不同间套作模式对棉花产量和生物量累积、分配的影响

发展棉花间套作体系是缓解我国黄河流域棉花与其他作物争地矛盾的主要策略,但目前对棉花间套作体系下棉花的增产机理尚不明确。因此,本研究通过田间试验设置了棉花与小麦、大蒜和花生间套作,并对其根系分别采取塑料膜分隔、尼龙网分隔和不分隔处理,从而研究在隔根处理下不同作物与棉花间作对棉花产量及生物量累积的影响。研究表明:(1)隔根处理下的不同作物与棉花间作的土地当量比(LER)大于1,说明试验中棉花间套作体系均体现出间作优势,且在小麦/棉花套作和大蒜/棉花套作的体系中,小麦和大蒜对于棉花的资源竞争力大于0,小麦和大蒜在共生期内是优势种;花生相对于棉花的资源竞争力小于0,在花生/棉花间作体系中,棉花是优势种。(2)在棉花盛蕾期,单作棉处理的棉花的叶、茎器官的干物质累积量多于其他3个处理,而在花铃期后,间套作体系中的干物质积累量多于单作棉处理,间套作体系中的棉花生殖器官干物质积累量高于单作棉处理。(3)盛蕾期和初花期,单作棉的茎、叶器官的分配率高于小麦套作棉花、大蒜套作棉花和花生间作棉花处理,在盛花期和盛絮期,处理间的差异不显著;不同种植模式下生殖器官干物质分配率的差异与茎、叶器官相反。相关研究结果可为间套作模式下的棉花间作优势的产生机理探究提供理论支持,为间套作体系生产力的提高提供科学依据。

基于单拷贝SNP标记的棉花杂交种纯度高通量检测技术

利用有代表性的材料进行SNP位点的全基因组扫描分析与综合评估,基于KASP技术开发1套适用于我国棉花杂交种纯度高通量检测的核心SNP组合。从63K的棉花全基因组芯片中筛选获得具有单拷贝特性的SNP标记分别为5474个(中棉所TM-1基因组版本)和1850个(南京农大TM-1基因组版本)。根据芯片扫描分析结果,权衡考虑位点多态性、分型效果、纯合率与杂合率等因素,最终从每条染色体上优选1个杂交种杂合率高且分型效果理想的核心SNP位点,合计26个。采用KrakenTM软件将SNP位点转化成KASP标记,利用SNPline平台进行SNP分型检测,实现了对大量样品的高通量基因分型,尤其适用于品种纯度快速检测,为SNP标记技术在棉花品种鉴定及指纹数据库构建等方面的应用奠定基础。

施氮量对棉花养分吸收利用及产量和品质的影响

【目的】研究施氮量对棉花产量、养分吸收与分配、氮肥利用率及纤维品质的影响,为棉花生产合理施氮提供理论基础。【方法】以中棉所60号为材料,于2018和2019年连续2年大田试验。设置4个施氮水平(0、112.5、168.75、225 kg/hm^(2),分别以CK、N1、N2、N3表示),在吐絮期采集植株茎、叶、生殖器官,测定干物质质量和氮磷钾积累量,计算氮肥利用率和棉花产量等指标。【结果】施氮量在0~225 kg/hm^(2),棉花产量随施氮量的增加而增加;施用氮肥可提高棉花吐絮期氮、磷、钾吸收量,施氮水平在0~168.75 kg/hm^(2),棉花氮、磷、钾吸收量随施氮量的增加而增加,过量施用氮肥后棉花氮、磷、钾吸收量下降;氮肥利用率以112.5 kg/hm^(2)施氮量最高;施氮量对棉花纤维品质指标影响差异不显著。【结论】综合产量、氮肥利用率、养分吸收、分配及利用和纤维品质等指标,黄河流域棉区推荐施氮量为112.5~168.75 kg/hm^(2)。

轮作对棉花根际土壤细菌群落的影响

为分析轮作对棉花根际土壤细菌多样性及群落结构的影响,以棉花为研究对象,花生和谷子为轮作材料,应用IonS5^TMXL高通量测序平台对各处理土壤样品进行16S rDNA测序。结果表明,轮作处理显著提高了棉花的产量:花生-棉花轮作增产32.19%,谷子-棉花轮作增产18.13%。虽然轮作不足以彻底改变棉花根际土壤细菌群落结构,但可以显著增加菌群中拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)的相对丰度,这些有益菌门(属)的富集,抑制了病原菌的活性,导致细菌群落丰富度降低。通过轮作可以影响棉花根际土壤细菌,改善棉花的生存质量,进而提高棉花产量。

利用WGCNA进行棉花果枝节间伸长相关基因共表达模块鉴定

【目的】旨在进行棉花果枝节间伸长相关基因的共表达模块鉴定,研究基因整体表达规律,挖掘目标基因及候选基因。【方法】以两个株型结构差异显著的棉花品种(新陆中77和鲁棉研28)的18份不同长度果枝节间样本的转录组数据作为分析对象,通过权重基因共表达网络分析(Weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)进行模块的划分,根据模块功能富集分析及基因表达模式进行特异性模块的筛选及枢纽基因的鉴定,利用Cytoscape_3.3.0进行加权基因共表达网络图的绘制。【结果】利用34 559个有效基因创建了共表达网络,划分为13个共表达模块,筛选得到Cyan模块为与棉花果枝节间伸长相关的特异性模块,并发现植物激素信号转导通路中的JAZ(Jasmonate-zim-domain protein)基因为该模块的枢纽基因,挖掘到80个潜在的候选基因,并用其构建了基因互作调控网络。【结论】JAZ类基因在抑制棉花果枝节间伸长生长过程中发挥着重要的作用,本研究结果可为棉花果枝节间伸长的调控机理研究提供数据支持,为进一步调控棉花株型结构奠定理论基础。

陆地棉种质资源花铃期抗旱性鉴定及抗旱指标筛选

大田试验设置正常灌水和干旱胁迫处理,于花铃期开始干旱处理,以株高、果枝数等12个农艺性状的平均数为基础,采用综合抗旱系数、模糊隶属函数、主成分分析、关联分析和聚类分析等统计分析方法相结合进行品种抗旱性鉴定和抗旱指标的筛选,为棉花抗旱品种鉴定和棉花生产提供理论依据。12个农艺性状对水分胁迫的敏感程度各异,基于D值、CDC值和WDC值的棉花种质抗旱性分析;通过D值的聚类分析结果,将153份种质资源分为5级,Ⅰ级(强抗旱型)5份、Ⅱ级(抗旱型)35份、Ⅲ级(中抗旱型)56份、Ⅳ级(较敏感型)56份和Ⅴ级(敏感型)1份。供试棉花种质的籽棉产量与D值、CDC值和WDC值均呈极显著正相关。筛选出花铃期抗旱性强的棉花种质有以色列1101,抗旱性弱的品种盐早2号。株高、籽棉产量、单铃重、有效铃数和果枝始节高度可作为棉花种质资源花铃期抗旱性评价的指标。

气候变暖背景下中国三大棉区水热时空变化

气候变化背景下,我国棉区气候资源也发生了相应的变化。研究棉花各生育期的水热时空变化特征,并提出相应技术与策略,对气候变化背景下稳定我国棉花生产具有重要意义。本文基于我国三大棉区——西北内陆(总产占全国80%以上,包括北疆亚区、南疆亚区、东疆亚区及河西走廊亚区)、黄河流域及长江流域棉区377个气象站点的逐日气象数据和50个农业气象试验站的物候期数据,分析了1961—2017年棉花各生育阶段及全生育期的生长度日(GDD)、高温度日(HDD)、降水量及其气候倾向率的时空分布,并提出应对策略。结果显示,1)1961—2017年,三大棉区GDD总体呈增加趋势,全生育期有94.16%的站点棉花GDD呈增加的趋势,各生育阶段GDD倾向率高值(除播种—出苗、吐絮—收获期)主要分布在东疆亚区的淖毛湖、哈密、伊吾及红柳河一带,河西走廊亚区的酒泉、高台及张掖一带,其次是北疆亚区。2)各生育时期HDD空间分布差异明显,现蕾—开花期、开花—吐絮期HDD总体呈增加趋势,分别有85.94%和76.40%站点棉花HDD呈现增加趋势;花铃期前后,长江下游亚区东部、南疆与北疆亚区东部、东疆亚区、河西走廊亚区西部、黄河流域棉区的特早熟亚区西北部及长江流域棉区的长江上游亚区东部棉区,棉花HDD增加趋势明显,高温风险较大;总体上高温风险最小的是北疆亚区。3)棉花全生育期降水量在长江流域的长江中游亚区、长江下游亚区与西北内陆棉区大部呈增加趋势,其他地区均呈减少趋势;棉花全生育期降水量出现北移现象,西北内陆棉区降水量的高值主要分布在北疆亚区,且增加最多。播种—出苗期,除北疆亚区降水量明显增加外,全国大部分棉区干旱风险呈增加趋势。三大棉区GDD总体上均呈现增加的趋势,有利于棉区的扩大与高产优质的潜力挖掘,但需选用具有高产潜力的品种;西北内陆棉区现蕾—吐絮期,在南疆亚区与北疆亚区东部、东疆亚区、河西走廊亚区西部棉花种植存在极端高温风险,生产上需选用抗高温品种,合理水肥运筹等措施,来应对极端高温风险的增加;黄河流域棉区和长江流域棉区北部,干旱风险增加,生产上应采用适当的抗旱品种,采取配套抗旱栽培管理措施来降低气候变化带来的干旱风险。