适当限水条件下棉花产量性状可塑性调节及抗旱种质筛选

【作者】 李保奇； 田琴； 王旭文； 余渝； 杨细燕； 张献龙；

【机构】 华中农业大学/作物遗传改良国家重点实验室； 新疆农垦科学院棉花研究所；

【摘要】 全球变暖减少了大量可利用的淡水资源,并严重威胁干旱和半干旱地区的农业生产,因此提高水资源利用效率对农业可持续发展至关重要。目前,中国是世界上最大的棉花生产国,面临如何平衡水分利用效率和棉花生产效率这一亟待解决的重要问题。在新一轮农业产业结构调整中,新疆已是我国棉花种植面积最大、产出优质棉最多、产量最高的产棉区。在前期的研究中,棉花遗传改良研究团队收集筛选出由517个陆地棉品种组成的群体并完成多样性分析。本研究以该群体为材料,在新疆石河子、库尔勒2地进行为期2年的控水试验,采用全生育期灌水量为对照组灌水量的50%作为水分限制处理,考察了包含农艺性状、纤维品质、产量等18个性状。结果表明,群体内不同品种对干旱胁迫的响应差异明显,除铃重和纤维长度整齐度指数受水分影响不显著外,其他16个性状在对照和限水处理间表现极显著差异。一方面,限水处理使纤维品质降低,表现在纤维长度降低和马克隆值增加;另一方面,适当限水处理使棉田实收籽棉产量提高8.4 6%,同时促进相关优良农艺性状的形成,使生育期普遍缩短、株高普遍降低,有利于集中吐絮和合理密植。进一步对314个棉花种质进行重测序,结合前期203份种质的重测序结果,共获得2 564 238个单核苷酸多态性(SNP)位点用于全基因组关联分析(Genome-wide association analysis,GWAS)。利用不同表型性状的抗旱系数(DRC)和综合抗旱指数(CIDT)进行关联分析,分别检测到3 3个和6个与干旱响应相关的数量性状位点(QTL),其中包含2个新的QTL热点区域。结合转录组测序和逆转录聚合酶链反应检测(RT-PCR),在这2个热点区域内鉴定到6个差异表达基因。本研究结合DRC和CIDT鉴定到一些可供育种家选择的抗旱品种,如陕5245、宾川373、赣棉13等。这些研究和发现不仅为新疆棉田节水抗旱和绿色、可持续发展农业提供了新的方法和思路,还为棉花抗旱性的遗传改良提供了理论基础、优异基因资源和种质资源。更多还原