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在全球变暖背景下，棉花生产受高温威胁。研究人员开展 “利用多变量分析结合敏感性指数揭示棉花耐热的形态生理和生化特征” 的研究。结果发现 NIAB - 545 和 FH - 142 等基因型表现优异。该研究为棉花耐热育种提供依据，助力应对气候变化对棉花产业的挑战。
在全球气候变暖的大环境下，极端高温天气频繁出现，这给棉花产业带来了巨大挑战。棉花作为全球纺织业的重要原料，其产量和质量至关重要。在巴基斯坦，棉花种植带受全球变暖引发的热浪影响严重，频繁的高温天气使得棉花在生长过程中，尤其是幼苗期、开花期和结铃期，常常遭受热胁迫。热胁迫不仅限制了棉花幼苗的生长发育，严重时甚至导致死亡，增加了种植成本，还会影响棉花的光合作用、碳水化合物代谢以及纤维发育等多个方面，进而降低棉花的产量和品质。例如，高温会使棉花的光合作用能力下降，减少蔗糖的产生，影响纤维的伸长，同时还会促进次生细胞壁的发育，导致纤维变短、变薄。因此，如何筛选出耐热的棉花品种，提高棉花在高温环境下的产量和品质，成为了亟待解决的问题。
为了解决这些问题，来自巴基斯坦核农业与生物学研究所（Nuclear Institute for Agriculture and Biology，NIAB）植物育种与遗传学部门以及 NIAB 学院的研究人员 Tahira Luqman、Manzoor Hussain 和 Muhammad Kashif Riaz Khan 等人开展了相关研究。他们的研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上。
研究人员采用了多种技术方法来开展此项研究。首先，他们收集了 50 种棉花基因型作为实验材料。在实验设计上，采用完全随机设计（CRD），并设置三个温度处理组，分别为 32°C（对照组）、45°C（T1）和 48°C（T2），每组设置三个重复。在数据收集方面，测量了多种形态学、生理学和生化指标。形态学指标包括根长（RL）、茎长（SL）、鲜根重（FRW）等；生理学指标有气孔导度（SC）、蒸腾速率（E）和光合速率（Pn）等；生化指标涵盖总可溶性蛋白（TSP）、总游离氨基酸（TFA）、总可溶性糖（TSS）等。同时，运用主成分分析（PCA）、聚类分析和相关性分析等统计方法对数据进行处理和分析。
研究结果如下：
- 描述性统计分析：对所有棉花基因型的各项形态生理和生化性状进行描述性统计，结果显示，在热胁迫条件下，许多性状发生了显著变化。例如，总可溶性蛋白（TSP）含量在热胁迫下总体呈下降趋势，而总游离氨基酸（TFA）、总可溶性糖（TSS）和脯氨酸含量则有所增加，叶绿素含量下降，细胞膜稳定性（CMS）降低等。
- 方差分析：方差分析表明，所有研究性状和处理在不同基因型之间均存在极显著差异，这为后续筛选耐热棉花品种提供了遗传基础。
- 相关性分析：在不同温度条件下，各性状之间存在复杂的相关性。如在对照组中，TSS 与 SOD、E 等呈强正相关；在 T1 和 T2 条件下，TSS 与多个性状的相关性发生改变，且 CMS 与 TSS、RL 等在热胁迫下呈现较强的正相关。
- 主成分分析：在对照组中，前 5 个主成分（PC - I 至 PC - V）的特征值大于 1，累计贡献率为 72.96%；在 T1 和 T2 条件下，前 6 个主成分特征值大于 1，累计贡献率分别为 76.11% 和 77.93%。不同主成分包含的主要性状不同，揭示了不同温度条件下影响棉花耐热性的关键因素。
- 聚类分析：聚类分析将棉花基因型分为 4 个不同的组。在不同温度条件下，每组的基因型组成和区分性状有所不同，这有助于筛选出具有相似特征的棉花基因型群体。
- 基于 SSI 的基因型分类：通过计算胁迫敏感性指数（SSI），对不同性状下的棉花基因型进行分类，确定了不同性状下的耐热和敏感基因型。例如，NIAB - 545 和 FH - 142 在多个性状上表现出较高的耐热性。综合所有性状的 SSI 值，发现 NIAB - 545、FH - 142 和 FH - lalazar 在热胁迫下表现最为优异，是耐热性较高的基因型。
研究结论和讨论部分指出，该研究通过多变量分析和胁迫敏感性指数，成功揭示了棉花在热胁迫下的形态生理和生化变化规律，筛选出了如 NIAB - 545 和 FH - 142 等具有较高耐热性的棉花基因型。这些基因型可作为未来棉花育种计划的亲本材料，用于培育具有更高耐热性的棉花品种，有助于提高棉花在高温环境下的产量和品质，保障棉花产业的可持续发展。同时，研究也指出了该研究的局限性，如实验在控制条件下进行，可能无法完全反映田间实际情况，未来还需进一步开展长期研究，结合分子生物学技术，深入了解棉花耐热的分子机制，加强对环境与遗传相互作用的研究，从而更好地应对气候变化对棉花产业的挑战。
