米熱扎提江·喀由木，西爾艾力·吾麥爾江，李曉曈，王香茹，貴會平，張恒恒，張西嶺，董強,2，宋美珍,2

棉花苗期耐低磷種質篩選及耐低磷綜合評價

米熱扎提江·喀由木1，西爾艾力·吾麥爾江1，李曉曈1，王香茹1，貴會平1，張恒恒1，張西嶺1，董強1,2，宋美珍

1中國農業(yè)科學院棉花研究所/棉花生物育種與綜合利用全國重點實驗室，河南安陽 455000；2中國農業(yè)科學院西部農業(yè)研究中心，新疆昌吉 831100

【目的】建立棉花品種（系）耐低磷能力評價體系，篩選耐低磷型棉花種質和評價不同磷效率類型，為研究棉花耐低磷生理機制和挖掘耐低磷基因奠定基礎?！痉椒ā恳詠碜試鴥韧獠煌迏^(qū)的140份棉花品種（系）為材料，采用水培試驗方法，在低磷（10 μmol·L-1KH2PO4）和正常磷（500 μmol·L-1KH2PO4）處理下，測定各棉花品種生物量、根系相關指標和磷效率相關指標等21個性狀表征值，計算各指標耐低磷脅迫指數。利用綜合隸屬函數法，進行主成分分析、回歸分析和聚類分析，對各棉花品種進行耐低磷能力的劃分，綜合評價各棉花品種耐低磷能力和磷效率類型?！窘Y果】與正常磷處理相比，低磷處理下，供試棉花品種的總磷積累量、總磷含量、地上部干重和總干物重等指標的均值降幅較大，而根平均直徑、比根面積、根尖數和磷素利用效率等指標的均值會有所上升；低磷處理下，各指標變異系數范圍為6.04%—47.79%，比根尖密度、根尖數、比根長和根平均直徑等根系指標變異系數較正常磷處理均提高，變異系數分別為47.49%、42.13%、40.19%和19.16%；對21個指標的耐低磷脅迫指數進行主成分分析，6個主成分的累計方差貢獻率達77.21%，利用隸屬函數法計算綜合耐低磷綜合評價值（）；采用多元回歸分析方法，建立值回歸方程，確定6個耐低磷性鑒定指標并進行系統聚類，將不同棉花品種（系）劃分為耐低磷型、中間型、低磷敏感型3類?！窘Y論】篩選出棕絮1號、魯原343、LambrightGL-N、巴西014、南丹里湖大棉、蘇遠1028和gL2g13等品種為耐低磷型棉花品種，陜2812、FJA、孝2168和東蘭那亭大花等品種的耐低磷能力較差，為低磷敏感型；確定總干物重、磷素利用效率、地下部鮮重、總根長、根系表面積和總磷積累量作為棉花耐低磷能力評價的指標。

棉花；耐低磷；篩選指標；綜合評價；磷效率

0 引言

【研究意義】棉花是紡織工業(yè)的重要原料，也是我國主要的經濟農作物。目前，中國已成為世界上最大的棉花進口國、生產國和消費國[1]。磷素是新疆棉田養(yǎng)分的限制因子，在棉花生產過程中，土壤有效磷缺乏會推遲棉花成熟期、大幅降低棉花的產量和品質[2-3]。同時，磷在土壤中擴散系數小，施入土壤中的磷肥大部分會被土壤吸附固定、沉淀轉化為難溶性的磷酸鹽，難以被作物吸收利用，磷的當季利用率平均僅為10%—25%，遠低于氮、鉀等大量元素[4-5]。因此，通過挖掘棉花自身遺傳潛力，選育耐低磷品種，對促進棉花可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論與現實意義[3]?！厩叭搜芯窟M展】植物的耐低磷性因不同種類和基因型的差異而存在明顯的變化，對于低磷耐受性品種的評價標準或方法不盡一致[6]。適宜的多指標綜合評價方法可全面反映低磷脅迫對作物不同品種的影響和耐低磷能力[7]。近年來，耐性脅迫指數、主成分分析、隸屬函數法和逐步回歸分析等多元分析結合的綜合評價體系在作物磷效率評價中被廣泛采用。羅園等[8]利用主成分分析和隸屬函數值的綜合評價值法篩選出2個耐低磷和11個低磷敏感品種，并得出生物量、根冠比、磷素利用效率、酸性磷酸酶活性4個指標，可用于青稞苗期耐低磷能力的快速鑒定。解斌等[9]利用因子分析、隸屬函數、聚類分析等方法篩選出2個耐低磷和2個低磷敏感型蘋果砧木品種，并驗證了在苗期種質篩選的可行性。栗振義等[6]對各指標的耐低磷系數進行多元分析，篩選出4個耐低磷和7個低磷敏感的紫花苜蓿品種，并得出莖葉干重、株高、根干重、總根長、全磷含量和酸性磷酸酶活性等性狀，可用于紫花苜蓿耐低磷性的評價篩選。目前，作物耐低磷種質的篩選及耐綜合評價的研究主要集中在水稻[10]、玉米[11]、大豆[12]和小麥[13]等植物上，關于棉花耐低磷評價及機制研究較少。李衛(wèi)華[14]通過對不同基因型棉花品種各性狀間標準偏差及變異系數的對比，確定整株干物質、吸磷量和含磷率的相對值作為磷高效棉花品種篩選的重要指標，通過3個篩選指標進行聚類分析，得出3個磷高效和3個磷低效棉花品種。Iqbal等[15]發(fā)現在不同磷處理下，不同基因型棉花的莖干重、根干重、光合特性、磷素吸收和利用效率存在較大差異，并結合主成分分析及聚類分析鑒定磷高效棉花種質?！颈狙芯壳腥朦c】根系作為吸收養(yǎng)分的主要器官，影響地上部生長甚至影響產量[16]。低磷條件下，不同作物根系形態(tài)的適應性變化對于提高作物對磷的吸收和利用具有重要的研究價值[17]。然而，在以往的耐低磷棉花品種篩選研究中，對于根系表型相關性狀的考慮較少，這種研究結果對于指導生產中的耐低磷棉花種質篩選存在一定的局限性。同時，在苗期耐低磷棉花種質篩選及磷效率綜合評價中，采用材料份數較少，未見大規(guī)模的耐低磷鑒定研究?！緮M解決的關鍵問題】本研究采用水培試驗，在2種磷處理條件下，研究140份不同棉花品種（系）農藝性狀、根系相關參數、磷吸收利用效率對低磷脅迫的響應差異，通過主成分分析、系統聚類分析和回歸分析等方法對不同棉花種質磷效率類型進行綜合評價，分析各棉花品種的耐低磷性狀變化并篩選出苗期耐低磷棉花種質，為選育耐低磷、磷高效的棉花基因型提供理論基礎和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

140份棉花材料為各棉花主產國家遺傳背景差異較大的主推品種或品系，由中國農業(yè)科學院棉花研究所國家棉花種質資源庫提供（附表1）。

1.2 試驗設計

試驗在中國農業(yè)科學院棉花研究所溫室內進行，溫室光周期（晝夜）為16 h/8 h，相對濕度為40%— 50%，采用水培法種植棉花幼苗。待棉花兩葉一心期時，挑選長勢一致的棉花幼苗分別在正常磷（500mmol·L-1KH2PO4）和低磷（10mmol·L-1KH2PO4）營養(yǎng)液中處理，每個品種3株作為1次重復，共3次重復。正?；舾裉m營養(yǎng)液組分為0.1 mmol·L-1EDTA·Fe·Na、1 mmol·L-1MgSO4·7H2O、2 μmol·L-1ZnSO4·7H2O、46 μmol·L-1H3BO3、4 μmol·L-1MnCl2·4H2O、0.3 μmol·L-1CuSO4·5H2O、0.12 μmol·L-1(NH4)6Mo7O24·4H2O、0.5 mmol·L-1KH2PO4、2.5 mmol·L-1Ca(NO3)2·4H2O，pH控制在5.5±0.5。每7 d更換一次營養(yǎng)液并隨機更換每個棉花幼苗的位置，以氧氣泵持續(xù)通氣，處理28 d后取樣，測定后續(xù)指標。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 農藝性狀 不同供磷處理28 d后，取棉花頂部功能葉片，使用SPAD儀（SPAD 502 Meter, Minolta Corporation, Tokyo, Japan）測定SPAD值。選取每個品種長勢一致的植株，稱量地上和地下鮮重并于105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒重，并稱量地上和地下部分的干重以計算根冠比。

1.3.2 根系形態(tài)分析 利用根系掃描儀（Epson Perfection 11000 xL, Long Beach, CA, USA）對根進行二維掃描以獲取根系圖像，再利用WinRHIZO根系分析軟件（version 2012 B, Regent Instruments Canada, Montreal, Canada）得出根系參數。參考Kayoumu等[18]方法計算比根長（specific root length，SRL）、比根面積（specific root area，SRA）、根組織密度（root tissue density，RTD）和比根尖密度（specific root tip density，SRTD）。比根長=總根長（total root length，TRH）/地下部干重（underground dry weight，UDW）；比根面積=根系表面積（root surface area，RSA）/地下部干重；根組織密度=地下部干重/根平均體積（root volume，RVE）；比根尖密度=根尖數（root tips number，RTN）/地下部干重。

1.3.3 植株磷含量和磷素利用效率 取烘干過篩后的干燥樣品，240℃條件下，采用H2SO4-H2O2法進行消煮，使用Bran+Luebbe連續(xù)流動自動分析儀Ⅲ（AA3-Germany）測量磷的濃度，并計算相關指標?？偭桌鄯e量（total phosphorus accumulation，TPA）=總干物重（total dry weight，TDW）×總磷含量（total phosphorus content，TPC）；磷素利用效率=（phosphorus use efficiency，PUE）總干物重/總磷累積量；磷素吸收效率（phosphorus uptake efficiency，PUtE）=總磷積累量/全磷含量。

1.3.4 耐低磷能力綜合評價方法 耐低磷脅迫指數：

式中，X和CK為第個指標在低磷和正常磷處理下的測定值。

特征向量值：

式中，(X)表示第個綜合指標的特征向量值，a為各單項指標特征值對應的特征向量，X為各單項指標的標準化值。

主成分權重（W）：

式中，W表示第個綜合指標在所有綜合指標中的重要性及權重；P為各品種第個綜合指標的貢獻率。

耐低磷綜合評價值（）：

根據因子權重（W）及特征向量值(X)，計算耐低磷綜合評價值（low phosphorus tolerance coefficient comprehensive values，）。

1.4 數據處理與分析

使用SPSS 24.0（SPSS, Chicago, IL, USA）對數據進行正態(tài)性檢驗，使用單因素方差分析（One-way ANOVA）和多重檢驗（＜0.05）檢測樣本間的差異顯著性。使用Origin Pro 2023（Origin Lab Corporation, Northampton, MA, USA）對數據進行主成分分析和聚類分析，并進行圖片的繪制。采用隸屬函數對140個品種的棉花品種（系）進行耐低磷綜合評價。

2 結果

2.1 不同供磷水平下棉花苗期各農藝性狀的差異分析

不同棉花品種（系）各性狀對2個磷水平的響應有所差異（表1）。與正常磷處理相比，低磷處理下，棉花苗期的地上部干重、總干物重、主根長、總磷含量和總磷積累量等10個指標均降低。其中，降幅較大的是總磷積累量（93.82%）、總磷含量（85.4%）、地上部干重（54.1%）和總干物重（48.4%），而主根長（0.5%）、總根長（7.2%）和SPAD值（5.5%）降幅相對較小，說明低磷處理對生物量和磷素的積累對低磷脅迫的響應較大，而對根長及SPAD值的影響較小。不同供磷水平下棉花苗期各性狀指標表現出一定的變異性，說明供試棉花基因型在各性狀上具有較為廣泛的遺傳差異，為耐低磷棉花基因型的篩選提供了可能。正常磷處理下，各性狀變異系數范圍為3.80%—47.15%；低磷處理下，不同性狀變異系數范圍為6.04%—47.79%（表1），在低磷處理下，比根尖密度、根尖數、比根長和根平均直徑等根系指標變異系數較正常磷處理均提高，低磷處理下棉苗根系指數離散度較大，即品種間差異較顯著。2種磷水平下，地下部干重、總干物重、總磷積累量、根冠比和磷素吸收、利用效率的變異系數均較大，說明其對磷素水平較為敏感（表1）。

表1 2種磷處理下棉花各性狀值及耐低磷系數

ADW：地上部干重；UDW：地下部干重；TDW：總干物重；TRL：主根長；RSA：根系表面積；RVE：根平均體積；TRH：總根長；RAD：根平均直徑；SRL：比根長；SRA：比根面積；RTD：根組織密度；RTN：根尖數；SRTD：比根尖密度；SFW：地上部鮮重；RFW：地下部鮮重；R/S：根冠比；SPAD：葉綠素相對含量；TPC：總磷含量；TPA：總磷積累量；PUE：磷素利用效率；PUtE：磷素吸收效率。不同小寫字母表示處理間差異顯著（＜0.05）。下同

ADW: aboveground dry weight; UDW: underground dry weight; TDW:total dry weight; TRL: tap root length; RSA: root surface area; RVE: root volume; TRH: total root length; RAD: root average diameter; SRL: specific root length; SRA: specific root area; RTD:root tissue density; RTN:root tips number; SRTD:specific root tip density; SFW: shoot fresh weight; RFW: root fresh weight; R/S: root shoot ratio; SPAD: relative chlorophyll content; TPC: total phosphorus content; TPA: total phosphorus accumulation; PUE: phosphorus use efficiency; PUtE: phosphorus uptake efficiency. Different small letters after the mean indicate significant differences between treatments (＜0.05). The same as below

2.2 性狀主成分分析

通過對棉花苗期21個性狀的耐低磷脅迫系數進行主成分分析（圖1和表2），共提取了6個主成分。結果表明，在PC1中，地上部干重（載荷值為0.40）、總干物重（0.42）、地上部鮮重（0.36）、地下部鮮重（0.32）、總磷積累量（0.32）和磷素利用效率（0.32）有較大的正向影響。在PC2中，擁有較大正向投影的是比根面積（0.40）、根系表面積（0.35）和根平均體積（0.34）等根系性狀，地下部干重（-0.16）、根冠比（-0.19）和總磷含量（-0.24）對PC2有較大的負向影響；PC3軸中比根長（0.36）、總磷含量（0.32）、總磷積累量（0.33）的正向投影遠大于其他指標，總根長（0.18）、比根尖密度（0.17）和比根面積（0.15）對PC3有一定的正向影響，地下部干重（-0.35）、根冠比（-0.45）、磷素吸收效率（-0.35）和根系表面積（-0.16）對PC3的負向影響較大。各主成分累計方差貢獻率達77.21%。根據各主成分的貢獻率情況，說明在棉花苗期的耐低磷特性主要與生物量、磷效率參數和根系相關性狀等指標密切相關。

圖1 指標耐低磷指數主成分散點圖

2.3 棉花苗期耐低磷鑒定指標的篩選

棉花苗期各指標相對值與耐低磷綜合評價值（）的相關性分析（圖2）表明，地上部干重、總干物重、主根長、根系表面積、根平均體積、總根長、根尖數、比根尖密度、地上部鮮重、地下部鮮重、根冠比、總磷積累量和磷素利用效率的耐脅迫指數與值的相關性均達到極顯著水平（＜0.01），其中，地上部干物重、總干物重和總磷積累量3項指標與其余指標相比相關系數比較高，分別為0.72、0.72和0.68。

根據值和各指標的耐低磷脅迫指數建立多元逐步回歸分析模型，得到因變量值和6個自變量的多元回歸方程：=0.08+0.341+0.462+0.273+0.194+ 0.235+0.316，回歸方程的決定系數為2=0.99（＜0.01），說明該方程用于綜合評價棉花苗期耐低磷能

表2 不同供磷條件下棉花苗期各綜合指標載荷系數及累計貢獻率

力的可靠性達99%，回歸方程具有一定的解釋能力（表3）。相關性分析和多元逐步回歸分析結果綜合表明，總干物重、磷素利用效率、地下部鮮重、總根長、根系表面積和總磷積累量6個指標可作為評價不同棉花品種（系）苗期耐低磷性的鑒定指標。

2.4 棉花苗期耐低磷品種（系）的篩選

利用6個耐低磷性鑒定指標的耐低磷脅迫系數，采用平均歐式距離法對各棉花品種（系）進行系統聚類分析（圖3）。根據聚類結果，將140個棉花品種（系）劃分為3類。第Ⅰ類有47個品種（系），綜合評價值的平均值為0.34，變幅范圍為0.25—0.38。第Ⅱ類有29個品種（系），綜合評價值的平均值為0.41，變幅范圍為0.33—0.45。第Ⅲ類有64個品種（系），綜合評價值的平均值為0.51，變幅范圍為0.39—0.65。根據聚類分析結果，篩選出棕絮1號、魯原343、LambrightGL-N、巴西014、南丹里湖大棉、蘇遠1028和gL2g13等品種為耐低磷型棉花品種，陜2812、FJA、孝2168和東蘭那亭大花等品種的耐低磷能力較差，為低磷敏感型。

2.5 不同耐低磷型棉花幼苗農藝性狀評價

對不同磷效率棉花幼苗耐低磷鑒定指標的脅迫指數進行方差分析（圖4）。其中，TDW和根RFW的平均值在不同磷效率棉花品種間差異顯著（＜0.05）。耐低磷棉花品種（系）RSA、TRH和TPA的脅迫指數均顯著高于其余兩類型，而中間型和低磷敏感型間的差異未達到顯著水平（圖4-B-C和圖4-E）。PUE的耐低磷脅迫指數表現為耐低磷型和中間型顯著高于低磷敏感型，而在耐低磷型和中間型間差異不顯著（圖4-F）。結果表明，耐低磷型的6個耐低磷鑒定指標脅迫指數均值高于中間型和低磷敏感型，驗證了聚類結果的正確性。

*：在0.05水平顯著相關 *: significant correlation at the level of 0.05

Fig 2 The correlation coefficient between the low phosphorus stress tolerance index and the comprehensive evaluation value () of low phosphorus tolerance in cotton seedling stage

表3 棉花品種耐低磷最優(yōu)模型預測

1：總干物重；2：磷素利用效率；3：地下部鮮重；4：總根長；5：根系表面積；6：總磷積累量

1: total dry weight;2: phosphorus use efficiency;3: root fresh weight;4: total root length;5: root surface area;6: total phosphorus accumulation

第Ⅰ類：低磷敏感型；第Ⅱ類：中間型；第Ⅲ類：耐低磷型

圖4 不同耐低磷性棉花品種（系）農藝性狀綜合評價

3 討論

我國耕地土壤有效磷的含量較低，農作物生產中大量使用磷素也是一種普遍現象，但會造成土壤結構失調、肥力下降、環(huán)境污染等一系列問題，提高農作物的磷素利用效率是解決上述問題最有效的方法之一[2, 19]。不同作物，以及同一作物的不同品種之間對磷素的吸收和利用都存在差異[20]。因此，篩選棉花耐低磷品種，對不同磷效率類型進行綜合評價，分析其遺傳差異，是提高棉花磷素利用效率的重要策略，是實現棉花生產可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一[21]。

3.1 棉花苗期農藝性狀和磷效率相關性狀的差異

本研究發(fā)現，與正常磷處理相比，低磷處理下棉花幼苗地上部干重降幅較大，而地下部干重和根冠比會有所增大（表1），這可能是因為棉花處于缺磷脅迫時，地上部向根系的同化物運輸會增加，直接抑制地上部的生長[7]。與正常磷處理相比，低磷脅迫下SPAD值會有明顯的下降，這與解斌等[9]研究結果相一致。SPAD值的下降可能是因為植物缺磷會使得光合磷酸化過程受阻，葉片光合作用受到抑制[5]。本研究中，與正常磷處理相比，低磷處理下棉花幼苗總磷累積量和總磷含量降低，說明低磷會抑制植株對磷的吸收，這與龔絲雨等[22]研究結果一致。而低磷處理下棉花幼苗磷素吸收效率和利用效率會有明顯的提高，說明低磷脅迫有利于磷素轉化和利用[23]。許多研究發(fā)現，植物通過改變根的結構形態(tài)和結構來適應低磷脅迫[24]，如總根長變長[25]、根表面積擴大[26]等。本研究發(fā)現，與正常磷處理相比，棉花幼苗低磷脅迫下棉花幼苗總根長、比根長、比根面積、根組織密度顯著降低、根表面積、根尖數、根平均體積等指標顯著提高，這與潘新雅等[27]研究結果一致。

不同品種間各性狀的變異系數可以反映品種對低磷脅迫的響應差異。變異系數越大，品種間對低磷脅迫的反應差異越大，可以更好地評價不同品種耐低磷性差異[28]。本研究結果表明，低磷脅迫下棉花幼苗地下部干重、主根長、總根長、根平均直徑、比根長、根尖數、比根尖密度、地上部鮮重、總磷含量、總磷積累量等指標變異系數均提高。推測低磷處理加大了上述指標的基因型差異，單個指標的離散度變大，有利于耐低磷棉花品種（系）的篩選。

3.2 棉花苗期耐低磷指標的篩選

不同指標的結果只能反映適應性的一個方面，評價和篩選作物耐低磷性尚無統一的標準[29-30]。羅園等[8]認為磷高效品種是在不同供磷水平下都有較高產量的品種。李小莉等[31]將地上部磷含量和相對生物量作為水稻耐低磷特性的評價指標，進而對水稻進行耐低磷評價。劉鵬等[30]通過分析干物重和磷效率2個指標在不同磷水平間的均值來對不同磷效率高粱品種進行綜合評價。朱瑞利等[32]結合盆栽與營養(yǎng)液培養(yǎng)的試驗結果，篩選出毛葉苕子相對地上部干重和相對磷積累量等指標作為耐低磷能力大小的評價指標。龔絲雨[33]則采用循環(huán)營養(yǎng)液培養(yǎng)法同樣篩選地上部干重和整株磷累積量作為煙草苗期磷高效評價指標。白燈莎·買買提艾力等[3]將磷素吸收效率、利用效率、磷由莖葉向籽粒的轉移效率（再轉移效率）作為篩選指標對不同棉花品種（系）進行了綜合評價和聚類分析。但目前進行耐低磷基因型篩選時，利用根系相關性狀的研究相對較少。在本研究中，根系表面積、比根尖密度、根平均體積和總根長等根系參數與耐低磷綜合評價值也呈極顯著相關關系（圖2）。本研究參照前人的研究方法，基于21個苗期相關性狀表征值，通過主成分分析（表2）和多元逐步回歸分析，建立了棉花幼苗耐低磷綜合評價值的回歸方程，通過綜合分析不同性狀與耐低磷綜合評價值的相關系數和回歸系數，確定了總干物重（相關系數0.72）、根系表面積（0.45）、總根長（0.40）、地下部鮮重（0.67）、總磷積累量（0.67）和磷素利用效率（0.50）作為棉花苗期耐低磷能力評價體系的篩選指標。

3.3 棉花苗期耐低磷型劃分和綜合評價

過去對作物耐低磷品種篩選的研究大多基于簡單的聚類分析，測定指標相對較少，評價體系單一[34]。近年來，利用多元分析篩選的品種越來越多，結果更加可靠[28, 35]。本研究在主成分分析的基礎上通過隸屬函數計算獲得了耐低磷綜合評價值，并確定了棉花苗期耐低磷評價指標，結合聚類分析，將140份棉花品種（系）劃分為耐低磷型、中間型和低磷敏感型3種類型（圖3）。其中，棕絮1號、魯原343、LambrightGL-N、巴西014、南丹里湖大棉、蘇遠1028和gL2g13等品種為耐低磷型棉花品種。通過進一步分析發(fā)現，耐低磷品種（系）的6個耐低磷鑒定指標脅迫指數均值高于中間型和低磷敏感型（圖2），驗證了聚類結果的準確性。目前，其他作物研究表明，耐低磷性強的品種在低磷環(huán)境中根系發(fā)達，磷素吸收能力強，保持較大的葉面積以積累更多的干物質[7, 21]。根系的形態(tài)特征是由基因型與環(huán)境因素決定的，在磷素的作物吸收中起著決定性的作用。根系耐低磷的生理機制有待進一步研究。

4 結論

篩選出棕絮1號、魯原343、LambrightGL-N、巴西014、南丹里湖大棉、蘇遠1028和gL2g13等品種為耐低磷型棉花品種，陜2812、FJA、孝2168和東蘭那亭大花等品種的耐低磷能力較差，為低磷敏感型。并確定總干物重、磷素利用效率、地下部鮮重、總根長、根系表面積和總磷積累量6個指標可作為評價不同棉花品種（系）苗期耐低磷能力的鑒定指標。

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Screening of low phosphorus tolerant germplasm in cotton at seedling stage and comprehensive evaluation of low phosphorus tolerance

KAYOUMU Mirezhatijiang1, WUMAIERJIANG Xieraili1, LI XiaoTong1, WANG XiangRu1, GUI HuiPing1, ZHANG HengHeng1, ZHANG XiLing1, DONG Qiang1,2*, SONG MeiZhen1,2*

1Institute of Cotton, Chinese Academy of Agricultural Sciences/National Key Laboratory of Cotton Bio-Breeding and Integrated Utilization, Anyang 455000, Henan;2Western Agricultural Research Center of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Changji 831100, Xinjiang

【Objective】To establish an evaluation system for low phosphorus tolerance in cotton varieties (lines), screen low phosphorus tolerant cotton germplasm and evaluate different types of phosphorus efficiency, and lay the foundation for studying the physiological mechanisms of low phosphorus tolerance in cotton and mining low phosphorus tolerance genes. 【Method】Using 140 cotton cultivars (lines) from different cotton regions at home and abroad, 21 traits such as biomass, root-related indexes and phosphorus efficiency-related indexes were measured under low (10 μmol·L-1KH2PO4) and normal (500 μmol·L-1KH2PO4) phosphorus treatments in a hydroponic experiment. The index of low phosphorus stress tolerance was calculated for each index. Using the integrated affiliation function method, principal component analysis, regression analysis and cluster analysis were conducted to classify the low phosphorus tolerance of each cotton variety and to comprehensively evaluate the low phosphorus tolerance and phosphorus efficiency type of each cotton variety.【Result】Compared with the normal phosphorus treatment, the mean values of total phosphorus accumulation, total phosphorus content, aboveground dry weight and total dry matter weight of the tested cotton varieties decreased more under the low phosphorus treatment, while the mean values of root average diameter, specific root area, root tips number and phosphorus use efficiency increased. Under low phosphorus treatment, the coefficients of variation of each index ranged from 6.04% to 47.79%，the coefficients of variation of root indexes such as specific root tips density, root tips number, specific root length and root average diameter were higher than those of normal phosphorus treatment, and the coefficients of variation were 47.49%, 42.13%, 40.19% and 19.16%, respectively; the principal component analysis of the 21 indexes of low phosphorus stress tolerance showed that the cumulative variance contribution of the six principal components reached 77.21%, and the comprehensive low phosphorus tolerance value () was calculated using the affiliation function method. The-value regression equation was established by multiple regression analysis to determine the six low phosphorus tolerance indices and perform systematic clustering to classify different cotton varieties (lines) into three categories: low phosphorus tolerant, intermediate and low phosphorus sensitive.【Conclusion】Total dry matter weight, phosphorus use efficiency, root fresh weight, total root length, root surface area and total phosphorus accumulation were identified as indicators for the evaluation of low phosphorus tolerance in cotton.

L.; low phosphorus tolerance; screening index; comprehensive evaluation; phosphorus efficiency

2023-04-18；

2023-06-02

棉花生物學國家重點實驗室自主課題（CB2021C10）、新疆生產建設兵團第六師科技項目（2202）、新疆生產建設兵團第一師阿拉爾市科技計劃（2022NY09）

米熱扎提江·喀由木，E-mail：82101205083@caas.cn。通信作者董強，E-mail：dongqiang@caas.cn。通信作者宋美珍，E-mail：songmzccri@163.com

（責任編輯 李莉）