李志博 徐建偉 張小均 鐘信念 閆臣 魏亦農(nóng)

摘要：為篩選棉花耐冷資源，建立棉花耐冷性鑒定評(píng)價(jià)方法，基于快速葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)，采用冷害因子指數(shù)結(jié)合模糊隸屬函數(shù)法對(duì)北疆不同時(shí)代的代表棉花品種在不同生育期的耐冷性進(jìn)行了鑒定評(píng)價(jià)，篩選棉花耐冷性的關(guān)鍵快速葉綠素?zé)晒鈪?shù)。結(jié)果表明，隨低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，不同生育期棉花功能葉片的Fv/Fm、Fv/Fo、ETo/ABS、RC/CSo、PIABS呈逐漸下降趨勢(shì)，而Fo/Fm、ABS/RC、DIo/RC呈上升趨勢(shì)，且相同脅迫時(shí)間下吐絮期的熒光值跟其他生育期都有明顯差別。同一棉花品種在不同生育期的耐冷性鑒定分級(jí)結(jié)果不完全相同，全生育期耐冷性達(dá)到高抗的有新陸早19號(hào)、新陸早33號(hào)和新陸早45號(hào)，不抗的為新陸早23號(hào)。隨時(shí)代更替，北疆棉花品種耐冷性呈先升后降的趨勢(shì)，但耐冷性好于其他棉區(qū)材料。棉花盛蕾期的耐冷性對(duì)全生育期的耐冷性影響最大。除了花鈴期，其他生育期的 Fo/Fm 耐冷因子指數(shù)對(duì)棉花的耐冷性都具有較大的直接和間接作用，可作為棉花耐冷性鑒定的關(guān)鍵因子。本研究探討了快速葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)在棉花耐冷性鑒定上的應(yīng)用，評(píng)價(jià)了北疆不同時(shí)代主栽棉花不同生育期的耐冷性，建立了不同生育期棉花耐冷性鑒定的線性回歸模型。

關(guān)鍵詞：棉花;快速葉綠素?zé)晒?耐冷性;生育期;北疆

中圖分類號(hào)： S562.01;Q945.78文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）07-0078-11

收稿日期：2020-06-18

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：31560074）;石河子大學(xué)動(dòng)植物培育專項(xiàng)（編號(hào)：YZZX201602）;新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（編號(hào)：201902）。

作者簡(jiǎn)介：李志博（1978―），男，甘肅鎮(zhèn)原人，博士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事棉花抗逆生理及分子生物學(xué)機(jī)制及新品種選育研究。E-mail：lzb_oea@shzu.edu.cn。

通信作者：魏亦農(nóng)，教授，主要從事棉花遺傳育種研究。E-mail：weiyinong@163.com。

低溫是影響植物地域分布、生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)的基本因素[1-3]。棉花屬冷敏感性作物，低溫冷害是影響棉花生產(chǎn)的最主要災(zāi)害。北疆棉區(qū)作為新疆棉花生產(chǎn)的一個(gè)重要分支，在我國(guó)棉花可持續(xù)發(fā)展中具有重要地位[4]，但該區(qū)位于天山北坡海拔400 m以下，積溫低、無(wú)霜期短，屬典型的早熟或極早熟棉區(qū)，容易受到倒春寒和早霜的影響[4-5]，導(dǎo)致棉花種子萌發(fā)力降低[6-8]，幼苗抗冷性變?nèi)鮗7-9]，生育期延遲[5，10]，產(chǎn)量下降[10-11]以及品質(zhì)變差等[12-13]，因此，北疆棉花的早熟性和幼苗期等生育早期的耐冷性鑒定、生理機(jī)制等方面得到了早期研究者們的普遍關(guān)注[6-9，14]。近年來(lái)，隨著全球氣候變暖，極端氣候類型增加，中后期棉花遭受低溫冷害的頻率增加，北疆棉花早熟性有所降低[15]，潛在地增大了該區(qū)棉花受低溫冷害的風(fēng)險(xiǎn)。鑒定北疆棉花不同生育時(shí)期的耐冷性，了解棉花品種的耐冷性演替規(guī)律，對(duì)建立棉花耐冷性鑒定方法、探索棉花耐冷機(jī)制、確定北疆棉花育種目標(biāo)等具有重要意義。

葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)是一種基于光合作用理論的探測(cè)植物光合生理狀況及外界因子影響的活體測(cè)定和診斷技術(shù)，能“內(nèi)在性”反映葉片光合作用過(guò)程中光系統(tǒng)對(duì)光能的吸收、傳遞、耗散、分配等過(guò)程[16]，在植物的光合作用機(jī)制[16]和抗逆生理[17-19]研究上得到了大量應(yīng)用，其參數(shù)常作為逆境條件下植物抗逆反應(yīng)的指標(biāo)之一。基于生物膜能量流動(dòng)為基礎(chǔ)的快速熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)因其獲得數(shù)據(jù)量大、儀器便于攜帶且操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)[20]，近年來(lái)越來(lái)越多地被應(yīng)用于植物抗逆性鑒定[17-19，21]、植物生理[19]、遺傳育種[21-23]等領(lǐng)域。本研究擬以快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)測(cè)定為基礎(chǔ)，對(duì)北疆棉區(qū)不同世代的代表性棉花在不同生育時(shí)期的耐冷性進(jìn)行鑒定評(píng)價(jià)，期望篩選耐冷型棉花資源，建立棉花耐冷性鑒定評(píng)價(jià)的快速熒光動(dòng)力學(xué)方法。

1 材料與方法

1.1 材料

參試材料28份，其中24份為北疆棉區(qū)不同時(shí)代選育、種植的代表性品種;3份引自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花種質(zhì)資源中心，苗期耐冷性比較突出;1份為新疆南疆棉區(qū)主栽的中熟棉花品種。材料均由石河子大學(xué)棉花研究所收集和保存，材料基本信息見(jiàn)表1。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

各參試棉花材料種子于2019年4月20日人工點(diǎn)播于石河子大學(xué)棉花研究所專用育種大田。栽培模式為覆膜高密度膜下滴灌，寬窄行種植，行距30 cm+60 cm+30 cm，株距10 cm。每膜種植4小行，1膜為1小區(qū)，小區(qū)長(zhǎng)8 m、寬 1.5 m。每材料種植1小區(qū)，管理方式同常規(guī)大田。

分別于苗期、盛蕾期、花鈴期、吐絮期在每個(gè)材料種植小區(qū)中段選不缺苗且生長(zhǎng)一致的連續(xù)7株棉株，帶葉柄剪取功能葉用自封袋密封放在專用取樣盒中帶回實(shí)驗(yàn)室，在RZX型人工智能氣候箱中進(jìn)行6 d的4 ℃低溫處理。

1.2.2 快速葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定

用英國(guó)Hansatech公司的植物效率儀（PEA）每天測(cè)定各棉花材料低溫處理（0 d為處理前）的快速葉綠素?zé)晒鈪?shù)，測(cè)定前葉片暗適應(yīng)20 min。儀器設(shè)置激發(fā)光強(qiáng)3 500 μmol/（m2·s）。最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）、用于熱耗散的量子比率（t=0時(shí)）（Fo/Fm）、單位面積吸收的光能（t=0時(shí)）（ABS/CSo）、單位反映中心吸收的光能（ABS/RC）、單位反應(yīng)中心耗散的能量（t=0時(shí)）（DIo/RC）、單位反應(yīng)中心捕獲的用于還原QA的能量（t=0時(shí)）（TRO/RC）、單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量（t=0時(shí)）（ETo/RC）及以吸收光能為基礎(chǔ)的性能指數(shù)PIABS等參數(shù)由儀器自動(dòng)測(cè)定讀出，用于計(jì)算電子傳遞的量子產(chǎn)額（t=0 時(shí)）[ETo/ABS=（ETo/RC）/（ABS/RC）]、單位面積內(nèi)反應(yīng)中心的數(shù)量（t=0時(shí)）[RC/CSo=（ABS/CSo）/（ABS/RC） ][24]。

1.2.3 耐冷因子指數(shù)計(jì)算及耐冷性鑒定

參考Strauss等[24]和李志博等[23]的鑒定方法并略有改動(dòng)計(jì)算快速葉綠素?zé)晒鈪?shù)耐冷因子指數(shù)（CFI）：CFI=∑Wp·LOGRp（CFP），Wp指不同處理時(shí)期的權(quán)重系數(shù)，Rp（CFP）指不同處理時(shí)期相對(duì)葉綠素?zé)晒鈪?shù)，為該處理時(shí)期相應(yīng)時(shí)間（d）的相對(duì)熒光參數(shù)的平均值。本試驗(yàn)分為3個(gè)脅迫處理時(shí)期，其中第1天和第2天為短期處理，第3天和第4天為中期處理，第5天和第6天為長(zhǎng)期處理，各處理時(shí)期的權(quán)重系數(shù)依次為1、3、5。

用模糊隸屬函數(shù)法鑒定評(píng)價(jià)參試材料的耐冷性。模糊隸屬函數(shù)公式為Y（u）=（Y-Ymin）/（Ymax-Ymin），與棉花耐冷性負(fù)相關(guān)用反隸屬函數(shù)公式：Y（u）=1-（Y-Ymin）/（Ymax-Ymin）中。公式中，Y指不同參試材料的耐冷因子指數(shù)值，Ymax指所有參試材料中耐冷因子指數(shù)最大值，Ymin指所有參試材料中耐冷因子指數(shù)最小值。棉花耐冷性分級(jí)參考付鳳玲等的標(biāo)準(zhǔn)[25]略有修改：≥0.75 為高抗，0.61～0.74為抗，0.46～0.60為中抗，0.31～0.45為弱抗，≤ 0.30為不抗。某一熒光參數(shù)下的耐冷性為該熒光參數(shù)耐冷因子指數(shù)隸屬值，不同生育期棉花的耐冷性為該生育期各熒光參數(shù)耐冷因子指數(shù)隸屬值的平均值，全生育期棉花耐冷性為各生育期棉花耐冷性的平均值。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用SPSS 13.0對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用SIGMAPLOT 12.5進(jìn)行制圖。分析和作圖數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生育期脅迫時(shí)間對(duì)棉花主要快速熒光參數(shù)的影響

由圖1可見(jiàn)，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，各生育期棉花葉片的Fv/Fm、Fv/Fo、ETo/ABS、RC/CSo、PIABS均呈明顯下降變化趨勢(shì)，且同一脅迫時(shí)間下，幼苗期、盛蕾期和花鈴期間各熒光參數(shù)值差異不大，而吐絮期的各熒光參數(shù)值都低于其他3個(gè)生育期，尤其脅迫第3天起，差異更加明顯。不同生育期棉花葉片的ABS/RC、DIo/RC隨脅迫時(shí)間明顯上升，且吐絮期的上升幅度大于其他生育期。不同生育期棉花葉片的TRO/RC、ETo/RC隨脅迫時(shí)間呈先上升后下降的趨勢(shì)，且苗期的下降時(shí)間較晚，幅度較小。

2.2 不同生育期各棉花的耐冷因子指數(shù)及耐冷性評(píng)價(jià)

根據(jù)不同生育期棉花主要熒光參數(shù)隨脅迫時(shí)間的響應(yīng)趨勢(shì)，選擇了受脅迫時(shí)間影響且變化規(guī)律明顯的熒光參數(shù)計(jì)算其耐冷因子指數(shù)，以耐冷因子指數(shù)為參數(shù)鑒定了各個(gè)棉花材料在該參數(shù)下的耐冷性及整個(gè)生育期的耐冷性。可以看出，同一生育期不同材料的耐冷性具有明顯差異，且同一材料不同熒光參數(shù)評(píng)價(jià)的耐冷性分級(jí)結(jié)果不完全相同。

苗期（表2）：中棉所36號(hào)（MH25）和中JX4（MH27） 8個(gè)耐冷因子指數(shù)隸屬值的鑒定結(jié)果均為高抗，新陸早54號(hào)（MH20）除了ABS/RC和RC/CSo隸屬值的鑒定結(jié)果為抗、新陸早66號(hào)（MH23）除了Fo/Fm和ETo/ABS鑒定為抗外，其余指標(biāo)的鑒定結(jié)果均為高抗;而新陸早7號(hào)（MH1）和新陸早24號(hào)（MH8）8個(gè)耐冷因子指數(shù)隸屬值的鑒定結(jié)果均為不抗，新陸早23號(hào)（MH7）也有6個(gè)耐冷因子指數(shù)隸屬值的鑒定結(jié)果為不抗。

盛蕾期（表3）：新陸早7號(hào)（MH1）、新陸早8號(hào)（MH2）、新陸早19號(hào)（MH5）、新陸早21號(hào)（MH6）、新陸早26號(hào)（MH10）、新陸早35號(hào)（MH12）、新陸早74號(hào)（MH24）和新陸中26號(hào)（MH28）的8個(gè)冷害因子指數(shù)的隸屬值鑒定結(jié)果均為高抗，新陸早24號(hào)（MH8）和新陸早25號(hào)（MH9）有6個(gè)冷害因子指數(shù)的隸屬值鑒定結(jié)果為高抗;但新陸早23號(hào)（MH7）、新陸早42號(hào)（MH15）和新陸早50號(hào)（MH19）有6個(gè)耐冷因子指數(shù)隸屬值的鑒定結(jié)果為不抗。

花鈴期（表4）：新陸早24號(hào)（MH8）、新陸早36號(hào)（MH13）和新陸早45號(hào)（MH16）的8個(gè)耐冷因子指數(shù)的鑒定結(jié)果均為高抗，新陸早13號(hào)（MH14）和新陸早19號(hào)（MH5）有7個(gè)耐冷因子指數(shù)的鑒定結(jié)果為高抗、1個(gè)鑒定結(jié)果為抗;而新陸早54號(hào)（MH20）、中棉所36號(hào)（MH25）的8個(gè)耐冷因子指數(shù)鑒定結(jié)果均為不抗。

吐絮期（表5）：新陸早19號(hào)（MH5）、新陸早7號(hào)（MH1）和新陸早60號(hào)（MH21）分別有3～4個(gè)耐冷因子指數(shù)值在28個(gè)材料中達(dá)到最值，其他耐冷因子指數(shù)值在所有材料中的位次也十分靠前，耐冷性綜合隸屬值鑒定結(jié)果為高抗;新陸早33號(hào)（MH11）、新陸早35號(hào)（MH12）、新陸早54號(hào)（MH20）和新陸早74號(hào)（MH24）盡管沒(méi)有耐冷因子指數(shù)位于最值，但幾乎所有的耐冷因子指數(shù)位次都平均靠前，耐冷性隸屬值綜合鑒定結(jié)果也為高抗。新陸早10號(hào)（MH3）、新陸早48號(hào)（MH18）、中棉所36號(hào)（MH25）和中JX4（MH27）的耐冷性隸屬值綜合鑒定結(jié)果為不抗。

從不同生育期的耐冷性鑒定結(jié)果來(lái)看，同一棉花在不同生育期的耐冷性分級(jí)結(jié)果不同，有時(shí)甚至?xí)泻艽蟮牟顒e，如新陸早7號(hào)在盛蕾期和吐絮期的耐冷性鑒定結(jié)果為高抗，而幼苗期的鑒定結(jié)果為不抗，花鈴期的鑒定結(jié)果為抗;中JX4在幼苗期和盛蕾期的耐冷性鑒定結(jié)果為高抗，而花鈴期和吐絮期的鑒定結(jié)果為不抗。不同生育期參試棉花材料的耐冷性鑒定分級(jí)的比例有所差別，其中抗性（高抗、抗）為盛蕾期>吐絮期>苗期=花鈴期，其比例依次為67.86%、46.43%、39.29%、39.29%，而不抗為花鈴期>幼苗期>吐絮期>盛蕾期，其比例依次為21.43%、17.86%、14.29%、10.71%。

2.3 不同生育期北疆不同時(shí)代棉花耐冷性演替變化分析

以引進(jìn)的苗期耐冷性強(qiáng)的棉花（MH25、MH26、MH27）為對(duì)照，對(duì)不同生育期北疆不同時(shí)代棉花的耐冷性變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析（圖2）?？梢钥闯?，隨時(shí)代演替，北疆棉區(qū)選育的棉花品種在幼苗期、吐絮期的耐冷性逐步增強(qiáng)，盛蕾期逐步下降，而花鈴期表現(xiàn)為先上升后下降趨勢(shì)。與對(duì)照相比，北疆棉花早期（幼苗期、盛蕾期）的耐冷性低于對(duì)照，中后期（花鈴期、吐絮期）的耐冷性高于對(duì)照。全生育期來(lái)看，北疆不同時(shí)代選育的棉花耐冷性呈先上升后下降的趨勢(shì)，但耐冷性好于對(duì)照。

2.4 不同生育期棉花耐冷快速熒光鑒定體系的分析

2.4.1 不同生育期棉花耐冷性關(guān)系及棉花耐冷性關(guān)鍵生育期分析 從表6看出，不同生育期棉花耐冷性的隸屬值之間兩兩呈差異不顯著，表明同一棉花品種在不同生育期的耐冷性關(guān)系不大，不同生育期棉花的耐冷機(jī)制存在差異。但不同生育期棉花的耐冷性對(duì)整個(gè)棉花生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的耐冷性影響不一樣，盛蕾期、花鈴期和吐絮期的耐冷性對(duì)整個(gè)棉花全生育期的耐冷性有極顯著影響，而苗期影響不大，按影響大小依次為盛蕾期>花鈴期>吐絮期>苗期。

2.4.2 不同生育期影響棉花耐冷性的關(guān)鍵熒光參數(shù)分析 從表7看出，除了吐絮期的RC/CSo，其他生育期的每一個(gè)指標(biāo)因子的評(píng)價(jià)結(jié)果均與該生育期棉花耐冷性的整體評(píng)價(jià)結(jié)果呈極顯著正相關(guān)，表明每個(gè)熒光指標(biāo)因子間存在著密切的相互作用或共同影響著棉花的耐冷性。

2.4.3 不同生育期影響棉花耐冷性的熒光參數(shù)耐冷因子指數(shù)通徑分析 為更好地了解熒光耐冷因子指數(shù)之間的關(guān)系及其對(duì)棉花耐冷性的作用效應(yīng)，對(duì)耐冷因子指數(shù)進(jìn)行了通徑分析，從分析結(jié)果（表8）可以看出，苗期Fo/Fm耐冷因子指數(shù)的直接通徑系數(shù)在所有直接通徑系數(shù)中最大，且其間接通徑系數(shù)也是所有系數(shù)中最大，此外，F(xiàn)v/Fo也具有較高的直接和間接通徑系數(shù);盛蕾期直接效應(yīng)和間接效應(yīng)表現(xiàn)最突出的是Fo/Fm耐冷因子指數(shù);花鈴期直接通徑系數(shù)最大的依次為ETo/ABS、ABS/RC、Fv/Fm、Fo/Fm，但它們之間差別不大，且Fv/Fm、Fo/Fm對(duì)其他因子的間接系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于ETo/ABS、ABS/RC對(duì)其他因子的間接系數(shù);而吐絮期直接通徑系數(shù)較大的有ABS/RC、DIo/RC、Fo/Fm，但Fo/Fm和DIo/RC耐冷因子指數(shù)對(duì)其他熒光參數(shù)耐冷因子指數(shù)的間接效應(yīng)強(qiáng)于ABS/RC。

總體來(lái)看，各個(gè)生育期的最大直接通徑系數(shù)耐冷因子指數(shù)略有不同，說(shuō)明各個(gè)生育期棉花耐冷性的耐冷機(jī)制和關(guān)鍵因子耐冷指數(shù)是有差別的。但幾乎各個(gè)生育期Fo/Fm耐冷因子指數(shù)的直接通徑系數(shù)及其對(duì)其他耐冷因子指數(shù)的間接通徑系數(shù)都最大，表明對(duì)各個(gè)生育期的棉花耐冷性均具有較強(qiáng)的直接和間接作用，可作為不同生育期棉花耐冷性評(píng)價(jià)的通用指標(biāo)。

2.4.4 不同生育期基于棉花耐冷性關(guān)鍵影響因子的線性回歸分析 選取直接效應(yīng)和間接效應(yīng)都比較突出的耐冷因子指數(shù)為自變量，棉花的耐冷性為依變量建立不同生育期棉花耐冷性的鑒定模型（表9），每個(gè)模型的決定系數(shù)都在0.96以上，反映了鑒定模型中所選的耐冷因子指數(shù)決定了棉花耐冷性的絕大部分，是影響棉花耐冷性或可作為棉花耐冷性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵因子，而且線性回歸模型的回歸系數(shù)檢驗(yàn)幾乎都達(dá)到了極顯著差異水平。

3 討論與結(jié)論

3.1 快速葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)在棉花耐冷性鑒定評(píng)價(jià)上的應(yīng)用

正常的光合能力是植物耐逆性的重要生理基礎(chǔ)。葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)能“內(nèi)在”地反映植物光合作用信息[16-17]，已廣泛應(yīng)用于植物的抗逆資源鑒定和篩選[18-19，21-23]，且在植物抗冷性上已顯示出良好的應(yīng)用前景[18，23]。有研究發(fā)現(xiàn)，低溫下多數(shù)植物會(huì)產(chǎn)生光抑制，對(duì)葉綠素?zé)晒鈪?shù)產(chǎn)生顯著的影響，但葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化與植物種類、處理溫度、處理方式等有關(guān)系，迄今還沒(méi)有一個(gè)葉綠素?zé)晒鈪?shù)可以有效地鑒定評(píng)價(jià)所有植物的抗寒能力[18]，因此用葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)篩選和鑒定抗寒植物時(shí)采用的葉綠素?zé)晒鈪?shù)指標(biāo)有所不同。以生物膜能量流動(dòng)為基礎(chǔ)的快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線的數(shù)據(jù)分析方法（JIP-test），可以捕捉誘導(dǎo)曲線上升部分更豐富的信息[17，20]，且O-J-I-P 曲線的形狀和參數(shù)對(duì)外界環(huán)境的變化十分敏感[20，23-24]，越來(lái)越多地應(yīng)用于植物的耐逆性鑒定評(píng)價(jià)。本課題組曾初次用O-J-I-P 動(dòng)力學(xué)的Fv/Fm和 PI 參數(shù)研究了北疆棉區(qū) 22個(gè)主栽棉花的幼苗耐冷性差異[23]，結(jié)果跟Strauss等對(duì)南非大豆耐冷性分類的結(jié)果[24]相符。本試驗(yàn)用快速葉綠素?zé)晒膺M(jìn)一步分析了北疆不同世代主栽棉花在不同生育時(shí)期的耐冷性，涉及了多個(gè)快速熒光參數(shù)，研究結(jié)果表明，不同生育期的棉花耐冷性鑒定的適宜快速熒光參數(shù)不同。

3.2 不同生育期棉花耐冷性差異及耐冷指標(biāo)篩選

植物耐冷性是植物對(duì)低溫脅迫強(qiáng)度和時(shí)間的綜合適應(yīng)，同時(shí)受生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期、處理方法、環(huán)境因素等各個(gè)因素的影響[1，7，9，14]。不同棉花在不同生育時(shí)期的耐冷性不完全一致[7]，表明棉花耐冷性具有多樣性和豐富的遺傳基礎(chǔ)，同時(shí)也說(shuō)明不同生育期棉花耐冷機(jī)制不一樣，需要對(duì)不同生育期的棉花耐冷指標(biāo)分別進(jìn)行篩選。有研究表明，棉花種子的萌發(fā)能力隨溫度的降低而下降，種子萌發(fā)指標(biāo)與種子耐冷萌發(fā)力顯著相關(guān)[6-7，14]，其中發(fā)芽指數(shù)為低溫下影響棉花種子萌發(fā)的關(guān)鍵指標(biāo)[6，14]，與辣椒、玉米等萌發(fā)期抗冷鑒定采用發(fā)芽指數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)相同，但王俊娟等認(rèn)為，由于受子葉光合作用的影響，萌發(fā)期棉花抗冷鑒定不宜采用萌發(fā)指數(shù)或出苗率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以0 ℃處理 4 d，28 ℃條件下恢復(fù)正常生長(zhǎng) 7 d 的相對(duì)子葉平展率作為鑒定指標(biāo)[7]。在苗期耐冷性鑒定中，很多人將幼苗的外觀形態(tài)作為耐冷鑒定標(biāo)準(zhǔn)[9]，如低溫后的死苗率[7]，冷害指數(shù)[26]等，而且普遍認(rèn)為，冷害指數(shù)和棉花幼苗的耐冷性密切相關(guān)[7，9，27]。在生理生化響應(yīng)上，抗氧化酶活性、膜穩(wěn)定性及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)是植物耐冷研究的主要內(nèi)容。多數(shù)研究表明，主要抗氧化酶POD、CAT活性在不同耐冷型棉花幼苗間有差異變化[7，26]，而SOD活性變化不大，同時(shí)王俊娟等發(fā)現(xiàn)，棉花幼苗地下部根系的抗氧酶活性比地上部對(duì)低溫冷害的響應(yīng)更明顯[7]。細(xì)胞質(zhì)膜被認(rèn)為是植物低溫脅迫的關(guān)鍵位點(diǎn)，膜穩(wěn)定或透性相關(guān)指標(biāo)也常被人們用來(lái)作為衡量植物耐冷性的指標(biāo)，棉花幼苗葉片的細(xì)胞膜透性物質(zhì)（MDA）與棉苗耐冷性密切相關(guān)，可作為棉花幼苗耐冷性鑒定的指標(biāo)[7，25]，還有研究發(fā)現(xiàn)，棉花幼苗的耐冷性跟可溶性蛋白含量、脯氨酸含量等有關(guān)。而王冀川等認(rèn)為，棉花的耐冷性是多個(gè)指標(biāo)因子共同作用的結(jié)果，用單一或幾個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)棉花的耐冷性可能存在誤差[27]。

由于受低溫處理?xiàng)l件等因素的影響，前人對(duì)棉花耐冷的研究多局限于生育前期[6-7，9，14，28]（萌發(fā)期、幼苗期），而生育中后期是棉花生殖生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)形成的關(guān)鍵時(shí)期[4，11，15]，是棉花溫度需求較高的時(shí)段，低溫冷害的影響可能更大，低溫冷害研究也具有重要意義。在建立不同生育時(shí)期的棉花耐冷鑒定的快速葉綠素?zé)晒饽Ｐ突A(chǔ)上，本試驗(yàn)初次對(duì)棉花生育期后期的耐冷性鑒定評(píng)價(jià)指標(biāo)做了篩選，研究發(fā)現(xiàn)，快速熒光參數(shù)Fo/Fm、Fv/Fm為花鈴期棉花耐冷性的關(guān)鍵指標(biāo)，F(xiàn)o/Fm和ABS/RC為吐絮期棉花耐冷性的關(guān)鍵指標(biāo)。研究還發(fā)現(xiàn)，不同生育期棉花的耐冷性對(duì)整個(gè)生育期棉花耐冷性的影響大小為盛蕾期>花鈴期>吐絮期>苗期，進(jìn)一步說(shuō)明了后期低溫對(duì)棉花較大的影響作用。

3.3 北疆棉花耐冷性評(píng)價(jià)及早熟育種的必要性

新疆是我國(guó)最大的棉花生產(chǎn)基地，北疆亞棉區(qū)是新疆棉區(qū)一個(gè)重要組成部分[4]。相對(duì)其他亞棉區(qū)，北疆棉區(qū)積溫低，棉花生育期短[5，10，15]，因此，研究者們對(duì)北疆棉區(qū)適宜棉花材料的耐冷性進(jìn)行大量的鑒定和篩選，早熟也成為北疆棉區(qū)棉花育種的主要目標(biāo)。近年來(lái)，隨著全球氣溫普遍增溫，棉花適宜生育期有延長(zhǎng)趨勢(shì)[15]，生育期較長(zhǎng)的品種相對(duì)更容易獲得高產(chǎn)，引起育種者們有忽略棉花早熟性的傾向，如李春平等在分析北疆棉花早熟育種問(wèn)題時(shí)認(rèn)為，北疆棉區(qū)棉花風(fēng)險(xiǎn)面積比例較小，應(yīng)選育生育期在 125 d 或稍長(zhǎng)的品種[29]，而本研究也發(fā)現(xiàn)，2011—2017年間審定的適宜北疆棉區(qū)的代表棉花品種比2001—2010年間的代表棉花品種的耐冷性降低，因此，北疆棉花在堅(jiān)持棉花品質(zhì)和產(chǎn)量為首要育種目標(biāo)時(shí)，依然應(yīng)該把早熟性放到棉花育種目標(biāo)的首要地位，不但是抵御棉花遭受的低溫冷害傷害的需要，而且在未來(lái)棉花機(jī)械采收的葉片脫落和脫葉劑的施用效應(yīng)上可能發(fā)揮著重要的作用。

快速葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)可以應(yīng)用于棉花耐冷性鑒定評(píng)價(jià)。不同生育期棉花耐冷性鑒定的快速熒光指標(biāo)不同，建立了不同生育期棉花耐冷性鑒定的數(shù)學(xué)模型。在參試材料中，全生育期耐冷性表現(xiàn)高抗的棉花有新陸早19號(hào)、新陸早33號(hào)和新陸早45號(hào)，不抗的為新陸早23號(hào);隨時(shí)代更替，北疆不同世代選育的棉花品種耐冷性呈先上升后下降的趨勢(shì)，但耐冷性好于其他棉區(qū)材料。

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