一种筛选棉花萌发出苗期耐冷品种的方法及其应用

1.本发明属于棉花品种筛选技术领域，具体涉及一种筛选棉花萌发出苗期耐冷品种的方法及其应用。


背景技术：

2.棉花原产于亚热带，喜温不耐寒。然而在我国棉花主要产区，每年4～5月西北方向的冷湿气流活动较为频繁，导致气温波动大，终霜期不稳定，即俗称的“倒春寒”。容易形成0℃以上15℃以下的低温，在出苗期造成烂种烂芽、出苗率低；在出苗后子叶期造成棉株生长缓慢、受冻致死，早春低温已经成为影响新疆棉花生产的主要环境因素之一。因此有必要筛选出棉花耐冷品种，以保证棉花产量。
3.以往经验认为，苗期是棉花冷害的关键期，因此现有棉花耐冷品种的筛选均是针对棉花苗期(即子叶期)进行的，如cn110073974a。但本技术发明人发现，相比出苗后的低温危害，出苗期危害时间长且强度大。膜下5cm土层温度稳定达到12℃时进行播种，直到出苗前，棉种一直处在低温胁迫环境中。统计分析北疆棉区2009-2020年气象数据发现，在4月5日～12日有日均温10～12℃低温危害，4月18日～20日最低温度从8℃骤然降至4℃，遇害严重时需重播，减产可高达20％～60％，出苗期低温冷害严重影响棉花生产。另外通过前期工作还发现，棉花的抗冷性因发育阶段的不同而存在差异苗期具有较高抗冷性的棉花品种在萌发出苗期不一定也具有较高的抗冷能力，因此有必要制定一个适于棉花萌发出苗期的鉴定方法。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明特提供一种新的棉花耐冷品种的筛选方法。通过该方法筛选得到的棉籽在经受“倒春寒”后依然保持良好的生长态势，对一播全苗具有重要的生产意义。
5.本发明所述的棉花耐冷品种的筛选方法，包括：对萌发出芽期的待选棉花品种进行低温胁迫处理；对处理后的棉花品种进行指标采集、数据处理及分析；根据数据处理及分析结果确定待选棉花品种的耐冷级别；其中，所述萌发出芽期包括：萌发期和芽期；所述低温胁迫处理包括：对萌发期和芽期的待选棉花品种进行持续低温处理，以及对芽期的待选棉花品种进行骤然降温处理。
6.本发明通过对棉花生长特点及倒春寒温度特点的深入研究，首次提出骤然降温处理的筛选方式，并将其与持续低温处理相结合，可以显著提高筛选的准确性和筛选效率，以此开展萌发期抗冷品种鉴定，将有助于制定相应策略来抵消其造成的负面影响，从而使棉籽即使经受“倒春寒”依然能保持良好的生长态势，对一播全苗具有重要的生产意义。
7.同时，为了更高效且准确地筛选出耐冷品种，本发明对棉花品种的生长期和低温处理方式的匹配关系进行优化，提出以萌发期和芽期进行持续低温处理，以芽期进行骤然降温处理。通过对棉花生长期和低温处理方式的合理配置，可在保证筛选准确性的同时进
一步简化操作，提高筛选效率。
8.优选地，所述持续低温处理的条件为：控制白天培养的温度在15-16℃之间，时间12h，夜晚培养的温度在3-4℃之间，时间12h；所述持续低温处理的处理时间为12-14天。研究表明，相比现有筛选方法通常采用的恒温处理方式，本发明引入的昼夜温差形式的持续低温处理，可以更充分了解待选棉花品种的耐冷性能，进而进一步提高筛选结果的准确性。
9.优选地，所述骤然降温处理的条件为：控制培养温度在3-4℃之间，处理时间为3-4天。研究表明，通过短时间低温处理，能够更充分了解待选棉花品种的耐冷性能，进而进一步提高筛选结果的准确性。
10.本领域公知，筛选指标越多，筛选结果相对越准确；但指标过多一是会导致人工操作误差大，二是操作繁琐、费时费力。因此，如何以更少的指标、更简便的方法获得更准确的筛选结果是本技术的技术难点所在。
11.为了解决这一问题，本技术通过大量试验分析从棉花品种的诸多表型指标和生理指标中确定了如下合适的指标，既可以较为全面的反应出待选棉花品种在萌发期和芽期的抗冷性能，又简化了采集操作，减少人工误差，保证了筛选的准确性。具体指标如下：
12.对于持续低温处理，所述指标共7个，分别是：萌发率(gr-cc)、萌发指数(gi-cc)、出苗率(er-cc)、根长(rl-cc)、下胚轴长(hl-cc)、总长(tl-cc)、干物重(dw-cc)；
13.对于骤然降温处理，所述指标共5个，分别是：出苗率(er-sc)、根长(rl-sc)、下胚轴长(hl-sc)、总长(tl-sc)、干物重(dw-sc)。
14.本发明采用砂培法培养方式，具体分为培养皿砂培法和纸钵砂培法两种培养方式：
15.对于持续低温处理的萌发率和萌发指数的采集，采用培养皿砂培法；
16.对于持续低温处理及骤然降温处理的出苗数、根长、下胚轴长、总长和干物重的采集，采用纸钵砂培法。
17.具体来讲，对于持续低温处理的萌发率和萌发指数的采集，具体为：采用培养皿砂培法，将播种后的待选棉花品种置于持续低温处理环境中处理，从萌发开始，每2天记录萌发数，待萌发数目稳定不变后，停止记录。
18.对于持续低温处理的出苗数、根长、下胚轴长、总长和干物重的采集，具体为：采用纸钵砂培法，将播种后的待选棉花品种置于持续低温处理环境中处理，待持续低温处理结束后，将其转移至25-28℃下至少培养3天，记录。
19.对于骤然降温处理的出苗数、根长、下胚轴长、总长和干物重的采集，具体为：采用纸钵砂培法，在温度25/28℃，光/暗培养12/12h条件下培养至芽期，将芽期的待选棉花品种先转移至骤然降温处理环境中处理后，再转到正常温度环境恢复生长，记录。
20.进一步地，为了消除不同种质基础性状间的差异，本发明对采集所得各性状指标进行数据处理，包括：
21.(1)计算指标的相对值(即耐冷系数cc)；
22.耐冷系数cc(cold tolerance coefficient)＝处理测定值/对照测定值；
23.(2)计算隶属函数值u；
24.隶属函数值u
ij
＝(c
ij-c
min
)/(c
max-c
min
)；
25.式中：
26.c
ij
：i个材料第j个公因子得分，c
min
表示所有种质j公因子得分值的最小值；
27.c
max
表示所有种质j公因子得分值的最大值；
28.c
ij
是由耐冷系数cc用excle计算得出的。
29.(3)计算耐冷性综合评价值d；
[0030][0031]
式中：
[0032]
di表示第i个材料的综合评价值；
[0033]uij
为第i个材料第j个公因子的隶属函数值；
[0034]
wj表示第j个公因子在所有公因子中的重要程度，即权重系数；
[0035]
权重系数
[0036]
pj为第j个公因子的贡献率。
[0037]
(4)根据d值，采用欧式距离和加权配对算术平均法(weighted pair group method average，wpgma)进行聚类分析。根据分析结果确定棉花品种的耐冷级别。
[0038]
本发明还提供一种采用上述筛选方法的棉花育种方法，通过该方法可以有效提高育种效率和准确性。
[0039]
本发明所述的筛选方法及育种方法适用于不同棉花产区，尤其适用于新疆产棉区。
[0040]
本发明取得的有益效果如下：
[0041]
(1)本发明通过对田间低温冷害作用形式的分析研究，提出一种针对棉花萌发出芽期(包括萌发期和芽期)的耐冷品种的筛选方法。
[0042]
(2)本发明所述的筛选方法不仅准确性高，而且鉴定指标相对较少、操作相对简单，筛选效率更高。
具体实施方式
[0043]
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0044]
实施例1
[0045]
本实施例提供一种棉花耐冷品种的筛选方法，包括：
[0046]
s1、待选棉花品种如表所示：
[0047]
表1
[0048]
编号品种名称编号品种名称编号品种名称编号品种名称1岱字棉2026新陆早4号51岱字棉14号76美国-12关农1号27新陆早6号52岱字棉15号77吉尔吉斯3邯249028新陆早8号53泛棉3号78垦66144黑山棉1号29新陆早9号54国欣棉11号79垦00745锦棉3号30豫133555冀402580川016晋棉10号31豫早8e1356晋棉2681新陆早2号7晋棉2132运早n17757辽棉23号82新陆早10号
8晋棉2333运早n9558辽棉27号83新陆早12号9晋棉5号34中71659鲁棉研2184新陆早13号10辽棉10号35中棉所1460鲁棉研2885新陆早15号11辽棉5号36中棉所1661鲁棉研3686新陆早16号12辽棉6号37中棉所2062仁和39号87新陆早17号13辽棉7号38中棉所2463陕7988新陆早18号14辽棉9号39中棉所2764斯字棉2b89新陆早19号15辽阳短节40中棉所3065新棉33b90新陆早20号16鲁89041中棉所3766银花树91新陆早21号17农垦5号42cg3020-167中1792新陆早22号18陕7043cg3020-368中1993新陆早23号19石早1号44fm173569中66294川239-120石早2号45h10970中67995豫棉5号21夏早1号46phy-771中棉所12号96运172922新陆早1147sts45872中棉所7号97浙棉11号23新陆早3648tm-173中植棉8号98t扩24新陆早4249奥试棉440674陕92034699博42525新陆早4550百棉98575限iii9704100新陆中60号
[0049]
表2
[0050][0051][0052]
s2、对待选棉花品种进行低温胁迫处理，具体包括：
[0053]
(1)对待选棉花品种的萌发期和芽期进行持续低温处理；
[0054]
利用砂培法研究191份材料在昼夜变化的持续低温(16/4℃)条件下萌发和发芽情
况，因需要测定萌发和出苗相关指标，采用两种培养方式：
[0055]
培养皿砂培法测定萌发相关的指标(萌发率、萌发指数)，播种后置于16/4℃低温下5天后开始统计萌发数，之后每2天统计一次直至萌发数目稳定；
[0056]
纸钵砂培测定出苗数、根长、下胚轴长、总长和干物重，培养及设计方法与培养皿砂培法相同。
[0057]
低温萌发15天后，转置28/25℃的适宜温度下培养，3天后统计出苗率，随机选取10株代表性的幼苗测量苗长、幼苗干重；数据记录如下表。
[0058]
考察持续低温处理对棉种萌发的影响，计算公式如下：
[0059]
按照耐冷系数cc的计算方法获得各个指标的相对值；
[0060]
rgi(相对萌发指数)＝gr_c/gr_n
[0061]
gi(萌发指数)＝∑(gt/dt)(gt为第t天的萌发数，dt为相应的萌发天数)，gi_c代表处理组萌发指数，gi_n代表对照组萌发指数。
[0062]
萌发率、出苗数、根长、下胚轴长、总长和干物重指标则按照耐冷系数的计算方法获得各指标的相对值。
[0063]
表3持续降温记录结果(1)
[0064]
[0065]
[0066]
[0067][0068]
表4持续降温记录结果(2)
[0069]
[0070]
[0071][0072][0073]
(2)对待选棉花品种的芽期进行骤然降温处理；
[0074]
种子萌发期较易遭受低温危害，本发明发现，发芽后20-30h对冷害敏感，对生长发育造成很大影响，因此选择在芽期探究低温对下胚轴伸长的影响。
[0075]
具体步骤：将材料种在适宜温度(28/25℃)萌发48h至芽期，将其移置4℃下，冷处理4天后测定下胚轴长度，再转到正常温度(28/25℃)下进行恢复生长，恢复生长4天后统计出苗数、测定苗长等指标。数据记录如下表。
[0076]
表5骤然降温记录结果
[0077]
[0078]
[0079]
[0080][0081]
s3、数据处理及分析
[0082]
为了消除不同种质基础性状间的差异，本发明对采集所得各性状指标进行数据处理，包括：
[0083]
(1)计算指标的相对值(即耐冷系数cc)；
[0084]
耐冷系数cc(cold tolerance coefficient)＝处理测定值/对照测定值；
[0085]
(2)计算隶属函数值u；
[0086]
隶属函数值u
ij
＝(c
ij-c
min
)/(c
max-c
min
)；
[0087]
式中：
[0088]cij
：i个材料第j个公因子得分，c
min
表示所有种质j公因子得分值的最小值；
[0089]cmax
表示所有种质j公因子得分值的最大值；
[0090]cij
是由耐冷系数cc用spss计算得出的。
[0091]
(3)计算耐冷性综合评价值d；
[0092][0093]
式中：
[0094]
di表示第i个材料的综合评价值；
[0095]uij
为第i个材料第j个公因子的隶属函数值；
[0096]
wj表示第j个公因子在所有公因子中的重要程度，即权重系数；
[0097]
权重系数
[0098]
pj为第j个公因子的贡献率。
[0099]
(4)根据d值，采用欧式距离和加权配对算术平均法(weighted pair group method average，wpgma)进行聚类分析；
[0100]
s4、根据分析结果确定待测棉花品种的耐冷级别。
[0101]
为了验证本发明所述的筛选方法的可行性，本发明以耐冷性综合评价值d作为因变量，各单项指标的相对值cc作为自变量，建立上述最优回归方程：
[0102]
持续降温处理的回归方程：
[0103]
表6
[0104]
multiple stepwise regression equationr2f valuepy＝0.798*gr0.635346.160≤0.001y＝0.688*gr+0.509*tl-cc50.883752.380≤0.001y＝0.663*gr+0.459*tl-cc5+0.282*dw-cc50.9591583.776≤0.001
[0105]
骤然降温处理的多元回归方程：
[0106]
表7
[0107]
multiple stepwise regression equationr2f valuepy＝0.860*tl-sc60.739563.656≤0.001y＝0.882*tl-sc6+0.329*er-sc60.846547.932≤0.001y＝0.707*tl-sc6+0.282*er-sc6+0.320*hl-sc60.917739.578≤0.001
[0108]
由上述结果可知，模型拟合度较好，回归方程有很好的解释能力；证明了本发明所确定的采集指标对萌发出苗期耐冷性有显著地影响，该模型可用于萌发出苗期的耐冷性评价。
[0109]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。