光质对离体培养条件下绿色棉纤维发育及黄酮合成的影响

为探讨光质对绿色棉纤维生长发育和黄酮合成的影响,以绿色棉品种绿絮棉1号为材料进行离体培养,比较红光、黄光、蓝紫光、白光和暗处理条件下绿色棉胚珠鲜物质质量、纤维长度、纤维素含量、黄酮含量等生理和分子指标的差异。结果表明:光处理能够促进胚珠鲜物质质量的增加,但抑制了纤维的伸长。在纤维发育前期,各光处理抑制了蔗糖合成酶活性和蔗糖合成酶基因表达;纤维发育后期,白光处理提高了蔗糖合成酶活性,促进了蔗糖合成酶基因表达。红光、黄光和蓝紫光处理显著提高了β-1,3￣葡聚糖酶活性(10~20 DAC(Days after culture));红光、黄光和白光均能提高β-1,3￣葡聚糖基因表达量,而蓝光则抑制了基因的表达。白光促进了纤维素的合成,而蓝紫光抑制了纤维素的合成。在纤维发育初期(10 DAC),蓝紫光抑制了黄酮合成及其关键酶基因表达;而在发育后期(30~40 DAC),白光处理能够促进黄酮的合成及其关键酶基因表达。可见,光质对绿色棉纤维发育及黄酮合成具有一定的影响。     

培养基、胚龄和激素配比对棉花胚珠离体培养纤维生长发育的影响

 为建立适合棉花胚珠离体培养纤维生长发育的实验体系，以中棉所49为材料，比较研究了培养基类型、激素种类和配比、胚龄等因素对棉花胚珠培养纤维生长发育的影响，以及棉花胚珠离体培养的基因型差异。结果表明：BT基本培养基较适合于棉花胚珠离体培养；液体培养和固体培养均能诱导棉花离体胚珠产生纤维，但液体培养效果优于固体培养；开花前后的胚珠均能诱导离体纤维的生长，但以开花当天的胚珠为外植体的效果最好。外源激素对于棉花胚珠离体培养纤维生长是必不可少的，GA₃、IAA、NAA、Ethylene和BR均促进离体培养胚珠纤维的生长，且GA₃效果最好；2种激素配合使用效果优于单一激素处理，其中5.0 μmol·L^-1 IAA+5.0 μmol·L^-1 GA₃激素配比效果最佳。棉花胚珠离体培养的纤维生长发育存在显著的基因型差异，不同棉花基因型的最适激素种类及配比具有一定的差异。     

外源生育酚对棉花(Gossypium spp)纤维分化发育的影响

为探究生育酚的非抗氧化功能及其在棉纤维分化发育中的作用,本研究以陆地棉标准系TM-1的胚珠为材料,在BT培养基中加入不同种类和浓度的生育酚,通过胚珠离体培养诱导棉纤维分化发育,同时使用电子显微成像技术,研究外源生育酚对棉纤维分化发育的影响。胚珠离体培养和电镜扫描试验结果表明:胚珠经离体培养3 d后,4种外源生育酚对纤维细胞分化和发育均有促进作用;α-生育酚能显著地促进胚珠表皮纤维突起数量的增加,而γ-生育酚则促进纤维细胞的伸长;胚珠在离体培养条件下,浓度为1.0μmol/L的α-和γ-生育酚对棉纤维的分化发育的促进作用最为显著。本研究将为丰富生育酚的非抗氧化功能和验证生育酚在纤维的分化发育阶段所起的作用提供了理论依据。     

两个棉花品种纤维发育关键酶活性变化特征及其与纤维比强度的关系

选择棉纤维比强度差异明显的2个品种,研究了棉纤维发育关键酶(蔗糖合成酶和β-1,3-葡聚糖酶)活性的变化特征及其与纤维比强度的关系。结果表明,棉纤维发育过程中蔗糖合酶、β-1,3-葡聚糖酶活性变化特征在生化和mRNA转录水平上均存在明显的差异,影响纤维素的沉积特性及纤维比强度。高强纤维品种(科棉1号,平均比强度为35 cN·tex-1)的蔗糖合酶和β-1,3-葡聚糖酶活性及其基因表达量和维持高表达时间均高于低强纤维品种(德夏棉1号,平均比强度为26 cN·tex-1)。其中,高强纤维品种蔗糖合酶的基因表达量铃龄25 d时明显高于低强纤维品种,而β-1,3-葡聚糖酶的基因表达量则在铃龄10~25 d高于低强纤维品种。在纤维素形成过程中,高强纤维品种的纤维素累积平缓且纤维素累积持续期长于低强纤维品种,品种间差异程度受棉株果枝部位影响。在棉纤维发育过程中,Expansin、β-1,4-葡聚糖酶的基因表达量随铃龄的增加呈下降趋势(铃龄20 d时表达量显著下降),这与棉纤维形成过程(铃龄25 d前伸长较快,随后趋于停止)一致,且高强纤维品种维持高表达时间长与其纤维伸长期较长相吻合。     

外源松柏醛和芥子醛影响棉纤维苯丙烷代谢途径基因表达及生长

利用棉花胚珠离体培养和半定量RT-PCR及数字化图像处理技术,通过体外饲喂不同浓度苯丙烷代谢途径中间代谢物松柏醛(CA)和芥子醛(SA)来研究在棉花纤维发育过程中苯丙烷代谢关键中间产物对棉花纤维发育的影响.结果表明,在离体培养棉纤维中,不同浓度(100μmol· L-1、200 μmol· L-1)外源松柏醛(CA)和芥子醛(SA)不但诱导了以CA和SA为底物的基因产物表达量增加,也诱导了苯丙烷代谢途径上游基因产物的表达量增加,且高浓度(200 μmol·L-1)诱导的表达量高于低浓度(100 mol· L-1),芥子醛高于松柏醛;对GhExpansin1的表达和纤维生长均有抑制作用,且高浓度(200 μmol· L-1)抑制作用更加明显,芥子醛抑制作用大于松柏醛.     

5个棉花纤维突变体胚珠和纤维的离体诱导

离体诱导不同类型的纤维突变体胚珠纤维发育 ,研究纤维突变体离体纤维发育的情况。结果表明 :不同基因型突变体的纤维离体发育各不相同 ,纤维诱导率和纤维生长量均较对照差。纤维突变体诱导产生棉纤维的能力依次是 TM- 1 >Li>N1>T- 5 86>H10 。无絮突变体在 Bt培养基上能产生绒状细胞团 ,很少有单细胞纤维的生长。离体培养纤维以同时含 GA3和 IAA的 Bt培养基生长较好 ,一般以 5μmol· L- 1IAA + 0 .5μmol· L- 1GA3的 Bt培养基较合适。不同突变体对 GA3和IAA的浓度组合有特殊性。 GA3对胚珠膨大的作用大于 IAA,并易产生愈伤组织。以 fl、T- 5 86愈伤组织的发生频率较高 ,并以 Bt+ 0 .5μmol· L- 1IAA+ 5μmol· L- 1GA3培养基产生愈伤组织频率最高。     

棉纤维加厚发育生理特性的基因型差异及对纤维比强度的影响

选择3类棉纤维比强度差异明显的品种,于2004—2005年在江苏南京（长江流域下游棉区）研究棉纤维加厚发育过程中主要生理特性的基因型差异及对纤维比强度的影响,为探索改善棉纤维比强度的生理调控途径提供理论依据。结果表明,高纤维比强度基因型（科棉1号）棉纤维中可溶性糖转化多,进入纤维次生壁加厚发育期的β-1,3-葡聚糖含量峰值高,纤维素合成关键酶（蔗糖合成酶和β-1,3-葡聚糖酶）活性增强快、峰值高,纤维素累积速率平缓且快速累积期长;而较低纤维比强度基因型（苏棉15和德夏棉1号）的棉纤维加厚发育生理特征与此相反;中等棉纤维比强度基因型（美棉33B）则介于上述两者之间。与纤维素生物合成相关的物质和关键酶活性变化的基因型差异是造成纤维素累积速率及纤维比强度差异的主要生理原因之一。此外,β-1,3-葡聚糖含量的剧增可作为棉纤维进入次生壁加厚发育阶段的一个重要特征。     

植物生长调节剂对彩色棉胚珠离体培养纤维发育的影响

天然彩色棉是理想的绿色、环保、健康纺织原料。本研究以棕1-61、RT白絮、绿棉CC28为材料,采取不同浓度的植物生长调节剂处理胚珠,在离体培养30 d后观察纤维显色状况,测量纤维长度并称取胚珠鲜重、纤维干重和胚珠干重。采用新复极差法进行多重比较。结果表明,水杨羟基肟酸和氟啶酮处理下,棕色棉和绿色棉纤维颜色均变淡,且浓度越高颜色越浅;添加低浓度尿素、氯霉素和芸薹素唑可以使棕色棉显色明显,但对绿色棉纤维色泽显现影响不大;添加氯化钴后,棕色棉纤维色泽变淡,而对绿色棉纤维色泽影响不大;另外氯化钴还抑制愈伤组织的生成;添加苯丙氨酸解氨酶抑制剂或4CL抑制剂后棕色棉和绿色棉纤维颜色变浅,浓度越高,颜色越淡;水杨羟基肟酸、芸薹素唑、氟啶酮、氯化钴、苯丙氨酸解氨酶抑制剂或4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)抑制剂的添加均导致纤维长度、胚珠鲜重、纤维干重和胚珠干重等降低。本文筛选出参与调控彩色棉纤维发育和色素合成的植物生长调节剂,为彩色棉纤维色泽改良提供一定的理论基础。     

碳源和基因型对棉花未受精胚珠纤维离体发育的影响

本文比较分析了蔗糖、麦芽糖、乳糖、葡萄糖、果糖、半乳糖６种碳源和１７种基因型对棉花未受精胚珠纤维离体诱导和生长发育的影响。研究结果表明，０．２ｍｏｌ·Ｌ－１葡萄糖是诱导棉花未受精胚珠纤维离体发育合适的碳源。在亲本中珂字棉３１２和超鸡脚叶棉未受榆胚珠的离体纤维的诱导效果最好，诱导率分别为７５．４％和７９．２％。在杂种Ｆ１中，棕絮棉×绿絮棉Ｆ１，珂字棉×棕絮棉Ｆ１和棕絮棉×珂字棉Ｆ１的未受精胚珠的离休纤维诱导率和纤维生长量都较好。在沟棉３号×中６２１Ｆ１和泗棉３号×豫棉４２２Ｆ１中，前者的纤维诱导率在所有基因型中为最高，后者的纤维生长量则在所有的处理中为最大。未试验结果表明，离休诱导棉花未受精胚珠的纤维发育要有合适的培养基和基因型。     

棕色棉和白色棉纤维发育相关酶活性的比较研究

选择深棕、中棕、浅棕3个棕色棉品系,以白色棉品种为对照,测定棉铃发育各阶段纤维发育相关酶的活性变化,探讨纤维发育相关酶对棕色棉纤维品质的影响。结果表明,棕色棉的绒长、衣指、衣分低于白色棉;纤维发育过程中,棕色棉纤维伸长速率低于白色棉,纤维伸长停止早(30 DPA左右),而白色棉纤维伸长期较长(35 DPA左右);纤维发育期棕色棉纤维素累积速率低于白色棉,快速累积期短(25 DPA),纤维素含量低于白色棉;纤维发育前期(20 DPA),棕色棉的蔗糖合成酶(SS)活性显著低于白色棉,而过氧化物酶(POD)和吲哚乙酸氧化酶(IAAO)活性高于白色棉;纤维发育后期(25 DPA),棕色棉的β-1,3-葡聚糖酶、POD活性显著低于白色棉。     

两个不同彩色棉纤维品质性状形成特点及生长调节剂调节作用

选择天然棕色棉品种湘彩棉2号和绿色棉品种皖棉39,研究其纤维品质性状形成特点及激素调节作用。结果表明与常规白色陆地棉苏棉9号(对照)相比,2个彩色棉品种的纤维长度均较低,尤其皖棉39显著低于对照,主要是花后10~30 d伸长速率明显下降。两个不同彩色棉品种的纤维比强度、马克隆值和成熟度值均显著低于对照,且主要与各个品质指标形成关键期的增长率较慢有关。两个彩色棉品种10 DPA (days post anthesis)和20 DPA纤维中IAA含量,30 DPA和40 DPA ABA含量均显著低于各自对照。应用20 mg L^-1 GA₃处理棉铃后,湘彩棉2号、皖棉39 20 DPA纤维中IAA含量分别比各自对照提高51.07%、64.33%;吐絮时纤维长度分别比各自对照增加8.13%、13.96%;应用20 mg L^-1 ABA处理棉铃,40 DPA纤维中ABA含量分别比各自对照提高38.96%、24.40%,纤维比强度、马克隆值和成熟度也显著增加,其中又以皖棉39增加幅度较大。说明天然彩色棉纤维内源激素IAA和ABA含量不足影响纤维品质性状的形成,而通过植物生长调节剂应用可调节内源激素含量,改善纤维品质,且调节效应因植物生长调节剂和品种不同而异。     

绿色棉新彩棉7号体细胞胚胎发生及其植株再生

以绿色棉新彩棉7号的子叶、下胚轴为外植体,MSB(MS培养基附加B5维生素)基本培养基附加不同激素组合,诱导愈伤组织及调控分化,通过体细胞胚胎发生方式获得再生植株.结果表明:0.1 mg· L-1 KT(Kinetin,激动素)+ 0.1 mg·L-12,4-D(2,4-dichlorophenoxyacetic,2,4-二氯苯氧乙酸)为诱导愈伤组织的最适植物激素组合,不同外植体处理出愈率均达到100％,但下胚轴纵切面背向培养基放置培养更有利于诱导愈伤组织形成;分化调控阶段的最佳植物激素组合为0.15 mg·L-1 KT+ 0.3 mg·L-1 IBA(Indole-3-butyric acid,吲哚丁酸),胚性愈伤分化率可达23.33％; MSB中去除NH4NO3同时KNO3加倍,附加0.5 g·L-1Asn(Asparagine,天冬酰胺)和lg· L-1 Gln(Glutamine,谷氨酰胺),胚性愈伤可进一步分化获得体细胞胚,将成熟的子叶胚接种于1/2MS获得完整的再生植株. 本研究通过体细胞胚发生途径获得了新彩棉7号的再生植株,为天然彩色棉基因工程研究奠定了一定基础.     

IAA和GA3对棉花短纤维突变体纤维长度的离体诱导作用

以棉花等基因系超短纤维突变体(Ligon Li1)及其野生型(Ligon li1)为材料,用胚珠离体培养方法,研究IAA（生长素）和GA3（赤霉酸）与纤维细胞伸长的关系。研究表明:（1）在含单激素IAA或GA3培养基内,离体诱导突变体胚珠产生的纤维长度分别约为1.86 mm和2.1 mm,比在对照（不含激素）培养基内的纤维长度分别增长86%和110%,说     

棉花苗期耐低钾能力筛选指标研究及其与产量、品质的关系

以长江流域下游棉区的12个棉花主栽品种为研究材料,在人工气候室水培和田间种植条件下进行棉花苗期耐低钾能力筛选指标研究。结果表明,低钾会放大棉花苗期关于钾素吸收利用和光合碳同化等生理特性上的品种间差异幅度。土壤严重缺钾时会显著降低棉花铃数、铃重及衣分,其中铃数响应土壤缺钾最为敏感,而在铃重组成中纤维质量对土壤缺钾的响应幅度大于棉子质量。通过对比基于棉花苗期不同生理指标和最终产量与品质指标的筛选结果,发现综合考虑棉花苗期叶片SuSy活性、SPAD值和单株叶片生物量3项指标的低钾胁迫系数对棉花最终产量与品质的耐低钾能力具有较好的预测效果。通过试验筛选出低钾敏感型棉花品种泗杂3号和耐低钾型棉花品种泗棉3号,二者可作为进一步研究低钾环境下棉花产量、品质形成机理的理想试验材料。     

大田棉花真叶叶柄组织培养特性研究

 利用已建立的叶柄组织培养体系,对大田棉株不同发育时期、不同部位的叶柄进行组织培养研究。叶柄和无菌苗下胚轴愈伤组织诱导培养基为MSB+IAA 0.1 mg·L^-1+KT 0.1  mg·L^-1+2,4-D 0.1 mg·L^-1+Glucose 30 g·L^-1+Gel 2 g·L^-1(pH 5.8);叶柄愈伤组织分化培养基为MSB+IAA 0.05 mg·L^-1+KT 0.05 mg·L^-1+Glucose 30 g·L^-1+Gel 2 g·L^-1(pH 6.5);无菌苗愈伤组织分化培养基为MSB+IAA 0.02 mg·L^-1+KT 0.04 mg·L^-1+Glucose 30 g·L^-1+Gel 2 g·L^-1(pH 6.5)。研究发现棉花主茎叶叶柄、果枝叶叶柄、营养枝叶叶柄在愈伤组织生长速度方面有一定差异,在愈伤组织诱导和分化方面,除严重衰老叶片的叶柄外,其它部位差异不显著。不同来源的胚性愈伤组织在MSB+6-BA 0.05 mg·L^-1+KT 0.02 mg·L^-1+Sucrose 30 g·L^-1+Gel 2 g·L^-1（pH 6.5）培养基上,均能得到胚状体,并获得再生植株。可见棉花叶柄是优良的组织培养外植体。     

陇绿棉3号胚性愈伤组织的诱导及植株再生

 以陇绿棉3号为试验材料,针对从外植体培养到胚状体发生及分化成苗整个组织培养过程的不同阶段,研究探索绿色棉—陇绿棉3号的再生条件,获得再生植株,为拓宽彩色棉再生基因型和转基因研究奠定了基础。研究结果表明：陇绿棉3号外植体的最适培养条件为暗4 d/光2 d处理;愈伤组织诱导最佳激素组合为0.1 mg·L^-1 2,4-D+0.05～0.3 mg·L^-1 KT或0.1 mg·L^-1 2,4-D+0.1 mg·L^-1 KT+0.1 mg·L^-1 IAA的MSB培养基（MS培养基无机盐+B5培养基有机成分）;愈伤分化的最适条件为MSB中添加1.9 g·L^-1 KNO3和2.0 g·L^-1凝固剂gelrite;胚性愈伤增殖培养基为MSB（NH4NO3减半）中添加1.9 g·L^-1 KNO3并添加1.8 g·L^-1凝固剂gelrite、0.1 g·L^-1天冬酰胺和0.1 g·L^-1谷氨酰胺。在去除NH4NO3,添加0.1 mg·L^-1 KT和0.4 mg·L^-1 IBA的MSB培养基上,胚胎发生率和子叶胚萌发率均达到峰值,且子叶胚在1/2 MSB培养基上可成功分化成苗。     

cpt1基因与水稻根负向光性的关系

为了研究cpt1基因与水稻根负向光性运动的关系,探讨IAA横向运输与水稻根负向光性运动的关系。检测了外源试剂CaCl₂、EDTA以及IAA对水稻根的负向光性运动的效应,并采用RT-PCR的方法验证了不同外源试剂对cpt1基因表达的影响。结果表明,水稻根经光照24 h后,与对照相比,1 mg L^-1的CaCl₂和0.001 mg L^-1的IAA能明显促进水稻根负向光性的弯曲生长,1 mg L^-1的EDTA(CaCl₂的抑制剂)明显抑制水根负向光性的弯曲生长;cpt1基因的表达受上述外源试剂诱导,并表现与水稻根的负向光性生长呈明显的正相关性,推测IAA的横向运输及其运输载体CPT1蛋白对水稻根的负向光性运动具重要作用。