主要生理机制

 笔者结合国内外对于棉纤维发育过程中纤维细胞内部生理生化反应的最新研究成果,依据棉花纤维比强度形成机制,综述了棉纤维比强度形成的关键时期次生壁加厚期,纤维素生物合成的物质变化、参与调控其合成的酶系（纤维素合成酶,蔗糖合成酶,β-1,3-葡聚糖合酶,β-1,3-葡聚糖酶,吲哚乙酸氧化酶和过氧化物酶）及影响合成的主要因素（基因型,温度,激素）等方面的研究进展。为探索改善棉纤维比强度的生理调控途径和培育高纤维强度的棉花品种提供了理论依据。     

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。     

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。     

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。     

花铃期干旱对棉纤维素累积及纤维比强度的影响

为揭示干旱影响棉纤维素累积和纤维比强度的生理代谢基础,以美棉33 B为材料,于棉花中部果枝开花时进行干旱处理,正常灌水为对照,研究花铃期干旱对棉纤维发育关键物质的累积和酶活性的影响。结果显示:花铃期干旱处理花后17~38 d蔗糖和β-1,3-葡聚糖含量均降低,花后0 d干旱处理的蔗糖转化率增加,而β-1,3-葡聚糖转化率降低,纤维素累积速率快但持续期短;花后10 d干旱处理对蔗糖和β-1,3-葡聚糖转化率影响较小,纤维素累积速率慢但持续期长。干旱处理使棉纤维比强度降低,且以花后0 d干旱处理影响较大。干旱处理棉纤维蔗糖合酶活性增加,蔗糖磷酸合酶和β-1,3-葡聚糖酶活性降低。     

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。     

棉纤维发育中激素和相关酶活性与棉花品质形成的研究

论述了棉花纤维发育中激素和相关酶活性对棉纤维品质形成的调控作用.在纤维发育前期,生长素(IAA)、赤酶素(GA3)和玉米素(ZR)有利于纤维的伸长和分化,而脱落酸(ABA)起抑制作用;后期ZR含量影响纤维的粗细和成熟度.在棉纤维发育不同时期蔗糖合成酶(SuSy)和过氧化物酶(POD)活性对纤维品质形成的作用不同,在棉纤维初始和伸长发育阶段蔗糖合成酶均有高活性表达,同时在次生壁加厚阶段,其活性变化会影响纤维素的累积,进而影响纤维强度;而POD活性在纤维发育前期含量低,次生壁阶段升高对品质的形成有利.同时阐述了温度对激素和相关酶活性变化及对纤维品质形成的影响.     

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。     

钙对苹果果实过氧化物酶、β-1,3-葡聚糖合成酶和β-1,3-葡聚糖分解酶活性的影响

 采用贮藏实验与果实薄片培养实验相结合的方法,研究了钙素对苹果果实β-1,3-葡聚糖合成酶、β-1,3-葡聚糖分解酶和过氧化物酶(POD)的活性及对丙二醛(MDA)含量的影响。结果表明,与对照比较,幼果期喷钙显著降低了苹果苦痘病发病率, POD和β-1,3-葡聚糖合成酶的活性增加,β-1,3-葡聚糖分解酶活性和MDA含量降低;果实薄片培养中,与低钙处理比较,高钙处理POD和β-1,3-葡聚糖合成酶的活性增加,β-1,3-葡聚糖分解酶活性和MDA含量下降。说明苹果果实生理变化与钙素营养关系密切,果实钙营养不足导