不同棉花品种纤维比强度形成的温度敏感性差异机理研究

 【目的】研究纤维比强度形成存在温度敏感性差异的2个棉花品种纤维发育生理特性对低温的响应差异。【方法】选用纤维比强度形成存在温度敏感性差异的2个品种（科棉1号：温度弱敏感型品种,苏棉15：温度敏感型品种）,通过分期播种,使相同果枝部位棉铃发育处于不同的温度条件,研究低温对棉花纤维发育相关物质含量和酶活性的影响。【结果】正常播期条件下,棉纤维发育期日均最低温为24.0和25.4℃,棉纤维中蔗糖合成酶活性高,β-1,3-葡聚糖酶活性低,蔗糖转化率和纤维素含量均较高,最终纤维比强度最高;晚播所致的低温（棉纤维发育期日均最低温低于21.1℃）则显著影响棉纤维发育,蔗糖转化率、纤维素含量、β-1,3-葡聚糖含量均下降,纤维发育相关酶活性中蔗糖合成酶活性下降、β-1,3-葡聚糖酶活性上升,导致纤维比强度降低。2个纤维比强度形成存在温度敏感性差异的棉花品种纤维发育生理特性对低温的响应存在差异,温度敏感型品种（苏棉15）的蔗糖转化率、纤维素含量及酶活性（蔗糖合成酶、β-1,3-葡聚糖酶）在因播期形成的不同温度间的变化幅度明显大于温度弱敏感型品种（科棉1号）。【结论】低于21.1℃的日均最低温影响棉纤维发育及纤维比强度形成,不同棉花品种纤维发育相关的物质含量、酶活性对低温的响应存在差异,这可能是导致纤维比强度存在温度敏感性差异的主要原因之一。     

低温条件下相关关键酶活性对棉纤维比强度形成的影响

【目的】研究低温对纤维比强度形成的影响。【方法】通过设置大田分期播种试验,使相同果枝部位棉铃可以处于不同的温度条件下发育,研究低温对棉纤维发育关键酶活性及相关基因表达的影响。【结果】低温影响纤维素的累积速率并最终影响纤维比强度的形成,其原因是在不同水平上影响了纤维发育关键酶的活性。在生化水平上,低温（铃龄0～50 d日均温<23.0℃,铃龄25～50 d日均温<21.0℃）提高了纤维中β-1,3-葡聚糖酶的活性、降低了蔗糖合成酶的活性,且前者对温度更为敏感。在基因表达水平上,低温使Expansin、蔗糖合成酶基因的表达量增加,β-1,3-葡聚糖酶基因的表达与此相反,低温下Expansin到达表达峰值时间推后且维持高表达的时间延长,低温可导致15 d铃龄纤维β-1,3-葡聚糖酶基因表达量显著降低,而蔗糖合成酶基因表达量显著升高。【结论】在纤维品质形成上,低温导致棉纤维伸长期及伸长高峰推后,低温下纤维素累积量、纤维比强度的变化特征与纤维蔗糖合成酶活性及β-1,3-葡聚糖酶基因表达的变化特征高度一致,与β-1,3-葡聚糖酶活性及蔗糖合成酶基因表达受低温影响的规律相反。     

棉纤维发育过程中糖代谢生理特征对氮素的响应及其与纤维比强度形成的关系

 【目的】研究棉纤维发育过程中的糖代谢生理特征对氮素的响应及其与纤维比强度形成的关系,探索改善棉纤维比强度的生理调控技术途径。【方法】以美棉33B（AC-33B）和科棉1号（KC-1）为材料,设置大田氮素水平0 kg N?hm－2（缺氮）、240 kg N?hm－2（适氮）和480 kg N?hm－2（高氮)试验,研究3个氮素水平下棉纤维发育过程中糖代谢的重要物质（蔗糖和β-1,3-葡聚糖）含量变化、调节糖代谢的相关酶（蔗糖酶、蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶及β-1,3-葡聚糖酶）活性的动态变化和纤维比强度形成的关系。【结果】两年试验结果表明,在240 kg N?hm－2水平下,棉纤维中的蔗糖酶活性最高,可长时间地为棉纤维发育提供一个充足的物质能量库,蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶活性最高,促使纤维发育过程中铃龄5～24 d的蔗糖下降量及24～31 d蔗糖增长量最大,并且全铃期内转化率高且转化彻底,β-1,3-葡聚糖酶活性高,使含量及峰值高的β-1,3-葡聚糖中后期转化彻底,因此,此水平下棉纤维发育过程中蔗糖和β-1,3-葡聚糖含量的上述动态变化,有利于纤维素平缓累积且累积期长,与高强纤维的形成需要的纤维素累积特征相吻合;而在0 kg N?hm－2水平下,棉纤维发育过程的糖代谢生理特征与上述表现刚好相反,最终纤维素累积过快且累积期短,形成低强纤维;480 kg N?hm－2水平则介于上述两者之间。【结论】棉纤维发育过程糖类物质代谢生理特征在0、240、480 kg N?hm－2水平间存在明显差异,该差异是导致纤维最终比强度形成不同的重要因素。在240 kg N?hm－2水平下,上述糖代谢相关酶活性变化及糖类物质供给更为优化,更有利于高强纤维的形成。     

棉纤维发育相关酶活性的基因型差异与纤维比强度的关系

 【目的】以纤维比强度差异较大的不同基因型棉花为材料，研究它们纤维发育过程中相关酶活性的动态变化与纤维比强度的关系，为探索改善棉纤维比强度的生理调控途径提供理论依据。【方法】选择棉纤维比强度分属高（科棉1号）、中（美棉33B）、低（德夏棉1号和苏棉15号）3种类型，4个不同基因型的品种，在大田栽培条件下，研究棉纤维次生壁加厚过程中相关酶活性的动态变化、纤维素累积和纤维比强度形成的关系。【结果】β-1,3-葡聚糖酶活性在次生壁加厚发育过程中呈下降趋势，蔗糖合成酶、过氧化物酶和IAA氧化酶活性变化均呈单峰曲线，基因型间差异主要表现在酶活性的大小和峰值出现的时间。科棉1号属高强纤维基因型，棉纤维中与纤维发育相关的酶活性在整个次生壁加厚期高于中、低强纤维基因型，前者酶活的动态变化与纤维素累积快速增长期的协调性好，纤维素累积平缓，纤维比强度增强的幅度大；反之，如低强纤维品种德夏棉1号和苏棉15号，其纤维发育相关酶在次生壁加厚期活性低，纤维素累积快速增长期短，纤维比强度增强的幅度小；美棉33B棉纤维发育相关酶活性、纤维素累积和纤维比强度形成特征介于上述两种基因型之间。【结论】不同基因型棉花纤维中与纤维发育相关的酶活性存在显著差异，该差异可能是导致纤维素累积特性及纤维比强度形成基因型间差异的主要生理原因之一。     

南果梨果实糖积累过程中相关酶的作用

以南果梨为试材,测定了不同发育时期果实中的果糖、葡萄糖、蔗糖和淀粉含量以及相关酶的活性-酸性转化酶(AI)、中性转化酶(NI)、蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)和淀粉酶的活性,并对果实中糖积累与酶活性的关系进行了分析。结果表明:南果梨果实发育呈单S曲线;幼果期和迅速生长中期,果糖和葡萄糖积累较多,蔗糖无积累,与此期高活性的蔗糖转化酶有关;酸性转化酶、中性转化酶前期活性高,后期活性低;蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶的活性变化相似,呈V形变化趋势。果实成熟前蔗糖开始快速积累,蔗糖的积累是多种酶共同作用的结果,酸性转化酶、中性转化酶的活性降低是蔗糖积累的必要前提,当酸性转化酶、中性转化酶活性的消失和SS、SPS活性升高时,开始积累蔗糖;淀粉酶的活性随着果实的迅速生长而上升,果实成熟前活性开始下降。     

环剥对灰枣果实中糖积累及蔗糖代谢相关酶活性的影响

【目的】研究环剥后枣果实发育过程中糖分含量的变化与蔗糖代谢相关酶活性之间的关系,改善枣果实品质提供理论依据。【方法】以5a生灰枣为对象,测定环剥后果实发育过程中糖分含量的变化和蔗糖代谢相关酶活性。【结果】(1)灰枣环剥和对照的果实在整个发育过程中,果糖、葡萄糖和蔗糖的含量变化基本一致,其积累随着果实的发育总体呈上升趋势。环剥明显提高了灰枣果实果糖、葡萄糖和果实发育后期的蔗糖含量。果实成熟期蔗糖显著高于果糖和葡萄糖的含量,灰枣果实以积累蔗糖为主。(2)环剥有助于提高环剥口愈合前(7月15日)果实内中性转化酶、蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶的活性。果实全红期至实成熟,环剥处理果实的蔗糖合成酶合成方向(SSs)活性显著高于对照,是环剥处理果实蔗糖含量高与对照的主要原因。【结论】环剥有利于果实果糖、葡萄糖和蔗糖的积累,SSs活性对环剥处理果实的蔗糖代谢起主要调节作用。     

棉铃对位叶氮浓度对纤维糖类物质和纤维比强度的影响

【目的】探明棉铃对位叶氮浓度对棉纤维比强度形成的影响。【方法】以纤维比强度差异较大的3个棉花品种为材料,设置不同施氮量处理以形成不同的棉铃对位叶氮浓度,研究棉纤维加厚发育过程中棉铃对位叶氮浓度的动态变化及其与纤维中糖类物质及纤维比强度间的关系。【结果】棉铃对位叶氮浓度随铃龄的变化符合幂函数曲线YN=αt-β;在棉纤维加厚发育过程中,纤维中蔗糖、β-1,3-葡聚糖和纤维素含量随棉铃对位叶氮浓度的增加呈抛物线型变化,蔗糖、纤维素累积与纤维比强度形成的最佳棉铃对位叶氮浓度变化曲线相吻合,β-1,3-葡聚糖累积与纤维比强度形成的最佳对位叶氮浓度差异较大。【结论】棉铃对位叶氮浓度反映了棉铃发育的氮营养状况,在棉纤维加厚发育过程中,均存在一个有利于蔗糖、β-1,3-葡聚糖、纤维素累积及高强纤维形成的最佳对位叶氮浓度。棉纤维中较高的蔗糖和纤维素含量有利于纤维比强度的形成;棉纤维加厚发育前期较高的β-1,3-葡聚糖含量有利于纤维比强度的形成,后期则对纤维比强度形成的作用降低。不同品种纤维比强度形成的对位叶适宜氮浓度差异较大,进一步说明对位叶氮浓度影响棉花纤维加厚发育和比强度的形成。     

夜间亚低温对番茄果实糖含量和糖代谢酶活性的影响

[目的]研究夜间亚低温对番茄（Lycopersicon esculentumM ill.）果实几种糖含量及糖代谢酶活性的影响。[方法]以15℃夜温为对照,研究了9℃夜间亚低温处理对番茄果实果糖、葡萄糖和蔗糖含量及酸性转化酶（AI）、中性转化酶（NI）、蔗糖合成酶（SS）和蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性的影响,并分析了糖含量与糖代谢酶活性的相关性。[结果]经过夜间亚低温处理后,番茄果实中果糖、葡萄糖和蔗糖含量均小于对照。与对照相比,夜间亚低温处理使番茄果实中AI和NI的活性降低,但SS和SPS活性变化没有明显的规律性。在番茄幼果期,果实中AI和NI活性的变化幅度相对较小,但在果实成熟时转化酶活性急剧升高;SS活性随着果实的发育逐渐降低,在果实成熟期SS活性很低;试验期内,SPS活性一直处于低活性水平。番茄果实中AI和NI活性与葡萄糖和果糖的含量呈极显著正相关,蔗糖合成酶（SS）活性与蔗糖含量呈极显著正相关。[结论]夜间亚低温导致成熟期番茄果实含糖含量下降的主要因素是转化酶活性的变化。     

三个西瓜品系果实发育期间糖积累与糖代谢相关酶活性之间的关系

【目的】研究西瓜果实糖积累及与糖代谢相关酶的关系,为揭示西瓜糖积累机理提供参考.【方法】以籽瓜品种‘靖远大板’(P1)、西瓜‘04-12’自交系(P2)及其杂交的F1代为材料,测定了西瓜果实整个发育期果肉葡萄糖、果糖和蔗糖的含量及蔗糖磷酸合成酶(SPS)、磷酸合成酶(SS)、转化酶(Inv)的活性.【结果】幼果期果实中果糖、葡萄糖和蔗糖的含量都较低,随着果实发育,P1与F1变化趋势相近,变化幅度较小,而P2果实果糖与葡萄糖都是先升高后略有降低,蔗糖含量快速升高成为后期果实中可溶性糖的主要成分(蔗糖/己糖比值0.71).3个西瓜品系果实中酸性转化酶(AI)与中性转化酶(NI)活性都是早期变化缓慢,后期呈大幅度下降;SS活性变化为先升高后下降;SPS活性变化P2一直升高,P1与F1趋势相近,呈先升高后下降趋势,只是F1下降幅度较小.【结论】西瓜总糖含量中果糖和葡萄糖的增加起到一定的作用,但更多的取决于蔗糖含量的增加幅度;高糖西瓜蔗糖的快速积累,与SS、SPS活性的上升和Inv活性的下降有密切关系(P0.05).     

‘KRS’芒果发育过程中糖积累与代谢相关酶活性的关系

[目的]探讨芒果果实糖积累和转化的生理机制。[方法]以‘KRS’芒为试材,研究芒果果实生长发育和成熟过程中的淀粉、蔗糖、葡萄糖和果糖含量变化,与淀粉酶、蔗糖代谢相关酶——酸性转化酶(AI)、中性转化酶(NI)、蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性的相关性。[结果]果实发育前期‘KRS’主要积累淀粉、葡萄糖和果糖,成熟时淀粉酶活性降至最低,淀粉水解快速积累蔗糖。在整个发育过程中AI活性维持最高,完熟时降低,SPS在果实发育中期略有降低,完熟时升至最高,SS和NI一直很低且较稳定。相关性分析表明淀粉含量与酸性转化酶活性呈显著正相关;蔗糖、葡萄糖含量与SPS、SS呈极显著正相关;果糖含量与SS、AI均呈极显著正相关。[结论]芒果成熟时淀粉分解、AI活性降低和SPS、SS活性的增加是引起‘KRS’果实蔗糖积累的主要因子。     

新疆棉花播期对棉纤维糖类物质及超分子结构的影响

[目的]在新疆气候生态条件下,研究不同播期对棉纤维发育过程中纤维素累积和纤维超分子结构的影响,探讨纤维累积特征、超分子结构变化与纤维强度形成的关系,揭示棉花生育后期低温对棉纤维强度形成的影响.[方法]选用新陆早13号和新陆早33号为材料,采用分期播种的方法,形成棉铃发育的不同温度条件,研究棉纤维素发育过程中纤维素累积特性和纤维超分子结构的变化,分析纤维强度形成与超分子结构变化的关系.[结果]在新疆棉花生产正常播期处理条件下,棉纤维的发育处于较适宜的温度条件,纤维发育过程中纤维素积累速率平缓且经历时期长;在晚播条件下,棉纤维发育后期受到低温的影响,纤维素的快速积累起始时期推迟,纤维快速积累时期缩短,纤维素的理论最大含量下降,晚播处理棉纤维的取向分散角和取向分布角的角度大于正常播期处理,纤维强度下降.[结论]在棉纤维发育过程中,棉纤维发育期后期的低温不仅影响了纤维素的积累特性,导致纤维的超分子结构3个参数大于正常播期处理,不利于高强纤维的形成.     

膜下滴灌棉花不同播期对植株顶部棉铃单铃重和纤维品质的影响

【目的】研究不同播期顶部棉铃发育过程中温度变化对棉铃铃重和品质形成的机理,分析膜下滴灌棉田播种后棉铃铃期发育及品质问题,以及分期播种后棉花顶部棉铃发育与温度的关系,确定播期及喷施脱叶剂日期,为膜下滴灌棉花确定播期和提高棉花纤维品质供理论依据。【方法】于2016~2017年在新疆乌兰乌苏农业气象试验站开展田间试验,以正常温度播种时间为对照、设置3~4个播期,根据不同播期播种,调查棉花铃期,测定棉铃单铃重、棉花纤维品质等指标。【结果】4月8日(早播)播种条件下棉花顶部棉铃单铃重较其余播种日期高0.79%~11.02%;花铃期提前3~10 d;棉花纤维长度高1.05%~3.86%、比强度高2.00%~9.49%、整齐度高0.59%~2.03%、马克隆值高0.41%~13.76%。【结论】4月8日(早播)播种条件下棉花顶部棉铃发育在23.70~23.86℃的日均温条件下,花铃期提前,棉花顶部铃铃期发育时间缩短,且单铃重较大,棉花纤维品质较高。其中,日均气温对棉花单铃重和纤维品质影响最大,可最为衡量棉花顶部棉铃发育的重要指标。4月29日(晚播)播种条件下棉花顶部棉铃发育由于最低温度的影响导致铃期缩短,棉花纤维发育受到影响,不利于高强纤维和高质量棉铃的形成。     

棉花植株顶部棉铃发育过程中物质累积及对温度的响应

【目的】研究7、8果枝棉籽与纤维不同播种条件下物质累计的特点,分析温度变化对籽棉物质分配的影响,以及分期播种后上部果枝棉纤维发育与温度的关系,为机采棉确定播种日期和脱叶剂喷施时间和提高棉纤维品质提供理论依据。【方法】于2017~2018年在新疆乌兰乌苏农业气象试验站开展田间试验,以大田生产播期(4月12日)为对照,两年共设置4个播期,随铃龄变化测定棉籽与纤维物质累积特征、棉花纤维品质等指标。【结果】花后50 d内日均温MDT为23.8℃,≥15℃有效积温为456.8℃的正常播期处理下,新陆早59号、新陆早64号上部果枝单粒棉纤维干物质快速累积期分别在铃龄22~40和18~36 d;MDT下降0.3℃,≥15℃有效积温下降17.5℃的条件下,使新陆早64号单粒棉纤维干物质快速累积期平均累积速率提高且理论最大积累量明显增加;在纤维物质累积过程中,日温差对单粒纤维物质快速累积期长短有着极显著影响;纤维与棉籽间存在异速生长特征,并随着铃期MDT的下降异速生长程度减小;MDT为23.0和20.8℃的晚播条件下早中熟品种新陆中82号的棉籽、纤维发育均表现出了较好的适应性。【结论】棉纤维发育对铃期温度下降较为敏感,在铃龄中后期干物质累积速率的明显降低;纤维与棉籽间的异速生长程度随着铃期MDT的下降而降低;铃期日均温差一定程度上决定了其干物质快速累积期的长短;早中熟品种新陆中82号早熟性较好,适宜在北疆棉区种植。     

棉株生理年龄对纤维加厚发育及纤维比强度形成的影响

 【目的】研究棉株生理年龄对棉纤维加厚发育及纤维比强度形成的影响。【方法】通过设置播期试验使位于棉株不同部位的棉花"三桃"（伏桃、早秋桃和晚秋桃）的棉纤维加厚发育期（铃龄25～50 d）处于相同的温度条件下（统计伏桃、早秋桃和晚秋桃棉纤维加厚发育期日均温分别为22.0、19.4和15.3℃）。【结果】棉花"三桃"的棉纤维加厚发育及纤维比强度受温度和棉株生理年龄的双重影响，棉株生理年龄是影响伏桃、早秋桃棉纤维加厚发育的主要因子，对棉株上部果枝的伏桃和下部果枝的早秋桃棉纤维加厚发育具有显著影响，铃重、衣分和纤维比强度均明显低于其他部位；棉纤维加厚发育期低温则是影响晚秋桃棉纤维加厚发育及纤维比强度的首要因子。在本试验15.3℃的温度条件下，棉纤维蔗糖合成酶活性显著降低，β-1，3-葡聚糖酶活性显著升高，同时纤维素累积量和累积速率均显著降低，棉花铃重低于2 g，纤维比强度低于20 CN·tex-1。【结论】棉株生理年龄对伏桃、早秋桃和晚秋桃纤维比强度的影响作用依次增强。     

无膜滴灌栽培条件下不同棉花品种、密度和播期对其生长的影响

【目的】研究无膜滴灌栽培条件下不同棉花品种、密度和播期对其生长的影响,为新疆南疆棉花无膜滴灌栽培技术提供数据支持和理论依据,筛选出适宜的品种、密度和播期。【方法】分别在库尔勒、阿拉尔、图木舒克进行试验,采用无膜滴灌栽培方式和裂-裂区试验设计,研究品种、密度、播期3个因素对棉花生育期、产量构成、农艺性状、干物质积累、纤维品质的影响。【结果】品种和播期对棉花生长影响较大,生育期较短的早熟棉花品种子棉产量较高;播期推迟造成生育期延长,并使子棉产量、单株铃数、衣分、霜前花率逐渐下降,对农艺性状和纤维品质造成一定影响;密度增加造成单株铃数、株高、单株果枝数、单株果节量逐渐下降,对子棉产量、纤维品质未造成显著影响。【结论】棉花品种中619熟性较早,产量较高,可作为新疆南疆无膜滴灌栽培的适宜品种;适宜的播期为4月15~25日;密度22.5×10⁴株/hm²的子棉产量在3个密度中最高,为适宜的种植密度。     

播种时期对棉铃生长发育的调节效应研究

[目的]分析棉铃及纤维发育特点,探明气象因子对纤维品质的影响,从而确定南疆主产棉区优质棉最适宜的播种期,为新疆高产棉花品质保优技术的构建提供科学依据.[方法]试验以中棉所35号为供试材料,设置三个播期(4月5日、4月20日和5月5日),研究不同播期对棉铃生长发育与棉纤维品质形成的影响.[结果]4月20日播种,光温条件良好,棉铃分布合理,个体和群体长势良好,纤维总体品质优于其它两个播期.[结论]决定纤维长度的主要气象因子为≥15℃有效积温.纤维强度与日均温关系最密切,它们之间呈负相关.影响马克隆值的最重要气象因子是日照时数.     

棉(Gossypium hirsutum L.)株生理年龄对棉铃生物量和氮素累积的影响

【目的】探明棉株生理年龄对棉铃生物量和氮素累积的影响及其与棉铃品质的关系。【方法】2005年在江苏徐州(117°11′E,34°15′N)、2007年在河南安阳(114°13′E,36°04′N)设置分期播种(4月25日和5月25日)试验,使棉株不同果枝部位棉铃发育处于相同的温度和不同的棉株生理年龄条件下,研究其生物量和氮素累积的特征及其与棉籽、棉纤维品质的关系。【结果】不同生理年龄条件下,铃壳、棉籽、纤维及单铃最终总生物量和氮素的累积量差异较小,但棉铃各部分生物量和氮素的累积动态存在显著差异:棉株生理年龄较小时(下部果枝),棉铃发育前期生物量和氮素快速累积起始时间较早、速率较高、持续时间较短,而在棉株生理年龄较大时(中部果枝)棉铃生物量和氮素快速累积起始时间较晚、持续时间较长,整个累积过程较为平缓;棉株中部果枝铃纤维比强度显著高于下部果枝铃,而其它主要棉纤维及棉籽品质指标均差异不显著。【结论】棉株生理年龄的变化不改变棉铃最终生物量和氮素累积量,但显著改变棉铃各器官生物量和氮素的累积特征。纤维比强度是对棉株生理年龄或棉铃生物量累积特征最为敏感的指标,棉株中部果枝铃纤维生物量和氮素的平缓累积可能是其纤维比强度较下部铃高的主要原因。