棉花苗期耐低磷种质筛选及耐低磷综合评价

米热扎提江·喀由木，西尔艾力·吾麦尔江，李晓曈，王香茹，贵会平，张恒恒，张西岭，董强,2，宋美珍,2

棉花苗期耐低磷种质筛选及耐低磷综合评价

米热扎提江·喀由木1，西尔艾力·吾麦尔江1，李晓曈1，王香茹1，贵会平1，张恒恒1，张西岭1，董强1,2，宋美珍

1中国农业科学院棉花研究所/棉花生物育种与综合利用全国重点实验室，河南安阳 455000；2中国农业科学院西部农业研究中心，新疆昌吉 831100

【目的】建立棉花品种（系）耐低磷能力评价体系，筛选耐低磷型棉花种质和评价不同磷效率类型，为研究棉花耐低磷生理机制和挖掘耐低磷基因奠定基础。【方法】以来自国内外不同棉区的140份棉花品种（系）为材料，采用水培试验方法，在低磷（10 μmol·L-1KH2PO4）和正常磷（500 μmol·L-1KH2PO4）处理下，测定各棉花品种生物量、根系相关指标和磷效率相关指标等21个性状表征值，计算各指标耐低磷胁迫指数。利用综合隶属函数法，进行主成分分析、回归分析和聚类分析，对各棉花品种进行耐低磷能力的划分，综合评价各棉花品种耐低磷能力和磷效率类型。【结果】与正常磷处理相比，低磷处理下，供试棉花品种的总磷积累量、总磷含量、地上部干重和总干物重等指标的均值降幅较大，而根平均直径、比根面积、根尖数和磷素利用效率等指标的均值会有所上升；低磷处理下，各指标变异系数范围为6.04%—47.79%，比根尖密度、根尖数、比根长和根平均直径等根系指标变异系数较正常磷处理均提高，变异系数分别为47.49%、42.13%、40.19%和19.16%；对21个指标的耐低磷胁迫指数进行主成分分析，6个主成分的累计方差贡献率达77.21%，利用隶属函数法计算综合耐低磷综合评价值（）；采用多元回归分析方法，建立值回归方程，确定6个耐低磷性鉴定指标并进行系统聚类，将不同棉花品种（系）划分为耐低磷型、中间型、低磷敏感型3类。【结论】筛选出棕絮1号、鲁原343、LambrightGL-N、巴西014、南丹里湖大棉、苏远1028和gL2g13等品种为耐低磷型棉花品种，陕2812、FJA、孝2168和东兰那亭大花等品种的耐低磷能力较差，为低磷敏感型；确定总干物重、磷素利用效率、地下部鲜重、总根长、根系表面积和总磷积累量作为棉花耐低磷能力评价的指标。

棉花；耐低磷；筛选指标；综合评价；磷效率

0 引言

【研究意义】棉花是纺织工业的重要原料，也是我国主要的经济农作物。目前，中国已成为世界上最大的棉花进口国、生产国和消费国[1]。磷素是新疆棉田养分的限制因子，在棉花生产过程中，土壤有效磷缺乏会推迟棉花成熟期、大幅降低棉花的产量和品质[2-3]。同时，磷在土壤中扩散系数小，施入土壤中的磷肥大部分会被土壤吸附固定、沉淀转化为难溶性的磷酸盐，难以被作物吸收利用，磷的当季利用率平均仅为10%—25%，远低于氮、钾等大量元素[4-5]。因此，通过挖掘棉花自身遗传潜力，选育耐低磷品种，对促进棉花可持续发展具有重要的理论与现实意义[3]。【前人研究进展】植物的耐低磷性因不同种类和基因型的差异而存在明显的变化，对于低磷耐受性品种的评价标准或方法不尽一致[6]。适宜的多指标综合评价方法可全面反映低磷胁迫对作物不同品种的影响和耐低磷能力[7]。近年来，耐性胁迫指数、主成分分析、隶属函数法和逐步回归分析等多元分析结合的综合评价体系在作物磷效率评价中被广泛采用。罗园等[8]利用主成分分析和隶属函数值的综合评价值法筛选出2个耐低磷和11个低磷敏感品种，并得出生物量、根冠比、磷素利用效率、酸性磷酸酶活性4个指标，可用于青稞苗期耐低磷能力的快速鉴定。解斌等[9]利用因子分析、隶属函数、聚类分析等方法筛选出2个耐低磷和2个低磷敏感型苹果砧木品种，并验证了在苗期种质筛选的可行性。栗振义等[6]对各指标的耐低磷系数进行多元分析，筛选出4个耐低磷和7个低磷敏感的紫花苜蓿品种，并得出茎叶干重、株高、根干重、总根长、全磷含量和酸性磷酸酶活性等性状，可用于紫花苜蓿耐低磷性的评价筛选。目前，作物耐低磷种质的筛选及耐综合评价的研究主要集中在水稻[10]、玉米[11]、大豆[12]和小麦[13]等植物上，关于棉花耐低磷评价及机制研究较少。李卫华[14]通过对不同基因型棉花品种各性状间标准偏差及变异系数的对比，确定整株干物质、吸磷量和含磷率的相对值作为磷高效棉花品种筛选的重要指标，通过3个筛选指标进行聚类分析，得出3个磷高效和3个磷低效棉花品种。Iqbal等[15]发现在不同磷处理下，不同基因型棉花的茎干重、根干重、光合特性、磷素吸收和利用效率存在较大差异，并结合主成分分析及聚类分析鉴定磷高效棉花种质。【本研究切入点】根系作为吸收养分的主要器官，影响地上部生长甚至影响产量[16]。低磷条件下，不同作物根系形态的适应性变化对于提高作物对磷的吸收和利用具有重要的研究价值[17]。然而，在以往的耐低磷棉花品种筛选研究中，对于根系表型相关性状的考虑较少，这种研究结果对于指导生产中的耐低磷棉花种质筛选存在一定的局限性。同时，在苗期耐低磷棉花种质筛选及磷效率综合评价中，采用材料份数较少，未见大规模的耐低磷鉴定研究。【拟解决的关键问题】本研究采用水培试验，在2种磷处理条件下，研究140份不同棉花品种（系）农艺性状、根系相关参数、磷吸收利用效率对低磷胁迫的响应差异，通过主成分分析、系统聚类分析和回归分析等方法对不同棉花种质磷效率类型进行综合评价，分析各棉花品种的耐低磷性状变化并筛选出苗期耐低磷棉花种质，为选育耐低磷、磷高效的棉花基因型提供理论基础和实践参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

140份棉花材料为各棉花主产国家遗传背景差异较大的主推品种或品系，由中国农业科学院棉花研究所国家棉花种质资源库提供（附表1）。

1.2 试验设计

试验在中国农业科学院棉花研究所温室内进行，温室光周期（昼夜）为16 h/8 h，相对湿度为40%— 50%，采用水培法种植棉花幼苗。待棉花两叶一心期时，挑选长势一致的棉花幼苗分别在正常磷（500mmol·L-1KH2PO4）和低磷（10mmol·L-1KH2PO4）营养液中处理，每个品种3株作为1次重复，共3次重复。正常霍格兰营养液组分为0.1 mmol·L-1EDTA·Fe·Na、1 mmol·L-1MgSO4·7H2O、2 μmol·L-1ZnSO4·7H2O、46 μmol·L-1H3BO3、4 μmol·L-1MnCl2·4H2O、0.3 μmol·L-1CuSO4·5H2O、0.12 μmol·L-1(NH4)6Mo7O24·4H2O、0.5 mmol·L-1KH2PO4、2.5 mmol·L-1Ca(NO3)2·4H2O，pH控制在5.5±0.5。每7 d更换一次营养液并随机更换每个棉花幼苗的位置，以氧气泵持续通气，处理28 d后取样，测定后续指标。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 农艺性状 不同供磷处理28 d后，取棉花顶部功能叶片，使用SPAD仪（SPAD 502 Meter, Minolta Corporation, Tokyo, Japan）测定SPAD值。选取每个品种长势一致的植株，称量地上和地下鲜重并于105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重，并称量地上和地下部分的干重以计算根冠比。

1.3.2 根系形态分析 利用根系扫描仪（Epson Perfection 11000 xL, Long Beach, CA, USA）对根进行二维扫描以获取根系图像，再利用WinRHIZO根系分析软件（version 2012 B, Regent Instruments Canada, Montreal, Canada）得出根系参数。参考Kayoumu等[18]方法计算比根长（specific root length，SRL）、比根面积（specific root area，SRA）、根组织密度（root tissue density，RTD）和比根尖密度（specific root tip density，SRTD）。比根长=总根长（total root length，TRH）/地下部干重（underground dry weight，UDW）；比根面积=根系表面积（root surface area，RSA）/地下部干重；根组织密度=地下部干重/根平均体积（root volume，RVE）；比根尖密度=根尖数（root tips number，RTN）/地下部干重。

1.3.3 植株磷含量和磷素利用效率 取烘干过筛后的干燥样品，240℃条件下，采用H2SO4-H2O2法进行消煮，使用Bran+Luebbe连续流动自动分析仪Ⅲ（AA3-Germany）测量磷的浓度，并计算相关指标。总磷累积量（total phosphorus accumulation，TPA）=总干物重（total dry weight，TDW）×总磷含量（total phosphorus content，TPC）；磷素利用效率=（phosphorus use efficiency，PUE）总干物重/总磷累积量；磷素吸收效率（phosphorus uptake efficiency，PUtE）=总磷积累量/全磷含量。

1.3.4 耐低磷能力综合评价方法 耐低磷胁迫指数：

式中，X和CK为第个指标在低磷和正常磷处理下的测定值。

特征向量值：

式中，(X)表示第个综合指标的特征向量值，a为各单项指标特征值对应的特征向量，X为各单项指标的标准化值。

主成分权重（W）：

式中，W表示第个综合指标在所有综合指标中的重要性及权重；P为各品种第个综合指标的贡献率。

耐低磷综合评价值（）：

根据因子权重（W）及特征向量值(X)，计算耐低磷综合评价值（low phosphorus tolerance coefficient comprehensive values，）。

1.4 数据处理与分析

使用SPSS 24.0（SPSS, Chicago, IL, USA）对数据进行正态性检验，使用单因素方差分析（One-way ANOVA）和多重检验（＜0.05）检测样本间的差异显著性。使用Origin Pro 2023（Origin Lab Corporation, Northampton, MA, USA）对数据进行主成分分析和聚类分析，并进行图片的绘制。采用隶属函数对140个品种的棉花品种（系）进行耐低磷综合评价。

2 结果

2.1 不同供磷水平下棉花苗期各农艺性状的差异分析

不同棉花品种（系）各性状对2个磷水平的响应有所差异（表1）。与正常磷处理相比，低磷处理下，棉花苗期的地上部干重、总干物重、主根长、总磷含量和总磷积累量等10个指标均降低。其中，降幅较大的是总磷积累量（93.82%）、总磷含量（85.4%）、地上部干重（54.1%）和总干物重（48.4%），而主根长（0.5%）、总根长（7.2%）和SPAD值（5.5%）降幅相对较小，说明低磷处理对生物量和磷素的积累对低磷胁迫的响应较大，而对根长及SPAD值的影响较小。不同供磷水平下棉花苗期各性状指标表现出一定的变异性，说明供试棉花基因型在各性状上具有较为广泛的遗传差异，为耐低磷棉花基因型的筛选提供了可能。正常磷处理下，各性状变异系数范围为3.80%—47.15%；低磷处理下，不同性状变异系数范围为6.04%—47.79%（表1），在低磷处理下，比根尖密度、根尖数、比根长和根平均直径等根系指标变异系数较正常磷处理均提高，低磷处理下棉苗根系指数离散度较大，即品种间差异较显著。2种磷水平下，地下部干重、总干物重、总磷积累量、根冠比和磷素吸收、利用效率的变异系数均较大，说明其对磷素水平较为敏感（表1）。

表1 2种磷处理下棉花各性状值及耐低磷系数

ADW：地上部干重；UDW：地下部干重；TDW：总干物重；TRL：主根长；RSA：根系表面积；RVE：根平均体积；TRH：总根长；RAD：根平均直径；SRL：比根长；SRA：比根面积；RTD：根组织密度；RTN：根尖数；SRTD：比根尖密度；SFW：地上部鲜重；RFW：地下部鲜重；R/S：根冠比；SPAD：叶绿素相对含量；TPC：总磷含量；TPA：总磷积累量；PUE：磷素利用效率；PUtE：磷素吸收效率。不同小写字母表示处理间差异显著（＜0.05）。下同

ADW: aboveground dry weight; UDW: underground dry weight; TDW:total dry weight; TRL: tap root length; RSA: root surface area; RVE: root volume; TRH: total root length; RAD: root average diameter; SRL: specific root length; SRA: specific root area; RTD:root tissue density; RTN:root tips number; SRTD:specific root tip density; SFW: shoot fresh weight; RFW: root fresh weight; R/S: root shoot ratio; SPAD: relative chlorophyll content; TPC: total phosphorus content; TPA: total phosphorus accumulation; PUE: phosphorus use efficiency; PUtE: phosphorus uptake efficiency. Different small letters after the mean indicate significant differences between treatments (＜0.05). The same as below

2.2 性状主成分分析

通过对棉花苗期21个性状的耐低磷胁迫系数进行主成分分析（图1和表2），共提取了6个主成分。结果表明，在PC1中，地上部干重（载荷值为0.40）、总干物重（0.42）、地上部鲜重（0.36）、地下部鲜重（0.32）、总磷积累量（0.32）和磷素利用效率（0.32）有较大的正向影响。在PC2中，拥有较大正向投影的是比根面积（0.40）、根系表面积（0.35）和根平均体积（0.34）等根系性状，地下部干重（-0.16）、根冠比（-0.19）和总磷含量（-0.24）对PC2有较大的负向影响；PC3轴中比根长（0.36）、总磷含量（0.32）、总磷积累量（0.33）的正向投影远大于其他指标，总根长（0.18）、比根尖密度（0.17）和比根面积（0.15）对PC3有一定的正向影响，地下部干重（-0.35）、根冠比（-0.45）、磷素吸收效率（-0.35）和根系表面积（-0.16）对PC3的负向影响较大。各主成分累计方差贡献率达77.21%。根据各主成分的贡献率情况，说明在棉花苗期的耐低磷特性主要与生物量、磷效率参数和根系相关性状等指标密切相关。

图1 指标耐低磷指数主成分散点图

2.3 棉花苗期耐低磷鉴定指标的筛选

棉花苗期各指标相对值与耐低磷综合评价值（）的相关性分析（图2）表明，地上部干重、总干物重、主根长、根系表面积、根平均体积、总根长、根尖数、比根尖密度、地上部鲜重、地下部鲜重、根冠比、总磷积累量和磷素利用效率的耐胁迫指数与值的相关性均达到极显著水平（＜0.01），其中，地上部干物重、总干物重和总磷积累量3项指标与其余指标相比相关系数比较高，分别为0.72、0.72和0.68。

根据值和各指标的耐低磷胁迫指数建立多元逐步回归分析模型，得到因变量值和6个自变量的多元回归方程：=0.08+0.341+0.462+0.273+0.194+ 0.235+0.316，回归方程的决定系数为2=0.99（＜0.01），说明该方程用于综合评价棉花苗期耐低磷能

表2 不同供磷条件下棉花苗期各综合指标载荷系数及累计贡献率

力的可靠性达99%，回归方程具有一定的解释能力（表3）。相关性分析和多元逐步回归分析结果综合表明，总干物重、磷素利用效率、地下部鲜重、总根长、根系表面积和总磷积累量6个指标可作为评价不同棉花品种（系）苗期耐低磷性的鉴定指标。

2.4 棉花苗期耐低磷品种（系）的筛选

利用6个耐低磷性鉴定指标的耐低磷胁迫系数，采用平均欧式距离法对各棉花品种（系）进行系统聚类分析（图3）。根据聚类结果，将140个棉花品种（系）划分为3类。第Ⅰ类有47个品种（系），综合评价值的平均值为0.34，变幅范围为0.25—0.38。第Ⅱ类有29个品种（系），综合评价值的平均值为0.41，变幅范围为0.33—0.45。第Ⅲ类有64个品种（系），综合评价值的平均值为0.51，变幅范围为0.39—0.65。根据聚类分析结果，筛选出棕絮1号、鲁原343、LambrightGL-N、巴西014、南丹里湖大棉、苏远1028和gL2g13等品种为耐低磷型棉花品种，陕2812、FJA、孝2168和东兰那亭大花等品种的耐低磷能力较差，为低磷敏感型。

2.5 不同耐低磷型棉花幼苗农艺性状评价

对不同磷效率棉花幼苗耐低磷鉴定指标的胁迫指数进行方差分析（图4）。其中，TDW和根RFW的平均值在不同磷效率棉花品种间差异显著（＜0.05）。耐低磷棉花品种（系）RSA、TRH和TPA的胁迫指数均显著高于其余两类型，而中间型和低磷敏感型间的差异未达到显著水平（图4-B-C和图4-E）。PUE的耐低磷胁迫指数表现为耐低磷型和中间型显著高于低磷敏感型，而在耐低磷型和中间型间差异不显著（图4-F）。结果表明，耐低磷型的6个耐低磷鉴定指标胁迫指数均值高于中间型和低磷敏感型，验证了聚类结果的正确性。

*：在0.05水平显著相关 *: significant correlation at the level of 0.05

Fig 2 The correlation coefficient between the low phosphorus stress tolerance index and the comprehensive evaluation value () of low phosphorus tolerance in cotton seedling stage

表3 棉花品种耐低磷最优模型预测

1：总干物重；2：磷素利用效率；3：地下部鲜重；4：总根长；5：根系表面积；6：总磷积累量

1: total dry weight;2: phosphorus use efficiency;3: root fresh weight;4: total root length;5: root surface area;6: total phosphorus accumulation

第Ⅰ类：低磷敏感型；第Ⅱ类：中间型；第Ⅲ类：耐低磷型

图4 不同耐低磷性棉花品种（系）农艺性状综合评价

3 讨论

我国耕地土壤有效磷的含量较低，农作物生产中大量使用磷素也是一种普遍现象，但会造成土壤结构失调、肥力下降、环境污染等一系列问题，提高农作物的磷素利用效率是解决上述问题最有效的方法之一[2, 19]。不同作物，以及同一作物的不同品种之间对磷素的吸收和利用都存在差异[20]。因此，筛选棉花耐低磷品种，对不同磷效率类型进行综合评价，分析其遗传差异，是提高棉花磷素利用效率的重要策略，是实现棉花生产可持续发展的重要途径之一[21]。

3.1 棉花苗期农艺性状和磷效率相关性状的差异

本研究发现，与正常磷处理相比，低磷处理下棉花幼苗地上部干重降幅较大，而地下部干重和根冠比会有所增大（表1），这可能是因为棉花处于缺磷胁迫时，地上部向根系的同化物运输会增加，直接抑制地上部的生长[7]。与正常磷处理相比，低磷胁迫下SPAD值会有明显的下降，这与解斌等[9]研究结果相一致。SPAD值的下降可能是因为植物缺磷会使得光合磷酸化过程受阻，叶片光合作用受到抑制[5]。本研究中，与正常磷处理相比，低磷处理下棉花幼苗总磷累积量和总磷含量降低，说明低磷会抑制植株对磷的吸收，这与龚丝雨等[22]研究结果一致。而低磷处理下棉花幼苗磷素吸收效率和利用效率会有明显的提高，说明低磷胁迫有利于磷素转化和利用[23]。许多研究发现，植物通过改变根的结构形态和结构来适应低磷胁迫[24]，如总根长变长[25]、根表面积扩大[26]等。本研究发现，与正常磷处理相比，棉花幼苗低磷胁迫下棉花幼苗总根长、比根长、比根面积、根组织密度显著降低、根表面积、根尖数、根平均体积等指标显著提高，这与潘新雅等[27]研究结果一致。

不同品种间各性状的变异系数可以反映品种对低磷胁迫的响应差异。变异系数越大，品种间对低磷胁迫的反应差异越大，可以更好地评价不同品种耐低磷性差异[28]。本研究结果表明，低磷胁迫下棉花幼苗地下部干重、主根长、总根长、根平均直径、比根长、根尖数、比根尖密度、地上部鲜重、总磷含量、总磷积累量等指标变异系数均提高。推测低磷处理加大了上述指标的基因型差异，单个指标的离散度变大，有利于耐低磷棉花品种（系）的筛选。

3.2 棉花苗期耐低磷指标的筛选

不同指标的结果只能反映适应性的一个方面，评价和筛选作物耐低磷性尚无统一的标准[29-30]。罗园等[8]认为磷高效品种是在不同供磷水平下都有较高产量的品种。李小莉等[31]将地上部磷含量和相对生物量作为水稻耐低磷特性的评价指标，进而对水稻进行耐低磷评价。刘鹏等[30]通过分析干物重和磷效率2个指标在不同磷水平间的均值来对不同磷效率高粱品种进行综合评价。朱瑞利等[32]结合盆栽与营养液培养的试验结果，筛选出毛叶苕子相对地上部干重和相对磷积累量等指标作为耐低磷能力大小的评价指标。龚丝雨[33]则采用循环营养液培养法同样筛选地上部干重和整株磷累积量作为烟草苗期磷高效评价指标。白灯莎·买买提艾力等[3]将磷素吸收效率、利用效率、磷由茎叶向籽粒的转移效率（再转移效率）作为筛选指标对不同棉花品种（系）进行了综合评价和聚类分析。但目前进行耐低磷基因型筛选时，利用根系相关性状的研究相对较少。在本研究中，根系表面积、比根尖密度、根平均体积和总根长等根系参数与耐低磷综合评价值也呈极显著相关关系（图2）。本研究参照前人的研究方法，基于21个苗期相关性状表征值，通过主成分分析（表2）和多元逐步回归分析，建立了棉花幼苗耐低磷综合评价值的回归方程，通过综合分析不同性状与耐低磷综合评价值的相关系数和回归系数，确定了总干物重（相关系数0.72）、根系表面积（0.45）、总根长（0.40）、地下部鲜重（0.67）、总磷积累量（0.67）和磷素利用效率（0.50）作为棉花苗期耐低磷能力评价体系的筛选指标。

3.3 棉花苗期耐低磷型划分和综合评价

过去对作物耐低磷品种筛选的研究大多基于简单的聚类分析，测定指标相对较少，评价体系单一[34]。近年来，利用多元分析筛选的品种越来越多，结果更加可靠[28, 35]。本研究在主成分分析的基础上通过隶属函数计算获得了耐低磷综合评价值，并确定了棉花苗期耐低磷评价指标，结合聚类分析，将140份棉花品种（系）划分为耐低磷型、中间型和低磷敏感型3种类型（图3）。其中，棕絮1号、鲁原343、LambrightGL-N、巴西014、南丹里湖大棉、苏远1028和gL2g13等品种为耐低磷型棉花品种。通过进一步分析发现，耐低磷品种（系）的6个耐低磷鉴定指标胁迫指数均值高于中间型和低磷敏感型（图2），验证了聚类结果的准确性。目前，其他作物研究表明，耐低磷性强的品种在低磷环境中根系发达，磷素吸收能力强，保持较大的叶面积以积累更多的干物质[7, 21]。根系的形态特征是由基因型与环境因素决定的，在磷素的作物吸收中起着决定性的作用。根系耐低磷的生理机制有待进一步研究。

4 结论

筛选出棕絮1号、鲁原343、LambrightGL-N、巴西014、南丹里湖大棉、苏远1028和gL2g13等品种为耐低磷型棉花品种，陕2812、FJA、孝2168和东兰那亭大花等品种的耐低磷能力较差，为低磷敏感型。并确定总干物重、磷素利用效率、地下部鲜重、总根长、根系表面积和总磷积累量6个指标可作为评价不同棉花品种（系）苗期耐低磷能力的鉴定指标。

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Screening of low phosphorus tolerant germplasm in cotton at seedling stage and comprehensive evaluation of low phosphorus tolerance

KAYOUMU Mirezhatijiang1, WUMAIERJIANG Xieraili1, LI XiaoTong1, WANG XiangRu1, GUI HuiPing1, ZHANG HengHeng1, ZHANG XiLing1, DONG Qiang1,2*, SONG MeiZhen1,2*

1Institute of Cotton, Chinese Academy of Agricultural Sciences/National Key Laboratory of Cotton Bio-Breeding and Integrated Utilization, Anyang 455000, Henan;2Western Agricultural Research Center of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Changji 831100, Xinjiang

【Objective】To establish an evaluation system for low phosphorus tolerance in cotton varieties (lines), screen low phosphorus tolerant cotton germplasm and evaluate different types of phosphorus efficiency, and lay the foundation for studying the physiological mechanisms of low phosphorus tolerance in cotton and mining low phosphorus tolerance genes. 【Method】Using 140 cotton cultivars (lines) from different cotton regions at home and abroad, 21 traits such as biomass, root-related indexes and phosphorus efficiency-related indexes were measured under low (10 μmol·L-1KH2PO4) and normal (500 μmol·L-1KH2PO4) phosphorus treatments in a hydroponic experiment. The index of low phosphorus stress tolerance was calculated for each index. Using the integrated affiliation function method, principal component analysis, regression analysis and cluster analysis were conducted to classify the low phosphorus tolerance of each cotton variety and to comprehensively evaluate the low phosphorus tolerance and phosphorus efficiency type of each cotton variety.【Result】Compared with the normal phosphorus treatment, the mean values of total phosphorus accumulation, total phosphorus content, aboveground dry weight and total dry matter weight of the tested cotton varieties decreased more under the low phosphorus treatment, while the mean values of root average diameter, specific root area, root tips number and phosphorus use efficiency increased. Under low phosphorus treatment, the coefficients of variation of each index ranged from 6.04% to 47.79%，the coefficients of variation of root indexes such as specific root tips density, root tips number, specific root length and root average diameter were higher than those of normal phosphorus treatment, and the coefficients of variation were 47.49%, 42.13%, 40.19% and 19.16%, respectively; the principal component analysis of the 21 indexes of low phosphorus stress tolerance showed that the cumulative variance contribution of the six principal components reached 77.21%, and the comprehensive low phosphorus tolerance value () was calculated using the affiliation function method. The-value regression equation was established by multiple regression analysis to determine the six low phosphorus tolerance indices and perform systematic clustering to classify different cotton varieties (lines) into three categories: low phosphorus tolerant, intermediate and low phosphorus sensitive.【Conclusion】Total dry matter weight, phosphorus use efficiency, root fresh weight, total root length, root surface area and total phosphorus accumulation were identified as indicators for the evaluation of low phosphorus tolerance in cotton.

L.; low phosphorus tolerance; screening index; comprehensive evaluation; phosphorus efficiency

2023-04-18；

2023-06-02

棉花生物学国家重点实验室自主课题（CB2021C10）、新疆生产建设兵团第六师科技项目（2202）、新疆生产建设兵团第一师阿拉尔市科技计划（2022NY09）

米热扎提江·喀由木，E-mail：82101205083@caas.cn。通信作者董强，E-mail：dongqiang@caas.cn。通信作者宋美珍，E-mail：songmzccri@163.com

（责任编辑 李莉）