乙烯对棉花适应淹水胁迫的作用及其机制

【目的】淹水胁迫影响棉花生长发育,持续淹水可导致棉花减产甚至绝产,增强棉花适应淹水胁迫的能力对棉花抗涝夺丰收至关重要。乙烯(Ethylene)是备受关注的重要信号分子,在植物抗逆过程中发挥着重要作用,但在缓解棉花淹涝伤害中作用和机制尚不清楚。本文以棉花(Gossypium hirsutum L.)品种K638为材料,在山东棉花研究中心试验站(山东临清)的田间电动遮雨棚内,对盛花期棉花淹水处理10 d,通过叶面喷施乙烯信号通路抑制剂1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene, 1-MCP)或乙烯合成前体1-氨基环丙烷-1-羧酸(1-Aminocyclopropane-1-carboxylic acid, ACC)抑制或促进棉株体内乙烯合成,探究了乙烯含量对棉花适应淹水胁迫的作用及其生理机制。结果表明,与未喷施的淹水处理相比,喷施1-MCP乙烯含量降低了5.3%,丙二醛(Malondialdehyde, MDA)、厌氧代谢酶乙醇脱氢酶(Alcohol dehydrogenase, ADH)、丙酮酸脱羧酶(Pyruvate decarboxylase, PDC)和乳酸脱氢酶(Lactate dehydrogenase, LDH)分别降低了39.2%、37.8%、20.5%和8.2%,主茎功能叶光合速率和单株干物质质量分别提高了13.5%和3.3%,籽棉产量提高了4.6%;而ACC的效果相反,喷施ACC促进受淹棉株体内乙烯积累,乙烯含量升高了8.0%,MDA、ADH、PDC和LDH分别增加了19.5%、17.5%、11.2%和8.0%,光合速率和单株干物质质量分别降低了6.0%和7.7%,籽棉产量减少了8.0%。由此可见,降低棉株体内乙烯含量,可显著降低活性氧对细胞膜的损伤,抑制厌氧代谢有毒产物的积累,减轻淹水胁迫下棉花所受的低氧损伤,缓解受淹棉株光合生产和生长发育的受抑制程度,一定程度上缓解了淹水胁迫造成的伤害,是提高棉花适应淹水胁迫的重要途径。     

转AhCMO基因棉花苗期对干旱胁迫的生理反应

以转AhCMO基因的2个棉花品系L1和L2及其转化受体泗棉3号(SM3)为材料,研究了转AhCMO基因棉花对干旱胁迫的生理反应。试验采用盆栽方式在日光温室中进行,以维持土壤含水量为最大持水量的45%作为干旱处理,以正常供水维持土壤含水量为最大持水量的75%作为对照。结果表明,正常供水条件下转基因品系L1和L2与SM3生长表现一致。但是干旱胁迫下,转基因品系L1和L2的干物质积累量、平均净光合速率以及叶片叶绿素的含量都显著高于SM3;而且L1和L2叶片中甜菜碱含量显著高于SM3,过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性也较SM3显著提高。说明2个转AhCMO基因品系的耐旱性得到明显提高,耐旱性的提高与甜菜碱积累量的增加、POD和SOD活性的增强有关。     

水分胁迫对棉花种子萌发的影响

 采用不同浓度的PEG (聚乙二醇6000)溶液模拟土壤自然水势,对棉花种子萌发进行人工水分胁迫试验。结果表明,随着水势的下降,发芽率、发芽速度、发芽指数、苗高、根长、根茎比、幼苗干、鲜重等都出现不同程度的降低。发芽率和根茎比的降低在轻度水分胁迫（10%）下不明显,随PEG浓度上升到15%以上时,上述指标均受到强烈抑制。     

NaCl 胁迫对棉花叶片衰老特征的影响及其生理学机 制简

 以叶片衰老快慢不同的两个棉花品系L21和L22为材料,研究了NaCl胁迫对棉花叶片衰老的影响及其相应的生理学机制。温室内水培棉苗,待第5片真叶展开20 d后用含125 mmol·L^-1 NaCl的营养液处理棉苗,以不含NaCl的营养液处理为对照。结果显示,NaCl胁迫下L21和L22叶片中叶绿素含量和光合作用速率下降,叶片和根中的Na⁺含量上升、K⁺含量降低;NaCl胁迫还增加了棉株体内脱落酸（ABA）含量、降低了玉米素核苷（ZR）含量。表明K+含量降低以及ABA含量升高、ZR含量下降是NaCl胁迫促进棉花叶片衰老的重要原因。     

土壤供钾不足对棉花光合及物质积累的影响

以抗虫棉33B为试验材料,通过去除地表20cm耕层营造土壤缺K的方法,探讨了钾营养胁迫对棉花植株光合性能及物质积累的影响。钾营养胁迫对棉花植株叶面积指数、主茎功能叶片有效光合速率、棉花中后期生育进程中主茎叶片叶绿素积累以及棉株干物质积累均有明显的抑制作用,其中随着生育进程的推进,钾胁迫对于叶面积指数和棉株干物质积累的抑制作用趋于明显。以最大拟合优度为标准,利用EXCEL对观测点数据进行拟合得到的趋势线方程显示,钾胁迫没有改变叶面积指数、主茎功能叶光合速率和棉株干物质积累的动态规律,但是却一定程度上改变了主茎功能叶片叶绿素积累的动态规律。     

植物响应淹水胁迫的研究进展

淹水胁迫是影响植物分布与生长发育的重要因素,植物耐涝性研究是提高作物耐涝性以应对日益严峻的极端气候及规模化生产管理的关键.为了合理开展植物耐涝性研究,深入挖掘不同植物响应淹水胁迫的调控机理,本文归纳了淹水胁迫对植物生长发育的影响,总结了植物响应淹水胁迫的调节机制,并详细分析了淹水胁迫对植物表型性状、生物量、光合作用、活...     

施氮肥对盐胁迫下Bt棉生长和叶片Bt蛋白含量的影响

 以Bt棉品系K638为材料,在盆栽条件下研究了施氮肥对不同程度盐胁迫（土壤含盐量：0(CK)、0.15%(轻度胁迫)和0.3%（中度胁迫））下棉株生长、氮素吸收、Bt蛋白含量和Bt蛋白氮占全氮量比例的影响;同时,在水培条件下研究了不同形态氮素（硝态氮和铵态氮）对NaCl胁迫下Bt蛋白含量的效应。结果表明,氮肥与盐胁迫对棉叶Bt蛋白含量有显著的互作效应。非盐和低盐胁迫下,施氮肥促进了棉株生长（生物量分别提高了3.0和2.8倍）、Bt蛋白合成（分别提高41.0%和90.9%）和全N向Bt蛋白N的转化（分别提高9.3%和15.6%）;中度盐胁迫下,施氮肥虽也促进了棉株生长（1.4倍）,并提高了叶片全N含量（98.8%）和Bt蛋白含量（83.3%）,但并未提高Bt蛋白N占全N量的比例。无论盐胁迫与否,施NO₃^--N处理的生物量和叶片全氮含量都显著高于施NH₄⁺-N的处理,但由于盐胁迫下NO₃^--N降低了Bt蛋白N占全氮的比例（11.0%）,叶片Bt蛋白含量则略低于NH₄⁺-N处理。据此认为,盐胁迫下施氮肥通过促进棉株对N素的吸收积累并影响全氮转化为Bt蛋白的比例,进而影响Bt蛋白含量。     

冠菌素对棉花幼苗盐害的缓解效应

 以转基因抗虫棉(Gossypium hirsutum L.)中棉所45为材料,通过水培试验研究了冠菌素对盐胁迫下棉花萌发出苗和幼苗生长的影响。结果表明,盐胁迫严重抑制棉花种子萌发和幼苗生长,且对地上部的抑制程度大于对根系的抑制。盐胁迫对棉花萌发出苗和幼苗生长的抑制程度能被0.01 μmol·L^-1 的冠菌素缓解。苗期盐胁迫21 d内,冠菌素处理的棉花根、茎和叶的生物积累量较未施加冠菌素的盐处理增加1倍;活体组织化学原位检测结果显示,低浓度冠菌素处理降低盐胁迫诱导的主根H₂O₂含量。上述研究结果说明低浓度的冠菌素能提高棉花萌发出苗和苗期的耐盐性。     

种植密度对棉花主要群体质量指标的影响

 以转基因抗虫棉农大棉8号为试验材料,设置6个密度水平,研究密度对棉花群体干物质量、LAI、叶层配置及透光率、总铃数等主要群体质量指标的影响。结果表明,最终干物质量以8.7万株·hm^-2最大,达11735 kg·hm^-2;高密度群体最大LAI出现时间比低密度群体早13天左右,但群体透光率以低密度群体较高;结铃率随密度的增加而降低,以1.5万株·hm^-2最大,达43.5%;群体果节量和总铃数分别以10.5万株·hm^-2和6.9万株·hm^-2的群体最多,分别为323.05万个·hm-2和74.06万个·hm^-2;子棉产量以6.9万株·hm^-2最高,为3810.33 kg·hm^-2。只有各群体指标均相对较优才能构成高产群体。     

棉花涝害胁迫研究综述

涝害是棉花生产中面临的重要自然灾害之一,严重制约了棉花种植面积和产量。为了研究涝渍灾害对棉花生长发育状况的影响,本研究从棉花的形态生长、生理特性及植物激素变化等方面概述了涝害胁迫的研究现状及进展,分析了涝害对棉花生理机制造成的影响,以及涝害胁迫下棉花通气组织的形成及酶代谢适应性变化,并就棉花耐涝性鉴定方法、评价指标及其品种选育等提出了需要进一步研究和探讨的建议。     

棉花涝渍胁迫的耐受及应答机制研究进展

涝渍是中国长江、黄河流域棉区棉花产量、品质提高的重要限制因子。棉花常具有复杂的耐涝机制,其中,转录因子在其响应涝渍胁迫中发挥着重要作用。本研究从形态结构、生理生化、基因表达等方面综述了近几年国内外有关棉花涝渍胁迫的研究进展,探讨了胁迫条件下棉花的形态及生理适应性,信号转导过程,重点分析了b ZIP、AP2/EREBP,NAC、WRKY、MYB、b HLH等几大家族转录因子的结构、分类及生物学功能,并对其响应非生物胁迫的复杂调控机制进行了论述,以期为发掘棉花耐涝基因,利用分子手段培育棉花耐涝新品种提供思路。     

Hyperspectral Models for Estimating SPAD Value of Cotton Leaves under Waterlogging Stress

[Object] To setup the hyperspectral sensing models for estimating SPAD value of cotton leaves under waterlogging stress. [Method] Irrigation and drainage controllable plots were introduced to simulate the waterlogging stress treatment in the flowering and boll forming stage, during which the change characteristics of the cotton leaf spectral reflectance and SPAD value were observed after 1 d, 3 d, 6 d, 9 d waterlogging, respectively. To find out the hyperspectral sensing models for estimating SPAD value of cotton leaves under waterlogging stress, the correlation and regression relationships between SPAD value and spectrum parameters were analyzed. [Result] (1) The SPAD value of the fourth cotton leaf from the top was significantly lower than control when suffers from waterlogging for 3 d, when waterlogged 9 d the SPAD value decreased by around 15% compared with the control. (2) The cotton suffering from waterlogged damage in the flowering and boll forming stage caused the reflection peak in green light wave band became steep, while the near infrared spectral reflectance increased, and caused the reduction of red absorption and red edge position blue shifts, the red edge position drifts towards short wave with 4～5 nm when suffers from waterlogging for 9 d. With increase of the waterlogged days, the red edge slope and red edge area increased with a maximum value at 6 d of waterlogging, meanwhile, the skewness and kurtosis of red edge increased. (3) After waterlogging, the SPAD value of the fourth cotton leaf from the top (chlorophyll content) had a remarkable correlation with red edge slope(Dr), red edge position(λr), green peak reflection(Rg), green peak position(λg), red well position(λo), blue edge area(SDb), yellow edge skewness(Sy), yellow edge kurtosis(Ky), red edge skewness(Sr), red edge kurtosis(Kr), etc. An experience linear, polynomial and exponential models for estimating SPAD value had been built through using the Sy, Sr, Kr as independent variables, respectively, their determination coefficient (R²) were greater than 0.9, and the root mean square error (RMSE) were less than 1; and an experience binary linear regression equation for estimating SPAD value had been built through multivariate regression using the λg, SDr/SDb(VI3), Sb, Sy, Ky as independent variables, the R² was as high as 0.973, and the RMSE was 0.393. [Conclusion] The model can be remote sensing model used as estimating leaf SPAD of cotton value under waterlogging stress.     

Effects of Ethylene on Cotton Adaption to Waterlogging Stress and the Underlying Mechanism

[Objective] Waterlogging adversely affects cotton growth and development, and continuous waterlogging may further result in considerable yield loss or crop failure. Enhancing the ability of cotton to adapt to waterlogging stress to preserve yield and quality is therefore critical. Ethylene is an important signal molecule, which plays a vital role in the process of plant stress resistance. However, the mechanism of ethylene in mitigating cotton waterlogging damage is still unclear. [Method] In this study, we setup an experiment with a cotton (Gossypium hirsutum L.) variety K638 in an electric rain shelter at the experimental station of the Shandong Cotton Research Center at Linqing, Shandong. We treated the cotton plants by waterlogging for 10 d during the flowering stage and used a non-waterlogged treatment as the control. During the waterlogging stress treatment, cotton plants were treated with an ethylene signal transduction inhibitor (1-MCP) or ethylene synthesis precursor (ACC) to detect the effects of ethylene content on cotton waterlogging injury and its physiological mechanism. [Result] The results revealed that a foliar spray of 1-MCP significantly inhibited ethylene synthesis in the stressed cotton plants, the content of ethylene and malondialdehyde (MDA) decreased by 5.3% and 39.2%, and the activities of alcohol dehydrogenase (ADH), pyruvate decarboxylase (PDC), and lactate dehydrogenase (LDH) decreased by 37.8%, 20.5%, and 8.2%, respectively. The photosynthetic rate, dry weight of the whole plant, and seed cotton yield increased by 13.5%, 3.3%, and 4.6%, respectively. The effect of ACC on the plants was the opposite because spraying ACC promoted ethylene accumulation in the waterlogged cotton. The ethylene and MDA content increased by 8.0% and 19.5%, respectively. The activities of ADH, PDC, and LDH increased by 17.5%, 11.2%, and 8.0%, respectively, while the photosynthetic rate, dry weight of the whole plant, and seed cotton yield decreased by 6.0%, 7.7%, and 8.0%, respectively. [Conclusion] In summary, reducing ethylene content in waterlogged cotton plants can significantly alleviate hypoxia damage caused by waterlogging stress and subsequently promote cotton growth and development by restoring physiological metabolism.     

淹涝胁迫条件对水稻形态的试验研究初报

为分析不同品种早稻对水淹胁迫的响应,于2012年3—7月分别对不同品种水稻的分蘖期、抽穗扬花期耐淹能力及不同淹涝强度对一些农艺性状的影响进行了研究。结果表明：分蘖期不同品种籼稻在不同的淹涝强度处理间的株高变化结果不一。不同淹水处理小区出现主茎穗和分蘖穗发育进程不一致,生育期延长天数与淹水天数之间呈现极显著的正相关关系。因为‘湘早籼24’植株相对比较矮,受钻心虫危害比较严重。钻心虫发生面积和淹水强度之间呈现极显著的正相关关系。淹水处理造成水稻产量降低,试验结果表明同一品种,产量降幅随淹水时间延长而加大。     

淹水胁迫下辣椒种子生理生化响应研究

为了促进辣椒抗涝品种的选育,解决辣椒生产上的涝害问题,通过研究淹水胁迫对辣椒种子生理生化的影响,为辣椒抗涝品种选育提供理论基础。以生产上对水涝敏感度低、中、高的3个辣椒品种‘S15’、‘A46’和‘A77’的种子为材料,研究淹水胁迫0 h、10 h、5天、10天、15天、20天后的种子发芽率和发芽势的变化,以及不同淹水时间对SOD、POD、CAT、GR、AMS和LPS等酶活力,PRO和可溶性糖含量,超氧阴离子、羟自由基含量的影响。研究发现,不同水涝敏感度种子对水涝的响应不一。淹水20天后,‘S15’的超氧阴离子、羟自由基含量最低,Pro和可溶性糖含量最高,谷胱甘肽还原酶活性最高;‘A77’的可溶性糖含量最低,SOD、CAT活性最低,超氧阴离子、羟自由基含量最高。隶属函数分析结果表明,不同种子对淹水胁迫的响应差异随着淹水时间的延长不再产生较大差异,5天可作为辣椒抗涝鉴定淹水胁迫的最佳时间。研究认为,不同辣椒种子表现出的耐涝性与生产实际一致;各项生理生化指标相关性不显著,均可作为辣椒品种抗涝性的鉴定指标。     

淹水胁迫对墨西哥落羽杉苗木生理生化特性的影响

人工模拟不同程度的淹水环境,评价墨西哥落羽杉苗木耐水淹能力。以2年生墨西哥落羽杉(Taxodium mucronatum Tenore)实生苗为试验材料,模拟不同程度淹水胁迫：苗体全部淹水（苗木全淹）、苗体中部以下淹水（苗木半淹）、苗体根部淹水（苗木浅淹）、苗体不淹水（对照处理）,测定分析各处理条件下苗木叶片中的可溶性蛋白含量、游离脯氨酸含量、可溶性糖含量、丙二醛含量以及过氧化物酶活性的变化规律。结果显示,在整个淹水胁迫试验期间,不同程度淹水胁迫处理对墨西哥落羽杉苗木各生理生化指标的影响均达极显著水平(P<0.01)。随着淹水胁迫程度的加重,不同处理下的苗木叶片各生理生化指标的变化存在较大差异;苗木叶片中丙二醛含量增高、过氧化物酶活性增强,可溶性蛋白、脯氨酸和可溶性糖含量则随着淹水胁迫时间的延长而呈现出较为复杂的变化,3个指标表现出反复“上升下降”的变化趋势。墨西哥落羽杉苗木具有较强的耐水淹能力,其苗木可以在浅淹胁迫和半淹胁迫环境中长期生存,即使处于全淹环境中的苗木在短期内也不会发生死亡现象。     

涝渍胁迫下辣椒叶绿素含量与SPAD值相关性模型建立及应用

为研究涝渍胁迫下辣椒叶片叶绿素含量与SPAD值(single-photon avalanche diode)相关性,使用叶绿素荧光仪和分光光度计法测量辣椒叶片叶绿素含量,探讨正常管理及涝渍胁迫下辣椒叶片叶绿素含量与SPAD值的相关性。结果表明,正常管理条件下所有品种SPAD值与辣椒叶片叶绿素含量呈正相关,能真实评价辣椒叶片叶绿素含量,其中‘汇丰二号’的4个拟合模型相关系数达显著,最优拟合模型为线性方程。涝渍胁迫严重干扰了使用SPAD值评价辣椒叶片叶绿素含量的准确性,短期胁迫与长期胁迫对不同品种的干扰程度存在显著差异。本研究建立了正常管理及涝渍胁迫下辣椒SPAD值与叶绿素含量最优相关性函数,经检验相关系数达显著水平的相关性模型可直接应用到相关研究中,测量SPAD值代入方程即可快速获取叶绿素含量,实现了对辣椒叶绿素含量的无损检测。     

渍涝与干旱对不同转Bt基因抗虫棉的影响

对 3个转 Bt基因棉花品种的研究表明 ,花铃期田间渍涝显著降低皮棉产量和棉株内的 Bt蛋白含量。积水后棉花主茎功能叶和幼蕾的 Bt蛋白含量平均分别比对照降低 2 7.7%和 2 9.9% ,主茎下部老叶的 Bt蛋白含量仅降低 6 .6 % ,说明渍涝对生长旺盛器官 Bt蛋白合成的影响远远大于衰老器官。干旱对棉株内 Bt蛋白合成的抑制更强 ,当花铃期干旱使棉叶致萎时 ,主茎下部老叶、幼蕾和主茎功能叶的 Bt蛋白含量分别降低了52 .9%、3 7.0 %和 3 0 .0 %。为充分发挥和利用转Bt基因棉花品种的产量与抗虫潜力 ,棉花生长发育的关键时期应尽量避免缺水干旱 ,及时排除田间积水 ,防止渍涝危害