抗虫棉不同类型品种苗期耐盐理化特性差异研究

 为揭示不同基因型抗虫棉耐盐性差异的生理机制,指导抗虫棉耐盐品种鉴选和盐碱地棉花生产,以耐盐性差异显著的两类转Bt基因抗虫棉品种——耐盐性强的鲁K536、鲁棉研18优选系,耐盐性弱的新棉33B优选系、鲁K1258——为试验材料,利用不同盐分含量砂培与土培试验相结合,比较研究它们苗期的主要理化指标变化。结果表明,在NaCl胁迫下,耐盐性强的品种苗期叶片内的K⁺含量显著高于耐盐性弱的品种,Na⁺含量显著低于耐盐性弱的品种,丙二醛含量也显著低于耐盐性弱的品种,而游离脯氨酸、可溶性糖、类胡萝卜素含量均显著高于耐盐性弱的品种。耐盐性强的品种棉苗的过氧化物酶活性、叶绿素a、b和a+b含量以及净光合速率明显高于耐盐性弱的品种。表明棉花的耐盐性强弱因基因型而异,基因型间的耐盐性差异与丙二醛、脯氨酸、可溶性糖、类胡萝卜素含量和保护酶活性以及盐离子在叶片中累积量的差异有关。     

盐胁迫下不同基因型棉花萌发生长和离子吸收特性

在 0、1 0 0、2 0 0 mmol· L- 1Na Cl处理下 ,对棉花耐盐性差异较大的两个基因型枝棉 3号和泗棉 2号的萌发特性、盐分吸收以及棉花幼苗性状进行了研究。结果表明 ,在 2 0 0 mmol· L- 1Na Cl胁迫 7d后 ,两基因型种子的含水量和子叶 K+含量没有显著差异 ,但耐盐较强品种枝棉 3号 Na+、Cl- 含量和电导率明显低于耐盐较弱品种泗棉 2号。盐胁迫下枝棉 3号幼苗性状显著好于泗棉2号     

棉属野生种旱地棉苏氨酸醛缩酶基因GarTHA的克隆及功能验证

盐胁迫是影响作物生长和发育的重要因素之一。一些棉属野生种具有较好的耐盐性, 是开展棉花耐盐性机制研究以及改良陆地棉耐盐性的重要资源。本研究基于cDNA-AFLP技术分离获得的旱地棉(Gossypium aridum)盐胁迫下差异表达片段序列信息, 经电子克隆技术和RT-PCR方法克隆了旱地棉苏氨酸醛缩酶基因cDNA全长, 命名为GarTHA (GenBank登录号为KC167360)。该cDNA全长为1 018 bp, 包含一个822 bp的完整ORF, 编码273个氨基酸残基, 蛋白质分子量为82.57 kD, 等电点为4.89。GarTHA基因与杨树PtTHA基因同源性最高, 为84.6%。为进一步验证其功能, 利用拟南芥逆境胁迫启动子rd29A构建植物表达载体, 将GarTHA基因的完整ORF转入拟南芥中, 获得转基因植株并进行了耐盐性鉴定。结果表明, 在盐胁迫下转基因拟南芥种子的发芽率明显高于野生型, 且转基因植株的根长显著高于野生型。说明GarTHA基因可能参与植物的盐胁迫反应, 从而提高植物抗逆性。     

盐胁迫下棉属野生种旱地棉（Gossypium aridum）差异表达基因的cDNA-AFLP分析

 以一个耐盐的二倍体野生种旱地棉和对盐敏感的陆地棉栽培种苏棉12号为材料,运用cDNA-AFLP技术,比较两个材料分别在盐胁迫前后的表达情况,获得了25个仅在旱地棉盐胁迫下特异表达的转录片段（TDF）。将这些片段进行电子克隆,延伸后的序列进行BLAST分析,结果显示23个转录片段推断的氨基酸序列与已知的蛋白同源,这些盐诱导表达的基因主要涉及离子转运、活性氧清除、细胞信号传导、细胞分裂、转录调节、膜保护、渗透调节等功能蛋白。从23个差异表达的转录片段中选择9个进行实时定量PCR（qRT-PCR）分析,结果表明这些基因在盐胁迫后表达显著增强,而且多数在12~24 h达到高峰。这些cDNA克隆是开展棉花耐盐性分子基础研究的重要资源。     

棉花盐害的控制技术及其机理

棉花是耐盐作物,但土壤耕层中积累过多的盐离子会通过离子毒害、渗透胁迫和引起营养失衡等机制导致盐害。控制棉花盐害的途径主要有两条,一是提高棉花自身的耐盐性,另一方面是躲避或减轻盐胁迫。本文评述了提高棉花耐盐性和躲避或减轻盐胁迫的途径、原理和方法,提出在工程措施改良盐碱地的基础上,综合运用适宜品种、水肥运筹、种子处理及地膜覆盖和诱导根区盐分差异分布等农艺措施是现阶段控制盐碱地棉花盐害的有效途径。     

棉花盐害与耐盐性的生理和分子机理研究进展

盐胁迫通过离子毒害、营养失衡和渗透胁迫,引起棉株体生理生化代谢失调,进而影响棉花的生长发育和产量、品质。但棉株体可以通过膜脂过氧化清除系统活性的提高维持质膜的相对稳定,通过合成和积累脯氨酸、葡萄糖和氨基酸等小分子有机物质缓解渗透胁迫,通过调节盐离子在不同器官、组织或细胞内的区域(隔)化分布减轻离子毒害,而表现出较强的耐盐性。Na /H 反向转运蛋白和LEA蛋白(晚期胚胎发生富集蛋白)等的合成及其相关基因的表达可能参与甚至调控了棉株体防御或忍耐盐胁迫的过程。     

种植转基因棉对4种土壤酶活性的影响

 在温室试验条件下,研究了种植转Bt基因棉、转Bt+CpTI基因棉在不同生育期对根际土壤脲酶、多酚氧化酶、蛋白酶和磷酸酶活性的影响。结果表明：从苗期到花铃期,土壤脲酶、多酚氧化酶、酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性表现为先升后降,而蛋白酶和中性磷酸酶活性则表现为先降后升;同一品种在相邻两个生育期土壤脲酶、蛋白酶、酸性磷酸酶和中性磷酸酶活性的差异达极显著水平（P<0.01）。与亲本常规棉相比,种植转基因棉降低了土壤脲酶活性和土壤酸性磷酸酶活性,对土壤脲酶活性转Bt基因棉和转Bt+CpTI基因棉降幅分别为23.06%和45.36%;对土壤酸性磷酸酶活性转Bt基因棉和转Bt+CpTI基因棉降幅分别为10.89%和34.91%;转Bt+CpTI基因棉sGK321的种植对土壤酶活性的影响较大：对脲酶、蛋白酶、酸性磷酸酶和中性磷酸酶活性的影响差异均达到了极显著水平（P<0.01）。     

咸水滴灌对棉花生长和离子吸收的影响

大田试验研究了膜下滴灌方式利用咸水灌溉对棉花生长和离子吸收分配的影响.结果表明,利用3.62 dS·m-1的微咸水进行灌溉,对棉花干物质积累量影响不大.棉株体内Cl-、Ca2 和Na 含量在棉花生育期内整体呈升高趋势.随着咸水浓度的增加,K 、Cl-、Ca2 含量升高,Na 浓度变化不大.较多的盐离子通过根部向地上部运输,向茎叶中积累,蕾铃积累较少.盐离子在棉株体内的这种区域化分布,有利于维持体内离子平衡,提高棉花耐盐性.研究认为灌溉水中的Ca2 影响了盐胁迫对棉花生长和离子的吸收和分配.     

绿盲蝽危害后转Bt基因棉花嫩叶的几个生理指标变化特征分析

 以转Bt基因棉品系苏抗310和其轮回亲本泗棉3号为材料,研究绿盲蝽危害后转Bt基因棉花顶部嫩叶的几个相关生理指标的变化特征。结果表明：绿盲蝽危害后,棉花顶叶的叶绿素、可溶性蛋白和游离氨基酸含量显著降低,说明绿盲蝽危害后,棉花顶部嫩叶氮代谢受到一定破坏,引起叶绿素含量的下降,这对叶片成熟后光合作用是不利的。棉花顶部嫩叶受危害后,缩合单宁含量提高和苯丙氨酸解氨酶（PLA）活性增强,表明棉花植株抵御盲蝽危害能力提高,但转Bt基因棉品系顶部嫩叶缩合单宁含量和PLA活性低于非转Bt基因棉品种;即使是绿盲蝽危害后的顶部嫩叶也均未达到非转Bt基因棉品种正常水平,这可能是导致转Bt基因棉盲蝽危害加重的原因之一。棉花顶部嫩叶受害后,非转Bt基因棉泗棉3号可溶性糖含量降低,而转Bt基因棉品系苏抗310升高;非转Bt基因棉品种受绿盲蝽危害后顶部嫩叶可溶性糖含量降低,不利于绿盲蝽的发生,而转Bt基因棉品系受危害后顶部嫩叶可溶性糖含量上升,不利于对绿盲蝽的危害控制,这可能是转Bt基因棉绿盲蝽危害重于非转Bt基因棉的又一原因。     

温湿度处理对Bt棉杀虫蛋白表达的影响

 以转Bt基因抗虫棉杂交种泗杂3号为试验材料,在人工气候室内设置4 种温度和湿度组合（高温高湿度、高温低湿度、低温高湿度、低温低湿度）,研究了不同生育期温湿度胁迫及胁迫解除后Bt棉杀虫蛋白表达量的变化。结果表明,温湿度胁迫显著抑制Bt棉杀虫蛋白的表达。同一生育期,高温高湿度下Bt蛋白含量降幅最小,胁迫解除后恢复能力最强;低温低湿度下Bt蛋白含量降幅最大,恢复能力最弱。不同时期温湿度胁迫下Bt蛋白含量降低幅度表现为盛铃期>盛花期>盛蕾期,胁迫解除后Bt蛋白的恢复水平表现出相反的趋势。温湿度胁迫及胁迫解除后Bt蛋白表达量的恢复与胁迫类型、棉花生育期密切相关。     

转GHABF4转录因子棉花植株的耐盐性研究

AREB/ABFs转录因子家族基因主要参与干旱、高盐、低温等胁迫应答反应。为了获得具有较高耐盐水平的棉花新种质材料,通过农杆菌介导法将耐盐转录因子基因(GHABF4)导入陆地棉中棉35中,通过对转化植株的卡那霉素初步筛选及T1、T2、T3目的基因PCR的分子检测,获得T3转基因棉花纯合系。通过盐胁迫试验对5个T3转基因棉花株系和非转基因棉花对照进行耐盐性分析。结果表明,在200 mmol/L Na Cl胁迫下,与非转基因对照相比,5个转基因棉花株系株高提高2.5~4.4 cm,地上部分的鲜质量增加3.6%~11.8%;且抗氧化物酶SOD、POD、CAT活性以及叶绿素含量提高。在盐胁迫条件下,转GHABF4基因棉花表现出优良的生长和生理优势,转GHABF4基因能够提高棉花的抗盐能力。     

棉花耐盐机理与盐害控制研究进展

综述了棉花耐盐机理、耐盐性鉴定方法和盐害控制技术的研究进展。棉花耐盐机理与一般植物存在着较大的差异,对盐分胁迫下的植株体内离子分布、细胞膜结构和稳定性以及渗透压调节作用等方面进行了探讨,总结了运用传统育种和现代生物技术改良和提高棉花耐盐性方面取得的进展。此外,提出了从棉花品种、栽培技术、种子引发技术和土壤改良等方面盐碱地植棉的综合技术体系。     

Effects of Cadmium Stress on Physiological and Biochemical Characteristics and Agronomic Traits of Three Upland Cotton Cultivars

[Objective] To improve knowledge of the remediation of cadmium (Cd) contaminated soil, and provide a theoretical and practical basis for breeding of cotton cultivars. [Method] Three cotton cultivars, namely 'C184', 'Xiangzamian15 (XZM 15)', and 'Xiang419', were used as materials for the study. We compared and analyzed the activity of antioxidant enzymes superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), and catalase (CAT), using an enzyme-linked immunosorbent assay, under treatment with different Cd concentrations. In addition, the Cd content of various plant organs and agronomic traits were assessed at all cotton growth stages. [Result] Antioxidant enzyme activity was inhibited by Cd treatment, especially that of POD. With increasing Cd concentration, the growth of cotton plants was restrained. The maximum inhibition on antioxidant enzyme activity and agronomic traits was attained at 5 mg·L^－1 Cd stress. However, CAT activity was maintained under Cd stress. [Conclusion] XZM 15 showed superior tolerance and accumulation capability for Cd than the other cotton cultivars studied.     

Antioxidant and Photosynthetic Responses of Cotton to Soil Drought Stress during Flowering and Fruiting Stage

[Objective] The purpose of this study was to examine potential drought tolerance mechanisms in cotton (Gossypium hirsutum L.). Biochemical (antioxidant, protein and compatible osmolyte) and physiological (photosynthesis) responses to drought stress during the flowering and fruiting stages were examined. [Method] Using two cotton genotypes (A001 and A705) with different drought tolerance, a pot study was conducted in 2016 with treatments consisting of control (well-watered) and water stress. Water stress treatment was designed as withholding water from the pots until stomatal closure followed by limited water supply for 25 days where water-stressed plants received 40% of the optimum quantity of water. Measurements were made on soluble protein, proline and malonaldehyde (MDA) concentrations, peroxidase (POD) activity and photosynthetic characteristics (net photosynthetic rate P_n, transpiration rate E, stomatal conductance G_s) during the period of water stress. [Result] The soluble protein concentration was decreased and POD activity and MDA level were increased in the leaf subtending cotton boll of A001 under water deficit when compared with the control, but no response was observed in A705. Proline level responded to water deficit inconsistently between the two genotypes and across all sampling dates. Water stress significantly decreased P_n, E and G_s in the main stem leaves for both A001 and A705. [Conclusion] The results indicated that POD, soluble protein and MDA are involved in A001 and A705 responses to water deficit, and A705 is more tolerant to soil drought than A001.     

棉花耐盐性研究进展

棉花是最耐盐的农作物之一，其耐盐性因品种、生育阶段、器官以及土壤盐分种类等不同而差异较大。盐胁迫对棉花的伤害主要是盐离子对幼嫩器官或发育转换时期的细胞膜结构和功能的伤害，抑制棉苗生长，影响生育进程，减少总果节数，降低产量品质。棉花的耐盐机理在于地上部对盐分的区域化分布，减少光合细胞质中盐离子浓度，增强盐胁迫条件下棉花对Ｋ＋、Ｃａ２＋、ＮＯ－３、Ｈ２ＰＯ－４等离子的吸收、运输和转化。     

镉胁迫对三个棉花品种(系)产量、纤维品质和生理特性的影响

以抗草甘膦棉花种质系ZD-90和转Bt基因抗虫棉品种s GK3为材料,以陆地棉标准系TM-1为对照,研究了镉(Cd)胁迫下棉花生育期内的植株生长、产量、农艺性状、纤维品质和抗氧化酶系统活性。结果表明,低浓度Cd对棉花植株的生长发育有一定的促进作用;高浓度Cd对植株的生产发育有显著的抑制作用,植株生长量、子棉产量和皮棉产量显著降低。Cd胁迫对棉花单株铃数、铃重和单铃种子数的影响较大,而对衣分无显著影响。不同浓度Cd处理间的棉花纤维品质性状无显著差异。棉花植株体内的抗氧化化物酶(POD、SOD和CAT)活性在棉花生长发育的初期或低浓度胁迫条件下迅速升高,但随着Cd浓度的增大和胁迫时间的延长,酶活性受到抑制。植株体内累积的MDA含量则随着Cd处理浓度的增加和胁迫时间的延长呈逐渐升高趋势。3个品种比较,TM-1对Cd较敏感,ZD-90次之,s GK3受Cd胁迫的为害相对较轻,是一个较耐Cd的棉花品种。     

水杨酸、壳聚糖和硝酸钙复配制剂对棉花幼苗抗寒性的影响

将水杨酸(SA)、壳聚糖(CS)和硝酸钙[Ca(NO3)2· 4H2O]进行复配,采用室内盆栽试验,研究复配制剂(SCCaM)对棉花幼苗抗寒性的影响。结果表明：SCCaM预处理使低温胁迫下棉花幼苗叶片总叶绿素含量增加,同时显著降低相对电导率和丙二醛(MDA)的积累量,从而缓解了低温对质膜的过氧化伤害,并通过提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶的活性和可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸等渗透调节物质的含量来适应低温环境。表明SCCaM对棉花幼苗有较好的抗寒效果。     

棉花苗期耐盐生理指标的筛选及综合评价

为了筛选与棉花耐盐密切相关的生理指标,为棉花苗期耐盐鉴定提供理论依据。以4个棉花品种为材料,通过塑料盒栽植试验,探讨了棉花幼苗在盐胁迫前和胁迫后5天、10天、15天时的叶片相对含水量、质膜透性、游离脯氨酸含量、丙二醛含量、K+、Na+及K+/Na+值等耐盐相关生理指标相对值的变化情况,利用方差分析、主成分分析和隶属函数分析等方法对数据进行统计分析。结果表明所有指标在胁迫后第5天开始即与胁迫前表现极显著差异;选取K+/Na+值、相对含水量和质膜透性3个主要的耐盐鉴定生理指标;4个棉花品种的耐盐性强弱排序为‘枝棉3号’>‘中棉所35’>‘鲁棉6号’>‘中棉所12’。胁迫后第5天为最佳鉴定时机,所选取的耐盐生理指标代表了所有指标的信息,且其评价结果与省地方标准《棉花耐盐性鉴定评价技术规范》中盐害指数的评价结果高度相关,因此所选生理指标可与隶属函数法相结合用于棉花苗期耐盐综合评价中。     

棉花植株和花粉耐盐性的鉴定

本研究对８个耐盐性不同的棉花品种（系），利用水培的方法对其整体植株进行了耐盐性鉴定，利用液滴培养技术对其花粉的耐盐性进行了鉴定，并分析了棉花整体植株和花粉耐盐性的相关性，结果表明，在水培盐胁迫条件下，棉花叶片总面积和叶片鲜重减少的百分数是反映棉花整体植株耐盐性的指标。在液滴培养盐胁迫条件下，棉花花粉粒萌发的百分率是反映其耐盐性的可靠指标，而花粉管的长度不能反映棉花的耐盐性。棉花整体植株的耐盐性和花     

陆地棉苗期耐盐性的高效鉴定方法

利用2个耐盐和2个盐敏感的陆地棉品种,分别设置对照和4% (40 g L^–1)浓度NaCl溶液处理三叶期幼苗,处理72 h后调查盐害指数,测定地上部分鲜重、根鲜重、叶片相对含水量、叶绿素荧光参数、相对电导率、丙二醛含量、抗氧化酶类活性等13个与耐盐性相关的重要指标。利用灰色关联聚类、主成分分析和逐步回归等方法综合评价陆地棉苗期耐盐性,认为最大光化学效率(F_v/F_m)可以作为鉴定陆地棉苗期耐盐性的关键指标,构建耐盐指数(y)方程y = 1.943x – 0.882,(x = 最大光化学效率),同时结合另外2个耐盐和2个盐敏感品种所得方程y值对耐盐等级进行划分。进一步利用23个已知耐盐性的品种检验方程,计算结果与田间鉴定结果完全一致。因此选用最大光化学效率作为唯一指标鉴定陆地棉苗期耐盐性,高效准确,同时通过构建方程和划分耐盐等级,为未来大规模陆地棉品种资源耐盐性鉴定提供技术标准和研究基础。