Sea Island cotton (Gossypium barbadense) is the source of the world's finest fiber-quality cotton, yet relatively little is understood about genetic variations among diverse germplasms, genes underlying important traits, and the effects of pedigree selection. Here, we resequenced 336 G. barbadense accessions and identified 16 million SNPs. Phylogenetic and population structure analyses revealed two major gene pools and a third admixed subgroup derived from geographical dissemination and interbreeding. We conducted a genome-wide association study (GWAS) of 15 traits including fiber quality, yield, disease resistance, maturity, and plant architecture. The highest number of associated loci was for fiber quality, followed by disease resistance and yield. Using gene expression analyses and VIGS transgenic experiments, we confirmed the roles of five candidate genes regulating four key traits, i.e., disease resistance, fiber length, fiber strength, and lint percentage. Geographical and temporal considerations demonstrated selection for the superior fiber quality (fiber length and fiber strength), and high lint-percentage in improving G. barbadense in China. Pedigree selection breeding increased Fusarium wilt disease resistance, and separately improved fiber-quality and yield. Our work provides a foundation for understanding genomic variation and selective breeding of Sea Island cotton.This article is protected by copyright. All rights reserved.

【目的】研究品种、施氮量、种植密度及其交互作用对豫东南黏壤潮土区冬小麦碳氮代谢及籽粒产量的影响,明确该区冬小麦适宜的氮密调控处理组合,以期为该地区冬小麦高产高效栽培提供技术支撑。【方法】于2018—2020年连续2个冬小麦生长季,在豫东南黏壤潮土区设置品种（分蘖力中等、成穗率较高品种,鑫华麦818;分蘖力强、成穗率中等品种,百农207）、施氮量（N0,0;N240,240 kg·hm^-2;N360,360 kg·hm^-2）和种植密度（M1,225 万株/hm²;M2,375万株/hm²;M3,525万株/hm²）三因素裂裂区试验,重点分析三因子处理下冬小麦碳代谢（可溶性糖含量;磷酸蔗糖合成酶SPS活性;蔗糖合成酶SS活性）、氮代谢（可溶性蛋白质含量;硝酸还原酶NR活性;谷氨酰胺合成酶GS活性）生理参数及产量的差异。【结果】品种、氮肥、密度及其交互作用显著影响冬小麦的碳氮代谢,氮肥是影响2个品种产量及其构成因素的主控调节因子。施氮量、种植密度对碳氮代谢的影响因生育时期、品种而异。总体来看,氮密调控对2个品种碳代谢的调控优势主要在灌浆后期,对氮代谢的调控优势主要在灌浆中期,灌浆中后期M2N240处理的碳氮代谢指标参数值较最小处理组合平均增幅达358.28%。碳氮代谢平衡对不同分蘖成穗特性冬小麦品种产量形成的影响较大,尤其是生育后期,这可能是鑫华麦818整体产量高于百农207的主要生理原因。两年度试验均以M2N240处理下的产量较高,较产量最低的M1N0处理提高96.49%。【结论】综合考虑品种、氮肥、密度及其交互作用对冬小麦碳氮代谢平衡及产量的影响,施氮量和种植密度对2个冬小麦品种碳氮代谢的调控优势主要在灌浆中后期,M2N240处理可作为豫东南黏壤潮土区适宜的氮密调控组合。

【目的】阐明不同株型玉米在氮素和密度互作下获得高产的形态生理互利机理，进一步提升密植玉米综合生产力。【方法】2014—2015年，在大田条件下，采用裂-裂区试验设计，以不同株型玉米品种为主区，氮素（N₁：0，N₂：90 kg N·hm^-2和N₃：180 kg N·hm^-2）为裂区、密度（D₁：45 000 株/hm²，D₂：60 000 株/hm²和D₃：75 000 株/hm²）为裂裂区，测定了植株形态、叶片光合性能和产量等指标。【结果】施氮对节间长度、叶倾角、叶色值、粒重和产量的影响程度均高于密度调控，茎粗、光合速率和穗粒数对增密响应程度较高。与平展型玉米相比，紧凑型玉米茎粗随密度提高降幅较小，第1—3节间长度对增密响应迟钝，随施氮量增加显著缩短（P_N2_→N3=0.004—0.028），第4—5节间长度对增密的负响应幅度（10.9%）均高于平展型玉米同节间长度对其的正响应幅度（3.3%）。施氮可降低紧凑型玉米棒三叶叶倾角2.9°±1.1°，增密后，其穗下叶叶倾角降幅较高。紧凑型玉米叶色值对施氮量的响应峰值（N₃）高于平展型玉米（N₂），增密对其光合速率的负效应相对较小，在N₃和D₃处理下，其叶色值和光合速率均高于平展型玉米。紧凑型玉米穗粒数与粒重受氮密调控影响比平展型玉米小，其收获指数较高，且在氮/密处理间差异均不显著（P_N1→N3 =0.16，P_D1→D3 =0.12），而平展型玉米在氮/密处理间差异均达显著或极显著水平（P_N1→N3 =0.03，P_D1-D3＜0.01）。紧凑型玉米和平展型玉米分别在N₃D₃和N₃D₁处理下获得较高产量，增密和施氮对其籽粒产量的贡献比分别是1﹕2.3和1﹕4.0。【结论】与平展型玉米相比，紧凑型玉米茎基部横/纵向生长对氮密协同提高具有较强的适应能力，施氮可降低紧凑型玉米棒三叶叶倾角，提高穗位叶光合性能。紧凑型玉米在高密高氮处理下较好的形态生理协调性保证了生育后期相对较高的物质转化效率，最终获得较高群体产量。

为确定黄河流域短季棉适宜机采的种植密度和行距配置,于2018—2019年在德州市科技园进行田间试验,采用裂区设计,以种植密度(低密度8.25万株·hm^-2和高密度11.25万株·hm^-2)为主区,行距配置(76 cm等行距、宽窄行66 cm+10 cm和60 cm等行距)为裂区,探讨了不同密度和行距配置对短季棉生长发育、冠层结构和籽棉产量及纤维品质的影响。结果表明: 盛铃期高密度处理的株高和叶面积指数(LAI)显著高于低密度,底层透光率显著低于低密度。76 cm等行距的株高显著高于60 cm等行距,宽窄行(66 cm+10 cm)的株高显著低于60 cm等行距;行距对LAI的影响在不同年份、密度及生育时期间存在差异,总体宽窄行(66 cm+10 cm)的LAI较高,且峰值后曲线下降平缓,在收获期高于两个等行距;底层透光率变化与LAI呈相反的规律。密度和行距配置及两者互作对籽棉产量及产量构成均有显著影响,两年均为宽窄行(66 cm+10 cm)产量最高(2018和2019年为3832和3235 kg·hm^-2),且高密度下宽窄行(66 cm+10 cm)产量更稳定。密度和行距配置对棉花纤维品质影响较小。综上,短季棉的最佳密度和行距配置模式为:11.25万株·hm^-2,宽窄行(66 cm+10 cm)。

为了探讨种植密度和施氮量对棉花干物质与氮素积累分配及产量的影响。本研究以聊棉6号为试验材料, 设置5.25、6.75和8.25万株 hm ^-2(D_5.25、D_6.75、D_8.25) 3个种植密度, 0、105、210、315和420 kg hm ^-2(N₀、N₁₀₅、N₂₁₀、N₃₁₅、N₄₂₀) 5个施氮量, 研究增密减氮对棉花干物质积累与分配、氮素积累与分配、产量及其构成因素的影响。结果表明, 与D_5.25相比, D_6.75、D_8.25条件下棉花干物质积累量显著升高, 2016年提高了17.6%、28.7%, 2017年提高了12.6%、20.9%。与N₀相比, 施氮肥后干物质积累量随施氮量的增加显著升高, 2016年各施氮处理分别提高了4.5%、11.1%、13.7%、16.3%, 2017年提高了3.6%、13.5%、15.3%、19.8%。棉花氮素吸收与干物质积累动态曲线均符合 Logistic 模型, 2年间棉株氮素最大累积量(Y_m)均在D_8.25N₄₂₀处理下获得, 与平均值相比, 棉株氮素最大累积量分别提高了17.3%和23.8%、快速累积持续时间(T)延长了5.2%和9.9%、最大累积速率(V_m)提升11.5%和13.8%, 氮素快速积累期起始时期(t₁)比干物质积累分别提早了4.1 d和6.4 d。2016年D_5.25N₃₁₅、D_6.75N₂₁₀、D_6.75N₁₀₅和2017年D_5.25N₃₁₅、D_6.75N₂₁₀处理的棉花产量显著高于其他处理。种植密度和施氮量的互作效应对棉花产量的影响显著, 增密减氮可以获得高产, 推荐本地区棉花种植密度从常规的5.25万株 hm ^-2增加到6.75万株 hm ^-2, 施氮量从常规的300 kg hm ^-2第一年减少为105 kg hm ^-2, 第二年减少为210 kg hm ^-2。

近20年来，新疆产棉区采取“促早栽培，向‘温’要棉；密植矮化，向‘光’要棉；水肥一体化，向‘水肥’要棉；农机农艺融合，向‘轻简化’要效益”的技术途径，通过机械代替人工大幅度减少人工投入，膜上精量播种免除放苗、定苗，合理密植配合化学调控实现简化整枝与集中收花，节水灌溉与水肥一体化实现节本增产增效，关键农艺技术与物质装备有机结合和综合运用，既保证了高产甚至超高产，又实现了轻简化，较好地解决了高产与简化的矛盾，使得以新疆为主的西北内陆棉区成为全国平均单产最高的优势棉花产区。展望未来，为保障棉花持续高产高效，今后新疆棉花栽培的技术途径须与时俱进，一方面由“向温、向水要产量、要效益”，转变为“向光、向水肥一体化、向农艺技术与物质装备高度融合要产量、要品质、要效益”；另一方面棉花栽培管理要改过去“三分种、七分管”为“七分种、三分管”。要通过棉田综合调控建立棉花高光效群体，提高群体光能利用率，协同提高棉花产量和品质；重视种子品质、提高播种质量，在“种”的环节多下功夫，减少管理环节，进一步节本增效；加强新疆棉花高效轻简化栽培的基础理论创新，为新疆棉花可持续发展提供理论支撑。

【目的】通过调控施氮策略来改善冠层结构,提高机采棉产量品质。【方法】在基肥一致的基础上,不同生育期追施不同量氮肥,用CI-110冠层仪监测棉花冠层特性。【结果】在蕾期,LAI指数、MFIA指数和T指数均随着施氮量的增加而增加,TC指数和K指数均随着施氮量的增加而减小;在盛花期,LAI指数和K指数随着施氮量的增加呈先增加后减小趋势,MFIA指数和T指数随着施氮量的增加呈先减小后增加趋势,TC指数随着施氮量的增加呈先增加后趋于稳定趋势;在盛铃期,随着施氮量的增加,LAI指数先增加后减小,MFIA指数随之增加,TC指数先增加后减小,T指数先减小后增加,K指数先增加后减小。【结论】在盛铃期进行施氮量调控,对LAI指数具有很好的调控作用;MFIA指数、K指数和T指数在蕾期,盛花期,盛铃期差异不大;蕾期处理的TC指数值均高于盛花期和盛铃期。

【目的】冠层内光合有效辐射和叶片光合生理特性存在较大异质性。探究番茄冠层不同部位叶片光截获和光合能力对行距和灌水量的响应，研究行距和灌水量对番茄冠层光合生产力的影响，并对果实综合品质进行分析，为机械化栽培番茄行距和灌水量的设置提供理论依据。【方法】以番茄为试材，宽窄行栽培，株距35 cm，小行距40 cm，设置3个大行距水平（70 cm（P1）、120 cm（P2）和170 cm（P3））和两个灌溉水平（常规灌溉（W1）和轻度亏缺灌溉（W2）），全因子试验，共6个处理，测定各叶位叶面积和光截获量，冠层均分为6个部位，测定叶片净光合速率（photosynthetic rate，Pn）、比叶质量（leaf mass per area，LMA）、叶绿素（Chlorophyll，Chl）及N、P、K含量，并分别以各部位叶面积占全株叶面积的比例或各部位叶片干重占全株叶片干重的比例为权重综合分析各处理冠层光合能力，通过Pearson相关系数分析各指标相关性，测定地上部干鲜重、单株产量及第二穗果品质，采用PCA法和基于博弈论的组合赋权-TOPSIS法对番茄综合品质进行评价并排序。【结果】行距增大对冠层叶面积、光截获和光合能力的影响主要体现在冠层中部和下部。冠层中部叶面积随行距增大表现为先增加后减少，冠层下部叶面积及冠层中部和下部光截获均表现为P1到P2显著增加，P2到P3小幅增加；冠层中部和下部Pn表现为P2较P1提高8.06%—11.32%，P3较P2提高14.25%—24.40%；LMA表现为P2较P1提高1.31%—33.24%，P3较P2提高6.09%—17.86%；Chl含量表现为P2较P1提高3.42%—6.81%，P3较P2提高3.19%—4.96%；N含量表现为P2较P1提高13.89%—34.73%，P3较P2提高2.21%—19.74%；P和K含量无明显规律。整体来看，Pn、Chl和N含量均随行距增大而增加，LMA轻度亏缺灌溉下随行距增大而增加，常规灌溉下表现为P3>P1>P2；3种行距水平下，LMA和N含量均表现为常规灌溉高于轻度亏缺灌溉，Pn表现为P1和P3下常规灌溉高于轻度亏缺灌溉，而P2下轻度亏缺灌溉更高，Chl含量表现为P1常规灌溉更高，而P2和P3轻度亏缺灌溉更高。地上部干鲜重，常规灌溉下随行距增大而增加，轻度亏缺灌溉下随行距增大而先增加后减少；常规灌溉的地上部干鲜重高于轻度亏缺灌溉。两种灌溉水平下单株产量均随行距增大而增加，P1到P2增加幅度较大（常规灌溉和轻度亏缺灌溉下，P2较P1分别增加33.75%和24.32%），P2到P3单株产量仅小幅增加（常规灌溉和轻度亏缺灌溉下，P3较P2分别增加2.87%和4.30%）；常规灌溉单株产量高于轻度亏缺灌溉。增加行距、减少灌水量可以优化果实综合品质，综合品质得分前3位为P3W2、P2W2和P3W1。【结论】叶片Pn、LMA、N含量、地上部干鲜重和单株产量为P3W1最大；冠层光截获量、Chl含量及番茄综合品质评分为P3W2最高。

为了研究种植密度对棉花产量构成、成铃和棉铃性状分布的影响，探索使棉花群体在最佳结铃期和最佳结铃部位成铃的栽培技术措施，2008年和2009年在安阳进行了棉花密度试验。分析结果表明，低密度处理的单铃重和单株铃数较高，高密度的单位面积铃数较多，而密度适中时单位面积产量最高。下部和中部内围单位面积成铃数较多，成铃中以伏桃和秋桃为主；单株伏桃和秋桃在低密度时较大，而群体成铃数在各个时期均以高密度较高。下部和中部内围的单铃重在整个棉株空间中处于中等水平，低密度时最高。下部和中部内围成铃率较高，低密度处理最高。铃长、铃直径和铃体积在棉株的中部和内围最大；棉铃直径对铃体积的影响高于铃长，而棉铃体积对铃重的影响最大

【目的】研究不同海岛棉品种在不同氮肥水平下农艺性状、产量与纤维品质的差异,为选育高产优质海岛棉品种并搭配合理施氮量提供理论依据。【方法】以近20年来育成的12份海岛棉品种为材料,设置3个施氮处理N₀(0 kg/hm²)、N₂₄₀(240 kg/hm²)、N₄₈₀(480 kg/hm²),分析施氮量对不同海岛棉品种农艺性状、纤维品质、产量构成及产量的影响。【结果】施氮能显著提高海岛棉叶片数、果枝数及蕾铃花数,均表现施氮处理大于不施氮处理,其中施氮量在240 kg/hm²时表现最佳;新海28号、棉城10号农艺性状综合表现较好,能在不同氮肥水平下保持相对较低的蕾铃脱落率来保证结铃数。氮肥对单株结铃数与籽棉产量有显著性影响,表现为N₂₄₀>N₄₈₀>N₀,对其他产量性状无显著影响;品种间单株结铃数、单铃重与籽棉产量均存在显著性差异,其中棉城10号与新海28号在不同施氮水平下单株结铃数与单铃重表现优异,获得较高的籽棉产量。氮肥只对上半部平均长度有显著性影响,随施氮量的增加呈下降趋势,对其他指标并无显著性影响,而品种间均存在极显著性差异,纤维品质主要受遗传特性影响,新海28号、新海45号上半部纤维长度、整齐度、断裂比强度在不同氮肥水平下均表现较好,且马克隆值达到A级标准。【结论】棉城10号、新海28号在不同氮肥水平下农艺性状表现优异,产量性状相对协调,在不同氮肥水平下能获得较高的籽棉产量与纤维品质,当施氮量为332.2 kg/hm²时籽棉产量最高,为5 025.1 kg/hm²。