CN107371845B - 一种升降温鉴定棉花高温耐受性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种升降温鉴定棉花高温耐受性的方法，属于作物抗逆性鉴定领域，该方法通过人工模拟控制环境温度，模拟自然条件下日气温变化趋势以及单个高温天气发生过程不同天数之间气温的变化规律，以鉴定材料(品种、品系)样本群体中植株的散粉率作为棉花高温耐受性的鉴定指标，本方法可以提高选择效率和准确性，特别适用于棉花遗传育种材料耐热性鉴定。

Description

一种升降温鉴定棉花高温耐受性的方法

技术领域

本发明涉及作物抗逆性鉴定领域，具体的说是通过一个升温、高温持续过程及一个降温、温度回复到正常温度过程鉴定棉花高温耐受性的方法。

背景技术

近些年极端高温天气频繁发生，高温热害呈愈演愈烈之势。气象部门把日最高气温高于35℃的天气现象称为高温，连续3d高温可作为一般高温危害天气，连续5d高温可作为严重高温危害天气。我国主要植棉区有新疆棉区、黄淮流域棉区和长江流域棉区，其中长江中下游地区、黄淮流域棉区在夏季易出现持续高温天气，严重时高温日数可达20d，新疆局部高温日数达60d，而夏季正值棉花花铃期，高温不仅影响棉花植株的正常生长，还导致棉花蕾、花、铃脱落，影响授粉受精过程及棉铃、棉纤维的正常发育，造成减产和纤维品质变劣。因此，耐热性成为确保棉花高产、稳产、优质的一个重要性状。在上述背景下，耐热性鉴定成为棉花亲本选择、品种特性鉴定及相关遗传机理研究的重要环节，在棉花耐热性遗传育种工作特别是耐热机理研究中，极端耐性材料(耐高温、高温敏感)的鉴定至关重要。

棉花花粉发育过程对温度十分敏感，其间遭遇高温会导致花粉畸形甚至败育，造成蕾、花脱落，导致减产。高温耐受型材料，在遭遇极端高温时应能较长时间保持育性正常(尤其是雄蕊)、花药开裂，较迟出现花粉败育，高温消退后能及时恢复育性；而高温敏感型材料，遭遇高温时往往很快就出现花粉败育(雄蕊完全败育)，高温消退后育性恢复时间长。

对棉花的耐热性鉴定，目前国内外研究者多采用相对固定的高温设定值法，例如专利“一种耐高温棉花杂交种的选育方法(专利号：200710086690.7)”中选用20℃、25℃、28℃、30℃、35℃和40℃作为鉴定温度通过评价离体花粉在不同温度处理下的耐受性。研究论文“不同基因型棉花品种(系)苗期耐高温筛选试验”选用45℃处理4小时来模拟高温胁迫。这些鉴定方法虽然操作简单，但没有充分考虑自然条件下日气温时段变化规律以及高温发生过程气温变化规律，易造成鉴定结果与作物真实的耐热性存在一定误差。

发明内容

本发明的目的在于针对上述不足，提供一种筛选棉花高温耐性极端材料的方法，该方法采用人工模拟控制环境温度，模拟自然条件下日气温变化趋势以及单个高温天气发生过程不同天数之间气温的变化规律，以鉴定材料(品种、品系)样本群体活体植株的散粉率作为棉花耐高温性的鉴定指标，本方法可以提高选择效率和准确性，特别适用于棉花遗传育种材料耐热性鉴定。

一般地，一天当中陆地气温最高值出现在下午14时左右，最低气温出现在日出前，气温日变化规律是日出后开始上升，至下午14时左右达到最高值，然后逐步下降，至日出前达到最低值。自然条件下，一个高温发生过程一般是气温(日平均气温、日最高温)先逐步上升，达到某一个高温值持续一定天数，再逐渐降温，直至解除高温热害。参考以上单个高温发生过程及日温变化的规律，发明人通过大量试验研究和不懈探索，最终获得了如下技术方案：

一种升降温鉴定棉花高温耐受性的方法，通过人工模拟控制环境温度，以活体植株上花粉散粉性能为鉴定对象，以鉴定材料(品种、品系)样本群体中植株的散粉率作为棉花高温耐受性的鉴定指标，其依据为：高温耐受型棉花在升温期和高温持续期，最迟出现花粉败育(散粉率＜100％)、完全败育(散粉率＝0％)；同时在降温期、高温解除期(温度恢复到正常期)最早恢复花粉育性；高温敏感型在升温期和高温持续期，最早出现花粉败育、完全败育(散粉率＝0％)，同时在降温期、高温解除期(温度恢复到正常期)最迟完全恢复花粉育性。

一种升降温鉴定棉花高温耐受性的方法：模拟自然条件下日气温变化趋势以及单个高温天气发生过程不同天数之间气温的变化规律，以棉花花粉散粉性能作为高温耐受性的鉴定指标，所述的单个高温天气发生过程设置升温期、高温持续期、降温期、高温解除期；

其具体鉴定方法为：

盆栽种植待鉴定的陆地棉品种，待棉花盛花期后将材料移入自动控温棚内；在自动控温棚内模拟升温期，其中升温期设置为：升温起点日的温度范围为22℃—30℃，日最高温日的温度范围为32℃—40℃，升温期内的每日最低温、最高温均增加2℃；

高温期持续至所有参与鉴定的陆地棉品种停止散粉(花粉败育)，整株最早出现花粉败育的陆地棉品种即为高温敏感材料，整株最迟出现花粉败育的陆地棉品种即为高温耐受材料；

在自动温温棚内模拟降温期，其中降温期设置为：降温起点日的温度范围为32℃—40℃，日最低温日的温度范围为22℃—30℃，升温期内的每日最低温、最高温均下降2℃；

高温解除期持续多日直至所有参与鉴定的陆地棉品种恢复散粉，最先恢复花粉育性的陆地棉品种视为高温耐受性强的材料，最迟恢复花粉育性的陆地棉品种视为高温耐受性差的材料。

优选地，如上所述的一种升降温鉴定棉花高温耐受性的方法，所述每日温度变化的设置为：日出开始升温至午后达最高温，然后逐渐降温的过程，日出前0:00-6:00、日落后的20:00-0:00为每日的最低温时间段，其它时间段气温升高和降低过程按每2个小时时段变化温度2℃。

本发明对于棉花材料高温耐受性的评价，特别高温耐受型和敏感型材料，采取升温期、高温持续期、降温期及高温解除期花粉育性变化(败育、恢复育性)相对迟早为判断依据。温度处理期间对参试材料散粉情况进行调查，散粉情况以目测及手感触摸判断花药开裂状况，所有当天开放花朵全部调查，以整朵花完全不散粉(花药不开裂)记为未散粉。每日14时起对参试材料散粉情况进行调查、统计，记载散粉花朵数和未散粉花朵数，并计算散粉率。

与现有技术相比，本发明的优点为：

1、利用棉花无限开花习性、花期长的特点，参照自然条件下温度动态变化规律，模拟升温、高温持续、降温期以及高温解除过程，设置升温-高温持续期、降温-回复正常温度期两个过程，选择开花期高温对棉花产量形成的危害最大主要器官——雄蕊育性变化作为观测对象，针对棉花花粉育性败育和育性恢复两个重要阶段，选择花粉散粉性(散粉率)作为观测和鉴定指标，该方法采用直观简洁方式在活体植株上调查其散粉情况动态变化，能够可靠辨别不同品种对高温的耐受性，特别适合鉴定极端耐受型材料(耐热型、热害敏感型)。

2、温度处理方面，日气温不同时段设置不同梯度，不同处理过程设置不同的日气温变化梯度。

3、散粉率的记录采用连续动态方式，能够客观、真实反映不同品种棉花对高温的响应变化。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步作描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

实施例1

试验在长江大学农科基地实施，选取11个陆地棉品种，营养钵育苗，待子叶平展移栽到盆钵中(高14cm，内径17cm)，每盆定植3株，放置于非高温(日最高气温＜30℃)环境生长，进入盛花期后将材料移入自动控温棚内，每份材料移入4盆。

参照长江流域日出、日落以及日气温变化规律，模拟设置升温过程日温度变化如表1，模拟设置降温过程日温度变化如表2。

表1升温过程日温度变化设置温度(℃)

表2降温过程日温度变化设置温度(℃)

在升温期，最早出现花粉败育，特别是整株、整个样本群体出现花粉败育(散粉率＜100％)的视为高温敏感材料；在高温持续期，最迟出现整株出现花粉败育的视为高温耐受材料；在降温期，最先恢复花粉育性的材料视为高温耐受性强的材料，最迟恢复花粉育性的材料视为高温耐受性差的材料，在温度处理期间，每日14时起对参试材料散粉情况进行调查、统计，记载散粉花朵数和未散粉花朵数，按以下公式(1)计算散粉率(％)，结果列于见表3、表4。

表3升温、高温持续期棉花散粉率动态变化(％)

由表3可知，随着处理温度的升高以及高温持续时间的延长，参试棉花材料散粉率出现很大的分化，有的品种(系)散粉率很快就下降并进入完全不散粉(雄蕊败育)，石185在日最高温升至40℃第一天就出现部分花朵花粉败育、花药不开裂，日最高温40℃持续处理3d后参试样本所有植株所有花朵不散粉。其次是12D46，在日最高温40℃温度处理第3天时出现部分花朵不散粉，日最高温40℃持续处理8d后参试样本所有植株所有花朵不散粉。另外有些品种材料，高温处理较长时间后才出现花粉败育，如苏棉16号在日最高温40℃持续处理8d后出现花朵不散粉，其后又持续了4d才出现所有参试植株完全不散粉，其次是早熟长绒7号，在日最高温40℃持续处理5d后出现花朵不散粉，散粉率为50％，第二天就表现完全不散粉。

表4降温、回复正常温度期棉花散粉率动态变化(％)

由表4可知，在温度下降到适于棉花正常生长发育温度阶段(高温消退期)，苏棉16号最早出现育性转换，在温度下降到日最高温30℃并持续到第3天就出现部分花朵恢复散粉(散粉率50％)，其次是早熟长绒7号，在日最高温下降到30℃并持续到第4天出现少数花朵恢复散粉(散粉率12％)。另一种类型材料，如石185，在日最高温下降到30℃并持续到第8天才出现部分花朵恢复散粉(散粉率50％)，其次是南丹巴地大花和12D46，在日最高温下降到30℃并持续到第7天出现部分花朵恢复散粉(散粉率分别为73％、50％)。

综合升温、高温持续期、降温期及温度回复正常期各参试材料散粉率动态变化情况，在参试的11份材料中，石185对高温胁迫最敏感，其次是12D46；苏棉16号最耐高温，其次是早熟长绒7号。

由鉴定结果可知，本发明特别适用于筛选对高温极端耐受的棉花品种，使用本发明方法鉴定的苏棉16号为为最耐高温品种，而这与国际的研究结果(国际已有鉴定结果的参考文献Screen for high-temperature tolerant cotton cultivars by testing invitro pollen germination,pollen tube growth and boll retention)相一致。

Claims (2)

1.一种升降温鉴定棉花高温耐受性的方法，其特征在于：模拟自然条件下日气温变化趋势以及单个高温天气发生过程不同天数之间气温的变化规律，以棉花花粉散粉性能作为高温耐受性的鉴定指标，所述的单个高温天气发生过程设置升温期、高温持续期、降温期、高温解除期；

其具体鉴定方法为：

盆栽种植待鉴定的陆地棉品种，待棉花盛花期后将材料移入自动控温棚内；在自动控温棚内模拟升温期，其中升温期设置为：升温起点日的温度范围为22℃—30℃，日最高温日的温度范围为32℃—40℃，升温期内的每日最低温、最高温均增加2℃；

高温期持续至所有参与鉴定的陆地棉品种停止散粉，整株最早出现花粉败育的陆地棉品种即为高温敏感材料，整株最迟出现花粉败育的陆地棉品种即为高温耐受材料；

在自动温温棚内模拟降温期，其中降温期设置为：降温起点日的温度范围为32℃—40℃，日最低温日的温度范围为22℃—30℃，升温期内的每日最低温、最高温均下降2℃；

高温解除期持续多日直至所有参与鉴定的陆地棉品种恢复散粉，最先恢复花粉育性的陆地棉品种视为高温耐受性强的材料，最迟恢复花粉育性的陆地棉品种视为高温耐受性差的材料。

2.如权利要求1所述的一种升降温鉴定棉花高温耐受性的方法，其特征在于：日温度变化的设置为：日出开始升温至午后达最高温，然后逐渐降温，气温升高和降低过程按每2个小时变化2℃。