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中国是棉花生产大国,也是棉纺织工业大国,棉花产业为棉农提供经济收入,为纺织工业提供原料,在国民经济中占有重要地位。农业科技投入让棉花单产和总产不断提高,生活水平不断提高也让消费者对棉纤维品质提出更高要求,为保证棉花皮棉产量和纤维品质,棉花全生育期需要吸收大量的磷营养。但是我国棉花生产向新疆棉区集中、向盐碱滩涂地和沙性旱地集中,以上棉田多为石灰性土壤,对磷素固定作用极强,再加上干旱少雨,导致土壤有效磷含量缺乏的问题凸显。为此,需要施用大量磷肥以保证棉花高产优质,进一步导致棉田磷肥利用率降低。但是我国高品位磷矿资源短缺,且开采回采率较低,未来可能会造成磷肥短缺。因此,急需开展棉花耐低磷品种筛选工作,研究棉花产量形成和纤维发育耐低磷胁迫差异的生理机制,为土壤缺磷条件下的棉花生产提供技术支持。本研究于2018～2020年在河南安阳（36°06′N,114°21′E）进行,以中国农业科学院棉花研究所自主育成的13个棉花品种（系）和其他棉花育种单位的12个棉花品种为试验材料,研究低磷对棉花农艺性状、产量及产量构成因素和纤维品质的影响,从中筛选出2个耐低磷能力差异较大的棉花品种,进一步研究其耐低磷能力差异的生理基础。本研究包括2个筛选试验和1个主试验:（1）水培试验筛选耐低磷棉花品种;（2）大田试验筛选及验证耐低磷棉花品种;（3）池栽试验研究不同棉花品种产量形成和纤维发育耐低磷能力差异的生理基础。主要研究结果如下:1.水培筛选棉花耐低磷品种及田间验证将25个棉花品种（系）,在水培条件下设置2个磷水平(0.01和0.5 mmol L-1KH2PO4),研究不同棉花品种（系）苗期磷效率;并在田间条件下设置2个施磷量(0和90 kg P2O5ha-1),研究不同棉花品种（系）产量及产量构成因素和纤维品质性状。在水培低磷胁迫下(0.01 mmol L-1KH2PO4),不同品种（系）棉花的农艺性状和生理指标存在显著差异,各性状的变异系数范围为10.0%～162.1%。大田条件下,低磷胁迫(0 kg P2O5ha-1)导致单株生物量降低19.7%,主要是由于茎枝生物量减少34.5%;而单株铃数和铃重分别减少8.0%和8.3%,导致皮棉产量降低10.1%。棉纤维主要品质指标（长度和比强度）也变差,分别降低1.5 mm和3.0 c N tex-1。低磷胁迫下,磷吸收效率降低26.3%,但磷利用效率增加9.1%。基于苗期21个指标的主成分分析（PCA）结果表明,前5个主成分的累积方差贡献率达到82.6%,单株磷吸收效率、地上部磷利用效率、株高、SPAD值和净光合速率等5项指标可以用于评价棉花品种苗期耐低磷能力。基于10个苗期指标、5个收获期产量性状和5个收获期纤维品质性状分别对25个棉花品种（系）进行聚类分析（CA）,综合分析这3种不同的聚类分析结果表明,棉花苗期磷效率在一定程度上影响收获期产量和纤维品质。低磷胁迫条件下,苗期耐低磷品种,如中棉所79、中棉所12、冀棉958和中棉所112,具有较高的产量和较好的纤维品质;而低磷敏感品种,包括鲁棉研28号、辽棉18号、冀棉169和新棉33B,具有较低的产量和较差的纤维品质。2.土壤缺磷通过影响棉铃对位叶蔗糖代谢,降低棉铃生物量和皮棉产量将前期水培、大田试验筛选的2个棉花品种（中棉所79,耐低磷品种;鲁棉研28号,低磷敏感品种）,在池栽条件下设置3个土壤有效磷（AP）水平,分别为3±0.5 mg kg-1（P0,重度缺磷）,6±0.5 mg kg-1（P1,中度缺磷）和15±0.5 mg kg-1（P2,对照）,研究土壤AP含量对棉铃生物量和皮棉产量的影响。P0和P1处理下,棉铃对位叶P含量和净光合速率（Pn）分别降低12.1%～31.8%和3.3%～17.3%,导致棉铃生物量和皮棉产量分别降低3.4%～26.9%和13.2%～62.1%。低磷胁迫影响棉铃生物量分配,铃壳/棉铃、纤维/棉铃和纤维/棉籽均降低,但棉籽/棉铃增加。在土壤缺P条件下,10-11果枝(FB10-11)棉铃对位叶的蔗糖转化率（Tr）、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）初始活性和蔗糖合成酶（Su Sy）活性下降幅度均小于FB2-3和FB6-7,这些结果导致棉株上部果枝(FB9–12)棉铃拥有较高的纤维/棉籽和皮棉占全株比例,是上部果枝对低磷胁迫的积极响应。土壤缺磷降低棉铃对位叶Tr和蔗糖代谢酶活性,包括Rubisco、Su Sy和蔗糖磷酸合成酶（SPS）,但增加棉铃对位叶碳水化合物（可溶性糖、蔗糖和淀粉）含量和胞质果糖-1,6-二磷酸酶（cy-FBPase）活性。“源（棉铃对位叶）”端蔗糖转运受阻,造成碳水化合物过量积累,进一步降低蔗糖代谢酶活性,是造成“库（棉铃）”端棉铃生物量和皮棉产量降低的主要生理原因。棉铃对位叶中较高的Tr、Rubisco初始活性和Su Sy活性提高棉铃生物量和皮棉产量。与中棉所79（ZMS-79）相比,鲁棉研28号（LMY-28）棉铃对位叶的蔗糖和淀粉含量,以及cy-FBPase和SPS活性对土壤缺P更敏感,是2个品种耐低磷能力差异的重要原因。3.土壤缺磷通过降低纤维最大伸长速率(VLmax),缩短纤维长度池栽条件下,土壤缺磷（P0和P1）导致棉纤维膨压物质（钾离子、苹果酸、可溶性糖和蔗糖）含量分别降低10.6%～18.2%、18.1%～28.5%、11.0%～18.0%和13.7%～22.1%,影响液泡通过渗透调节为纤维细胞伸长提供动力;而且纤维伸长发育相关酶（质膜H+-ATPase（PM-H+-ATPase）、液泡膜H+-ATPase（V-H+-ATPase）、液泡膜H+-PPase（V-H+-PPase）和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC））活性分别降低12.4%～16.5%、10.6%～17.0%、18.5%～26.2%和21.8%～27.5%,更加不利于为膨压物质的跨膜运输提供初始动力和酸化细胞壁周围环境,限制纤维细胞的伸长发育。使得纤维最大伸长速率(VLmax)降低5.9%～11.8%,最终导致纤维长度缩短0.7～1.7 mm。棉纤维中较高的苹果酸含量,以及V-H+-ATPase和V-H+-PPase活性有利于纤维长度增加。与耐低磷品种（ZMS-79）相比,低磷敏感品种（LMY-28）棉纤维中钾离子和蔗糖含量,以及V-H+-ATPase和PEPC活性对低磷胁迫更敏感,是LMY-28纤维长度对低磷敏感的主要原因。4.土壤缺磷通过降低纤维比强度最大增加速率(VSmax),降低纤维比强度池栽条件下,土壤缺磷（P0和P1）处理棉纤维增厚发育相关酶（可溶性酸性蔗糖酶（SAI）、Su Sy、SPS和β-1,3-葡聚糖酶）活性分别降低11.8%～27.8%、19.3%～32.4%、8.8%～30.1%和24.2%～35.7%,导致纤维比强度形成关键物质纤维素合成受阻。使得纤维比强度最大增加速率(VSmax)降低9.5%～11.7%,最终导致纤维比强度降低1.4～3.3 c N tex-1。棉纤维中较高的纤维素含量,以及SAI和β-1,3-葡聚糖酶活性提高纤维比强度。与低磷敏感品种（LMY-28）相比,耐低磷品种（ZMS-79）棉纤维中β-1,3-葡聚糖和纤维素含量,以及SPS活性面对土壤缺P更加稳定,是ZMS-79纤维比强度对低磷耐受能力更强的关键因素。