.rhisph.2021.100391 |
[17] |
doi: 10.1111/fec.v34.7 |
[18] |
doi: 10.3389/fpls.2022.1051080 |
[19] |
张锡洲, 阳显斌, 李廷轩, 郑子成, 林玲, 杨顺平. 不同磷效率小麦对磷的吸收及根际土壤磷组分特征差异. 中国农业科学, 2012, 45(15): 3083-3092.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2012.15.009 |
|
|
[20] |
|
[21] |
罗佳, 候银莹, 程军回, 王宁宁, 陈波浪. 低磷胁迫下不同磷效率基因型棉花的根系形态特征. 中国农业科学, 2016, 49(12): 2280-2289.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2016.12.004 |
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2016.12.004 |
|
[22] |
龚丝雨, 梁喜欢, 钟思荣, 杨帅强, 张世川, 朱肖文, 王朝, 刘齐元. 苗期耐低磷烟草基因型筛选及其磷效率. 植物营养与肥料学报, 2019, 25(4): 661-670.
|
|
|
[23] |
杨春婷, 张永清, 马星星, 陈伟, 董璐, 张楚, 路之娟. 苦荞耐低磷基因型筛选及评价指标的鉴定. 应用生态学报, 2018, 29(9): 2997-3007.
doi: 10.13287/j.1001-9332.201809.021 |
|
|
[24] |
周卫丰, 史春阳, 葛永胜, 丁艳, 胡训霞, 刘璟, 王泽港, 葛才林. 水稻耐低磷根系形态重塑基因挖掘及功能分析. 扬州大学学报 (农业与生命科学版), 2022, 43(3): 1-11.
|
|
|
[25] |
刘允熙, 罗佳佳, 雷健, 刘国道, 刘攀道. 柱花草磷高效种质筛选及根系形态对低磷胁迫的响应分析. 草地学报, 2021, 29(5): 876-883.
doi: 10.11733/j.issn.1007-0435.2021.05.003 |
|
|
[26] |
易科, 杨曙, 孔吴俊, 陈迪文, 谢璐, 唐新莲, 黎晓峰, 赵尊康. 基于根系形态及空间分布的甘蔗磷高效吸收特征分析. 江西农业大学学报, 2022, 44(6): 1362-1372.
|
|
|
[27] |
潘新雅, 李军保, 陈阳, 王鹏飞, 卫先伟, 李瑞, 刘佳茜, 郑智龙, 徐炳成, 王智. 6个紫花苜蓿品种根系形态结构对低磷胁迫的响应. 草地学报, 2021, 29(11): 2494-2504.
doi: 10.11733/j.issn.1007-0435.2021.11.015 |
|
|
[28] |
乔胜锋, 邓亚萍, 瞿寒冰, 张伟杨, 顾骏飞, 张耗, 刘立军, 王志琴, 杨建昌. 不同籼稻品种对低磷响应的差异及其农艺生理性状. 中国水稻科学, 2021, 35(4): 396-406.
doi: 10.16819/j.1001-7216.2021.210304 |
|
|
[29] |
任盼荣, 汪军成, 姚立蓉, 司二静, 杨轲, 孟亚雄, 李葆春, 马小乐, 王化俊. 大麦种质资源磷利用效率的评价及其转录组分析. 大麦与谷类科学, 2018, 35(4): 56-57.
|
|
|
[30] |
刘鹏, 武爱莲, 王劲松, 南江宽, 董二伟, 焦晓燕, 平俊爱. 不同基因型高粱的磷效率和磷素转运特性研究. 山西农业科学, 2018, 46(3): 344-349.
|
|
|
[31] |
李小莉, 胡安永, 王嘉林, 肖珣, 沈仁芳, 赵学强. 酸性土壤上不同水稻品种耐低磷差异研究. 江西农业学报, 2022, 34(5): 102-106.
|
|
|
[32] |
朱瑞利, 毛琳琳, 王龙, 易可可, 孙静文. 苗期耐低磷毛叶苕子品种的筛选及其磷效率类型评价. 中国土壤与肥料, 2022(3): 148-157.
|
|
|
[33] |
龚丝雨. 烟草苗期耐低磷基因型筛选及生理机制研究[D]. 南昌: 江西农业大学, 2019.
|
|
|
[34] |
张君杰, 朱素青, 骆璐, 张秀荣, 万勇善, 刘风珍, 张昆. 不同花生品种磷吸收速率和根系形态对低磷胁迫的响应. 山东农业科学, 2022, 54(3): 68-73.
|
|
|
[35] |
王一凡, 杨江伟, 唐勋, 晋昕, 张宁, 司怀军. 马铃薯响应磷胁迫机制及磷高效利用育种. 中国马铃薯, 2021, 35(1): 68-74.
|
|
[1] | 阚家强, 刘玉, 周治国, 陈兵林, 赵文青, 胡伟, 胡少鸿, 陈阳, 王友华. 蕾铃脱落对棉花果枝叶光合产物积累及“源”潜力的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(9): 1658-1669. |
[2] | 王宁, 冯克云, 南宏宇, 丛安琪, 张铜会. 水分亏缺下有机无机肥配施比例对棉花水氮利用效率的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(8): 1531-1546. |
[3] | 刘芳, 徐梦贝, 王巧玲, 孟倩, 李桂名, 张宏菊, 田惠丹, 徐凡, 罗明. 棉花纤维优势表达基因GhSLD1启动子的克隆和功能分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(19): 3712-3722. |
[4] | 丁国华, 肖光辉, 竺丽萍. 棉花NLP(NIN-Like Protein)基因家族的全基因组鉴定及表达分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(19): 3723-3746. |
[5] | 许福春, 赵静若, 张振楠, 胡改元, 龙璐. 陆地棉GhCPR5的克隆及其在抗病中的功能分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(19): 3747-3758. |
[6] | 梁成真, 臧有义, 孟志刚, 王远, MUBASHIR Abbas, 何海焱, 周琪, 魏云晓, 张锐, 郭三堆. 耐除草剂棉花GGK2的遗传稳定性分析及性状鉴定[J]. 中国农业科学, 2023, 56(17): 3251-3260. |
[7] | 王宛如, 曹跃芬, 盛况, 陈进红, 赵天伦, 祝水金. 转1174AALdico-2+CTP耐草甘膦优异棉花种质系的创制及其特性[J]. 中国农业科学, 2023, 56(17): 3261-3276. |
[8] | 马燕斌, 李换丽, 文晋, 周仙婷, 秦欣, 王霞, 王新胜, 李燕娥. 转基因抗草甘膦棉花R1-3株系的分子特征鉴定[J]. 中国农业科学, 2023, 56(17): 3277-3284. |
[9] | 党雯雯, 刘冰, 褚栋, 陆宴辉. 新疆棉田蓟马的捕食性天敌优势种类筛选与控害功能评价[J]. 中国农业科学, 2023, 56(17): 3347-3357. |
[10] | 张一中, 张晓娟, 梁笃, 郭琦, 范昕琦, 聂萌恩, 王绘艳, 赵文博, 杜维俊, 柳青山. 基于表型性状的高粱育种材料遗传多样性分析及综合评价[J]. 中国农业科学, 2023, 56(15): 2837-2853. |
[11] | 娄善伟, 田立文, 罗宏海, 杜明伟, 林涛, 杨涛, 张鹏忠. 新疆棉花优质高产关键生产技术分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(14): 2673-2685. |
[12] | 李欢, 鄢小青, 杨占烈, 谭金玉, 黎小冰, 陈能刚, 吴荣菊, 陈惠查, 阮仁超. 贵州香禾糯地方稻种资源表型遗传多样性分析与综合评价[J]. 中国农业科学, 2023, 56(11): 2035-2046. |
[13] | 赵卫松, 郭庆港, 李社增, 鹿秀云, 勾建军, 马平. 土壤添加西兰花残体对棉花根际土壤酶活性的影响及其与碳代谢特征的关系[J]. 中国农业科学, 2023, 56(11): 2092-2105. |
[14] | 宋词, 谷丰序, 邢真真, 张峻铭, 赫文学, 王天波, 王雨露, 陈军营. 自然衰老棉花种子的生理变化及ATP合成酶亚基mRNA的完整性[J]. 中国农业科学, 2023, 56(10): 1827-1837. |
[15] | 陈志敏, 陈晓林, 谭振华, 陈兆星, 谌丹丹, 马岩岩, 郑永强, 易时来, 吕强, 谢让金. 不同产区纽荷尔脐橙橘园果实综合品质评价与适宜区域筛选[J]. 中国农业科学, 2023, 56(10): 1949-1965. |
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