一种促进棉花加代繁育的室内栽培方法

1.本发明属于作物育种与栽培技术领域，具体涉及一种促进棉花加代繁育的室内栽培方法。


背景技术：

2.棉花作为全球最重要的纤维作物，是纺织工作最重要的原料，在各国经济发展中具有重要地位。棉花品种的改良与更替对棉花产量的贡献率约为45％。近些年棉花单产水平徘徊不前，主要原因在于新品种并未带来显著的增产效益，所以有必要进一步加快棉花新品种的选育。棉花生育期较长，一般在120-140天，我国的气候条件决定了其一年只能种植一代，即使进行南繁加代也只能达到一年两代，这严重制约了新品种的选育速度。
3.同时，棉花是由人类数千年的人工驯化而来，驯化过程在改良其重要农艺性状的同时，也造成了遗传多样性的大量减少、优势基因资源的缺失。在基于基因编辑等现代生物技术的棉花从头驯化过程中，创制功能多样、性状稳定的棉花品种需要棉花的快速加代方法作为技术支撑。因此，创制一种能够加速棉花生长、发育、迭代的技术已经成为亟需解决的关键问题。
4.棉花具有适应人工调控的生物学特性，人工气候室因其具有可控的环境条件，可利用最优的环境以最大化作物的生长发育速度，并实现室内的周年繁育。目前关于棉花上加速生育期的方法虽已有研究，但仍存在生育期过长的问题。因此，探索一种进一步加速棉花生长发育，加快世代周转的室内栽培方法对于缩短棉花育种年限、节约育种成本、提高育种效率具有重要意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种促进棉花加代繁育的室内栽培方法，可以有效加速棉花的生长发育，缩短棉花育种年限，使棉花的生育期进一步缩短为85天左右，周年繁育约4.3代，提高育种效率。
6.本发明提供了一种促进棉花加代繁育的室内栽培方法，包括如下步骤：将棉花种子干播湿出，种子出苗后进行干旱胁迫和高温胁迫，至种子收获。
7.优选的，所述干播湿出包括将棉花种子播种于干种植基质中后，补充水分至种植基质的相对含水量为75～85％，保持75～85％的相对含水量直至种子出苗。
8.优选的，所述干旱胁迫包括种子出苗后不浇水使种植基质的相对含水量降至50～60％，维持50～60％的相对含水量直至种子收获。
9.优选的，所述高温胁迫包括于棉花幼苗子叶展平至4～6片真叶期，调整日间培养温度为29～31℃，夜间培养温度为25～27℃；于4～6片真叶期至种子收获，调整日间培养温度为34～36℃，夜间培养温度为29～31℃。
10.优选的，在所述干播湿出的过程中，采用hoagland营养液补充水分。
11.优选的，在所述干旱胁迫的过程中，采用hoagland营养液和水维持所述50～60％
的相对含水量，hoagland营养液每天的补充量为每株50～100ml。
12.优选的，所述hoagland营养液的浓度为0.8～1.2m。
13.优选的，所述种植基质包括中壤、蛭石和珍珠岩，所述中壤、蛭石和珍珠岩的体积比为1：(0.8～1.2)：(0.8～1)。
14.优选的，所述中壤的粒径为1.5～2.5mm，蛭石的粒径为1～3mm，珍珠岩的粒径为3～6mm。
15.优选的，所述播种深度为2～3cm。
16.有益效果：
17.本发明提供了一种促进棉花加代繁育的室内栽培方法，本发明在棉花种子干播湿出的基础上，结合干旱胁迫和高温胁迫，充分利用棉花喜温耐旱的生物学特性，最大化高温和干旱对棉花生长发育的促进作用，同时避免由于过度的环境胁迫带来的蕾铃脱落与不育现象的产生，进而有效地加速棉花的生长发育，缩短棉花育种年限，提高育种效率。
18.其次，本发明所述的干播湿出的栽培方式可以避免传统的催芽处理和苗期移栽，缩短缓苗期，达到苗齐苗匀的技术效果。
具体实施方式
19.本发明提供了一种促进棉花加代繁育的室内栽培方法，包括如下步骤：将棉花种子干播湿出，种子出苗后进行干旱胁迫和高温胁迫，至种子收获。本发明所述室内栽培方法对具体的实施区域没有特殊限制，在任意地区均能实施本发明中的技术方案。
20.本发明所述干播湿出优选包括将棉花种子播种于干种植基质中后，补充水分至种植基质的相对含水量为75～85％，保持75～85％的相对含水量直至种子出苗。
21.本发明将棉花种子播种于干种植基质中前，优选还包括种植基质的准备。本发明所述种植基质的准备优选包括灭菌和混合。本发明所述种植基质优选包括中壤、蛭石和珍珠岩，所述中壤、蛭石和珍珠岩的体积比优选为1：(0.8～1.2)：(0.8～1)，更优选为1：1：1。本发明所述中壤的粒径优选为1.5～2.5mm，更优选为2mm；所述蛭石的粒径优选为1～3mm，更优选为2mm；所述珍珠岩的粒径优选为3～6mm，更优选为4.5mm。本发明优选将所述中壤进行灭菌后再与所述蛭石和珍珠岩混合；所述灭菌的温度优选为130～170℃，更优选为150℃；所述灭菌的时间优选为18～30h，更优选为24h。本发明所述灭菌可杀灭杂草种子和病原菌。本发明所述中壤具有通气、透水、保水和保肥的特点。
22.完成所述种植基质的准备后，本发明优选将棉花种子围绕种植装置中心点均匀撒播。本发明对所述撒播棉花种子粒数和种植装置均不做具体限定，本领域技术人员可根据种植经验和种植装置进行调整，下述以实施例中的种植方式进行说明，但是不能仅仅将其认定为本发明中的全部保护范围，本发明实施例中将2.2kg种植基质置于底部直径为20cm，上部直径为23cm，高为20cm的花盆中，花盆底部放置一个直径为25cm，高2cm的托盘，在每个花盆中围绕花盆中心点周围种植均匀撒播3～5粒棉花种子。本发明所述撒播的播种深度优选为2～3cm，更优选为2.5cm。
23.完成所述撒播后，本发明优选补充水分至种植基质的相对含水量为75～85％，保持75～85％的相对含水量直至种子出苗。本发明所述种植基质的相对含水量优选为80％。本发明优选采用hoagland营养液进行所述补充水分，所述hoagland营养液的浓度优选为
0.8～1.2m，更优选为1m。本发明所述相对含水量的计算公式优选为：
[0024][0025]
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。
[0026]
待种子出苗后，本发明对棉花幼苗进行干旱胁迫和高温胁迫，至种子收获。本发明所述干旱胁迫优选包括种子出苗后不浇水使种植基质的相对含水量降至50～60％，维持50～60％的相对含水量直至种子收获。本发明所述干旱胁迫的相对含水量优选为55％。本发明优选采用hoagland营养液和水维持所述50～60％的相对含水量。本发明所述hoagland营养液每天每株的补充量优选为50～100ml，更优选为100ml；所述hoagland营养液的浓度与所述干播湿出过程中相同，在此不再赘述。本发明对维持种植基质所述50～60％相对含水量所需的水的量没有特殊限定，配合hoagland营养液使所述种植基质的相对含水量达到50～60％即可。
[0027]
本发明在进行所述干旱胁迫的同时，优选还包括对棉花幼苗进行高温胁迫，直至种子收获。本发明所述高温胁迫优选包括于棉花幼苗子叶展平至4～6片真叶期，优选为5片真叶期，调整日间培养温度为29～31℃，夜间培养温度为25～27℃；所述日间培养温度更优选为30℃，夜间培养温度更优选为26℃。待棉花幼苗至4～6片真叶期(开始现蕾)，本发明优选还包括调整日间培养温度为34～36℃，夜间培养温度为29～31℃；所述日间培养温度更优选为35℃，夜间培养温度更优选为30℃。
[0028]
在本发明中，自棉花播种至棉花幼苗子叶展平至4～6片过程中的第三昼夜温度分别优选为24～28℃和20～24℃，更优选为26℃和22℃。本发明在棉花整个生育过程中的光量子通量密度均优选为900～1000μmol
·
m-2
·
s-1
，进一步优选为1000μmol
·
m-2
·
s-1
。
[0029]
本发明自播种至种子收获的光照周期优选为11～12l：13～12d，进一步优选12l：12d；空气相对湿度优选为50～60％，进一步优选为55％。本发明在棉花种子干播湿出的基础上，结合干旱胁迫和高温胁迫，充分利用棉花喜温耐旱的生物学特性，最大化高温和干旱对棉花生长发育的促进作用，尤其在本发明的干旱胁迫和高温胁迫条件下可以更好地促进棉花的生长发育，缩短棉花生育期，增加周年繁育代数。
[0030]
待完成所述干旱胁迫和高温胁迫后，本发明优选进行种子收获。本发明优选在棉铃开裂后2天收获籽棉，晾干轧花，保存备用。
[0031]
本发明对所述棉花品种没有特殊限定，本领域中的棉花品种均可采用本发明中的技术方案实现棉花的加代繁育，如本发明实施例中以新陆早33号和新陆早45号对本发明的技术方案进行了说明，但不能仅仅将其认定为本发明的全部保护范围。
[0032]
除上述技术方案中所限定的栽培步骤外，本发明对棉花栽培过程中的其他步骤不做具体限定，本领域技术人员可以根据种植经验进行常规调整，但是在增加常规调整步骤的基础上所衍生出来的技术方案也属于本发明的保护范围。
[0033]
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0034]
实施例1
[0035]
一种促进棉花加代繁育的室内栽培方法，由以下步骤组成：
[0036]
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分别进行室内栽培。
[0037]
1.种植基质准备：取石河子大学农学试验站小麦试验田内中壤土过2mm筛，并在烘箱中150℃烘干24h，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。
[0038]
2.干播湿出：将装有干的种植基质的花盆与托盘放置于人工气候室内，每盆围绕中心点均匀播种4粒，播种深度为2.5cm。播种后将1m的hoagland营养液浇于花盆底部的托盘内，直至花盆内种植基质的相对含水量达到80％。花盆内种植基质的相对含水量计算公式如下所示：
[0039][0040]
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。
[0041]
3.全生育期水分胁迫：待种子出苗后，不进行浇水，使花盆内种植基质的相对含水量自然降低至55％的干旱状态，之后每日通过称重法计算种植基质里的相对含水量，并向托盘里补充100ml hoagland营养液和水使相对含水量维持在55％的干旱状态。
[0042]
4.全生育期高温胁迫：待棉花种子出苗，子叶展平后，将气候室的温度调整为昼夜分别为30℃和26℃。待5片真叶，即棉花开始现蕾左右，将气候室的温度调整为昼夜分别为35℃和30℃。
[0043]
自棉花播种至子叶展平的昼夜温度分别为26℃和22℃，自棉花幼苗子叶展平至5片过程中的昼夜温度分别为30℃和25℃。棉花整个生育过程中的光量子通量密度为1000μmol
·
m-2
·
s-1
。
[0044]
5.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。
[0045]
棉花苗期至种子收获的光照周期为12l：12d；空气相对湿度为55％。
[0046]
对比例1
[0047]
采用实施例1中的室内栽培方法，区别在于不进行步骤4中的全生育期高温胁迫。
[0048]
对比例2
[0049]
采用实施例1中的室内栽培方法，区别在于，不进行步骤3中的全生育期水分胁迫。
[0050]
对比例3
[0051]
采用实施例1中的室内栽培方法，区别在于，在进行步骤3的过程中，从播种到收获前种植基质的相对含水量为75％；在步骤4的过程中，从播种到现蕾的昼夜温度分别为26℃和22℃，从现蕾至种子收获的昼夜温度分别为30℃和24℃。
[0052]
对比例4
[0053]
采用实施例1中的室内栽培方法，区别在于进行步骤3中的全生育期水分胁迫时，将相对土壤含水量控制在35％的干旱状态。
[0054]
对比例5
[0055]
采用实施例1中的室内栽培方法，区别在于进行步骤4中的全生育期高温胁迫时，待5片真叶，棉花开始现蕾左右，将气候室的温度调整为昼夜分别为38℃和30℃。
[0056]
应用例1
[0057]
统计实施例1，对比例1～5中棉花的生育期，结果如表1所示：
[0058]
表1实施例1，对比例1～3中棉花的生育期差异
[0059][0060][0061]
注：数值为平均值
±
标准误，同品种同列不同字母表示p《0.05水平差异显著，下同。-代表试验中此数据无法获取。
[0062]
生育期天数是反应棉花加代效率的重要指标，由表1可以看出：采用本发明技术方案中的高温干旱交互条件下(实施例1)，不同品种棉花的生育期显著小于温室内正常生长条件下(对比例3)的棉花生育期，也显著高于单一的高温条件(对比例2)与干旱条件(对比例1)。因此，高温干旱交互条件下(实施例1)，每年室内循环代数也显著高于单一的高温条件(对比例2)与干旱条件(对比例1)。同时，对比例4中过低的土壤含水量导致棉花生长缓慢，且棉蕾无法正常开花，对比例5中过高的环境温度，导致棉花在开花后3～5天内，幼铃脱落。表明过重的干旱胁迫与过高的温度均会导致棉花无法结铃，不适宜作为棉花快速生长发育的环境条件。因对比例4与对比例5无法产成熟的棉铃，因此下文省略对对比例4与对比例5的比较。综上，本发明所使用的全生育期高温与水分胁迫技术(实施例1)可在避免极端环境胁迫导致棉花蕾铃脱落与不育的基础上，进一步加速棉花的生长发育，可使棉花周年繁育4.3代。
[0063]
应用例2
[0064]
测定实施例1，对比例1～3中棉花的单铃重、种子数量和千粒重差异，结果如表2所示：
[0065]
表2实施例1，对比例1～3中棉花的单铃重、种子数量和千粒重差异
[0066][0067]
单铃重是反应棉铃发育的重要指标，表2表明，两品种高温干旱交互条件下(实施例1)棉花单铃重与单铃种子数显著小于正常生长条件(对比例3)与高温条件(对比例2)，但与干旱条件(对比例1)并无显著差异。高温干旱交互条件下(实施例1)种子千粒重显著低于其他三个对比例。两个不同的品种均是在高温干旱交互条件(实施例1)单铃重、单铃种子数及千粒重最低，然而在进行加速育种时，仅需一粒种子即可进行下一代的育种工作，而高温干旱交互(实施例1)条件下棉花仍可产生3g以上的籽棉，单铃可生产出19～23粒成熟棉籽，不影响下一步的育种进程。
[0068]
单铃重、种子数量级千粒重的下降是棉花快速生长发育带来的负面影响。对生长速率与产量品质进行权衡后，可在一定的程度上牺牲种子数量与质量来换取较快的棉花生长发育速率，以达到棉花快速加代的主要目的。
[0069]
应用例3
[0070]
比较实施例1，对比例1～3中棉花后代的种子发育情况，结果如表3所示：
[0071]
表3实施例1，对比例1～3中棉花后代的种子的发芽差异
[0072][0073]
收获棉花种子后，保障一定的发芽率才能有效实现后代的顺利培育。由表3可以看出，采用本发明高温与水分胁迫交互条件下(实施例1)，新陆早33号种子发芽势与干旱条件
下(对比例1)种子发芽势并无显著差异，但显著低于高温条件(对比例2)与正常生长条件(对比例3)，种子发芽率、发芽指数均与干旱条件(对比例1)和高温条件(对比例2)无显著差异。新陆早45号在高温与水分胁迫交互条件下(实施例1)，种子发芽势显著低于干旱条件(对比例1)、高温条件(对比例2)和正常生长条件(对比例3)，而发芽率和发芽指数显著低于高温条件(对比例2)，与干旱条件(对比例1)和正常生长条件(对比例3)并无显著差异。表明，不同棉花品种的发芽主要受干旱的影响，但在干旱条件下其种子也可以保持一定的发芽率。也就是说，本发明所使用的全生育期高温干旱技术产生的后代种子发芽率均在80％以上，具有较高的发芽率，能够满足加代繁育时对种子萌发率的要求。
[0074]
由以上实施例可以得出，采用本发明提供的技术方案可以在保证棉花基本品质和后代种子发育的情况下，加速棉花的发育，缩短棉花的发育周期，缩短棉花的育种年限，提高育种效率。
[0075]
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。