本发明属于作物育种和栽培技术领域，尤其涉及一种棉花加代繁育快速成铃的方法。
背景技术：
棉花是纺织工业的主要原料，是全球最重要的经济作物。品种改良是棉花单产提高重要因素之一。在棉花育种工作中，新材料的创制及筛选需要经过回交、自交和杂交等环节，自交5-6代才能够获得较为纯合的育种材料。棉花生育期长，育种工作者一般在夏季进行一次田间加代，冬季前往海南再进行一次异地加代，以实现一年两次加代。此种加代方法费时费力，且一年最多加代两次，严重制约了棉花育种的进程。因此，急需一种能够省时省力且快速繁育、加代次数较多的方法来加快棉花品种的选育速度。
人工气候室不受外界环境条件影响，可最大程度上满足棉花生长所需的环境条件，实现棉花室内的周年生长，以最大程度上加快育种工作的进程。
因此，探索一种棉花在人工气候室内的室内栽培方法，在不影响棉花成铃的情况下，加快棉花生育进程，实现棉花室内周年繁殖，对于缩短育种年限、节约育种成本具有重要意义。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种棉花加代繁育快速成铃的方法，缩短育种年限，1年可进行3-4次加代，且不影响棉花成铃，可以生产出单个棉铃在4g以上的籽棉。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种棉花加代繁育快速成铃的方法，包括：棉花种子萌发后播种于基质中，分别进行苗期、蕾期、铃期管理并补充hoagland营养液，至种子收获；
所述播种基质为中壤土、蛭石、珍珠岩按照体积比1:0.8-1.2:0.8-1混合；
所述苗期管理包括昼夜温度分别为24-28℃和20-24℃，基质相对含水量为50-60％，光量子通量密度为400-500μmol·m-2·s-1；
所述蕾期管理包括昼夜温度分别为28-32℃和22-26℃，基质相对含水量为70-80％，光量子通量密度为950-1050μmol·m-2·s-1；
所述铃期管理包括开花后逐渐降低基质相对含水量，至30-35天后停止供水。
优选的是，所述棉花种子进行预处理萌发，预处理包括：利用h2o2溶液浸泡棉花种子15-20min，洗净后置于湿润发芽盘中，昼夜温度分别为24-28℃和20-24℃催芽。
优选的是，所述播种时包括：待种子胚根长到1-1.5cm时播种，播种深度为1.5-2cm。
优选的是，所述播种时基质相对含水量为75-85％。
优选的是，所述播种基质中：中壤土粒径为1.5-2.5mm，蛭石粒径为1-3mm，珍珠岩粒径为3-6mm。
优选的是，所述蕾期时进行打顶，每株棉花保留2-3台果枝，每台果枝剪除第二果节及之后的蕾。
优选的是，所述铃期管理逐渐降低基质相对含水量为：开花后保持基质相对含水量为70-80％，23-25天后降低基质相对含水量为50-60％，30-35天后停止供水，至种子收获。
优选的是，所述hoagland营养液为0.5-0.8m，施用方式为：播种时施用量以达到基质相对含水量75-85％为准；苗期时每隔3-4天施用200-250ml/株；蕾期至铃期时每天施用80-100ml/株。
优选的是，所述棉花苗期至收获，光照周期为11-12l:13-12d。
优选的是，所述棉花苗期至收获，空气相对湿度为50-60％。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种棉花加代繁育快速成铃的方法，通过在室内提供较高的光强，以充分满足棉花叶片光合作用，同时通过对花盆内的土壤含水量进行精确控制，满足对于水分的需求。利用本发明方法所得到的棉花植株生长健壮，可以生产出单个棉铃在4g以上的籽棉。
本发明提供的棉花繁育方法，通过对棉花蕾期的及时打顶，缩短了棉花营养生长与生殖生长的并进期，并通过对棉花各生育期土壤含水量的有效控制，利用生育后期的干旱胁迫，极大地缩短了棉花的生育期，在有限的生长季节内能有效加速繁育代数，加快育种进程，缩短了育种年限。
本发明提供的棉花繁育方法，不受自然环境的影响，可以实现周年加代育种，一年可进行3-4次加代，从而节约了时间，避免了异地加代的奔波劳累。
具体实施方式
本发明提供了一种棉花加代繁育快速成铃的方法，包括：棉花种子萌发后播种于基质中，分别进行苗期、蕾期、铃期管理并补充hoagland营养液，至种子收获。
种植基质的准备：
基质是影响棉花种子萌发及生长的重要因素。本发明棉花播种基质为中壤土、蛭石、珍珠岩按照体积比1:0.8-1.2:0.8-1混合；进一步优选的是中壤土、蛭石、珍珠岩按照体积比1:1:1混合。优选的是中壤土粒径为1.5-2.5mm，蛭石粒径为1-3mm，珍珠岩粒径为3-6mm；进一步优选的是中壤土粒径为2mm，蛭石粒径为2mm，珍珠岩粒径为4.5mm。本发明基质中，中壤土通气透水、保水保温性能都较好，是较理想的农业土壤；在土壤中混合蛭石与珍珠岩，蛭石可以储水保墒、提高土壤的透气性与含水性，便于铃期进行水分控制管理；而珍珠岩可防止土壤板结，提高土壤透气性。三种基质混合后，其综合性质利于棉花种子的萌发及生长，便于全生育期调控，缩短棉花生育期。
作为一种可实施方式，本发明在采集中壤土后，过1.5-2.5mm筛，并于烘箱烘干，杀灭杂草种子与各种病原。作为一种实施方式，烘干温度为130-170℃，烘干时间为18-30h；进一步可选的为在150℃下烘干24小时。
作为一种可实施方式，本发明将上述三种基质按比例混合后装于花盆中，花盆置于托盘上。使用的花盆底部开2-3细孔。
种子的预处理：
本发明在播种前优选对种子进行预处理，以促进种子的萌发。预处理包括：利用h2o2溶液浸泡棉花种子15-20min，洗净后置于湿润发芽盘中，昼夜温度分别为24-28℃和20-24℃催芽。进一步优选的是，h2o2溶液质量浓度为20％，浸泡时间为20min。更进一步优选的是，催芽昼夜温度为26℃和22℃。作为一种可实施方法，本发明利用20％h2o2溶液浸泡棉花种子20min，然后过三遍蒸馏水，再将棉花种子放置于铺有三层湿润纱布的发芽盘中，并覆盖两层湿润纱布，放置于昼夜温度分别为26℃与22℃的恒温培养箱中催芽培养。
播种：
本发明优选待种子胚根长到1-1.5cm时播种，播种深度为1.5-2cm；进一步优选待种子胚根长到1.2-1.5cm时播种，播种深度为1.7-2cm，胚根朝下。优选的是，播种时基质相对含水量为75-85％；进一步优选的是，播种时基质相对含水量为75％。作为一种可实施方式，本发明将棉花种子播种于基质花盆中，每个花盆播种5-8粒棉花种子。
苗期管理：
待种子播种完成后，进行苗期管理，包括设置昼夜温度分别为24-28℃和20-24℃，进一步优选为26℃和22℃；基质相对含水量为50-60％，进一步优选为55％；光量子通量密度为400-500μmol·m-2·s-1，进一步优选为450μmol·m-2·s-1。
作为一种可实施方式，本发明待种子播种于花盆后，将花盆置于人工气候室中进行苗期管理。光源可选的为led灯，所述led灯板中红光(600-700nm)波段光量子的比例占总波段光量子比例的1/2以上，并上下调动led灯板使棉花生长点光辐射强度保持在400-500μmol·m-2·s-1之间。
作为一种可实施方式，待棉花种子出苗后，每个花盆留三株均匀一致的幼苗，在两片真叶时第一次间苗，留下两株壮苗，四片真叶时第二次间苗，留下一株壮苗。
蕾期管理：
待棉花进入蕾期，或五片真叶期，进行蕾期管理，包括设置昼夜温度分别为28-32℃和22-26℃，进一步优选为30℃和24℃；基质相对含水量为70-80％，进一步优选为75％；光量子通量密度为950-1050μmol·m-2·s-1，进一步优选为1000μmol·m-2·s-1。更优选的是，此生育时期进行打顶，每株棉花保留2-3台果枝，每台果枝剪除第二果节及之后的蕾，以保留第一果节处成铃率较高的棉铃。打顶可缩短棉花营养生长与生殖生长并进的时间，使棉花及时由营养生长转向生殖生长，促进叶片光合产物及时向棉铃内运输，以缩短成铃时间。
作为一种可实施方式，在棉蕾开花前一天，使用牛皮纸袋套住棉蕾，以防止串粉。
铃期管理：
开花后，意味棉花进入铃期，进行铃期管理，包括逐渐降低基质相对含水量，至30-35天后停止供水。本发明在铃期给予棉花干旱胁迫可促进棉铃发育，缩短吐絮时间，缩短生育期。优选的是，开花后保持基质相对含水量为70-80％，23-25天后降低基质相对含水量为50-60％，30-35天后停止供水，至种子收获。进一步优选的是，开花后持续25天保持基质相对含水量为70-80％，26-32天，保持基质相对含水量为50-60％，32天后停止供水。更优选的是，开花后持续25天保持基质相对含水量为75％，26-32天，保持基质相对含水量为55％，32天后停止供水。
本发明在棉花播种至铃期管理停止供水时，通过提供hoagland营养液为棉花补充营养，以促进萌发及生长。优选的是，所述hoagland营养液为0.5-0.8m，进一步优选hoagland营养液为0.5m。优选的是，hoagland营养液施用方式为：播种时施用量以达到基质相对含水量75-85％为准；苗期时每隔3-4天施用200-250ml/株；蕾期至铃期时每天施用80-100ml/株；进一步优选的是，播种时施用量以达到基质相对含水量75％为准；苗期时每隔4天施用200ml/株；蕾期至铃期时每天施用100ml/株。
本发明提供hoagland营养液与控制棉花基质相对含水量同时实施，即先按营养液规定施用量补充hoagland营养液，再按规定基质相对含水量进行浇水。
作为一种可实施方式，本发明将基质装入花盆并放置于托盘后，将hoagland营养液浇在托盘里，使基质通过花盆底部细孔吸收营养液，使基质相对含水量达到75-85％；苗期管理时，通过托盘进行营养液供给，每隔3-4天施用200-250ml，每隔2天在傍晚时分通过称重计算相对含水量，从托盘底部浇水，维持基质相对含水量在50-60％之间；蕾期至铃期，营养液提供及浇水方式改为从基质表面均匀浇灌，每日傍晚浇80-100mlhoagland营养液，然后称重计算相对含水量，浇水，将相对含水量补至在70-80％之间；开花23-25天后，每日傍晚浇80-100mlhoagland营养液，然后称重计算相对含水量，浇水，将相对含水量补至在50-60％之间；开花30-35天后停止提供营养液及浇水。
种子收获。
作为一种可实施方式，本发明当棉铃开裂后2天，即可收获籽棉，晾干轧花，保存备用。
优选的是，本发明棉花苗期至收获，光照周期为11-12l:13-12d，进一步优选12l:12d；空气相对湿度为50-60％，进一步优选55％。
本发明所述相对含水量计算公式如下所示：
其中，rwc表示相对含水量；ga表示称重时基质和水的实际重量；gs表示干基质的重量；gw表示干基质吸满水时基质和水的总重量。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种棉花加代繁育快速成铃的方法，包括以下步骤：
(1)种植基质准备：
取中壤土后过2mm筛，并于烘箱150℃烘干24小时，杀灭杂草种子与各种病原；与蛭石(粒径2mm)、珍珠岩(粒径4.5mm)按等体积比充分混合成为种植基质。取2.2kg基质装于底部直径20cm、上部直径23cm、高20cm的花盆中，花盘底部放置一个直径25cm、高2cm的托盘，在托盘底部浇0.5m的hoagland营养液，使基质由下向上吸水，直至其相对含水量达到75％。
(2)种子预处理：
选取饱满充实的棉花种子浸泡于20％的h2o2溶液中20分钟，之后用蒸馏水反复冲洗三遍，再将棉花种子放置于铺有三层湿润纱布的发芽盘中，并覆盖两层湿润纱布，放置于昼夜温度分别为26℃和22℃的恒温培养箱中催芽培养。
(3)播种：
待种子胚根长到1.2cm时，将种子播种于花盆的基质中，胚根朝下，播种深度为1.7cm，每盆播种6粒。
(4)苗期管理：
将花盆放置于人工气候室中，设置光照周期为12l:12d，昼夜温度分别为26℃和22℃，空气相对湿度为55％，所使用的led灯板中红光(600-700nm)波段光量子的比例占总波段光量子比例的1/2以上，并上下调动led灯板使棉花生长点光量子通量密度保持在450μmol·m-2·s-1。出苗后每盆留三颗均匀一致的幼苗，两片真叶时第一次间苗，留下两株壮苗，四片真叶时第二次间苗，留下一株壮苗。苗期每隔4天向托盘底部浇200mlhoagland营养液，每隔2天在傍晚时分通过称重计算相对含水量，从托盘底部浇水，维持基质相对含水量在55％。
(5)蕾期管理：
五片真叶期左右，设置人工气候室昼夜温度分别为30℃和24℃，上下调动灯板使棉花生长点光量子通量密度保持在1000μmol·m-2·s-1。每日傍晚浇100mlhoagland营养液，然后称重计算相对含水量，浇水，将相对含水量补至在75％。浇水方式改为从基质表面均匀浇灌。每株棉花保留三台果枝，每台果枝均剪除第二果节及之后的蕾，以保留第一果节处成铃率较高的棉铃。在棉蕾开花前一天，使用牛皮纸袋套住棉蕾，以防止串粉。
(6)铃期管理：
开花后0-25天，每日傍晚浇100mlhoagland营养液，然后称重计算相对含水量，浇水，将相对含水量补至在75％。26-32天，维持基质相对含水量在55％，32天后停止供水，以促进棉籽成熟。
(7)种子收获：
当棉铃开裂后2天，即可收获一代籽棉，晾干轧花，保存备用。
实施例2
一种棉花加代繁育快速成铃的方法，包括以下步骤：
(1)种植基质准备：
取中壤土后过1.5mm筛，并于烘箱150℃烘干24小时，杀灭杂草种子与各种病原；与蛭石(粒径1mm)、珍珠岩(粒径3mm)按体积比1:0.8:0.8充分混合成为种植基质。取2.2kg基质装于底部直径20cm、上部直径23cm、高20cm的花盆中，花盘底部放置一个直径25cm、高2cm的托盘，在托盘底部浇0.8m的hoagland营养液，使基质由下向上吸水，直至其相对含水量达到80％。
(2)种子预处理：
选取饱满充实的棉花种子浸泡于20％的h2o2溶液中17分钟，之后用蒸馏水反复冲洗三遍，再将棉花种子放置于铺有三层湿润纱布的发芽盘中，并覆盖两层湿润纱布，放置于昼夜温度分别为28℃和24℃的恒温培养箱中催芽培养。
(3)播种：
待种子胚根长到1.5cm时，将种子播种于花盆的基质中，胚根朝下，播种深度为2cm，每盆播种8粒。
(4)苗期管理：
将花盆放置于人工气候室中，设置光照周期为12l:12d，昼夜温度分别为28℃和24℃，空气相对湿度为60％，所使用的led灯板中红光(600-700nm)波段光量子的比例占总波段光量子比例的1/2以上，并上下调动led灯板使棉花生长点光量子通量密度保持在500μmol·m-2·s-1。出苗后每盆留三颗均匀一致的幼苗，两片真叶时第一次间苗，留下两株壮苗，四片真叶时第二次间苗，留下一株壮苗。苗期每隔3天向托盘底部浇250mlhoagland营养液，每隔2天在傍晚时分通过称重计算相对含水量，从托盘底部浇水，维持基质相对含水量在60％。
(5)蕾期管理：
五片真叶期左右，设置人工气候室昼夜温度分别为32℃和26℃，上下调动灯板使棉花生长点光量子通量密度保持在1050μmol·m-2·s-1。每日傍晚浇90mlhoagland营养液，然后称重计算相对含水量，浇水，将相对含水量补至在80％。浇水方式改为从基质表面均匀浇灌。每株棉花保留两台果枝，每台果枝均剪除第二果节及之后的蕾，以保留第一果节处成铃率较高的棉铃。在棉蕾开花前一天，使用牛皮纸袋套住棉蕾，以防止串粉。
(6)铃期管理：
开花后0-23天，每日傍晚浇90mlhoagland营养液，然后称重计算相对含水量，浇水，将相对含水量补至在80％之间。24-30天，维持基质相对含水量在60％，30天后停止供水，以促进棉籽成熟。
(7)种子收获：
当棉铃开裂后2天，即可收获一代籽棉，晾干轧花，保存备用。
实施例3
一种棉花加代繁育快速成铃的方法，包括以下步骤：
(1)种植基质准备：
取中壤土后过2.5mm筛，并于烘箱150℃烘干24小时，杀灭杂草种子与各种病原；与蛭石(粒径3mm)、珍珠岩(粒径6mm)按体积比1:1.2:1充分混合成为种植基质。取2.2kg基质装于底部直径20cm、上部直径23cm、高20cm的花盆中，花盘底部放置一个直径25cm、高2cm的托盘，在托盘底部浇0.6m的hoagland营养液，使基质由下向上吸水，直至其相对含水量达到85％。
(2)种子预处理：
选取饱满充实的棉花种子浸泡于20％的h2o2溶液中15分钟，之后用蒸馏水反复冲洗三遍，再将棉花种子放置于铺有三层湿润纱布的发芽盘中，并覆盖两层湿润纱布，放置于昼夜温度分别为24℃和20℃的恒温培养箱中催芽培养。
(3)播种：
待种子胚根长到1cm时，将种子播种于花盆的基质中，胚根朝下，播种深度为1.5cm，每盆播种5粒。
(4)苗期管理：
将花盆放置于人工气候室中，设置光照周期为11l:13d，昼夜温度分别为24℃和20℃，空气相对湿度为50％，所使用的led灯板中红光(600-700nm)波段光量子的比例占总波段光量子比例的1/2以上，并上下调动led灯板使棉花生长点光量子通量密度保持在400μmol·m-2·s-1。出苗后每盆留三颗均匀一致的幼苗，两片真叶时第一次间苗，留下两株壮苗，四片真叶时第二次间苗，留下一株壮苗。苗期每隔4天向托盘底部浇225mlhoagland营养液，每隔2天在傍晚时分通过称重计算相对含水量，从托盘底部浇水，维持基质相对含水量在50％。
(5)蕾期管理：
五片真叶期左右，设置人工气候室昼夜温度分别为28℃和22℃，上下调动灯板使棉花生长点光量子通量密度保持在950μmol·m-2·s-1。每日傍晚浇80mlhoagland营养液，然后称重计算相对含水量，浇水，将相对含水量补至在70％之间。浇水方式改为从基质表面均匀浇灌。每株棉花保留三台果枝，每台果枝均剪除第二果节及之后的蕾，以保留第一果节处成铃率较高的棉铃。在棉蕾开花前一天，使用牛皮纸袋套住棉蕾，以防止串粉。
(6)铃期管理：
开花后0-24天，每日傍晚浇80mlhoagland营养液，然后称重计算相对含水量，浇水，将相对含水量补至在70％之间。25-35天，维持基质相对含水量在50％，35天后停止供水，以促进棉籽成熟。
(7)种子收获：
当棉铃开裂后2天，即可收获一代籽棉，晾干轧花，保存备用。
实施例4
不同繁育方法对棉花加代繁育的影响
1.试验材料
以棉花品种新陆早33号和新陆早45号为试验材料，在新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室人工气候室内进行室内繁育；同时，在新疆维吾尔自治区塔城地区乌兰乌苏镇设立田间试验，用于对比分析。
试验组：按实施例1方法进行繁育。试验为单因素完全随机试验，每个品种8个重复。
对照组：试验地前茬为棉花，土质中壤、播前每公顷施尿素156kg、三料磷肥225kg做基肥。先铺膜后点播，1膜6行，行距为(66+10)cm宽窄行，在膜上人工点播，每公顷留苗1.8×105株，全生育期随水滴施氮素45kg·hm-2。于7月4-8日左右打顶，化学调控7次，缩节胺用量为300g·hm-2。全生育期保持土壤相对含水量在70-80％，8月底停止滴灌。其余田间生产管理同当地高产田。田间试验为单因素随机区组试验，小区面积(2.28×6.7)m2，重复3次。
2.试验结果及分析
(1)不同繁育条件对棉花生长状态的影响
叶面积、叶片spad与叶片光合速率是反映棉花植株生长状态的重要指标。由表1可以看出，在室内栽培条件下，两品种棉花的叶面积及叶片spad值显著高于田间栽培条件，叶面积分别高出24.0％与71.6％，叶片spad值分别高出17.4％与17.2％。对于叶片光合速率而言，室内栽培与田间栽培并无显著差异。数据表明，在室内栽培条件下，两个品种棉花植株的生长状态均优于田间栽培条件。
表1不同繁育条件下棉花基本生长指标比较
(2)不同繁育条件对棉花单铃重及生育期的影响
单铃重是棉花产量的重要指标，只有保障一定的铃重，才能收获籽粒饱满的种子进行加代育种，而生育期则是评价加代育种进程速度的重要指标。表2表明，室内栽培条件下，两品种的单铃重与田间栽培条件下无显著差异，但生育期则显著缩短，新陆早33号与新陆早45号较田间栽培条件生育期缩短29.4天与30.7天，相对缩短了23.6％与24.2％的栽培时间。数据表明，室内栽培可在保障一定铃重的基础上，有效缩短棉花的生育期。
表2不同繁育条件下棉花铃重及生育期比较
(3)不同繁育条件对棉花一代种子发芽的影响
收获棉花一代种子后，每个处理挑选50粒大小、成熟度一致的棉花种子，按实施例1方法进行催芽萌发，3次重复。在种子萌发试验期间，连续7天每天统计棉花种子发芽数，计算种子的发芽势、发芽率和发芽指数，计算公式如下所示：
发芽势＝3d内发芽种子数/供试种子数×100％；
发芽率＝7d内发芽种子数/供试种子数×100％；
发芽指数＝∑(gt/dt)，式中dt为发芽时间，gt为与dt相对应的每天发芽种子数。
收获棉花种子后，要保障一定的发芽率才能保障下一代的顺利培育。表3表明，室内栽培条件下，新陆早33号与新陆早45号一代种子的发芽势、发芽率与发芽指数与田间栽培条件下并无显著差异。数据表明，室内栽培可以产生具有较高发芽率的棉花种子，将发芽率保持在一个较高的水平上，不会影响下一代的加代育种。
表3不同繁育条件下棉花一代种子发芽情况比较
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。