基于光谱处理方法的棉花叶绿素含量高光谱反演研究

【目的】叶绿素含量可以用来评价棉花的长势情况,快速、准确和大面积监测棉花叶绿素含量,有助于实现精准农业。【方法】分别用0~2阶(步长为0.2)的分数阶微分处理和1~10尺度下的小波变换对田间测定的陆地棉和海岛棉等2种棉花的高光谱反射率进行处理,提高棉花叶绿素含量反演精度。通过分析不同处理方式的光谱与叶绿素含量之间的相关性,筛选得出敏感波段;并运用支持向量机回归和随机森林回归模型分别构建棉花叶绿素含量高光谱估算模型。【结果】(1)在全波段范围内,2种棉花325~1075 nm光谱反射率曲线整体变化趋势基本相同,其反射率均随着叶绿素含量的增加而增大。(2)经连续小波变换和分数阶微分变换后,2种棉花高光谱数据和叶绿素含量的相关性有所增强。使用随机森林回归和小波能量系数7对陆地棉叶绿素含量的反演效果最好,建模集决定系数(coefficient of determination,R^(2))为0.931,均方根误差(root mean square error,RMSE)为0.782,剩余预测偏差(residual prediction deviation,RPD)为2.162;使用随机森林回归和小波能量系数6对海岛棉叶绿素含量的反演效果最佳,建模集R^(2)为0.932,RMSE为1.198,RPD为2.687。【结论】本研究可为棉花叶绿素含量遥感估算提供技术参考。

盐碱胁迫对海岛棉幼苗生物量分配和根系形态的影响

为探求海岛棉幼苗生物量分配和根系生长对混合盐碱胁迫的响应,探索海岛棉幼苗对混合盐碱胁迫的适应特点,以新疆阿克苏地区主栽海岛棉品种新海31号(XH31)、新海35号(XH35)、新海43号(XH43)及新海48号(XH48)为试材,采用NaCl、Na2SO4和NaCl、NaHCO3以物质的量1∶1混合分别模拟中性盐混合盐(中性盐)和碱性盐混合盐(碱性盐)2种盐类型,总盐浓度(Na+)0(CK)、120、180、240、300、360 mmol/L,对2种盐胁迫下不同浓度海岛棉幼苗生物量、根系长度、根系体积以及根系表面积等海岛棉幼苗根系形态特征指标变化差异以及不同茎级的根系形态特征进行了分析。结果表明,中性盐下,盐浓度在0—180 mmol/L时,对海岛棉幼苗的根系总长度、总表面积、总体积、总根尖数有显著的促进的作用或不显著的抑制作用,尤其盐浓度为120 mmol/L对海岛棉幼苗细根(0<d<0.5 mm)的长度有显著的促进作用;大于180 mmol/L后,随着盐浓度的增加各项根系参数均显著减小;碱性盐下,除新海31号的总根尖数、细根及中根根尖数在120 mmol/L的盐浓度下比CK增加,其余处理均随着盐浓度的增加再减小;地上部生物量、根系生物量及根冠比在两种盐下随着盐浓度的增加逐渐减小,减小程度也由小变大。低盐(120 mmol/L)环境能促进细根的伸长,使海岛棉幼苗可以更加多的吸收养分和水分,这是根系接触低盐环境时做出的响应,高盐环境对海岛棉幼苗造成较大的损伤。

盐胁迫对不同基因型海岛棉光合作用及荧光特性的影响

【目的】研究盐胁迫对不同基因型海岛棉功能叶光合作用及叶绿素荧光参数的影响,为海岛棉栽培管理、抗性筛选提供理论参考。【方法】以两种海岛棉基因型—新海21号(盐敏感型)和新海28号(耐盐型)为材料,采用水培法,从3叶期开始进行NaCl处理(NaCl浓度为0、50、100、150、200、250mmol·L-1),研究盐胁迫下海岛棉生长、光合作用及叶绿素荧光参数的变化。【结果】研究表明,低浓度盐分(NaCl≤50mmol·L-1)可促进耐盐型新海28号的生长,增加鲜干重,提高叶绿素总量、叶绿素a和b的含量,使PSⅡ光化学量子效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)和非光化学猝灭系数(NPQ)上升,实现单叶净光合速率(Pn)增加;高浓度盐分(NaCl>50mmol·L-1)可抑制两个基因型的生长,导致叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、Fv/F0、Fv/Fm、PSⅡ光化学量子效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)均下降,非光化学猝灭系数(NPQ)和胞间CO2浓度(Ci)的提高。【结论】盐胁迫下,随盐浓度增加,引起海岛棉光合速率下降的原因逐渐由气孔限制转向非气孔限制,光合参数、叶绿素荧光参数的变化与基因型抗性及盐浓度密切相关。

海岛棉遗传多样性的SRAP标记分析

利用SRAP标记,选用132对带型清晰的多态性引物,对我国引入海岛棉以来培育的36个国内品种及20个国外品种进行遗传多样性分析。共检测到419个多态性位点,每组合的多态性条带数从2-9不等,平均为3.17。利用NTSYS-pc2.10e软件采用Jaccard’s相似系数和UPGMA方法进行聚类分析。结果表明,大部分具有亲缘关系的品种聚在同类中,说明其结果与系谱具有一定的相符性;56个品种的平均遗传相似系数为0.497,变化范围在0.312-0.876之间,说明我国海岛棉品种在分子水平上存在较大差异;我国3个育种时期育成品种的平均相似系数依次为0.501、0.507和0.548,表明我国现在育成的品种相对于早期品种遗传多样性在逐渐降低。这些结果为我国海岛棉育种提供了有益的参考。

四个国家海岛棉品种资源的亲缘关系和遗传多态性研究

以海岛棉标准系3-79为对照,陆地棉标准系TM-1为参考对照,用SSR引物对来自前苏联、中国、美国和埃及等4个海岛棉主要生产国(地区)的20份海岛棉种质资源的基因组DNA进行SSR分析,研究不同海岛棉生产国的海岛棉品种资源的遗传亲缘关系和遗传多样性。108对SSR引物共获得了175条多态性谱带,平均每个引物扩增出1.62条多态性谱带。供试海岛棉品种之间的遗传相似系数为0.66～0.94,平均值为0.81。根据UPGMA聚类分析,以遗传相似系数阀值为0.77,可将20份栽培棉花种质材料分为4大类:第一类均为前苏联品种,第二类均为中国品种,第三类以美国品种为主,第四类以埃及品种为主。遗传多样性分析结果表明,前苏联海岛棉品种资源的遗传多样性最为丰富,而埃及的海岛棉品种资源遗传距离最狭窄,我国的海岛棉品种资源的遗传多样性居中。本研究表明,供试材料遗传背景与其产地背景有一定关联性,SSR标记能较好地揭示供试棉花品种之间的遗传差异和亲缘关系。

施磷对长绒棉干物质积累、分配比例和产量的影响

通过田间试验，研究不同施磷量对长绒棉干物质积累、分配比例及产量构成因子的影响。结果表明，棉株各生育阶段干物质积累呈现出苗期缓慢，蕾期逐渐加快，开花到结铃盛期积累最快，此后又渐趋于平稳，符合植物增长的“S”型曲线。干物质积累过程可用Logistic曲线方程模拟表达，棉株总干物质和生殖器官干物质积累速率最快的时刻分别在播种后的83～90d和97～103d。增施磷肥，干物质积累高峰推迟，快速积累时期延长，地上部器官干物质积累量增加。全生育期，处理间各器官干物质的分配比例基本一致，前期以茎、叶营养器官为主，但增长缓慢，中后期以生殖器官为生长中心，而且增施磷使叶的积累比例下降67．79％-70．20％，棉子的比例增加14．89％～16．59％、壳的比例下降11．74％～13．52％、棉纤维的比例增加4．51％-10．07％。增施磷肥能增加单株铃数，处理间最多相差0．5个／株，是皮棉产量差异的主要原因。

盐胁迫对海岛棉不同基因型幼苗生长及生理生态特征的影响

采用水培试验,分析了不同浓度的NaCl(0、50、100、150、200、250 mmol.L-1)处理对两个海岛棉品种新海28号(XH28,耐盐基因型)和新海21号(XH21,盐敏感基因型)植株生长、生物量分配、蛋白质含量、脯氨酸(Pro)含量以及过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)等生理生态指标的影响。研究发现:(1)盐胁迫对海岛棉幼苗鲜重的影响大于干重,对茎叶的影响大于根系;(2)盐处理引起海岛棉幼苗根叶脯氨酸含量的增加;(3)低浓度NaCl处理(≤50 mmol.L-1)显著增加耐盐品种XH28的根长、株高及单株鲜干重;(4)盐胁迫引起海岛棉幼苗根系中可溶性蛋白质含量下降,相反叶片中可溶性蛋白质含量上升;(5)盐胁迫下耐盐品种XH28幼苗中的POD、CAT、APX酶活性明显高于盐敏感品种XH21,但GR活性显著低于XH21。研究表明,低浓度NaCl处理刺激了棉株生长,增加了生物量;盐胁迫下叶内蛋白质、脯氨酸含量明显增加,POD、CAT、APX酶活力升高是海岛棉耐盐品种XH28的基本特征。

不同钾肥用量对长绒棉养分吸收、分配和利用的影响

南疆长绒棉高产区,不同钾肥处理下长绒棉氮、磷、钾的吸收符合Logistic生长函数模型。各处理棉花钾素的吸收集中在出苗后的60~110 d内,在这50 d左右时间内吸收钾的量占生育期总吸收量的近60%。在一定范围内增加钾肥的用量可以促进棉株对氮、磷养分的吸收。棉株对氮、磷、钾的吸收速率均呈一单峰曲线,钾素吸收速率在出苗后80~85 d达到速率最大值;氮素的吸收速率明显高于钾和磷素吸收速率;与氮、钾不同的是,磷吸收峰相对平缓,施用钾肥对磷素吸收速率没有明显影响。吐絮期棉铃中的钾、氮、磷素随施钾量的增加在一定范围内均有所增加,施钾对棉铃的生长发育有一定的影响。氮素分配总体规律和钾素分配一致,施用钾肥对长绒棉磷素各器官的分配影响不大。合理施用钾肥,可以显著提高长绒棉的皮棉产量,明显促进棉株对氮、磷养分的吸收,过量施用钾肥会降低钾肥的利用效率。

海岛棉部分引进和自选品种遗传多样性的SRAP分析

【目的】探讨海岛棉种质遗传多样性,为海岛棉种质资源的利用和优良品种的选育提供参考。【方法】利用相关序列扩增多态性(SRAP)分子标记技术对168份海岛棉材料进行遗传多态性分析,从224对引物组合中筛选出16对扩增条带清晰、多态性高的组合分析供试材料。【结果】共检测到129个多态性位点,每个引物组合扩增的位点数为3～12个,平均扩增位点8.06个。聚类分析结果表明,不同材料间的相似系数为0.27～0.89;在相似系数0.49水平上可将供试海岛棉材料分为4种类型,第1大类大部分是早期引进的国外品种,包括了埃及和中亚品种;第2大类包含了大部分新库系列和部分中亚品种,美国比马棉也聚在此类;第3大类主要包含了新海系列和部分中亚、苏联品种;第4大类仅有49(吉扎85)一个材料。【结论】海岛棉的相似系数变化幅度较大,材料差异较大,遗传多样性比较丰富。

海岛棉零式果枝与长果枝品种间杂交F_1和F_2代产量和纤维品质性状的杂种优势分析

采用MINQUE(1)统计方法、加性-显性(AD)及其与环境互作的遗传模型对9个海岛棉亲本及其20个F1组合(5×4)2个皮棉产量性状和5个纤维品质性状的3年资料进行了分析。结果表明,零式果枝与长果枝品种间杂交的F1和F2代5个纤维性状和霜前皮棉产量均具有负向群体超高亲优势。F1和F2纤维强度具有正向群体平均优势,细度具有负向群体平均优势,但优势都较低;皮棉总产量的群体平均优势F1达到42.1%,F2达21.0%。一般来说,F1和F2代纤维品质性状的优势较弱,但存在着F1品质性状具有优势,F2优势衰退很慢的组合;F1和F2均存在着霜前皮棉产量和皮棉总产量具有超高亲优势的组合。对海岛棉霜前皮棉产量与纤维长度及与纤维细度的遗传改良可以同步进行;而对海岛棉霜前皮棉产量与纤维强度的同步改良及对皮棉总产量与纤维长度、纤维强度和麦克隆值的同步改良很困难。表型相关分析表明,海岛棉霜前皮棉产量与纤维长度、纤维强度及与纤维细度可以同时利用杂种优势,同时利用海岛棉的皮棉总产与纤维长度及纤维细度的杂种优势较困难。

海岛棉纤维品质与其种子短绒多寡的相关性分析

【目的】为探讨海岛棉纤维品质与其种子短绒多寡之间的相关关系,提高海岛棉品质育种效率。【方法】以218份海岛棉种质资源为供试材料,通过2年纤维品质指标的检测及短绒多寡的调查与分级,分析短绒各分级间纤维品质指标的差异性及纤维品质与短绒多寡的相关性。【结果】方差分析表明,各级间除马克隆值差异不大外,其他纤维品质指标随着短绒的增加而增高,且差异呈极显著或显著(P<0.05或P<0.01)水平。Spearman相关系数表明,纤维上半部平均长度、断裂比强度、长度整齐度指数和断裂伸长率分别与短绒级别间呈极显著(P<0.01)正相关,马克隆值与级别间呈显著(P<0.05)负相关。【结论】海岛棉纤维品质与其种子短绒多寡间有统计学意义的正相关性,短绒多寡可作为海岛棉纤维品质优劣的参照之一。

引进海岛棉种质的SSR遗传多样性分析

本文利用95对SSR分子标记多对来自于前俄罗斯的33分海岛棉，以及5份来自埃及，1份来自美国，1份来自阿尔巴尼亚，9份来自新疆，7份来自国内云南，江苏，等地共56份海岛棉进行遗传多样性分析，结果如下：95对SSR引物在56个海岛棉品种中共测出了384个等位基因，其中多态性等位基因296个，占77.1%。每对引物等位基因变幅是2~9个，平均为4.1个。基因型多样性指数（H）在0.035~2.931之间，平均为0.879。Shannon信息指数（I）在0.09~4.417之间，平均为1.363 。各指数的趋势一致。95对SSR引物的多态性信息含量PIC变幅为0.035~ 0. 926,平均为0.698。56份海岛棉品种两两间的相似系数,分布在0.585~0.952之间，主要集中在0.6~ 0.8之间，占整个数据的97%，平均遗传相似系数为0.7。从整体上来看，56份海岛棉的遗传相似系数较高.从聚类图上可以看出，以遗传距离为0.69为标准，56份海岛棉品种可分为4类。第1类主要是前苏联海岛棉为主的27份品种，其中来自埃及的吉扎77和来自 美国的派字棉以及中239都归到了这一类。第二类稍微复杂，但主要是以来自新疆的6份海岛棉和来自埃及的吉扎系列的4份为主。第3类包括8个品种，主要是来自于前苏联的6个品种和来自于新疆的巴3116和河北的冀B91-45.第4类只有一个来自于前苏联的L-8007，独自成一类。研究结果再次说明SSR 作为一种共显性标记,尤为适用于海岛棉及其亲本的系谱分析及鉴定。因而, SSR标记技术可以为海岛棉育种实践工作中的亲本选配,提供可靠的分子水平上的依据。

海岛棉早熟性与产量性状遗传相关分析

试验对7个亲本采用完全双列杂交设计,配置42个杂交组合。结果表明,F1、F2在出苗、现蕾期和初絮期早熟性状均比中亲值提前,F2表现更早熟,产量及其组分均有一定中亲优势,尤其籽棉产量优势最高;单铃重、衣分、衣指与现蕾期和初絮期均有显著或极显著的正相关,分别为0.8092、0.5185和0.6998,初絮期对霜前皮棉产量影响显著;初絮期、衣分、衣指和单铃重遗传力较高,可对这4个性状进行早代选择。变异系数只有霜前花率、单铃重较高,表明在这些性状中具有较高的选择潜力。在5%遗传进度中,对霜前花率和单株籽棉产量选择效果明显。

利用SSR标记对14个海岛棉品种的聚类分析

为了给海岛棉育种实践提供可靠的信息，采用SSR标记技术对14个已知来源的海岛棉品种的遗传背景进行了遗传多样性分析。从筛选出的41对有多态性的SSR引物中共扩增出280个等位位点，其中214个位点有多态性，占76．4％，每对引物可扩增出1～15个位点，平均6．83个等位位点。聚类分析表明，在Ski相似系数0．64水平上14个海岛棉品种可聚成4类。实验证明SSR标记技术可为海岛棉育种中亲本选配。提供可靠的分子水平上的依据。

新疆海岛棉育成品种表型性状的遗传多样性分析

[目的]揭示新疆海岛棉自育品种选择的技术路线、方法和特点,提高育种效率.[方法]选用32份新疆自育海岛棉品种,采用统计分析和举例分析相结合.[结果]随着育种年代的不断推移,产量性状有很大程度的改良,16个表型性状中单株结铃数的遗传多样性指数最高,达到了2.6,其次为株高,遗传多样性指数最低的是花柱高度仅为0.43,随着育种年代的推移纤维品质在不断地改良,欧式遗传距离变幅在1.03～9.52,平均距离为4.325,遗传距离最大的两个品种是新海6号和新海36号为9.52,最小的为和新海14号新海20号为1.03,聚类分析表明32份海岛棉可以聚为四大类.[结论]新疆海岛棉品种遗传基础比较狭窄,亲缘关系较为接近,核心亲本的使用较为普遍.

优化氮肥管理对膜下滴灌海岛棉产量和品质的影响

通过连续2a的田间试验，对南疆膜下滴灌棉田优化施氮处理和传统施氮处理以及不施氮处理的海岛棉产量和纤维品质进行比较。结果表明施氮显著增加了棉花产量，优化处理在保持棉花产量与传统处理持平的情况下，较传统处理节约氮肥用量11．69％，经济效益高638．26元／hm^2，增加单铃重0．08～0．26g，增加衣分含量0．8％～1．5％；在棉花纤维品质方面，1a优化处理与传统处理、不施肥处理差别不大，但2a连续优化处理与传统处理相比，能显著提高纤维长度和比强度，并保证马克隆值在最优级的范围内。

海岛棉品种根部黄萎病菌诱导表达全长cDNA文库的构建

以海岛棉品种 712 4黄萎病菌接种前后的根部组织为材料 ,构建的黄萎病菌诱导表达的全长c DNA文库。该文库的克隆数目为 1.15×10 7pfu,插入片段的大小在 0 .5～ 6kb之间 ,文库的阳性克隆子的比例为 84.7%。该文库可以用于抗黄萎病基因的克隆及其相关研究。在文中作者同时对棉花的文库构建所应该注意的事项进行了讨论。

新疆海岛棉育种目标性状多元分析与种质资源评价

对新疆海岛棉主要育种目标性状进行多元分析与种质资源评价,旨在为海岛棉品种选育提供理论依据和优异亲本。相关分析表明,新疆海岛棉主要育种目标性状之间存在显著或极显著的相关性。主成分分析表明,前9个主成分累计贡献率达87.966%,前3个主成分主要凝聚的生物学信息是品质和产量因子;根据新疆海岛棉各种质基于育种目标性状的综合主成分值,评选出9份综合性状优良的种质资源;并对综合主成分值排名前50的材料,基于前3个主成分值进行二维排序分析,评选出13份品质性状优良种质,11份品质、产量均占优的种质。基于主成分聚类分析表明,在欧式距离为5时,130份资源被聚为六个类群,其中92.308%的种质均聚在了第Ⅰ大类群,品系07NH-68和11-616分别被单独聚在第Ⅴ和Ⅵ类群。上述结果表明,基于育种目标性状主成分聚类群中的新疆海岛棉种质资源分布较为集中,新疆海岛棉在长期以来的育种过程中所追求的育种目标性状较单一和相似;主成分分析和二维排序分析2种方法综合应用可以更好地评价出新疆海岛棉优良种质资源,为新疆海岛棉品种遗传改良中种质的有效利用提供科学客观的依据。

基于表型和SSR标记筛选海岛棉优异种质资源

【目的】筛选海岛棉某一性状特别突出的优异种质资源,加快其新品种的选育进程。【方法】本研究以178份海岛棉核心种质资源为试验材料,通过调查和测定铃重、单株铃数、衣分、纤维长度、纤维比强度和马克隆值6个性状的表型数据,开展变异度和遗传多样性分析。每个性状表型值按10%最优取样策略,初步筛选海岛棉优异种质资源;同时利用120对simple sequence repeat(SSR)引物对178份海岛棉核心种质进行多态性分析,并开展群体结构分析及基因型聚类分析,依据聚类结果对初选海岛棉优异种质进一步筛选,鉴定出最终的海岛棉优异种质资源。【结果】海岛棉核心种质资源中上述6个性状的变异度和遗传多样性较丰富。120对SSR引物在178份海岛棉种质中共检测出262个等位变异位点,平均值为2.18;多态信息含量(Polymorphism information content,PIC)为0.0678~0.6300,平均为0.2960,属于中度多态。聚类分析将178份海岛棉核心种质划分为2大类群。基于表型值和SSR标记的聚类分析结果,最终筛选出23份单一性状特别突出的海岛棉优异种质资源。【结论】基于表型和SSR标记能较好地分析与评价海岛棉种质资源、发掘海岛棉优异种质资源,为海岛棉遗传育种提供材料基础,同时也为作物优异种质资源的筛选与鉴定提供重要参考和依据。

海岛棉CSSLs分子评价及纤维品质、产量性状QTL定位

本课题组前期以陆地棉中棉所8号(CCRI8)为轮回亲本,海岛棉Pima 90-53为供体亲本培育了一套陆地棉中棉所8号为背景的海岛棉染色体片段置换系(CSSLs),本研究利用SSR标记对该置换系群体BC3F5进行基因型检测,在3个不同环境下(河北保定、青县和新疆轮台)鉴定其纤维品质和产量相关性状并进行QTL定位。该置换系群体包含182个家系,置换片段数在1~15个之间,平均为6.6个;导入片段长度在0.7~83.2 cM之间,平均长度为16.8 cM;置换片段总长度20 249.6 cM;背景回复率在92.3%~99.6%之间,平均为96.2%。共检测出59个相关的QTL,其中与纤维品质性状相关的41个,单个QTL的贡献率为1.27%~26.66%;与产量性状相关的18个,单个QTL的贡献率为2.03%~19.38%;检测到14个稳定的QTL,其中4个马克隆值和2个纤维伸长率相关的稳定QTL增效基因均来自高值亲本海岛棉Pima 90-53,2个铃重相关的稳定QTL增效基因来自高值亲本陆地棉中棉所8号。研究结果为深入开展纤维品质和产量性状的QTL精细定位、QTL间互作和分子育种提供了理论依据。