嫁接棉花对棉花黄萎病抗性、产量和纤维品质的影响

【目的】研究嫁接棉花对棉花黄萎病抗性、产量和纤维品质的影响,探索通过嫁接来防治棉花黄萎病的可行性。【方法】选用已明确抗黄萎病的海岛棉Gossypium barbadense L.海7124和Pima90为砧木,以陆地棉G.hirsutum品种湘杂棉21和感病品系冀棉11为接穗,完成4个嫁接组合,将其种植在连作棉田,调查嫁接棉花和非嫁接棉花的棉花黄萎病、产量和纤维品质。【结果】嫁接棉花和接穗对照相比,棉花黄萎病明显减轻,有些嫁接组合的抗病性达到高抗水平。和接穗对照相比,多数嫁接组合的株高和果枝数高于对照,嫁接对多数嫁接组合的现蕾期、开花期、吐絮期、衣分、铃重以及纤维品质的大多指标影响不显著。4个嫁接组合的结铃数/m2、籽棉和皮棉产量均高于各自的接穗对照。【结论】选取合适的砧木和接穗嫁接组合,可以有效地防治棉花黄萎病和提高连作棉田的棉花产量。     

应用相互嫁接技术研究棉花对黄萎病的抗性

选用对棉花黄萎病表现不同抗性的棉花材料,应用相互嫁接的方法将抗病和感病棉花品种组合在一起构建嫁接系统,将其种植在连作多年的棉田,调查棉花黄萎病的发生情况。结果表明,自身嫁接苗与自根苗抗性差异不显著;相互嫁接植株抗/感(接穗/砧木,下同)和感/抗组合抗病效果明显强于感/感组合,但较抗/抗组合抗病性下降。研究认为,抗病材料无论作砧木还是接穗,均能抑制黄萎病的发生,说明抗病材料植株整体对棉花黄萎病菌具有抵抗能力。     

黄萎病对海/陆嫁接棉苗叶片中H2O2、抗病相关酶活性和GST、PAL基因表达的影响

为探讨棉花黄萎病抗性机制,以抗黄萎病的海岛棉材料Pima90(R)为砧木,以在湖北省感病的陆地棉品种鄂棉22(S)为接穗,获得海/陆嫁接棉苗(S/R),研究海岛棉Pima90(R)、陆地棉鄂棉22(S)和海/陆嫁接棉苗(S/R)接种后的抗病反应,测定叶片中的H_2O_2含量,比较三者POD、PAL酶活性水平和PAL、GST基因表达模式的差异。结果显示:以黄萎病菌大丽轮枝菌菌株V991接种棉苗根部,海/陆嫁接棉苗(S/R)的萎蔫程度介于砧木Pima90(R)和接穗鄂棉22(S)之间,表明利用抗病海岛棉砧木(R)对感病陆地棉(S)嫁接可提高棉苗对黄萎病的抗性;接种后,鄂棉22(S)、Pima90(R)和海/陆嫁接棉苗(S/R)三者叶片中的H_2O_2含量、POD和PAL活性均有明显升高;其中感病品种鄂棉22(S)中H_2O_2含量和POD、PAL活性上升相对较缓慢,抗病品种海岛棉Pima90(R)上升较快,而海/陆嫁接棉苗(S/R)上升幅度介于R和S二者之间,且与抗病砧木Pima90(R)表现出相似的趋势;接种后不同时段对GST和PAL基因的real-time PCR分析结果显示,GST基因表达在Pima90(R)、鄂棉22(S)和海/陆嫁接棉苗(S/R)均表现出先缓慢上升后下降的趋势;在感病品种鄂棉22(S)中高水平表达持续时间短(8～16h),而在抗病海岛棉品种Pima90(R)和海/陆嫁接棉苗(S/R)中,高水平表达持续时间较长(8～48h);PAL基因在Pima90(R)、鄂棉22(S)和嫁接棉苗(S/R)中具有相似的表达模式,即均表现为上升-下降-上升(-下降)的表达趋势,在8h和48h出现2个表达峰值;在感病品种鄂棉22(S)中PAL表达量较低,2个峰值较小;而在抗病海岛棉品种Pima90(R)中,PAL表达水平高,2个峰值较大;海/陆嫁接棉苗(S/R)中PAL表达量介于R和S二者之间。     

不同温度条件下接种棉花枯萎病菌海岛棉和陆地棉抗病性研究

[目的]比较海岛棉和陆地棉抗枯萎病性差异,确定海岛棉和陆地棉室内抗病性鉴定方法,分析海岛棉和陆地棉病程反应机制,为今后的棉花抗枯萎病性研究奠定基础.了解海岛棉枯萎病发生规律和抗病机理,揭示不同类型棉花品种抗病性的机制,为今后培育抗病新品种开展海岛棉抗病鉴定、分子育种奠定基础.[方法]在不同温度条件下,分别对海岛棉和陆地棉接种枯萎病菌,考察海岛棉和陆地棉的发病特性,利用方差分析,比较海岛棉和陆地棉以及不同品种间在不同温度条件下的抗性差异.[结果]不同品种在不同温度下的感病情况存在差异,棉花品种在25℃受到棉花枯萎病的感染最为严重,海岛棉品种比陆地棉品种感病程度重.[结论]不同温度条件下枯萎病对海岛棉和陆地棉影响不同,棉花感枯萎病程度随温度的升高而加重,以25℃条件下感病程度最为严重;不同棉花种对枯萎病的抗、感病性不同,一般条件下陆地棉不宜感病,海岛棉较为感病,海岛棉品种比陆地棉品种感病程度较重.     

棉花黄萎病发病程度对海岛棉产量和纤维品质的影响

【目的】研究棉花黄萎病对海岛棉产量和纤维品质的影响,为防治海岛棉黄萎病提供理论依据。【方法】以海岛棉新海42号为研究对象,对病圃样本中所有该品种棉株按病级分类,进行单株收花、计产及考种。【结果】黄萎病发病程度对海岛棉产量影响表现为,随着发病病级的升高,单株铃数、单铃重、衣分均显著降低;对海岛棉纤维品质的影响表现为0级,上半部平均长度、断裂比强度、马克隆值、纤维整齐度、成熟度、纤维伸长率、短绒率与Ⅳ级病株的相关指标相比,差异显著。【结论】海岛棉(新海42号)发病程度对单株的产量影响较大,且对单株的纤维品质各项指标均有不同程度影响。     

棉花高效嫁接新方法及其应用

【目的】棉花体细胞再生植株、转基因植株、茎尖培养植株等无菌苗直接定植成活率低，在一定程度上制约了生物技术和细胞工程在棉花遗传改良等方面的应用，嫁接能够改善这一状况。本研究的目的是建立对大规模保存棉花遗传分离群体、稀有种质资源和远缘杂交不育材料具有特殊意义的高效嫁接技术。【方法】尝试用“顶插”、“劈接”和“合接”等不同方式对棉苗进行嫁接，探索新的高效棉花嫁接方法。【结果】得到高效棉花嫁接合接法。采用此法时应提前培育健壮棉苗做砧木，砧木的苗龄≥接穗的苗龄；砧木和接穗苗龄相差1～2片真叶时嫁接效果较好，接穗至少保持1片叶子。砧木和接穗为不同品种与砧木和接穗为同一品种相比，后者的嫁接成活率较高，但嫁接不受基因型的限制，各种类型的棉花材料均可嫁接。【结论】“接合法”是实用有效的棉苗嫁接法。利用此技术大规模嫁接棉花转基因植株、遗传分离群体、常规棉株等，嫁接成活率在90%～100%。     

芙蓉葵的黄萎病抗性鉴定

为挖掘抗棉花黄萎病菌新种质,进而为棉花抗黄萎病育种提供有益基因资源。以芙蓉葵(Hibiscus moscheutos L.)、‘中棉所8号’和Pima90-53为材料,采用蛭石育苗和无菌育苗2种方法,对其黄萎病抗性进行了鉴定。结果表明,采用蛭石育苗,芙蓉葵表现出高抗黄萎病,病情指数为7.69,其抗性优于抗病的海岛棉品种Pima90-53。陆地棉品种‘中棉所8号’表现出感病性状。采用无菌育苗,芙蓉葵黄萎病抗性优于海岛棉品种Pima90-53。2种抗性鉴定方法中,均不能从接菌培养的芙蓉葵分离出黄萎病菌。说明芙蓉葵具有高抗棉花黄萎病的特性。     

海岛棉和陆地棉叶片光合特性、冠层结构及物质生产的差异

【目的】探讨海岛棉和陆地棉两个棉花栽培种群体物质生产存在差异的原因,揭示海岛棉和陆地棉产量形成的机理,为选育高光效棉花品种和高产高效栽培提供理论依据。【方法】在新疆气候生态条件下,选用能适应北疆棉区的海岛棉品种（系）（新海22号、H858）和陆地棉主栽品种（新陆早13号、新陆早33号）为试验材料,分别测定不同棉花品种（系）叶片的叶绿素含量、叶面积指数、冠层开度、叶片向日性运动、群体光合速率和生物量等指标,探讨海岛棉和陆地棉两个栽培种间群体冠层结构、叶片光合组分和光合生产特性等的差异。【结果】陆地棉品种冠层上部叶片数量多,叶面积指数大,冠层开度小,上部叶片光截获量占冠层光截获总量的比例大,冠层中下部光截获量少;海岛棉品种冠层上部叶片少,叶面积指数小,冠层开度大,截获的光占冠层光截获总量的比例小;海岛棉品种群体光合速率均比陆地棉高;两个棉花栽培种光合物质生产能力存在显著差异,海岛棉光合产物总量多,但生殖器官占总光合产物的比例显著低于陆地棉;海岛棉和陆地棉产量构成因子及皮棉产量差异显著,陆地棉单位面积总铃数约为1.30×10⁶个/hm²,皮棉产量为3 000-3 500 kg·hm^-2,海岛棉虽然单位面积铃数显著大于陆地棉,达到1.54×10⁶个/hm²左右,但单铃重远低于陆地棉,皮棉产量仅1 500 kg·hm^-2左右;在棉铃空间分布上,海岛棉棉铃主要分布在冠层中下部,而陆地棉棉铃在冠层中上部的分布比例大。【结论】与海岛棉相比,陆地棉总光合产物低,但经济系数高,籽棉产量高,通过改善陆地棉冠层结构,延长群体光合功能期,提高光合产物累积量,有利于陆地棉产量的进一步提高;与陆地棉相比,海岛棉冠层光能利用率高,群体光合速率高,光合物质生产潜力大,但单铃重低,总铃库较小,且铃库与光合源比例失衡,光合产物转运效率低,经济系数小,产量较低。选育大铃、早熟性好的海岛棉品种,并适当增大种植密度,可能是海岛棉增产的技术途径。     

海岛棉GbPR10基因的克隆及其抗枯萎病表达分析

【目的】为棉花抗枯萎病分子育种的基因来源提供依据。【方法】根据前期转录组测序和抗病表达数据,从棉花EST数据库中筛选出抗枯萎病有关的基因(登录号为CD486053)序列,在NCBI搜索与该基因同源性为94%的海岛棉抗病相关PR10基因(登录号为AY588276)并设计引物,从枯萎病接菌的抗病海岛棉材料“06-146”克隆一个海岛棉同源基因,命名为GbPR10基因。进行生物信息学和在枯萎病菌、乙烯、水杨酸处理下基因表达量分析。【结果】GbPR10基因有480 bp的ORF序列,编码159个氨基酸。该蛋白序列中具有PR10蛋白特有的Bet-v1结构域和改变的甘氨酸环P-Loop(GXGGXG)。蛋白质序列同源比对表明该蛋白与其他生物PR10蛋白有较高的一致性。亚细胞定位预测表明GbPR10分布于细胞质。qRT-PCR表达分析表明,GbPR10基因在不同抗病海岛棉品种的不同组织上表达量不均匀而较高于感病海岛棉品种;在乙烯和水杨酸处理的1对抗/感海岛棉根系中,抗病品种出现先上调后下调趋势,感病材料后期诱导表达,抗病品种的表达量几乎高于感病品种。【结论】GbPR10基因在海岛棉抗枯萎病信号途径中起重要作用。     

海岛棉抗枯萎病相关基因实时荧光定量PCR分析

【目的】以不同抗性海岛棉为材料,利用实时荧光定量PCR技术对11个棉花抗枯萎病相关基因进行表达量分析,为海岛棉抗枯萎病育种及抗病机理提供候选基因资源。【方法】选择海岛棉抗枯萎病材料06－146、易感材料新海14号,及以其为父母本杂交的RIL系高代材料10893（超抗）、10895（高抗）、10897（感病）、10796（易感）为实验材料,进行接菌处理。分别取接菌0、4、10、18、28和40 h后的幼苗下胚轴,提取mRNA并反转录。根据已知陆地棉抗枯萎病相关的EST序列和海岛棉抗病转录组测序筛选到的抗病相关基因序列设计引物,进行实时荧光定量 PCR反应。根据各基因在不同材料中的表达值,分析各基因与海岛棉抗枯萎病间的关系。【结果】CFW3、CFW10、comp62810、comp71372四个基因在海岛棉抗枯萎病过程中可能起着比较重要的作用,尤其是利用抗病材料和感病材料转录组测序后得到的与抗病性有关的comp62810、comp71372基因。【结论】不同棉花品种对病菌侵染的灵敏程度,不同的品种的灵敏度不同,用以判断基因的作用。     

新疆棉花黄萎病抗性鉴定与评价

[目的]对新疆生产上主栽以及参加生产示范的棉花品种(系)的黄萎病抗性进行鉴定,为棉花生产提供指导.[方法]利用发病均匀的自然病圃对棉花品种的黄萎病抗性进行鉴定.[结果]通过对南、北部棉区的主栽以及参加生产示范及常规区试的120份棉花品种黄萎病抗性鉴定发现,抗黄萎病的棉花品种较少,主要以耐黄萎病和感黄萎病品种为主.只鉴定出一个抗黄萎病品种01 -2,其病情指数较高为20.0,达到抗病与耐病的临界值.耐黄萎病品种较多占到44.2;,包括81-3等种植多年的老品种.[结论]目前新疆棉花以耐黄萎病品种为主,缺乏抗黄萎病品种,亟需培育新的抗病品种.     

棉花枯萎病室内苗期抗病性鉴定方法及评价

【目的】采用优化苗期抗病性鉴定方法及评价,研究陆地棉种质资源对枯萎病尖孢镰刀菌萎蔫专化型(Fusarium oxysporum f.sp.Momordicae)7号生理小种的抗病性,为棉花抗病育种提供基础抗源。【方法】以265份陆地棉为材料,利用伤根灌菌液法于室内进行棉花苗期枯萎病抗性鉴定,以新疆材料军棉1号为感病对照品种,调查记录病级,以相对病情指数作为评价抗性类型指标。【结果】无免疫(I)枯萎病的品种(系),具有高抗(HR)特性的品种(系)5份,抗病(R)特性的品种(系)78份、耐病(T)特性的品种(系)130份、感病(S)特性的品种(系)材料52份,占枯萎病抗性鉴定品种(系)总数的百分比分别为1.9%、29.4%、49.1%和19.6%。【结论】耐枯萎病的品种(系)最多,具抗病性品种(系)次之。     

棉花黄萎病的抗性遗传研究

[目的]探讨新疆棉花黄萎病抗性遗传规律.[方法]采用NCⅡ(不完全双列杂交设计),将7份棉花品种按4×3两级分法配制F1组合12个,以108-夫为对照,随机区组设计.在自然病圃进行黄萎病抗性鉴定.[结果]抗病杂交组合选配以海陆杂交组合具有较高的特殊配合力,陆地棉黄萎病抗性相对病指广义遗传力为97.39;,狭义遗传力为52.17;.黄萎病抗性与蕾铃脱落具有显著负相关.[结论]黄萎病抗性以加性效应为主,但是同时具有较高的显性效应.     

基于优异等位基因的棉花抗黄萎病性状的分子鉴定

【目的】发掘棉花抗黄萎病相关的优异等位基因,利用优异等位基因对棉花抗黄萎病性状进行分子检测,实现对抗病性的快速鉴定和对抗病基因型的直接选择,有效解决当前抗病性鉴定周期长、抗病性选择效率低的技术难题。【方法】选用125份陆地棉优异种质,分别采用田间黄萎病病圃鉴定和温室接种鉴定对材料进行抗黄萎病鉴定,分析材料的抗病性变异;通过筛选前期获得的与棉花抗黄萎病表型显著关联的优异等位基因位点并计算其效应值,分析不同材料中含有的优异等位基因数目及其优异等位基因效应值之和,研究利用优异等位基因位点进行棉花抗黄萎病预测的可行性,并比较基于优异等位基因位点的抗病性分子鉴定与传统抗病性表型鉴定的相关性。【结果】陆地棉在黄萎病抗性方面表现出广泛的变异,125份种质材料在田间病圃鉴定条件下和温室鉴定条件下的抗黄萎病相对病指变化范围分别为10.10—76.6和17.01—72.63;基于前期的研究结果共筛选到40个抗黄萎病优异等位基因,效应值的变化范围为-8.20—-0.39,每份材料含有的优异等位基因数目为1—24个,每份材料中的优异等位基因效应值之和的变化范围为-92.37—-0.86;相关性分析结果表明,每份材料中含有的优异等位基因效应值之和与材料的抗黄萎病相对病指极显著正相关,病圃鉴定与温室鉴定条件下两者的相关系数分别为0.616和0.566;材料的优异等位基因数目与材料的抗黄萎病相对病指极显著负相关,病圃鉴定与温室鉴定条件下两者的相关系数分别为-0.618和-0.535。【结论】棉花种质材料中含有的优异等位基因数目、优异等位基因效应值之和与材料的抗黄萎病相对病指间存在显著相关性,表明抗黄萎病优异等位基因的累加具有明显提高抗病性的作用,材料所含有的优异等位基因数目和优异等位基因效应值之和在一定程度上可以反映材料抗病性的强弱,从而实现对抗病性的分子鉴定。     

陆地棉核心种质抗黄萎病鉴定与优异种质筛选

棉花黄萎病是由大丽轮枝菌引起的土传维管束病害,对棉花生产造成了严重危害。核心种质代表着整个资源群体的遗传多样性,采用六棱塑料钵定量注射菌液法,在环境可控的人工生长室对419份陆地棉品种（系）组成的核心种质进行了黄萎病抗性鉴定与优异材料筛选。结果表明,419份陆地棉种质资源总体抗病材料偏少,共筛选出12份抗病材料,病情指数范围在21.67～25.00;耐病材料253份,病情指数分布在25.47～50.00,其他材料均表现为感病;缺乏对黄萎病免疫和高抗的材料;现代品种的平均病情指数为43.75,整体抗性都要好于中期、早期品种（平均病情指数分为48.60和51.55）;来自我国黄河流域棉区的材料（平均病情指数为43.21）整体抗性要好于其他植棉区和地理来源品种的整体抗性。筛选出的抗病材料为棉花抗黄萎病遗传改良提供了优异资源。     

棉花抗枯、黄萎病育种技术研究

【目的】研究棉花抗枯、黄萎病育种技术，选育棉花抗枯、黄萎病的多抗性新品种。【方法】试验采用致病力强的菌种，培养备制成棉枯萎病棉籽粉载菌体和棉黄萎病孢子悬浮液，研究不同菌量、不同接菌方法、致病温度因素、病圃接菌选择及多抗病性育种选择技术指标。【结果】播前土壤接棉枯萎病菌棉籽粉载菌体，棉苗2片真叶时，伤根接黄萎病菌孢子悬浮液，盖膜保温诱导发病，淘汰感病群体及感病个体。大田病圃是在重病地接种发病棉杆，移栽时再用棉黄萎病菌孢子悬浮液沾根，发病高峰淘汰棉枯、黄萎病感病群体及感病个体，结合丰产、优质性状的遗传选择，培育出抗病棉花品种。【结论】该项技术是在研究棉花苗期诱导抗性和大田病圃筛选相结合构建的新方法。     

棉花黄萎病抗性毒素鉴定的可行性分析

利用病圃鉴定和毒素鉴定,分别对35个具有陆地棉遗传背景的野生棉种质渐渗系和抗、感病对照进行抗黄萎病性鉴定。病圃鉴定结果表明,苏6005、苏6073高抗黄萎病,苏6025、苏6093抗黄萎病,而文5、苏6016、苏6022、苏6026、苏6035、苏6038等22个品种(系)达到耐病标准,鄂荆1号、苏6001、苏6007、苏6023、苏6042、苏6061等11个品种(系)感黄萎病。毒素浸根试验证实,24、48h致萎度不能真实反映供试品种(系)对黄萎病的抗性水平,而毒素浸根72h后,供试品种(系)对黄萎病毒素伤害的抗性存在显著差异。根据苗期毒素鉴定的72h致萎度,能够准确预测供试品种(系)成株期在病圃鉴定中对黄萎病的抗性水平,棉花对黄萎病抗性的毒素鉴定是一种简便、快速、高效、可行的抗病鉴定方法。     

棉花黄萎病相关基因GhMYB6的克隆与功能分析

【目的】克隆陆地棉MYB家族基因GhMYB6,并对其在棉花抗黄萎病反应中的功能进行初步探究,为挖掘棉花抗病相关基因及棉花抗病育种提供参考。【方法】基于棉花转录组测序数据,筛选并克隆了响应黄萎病菌侵染的基因GhMYB6,对其序列进行生物信息学分析,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测其在黄萎病诱导下的表达模式,并利用病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术初步验证棉花抗黄萎病中的生物学功能。【结果】克隆获得的GhMYB6基因开放阅读框(ORF)为258 bp,编码85个氨基酸残基,理论等电点(pI)为9.34,脂肪系数为73.41,平均疏水性为-0.793,相对分子质量为9.86 kD,不稳定指数为73.41,为亲水性、碱性的非跨膜蛋白,无信号肽,定位于细胞核,在第11~63氨基酸处含有1个SANT结构域。GhMYB6蛋白与雷蒙德氏棉GrMYB6聚在同一小分支上,说明二者的亲缘关系较近。GhMYB6基因在V991侵染后6和12 h时相对表达量较对照(未侵染处理,CK)极显著下调(P<0.01),72 h时显著上调(P<0.05,下同),24和48 h时与CK无显著差异(P>0.05)。与阴性对照植株TRV:00相比,GhMYB6基因沉默植株萎蔫程度和叶片黄化更严重,病情指数显著升高,茎秆的褐变程度更严重,且茎段在培养基上生长的真菌菌丝数量明显增多。【结论】GhMYB6基因响应黄萎病菌V991侵染,当抑制GhMYB6基因表达后,棉花对黄萎病菌的敏感性增强,抗性明显降低,推测GhMYB6是棉花抗黄萎病防御的一个正向调节因子。     

Development and identification of Verticillium wilt-resistant upland cotton accessions by pyramiding QTL related to resistance

Cotton Verticillium wilt is a serious soil-borne disease that leads to significant losses in fiber yield and quality worldwide. Currently, the most effective way to increase Verticillium wilt resistance is to develop new resistant cotton varieties. Lines 5026 and 60182 are two Verticillium wilt-resistant upland cotton accessions. We previously identified a total of 25 quantitative trait loci(QTLs) related to Verticillium wilt resistance from 5026 and 60182 by assembling segregating populations from hybridization with susceptible parents. In the current study, using 13 microsatellite markers flanking QTLs related to Verticillium wilt resistance, we developed 155 cotton inbred lines by pyramiding different QTLs related to Verticillium wilt resistance from a filial generation produced by crossing 5026 and 60182. By examining each allele's effect and performing multiple comparison analysis, we detected four elite QTLs/alleles(q-5/NAU905-2, q-6/NAU2754-2, q-8/NAU3053-1 and q-13/NAU6598-1) significant for Verticillium wilt resistance, pyramiding these elite alleles increased the disease resistance of inbred lines. Furthermore, we selected 34 elite inbred lines, including five lines simultaneously performing elite fiber quality, high yield and resistance to V. dahliae, 14 lines with elite fiber quality and disease resistance, three lines with high yield and disease resistance, and 12 lines with resistance to V. dahliae. No correlation between Verticillium wilt resistance and fiber quality traits/yield and its components was detected in the 155 developed inbred lines. Our results provide candidate markers for disease resistance for use in marker-assisted breeding(MAS), as well as elite germplasms for improving important agronomic traits via modern cotton breeding.