花铃期干旱对不同部位棉铃对位叶糖代谢及铃重的影响

以美棉33B为材料,于棉花中部果枝开花时进行干旱处理(土壤相对含水量由(75±5)%自然减少直至吐絮),研究花铃期干旱对棉铃对位叶糖代谢及铃重的影响。结果表明,花铃期干旱处理,棉铃对位叶净光合速率降低,且中部降幅上部下部;棉铃对位叶可溶性糖含量下部和上部果枝增加而中部降低,蔗糖含量增加而淀粉降低,表明干旱促进叶片光合产物向蔗糖分配;棉铃对位叶蔗糖磷酸合酶、蔗糖合酶活性降低、酸性转化酶活性先降低后增加,且对中部和上部的影响大于下部,表明蔗糖合成受抑制,而其降解先抑制后促进,降低可供外运的蔗糖水平。干旱条件下铃重降低,中部降幅上部下部。因此,棉铃对位叶蔗糖合成减少和外运受抑制是花铃期干旱条件下铃重降低的蔗糖代谢基础。     

播期对棉铃对位叶蔗糖代谢及棉铃产量性状、纤维品质的影响

【目的】探讨棉铃对位叶蔗糖代谢机制及棉铃产量性状、纤维品质对不同播期条件的响应。【方法】以棉铃产量性状具有明显差异的两个陆地棉品系A705和A201为供试材料,于2016―2017年进行大田试验研究,在不同播期(早播2016年4月12日,2017年4月15日;晚播2016年5月6日,2017年5月28日)条件下,研究棉铃对位叶非结构性碳水化合物(蔗糖、己糖、淀粉)和蔗糖代谢关键酶(液泡酸性转化酶、细胞壁酸性转化酶、蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶)的动态变化及差异,及不同播期对棉铃产量性状和纤维品质的影响。【结果】晚播棉铃铃期更长,铃重、单铃种子质量、籽指和纤维上半部平均长度增加,衣分和马克隆值降低。晚播导致棉铃对位叶细胞壁酸性转化酶和蔗糖合成酶活性降低,蔗糖浓度升高,可能为棉铃的发育提供了更充足的碳源。【结论】晚播相对低温条件下,棉铃发育更完全,在生产上适当晚播可以提高纤维品质。     

多环境下陆地棉(Gossypium hirsutum L.)重组自交系铃重与衣分性状的QTL分析

本研究利用以SGK9708为母本,0-153为父本构建的196个陆地棉重组自交系(F6:8)构建了包含186个标记,总长827.84 cM,标记间平均距离4.45 cM,覆盖棉花基因组18.6%的遗传连锁图谱,并对7个环境下的铃重和衣分性状进行QTL定位和上位性互作分析.利用两种分析软件(WinQTLcart2.5和Q...     

氮素调控棉花纤维蔗糖代谢及纤维比强度的生理机制

以棉纤维比强度高(科棉1号,平均比强度为35 cN tex^-1)和中等(美棉33B,平均比强度为32 cN tex^-1)的2个基因型为材料,于2005年在江苏省农业科学院(长江流域下游棉区)和江苏省邳州县宿羊山镇(黄河流域黄淮棉区)设置氮素水平(零氮为0 kg hm^-2,适氮为240 kg hm^-2,高氮为480 kg hm^-2)试验,研究氮素调控棉纤维蔗糖代谢及纤维比强度的生理机制。结果表明,棉铃对位叶氮浓度随铃龄变化的趋势符合幂函数曲线[ , YN为棉铃对位叶氮浓度(%),t为铃龄(d),a、b为参数]。高氮水平下的a值显著增加,导致铃龄24 d前纤维中蔗糖代谢相关酶(蔗糖酶、蔗糖合成酶和磷酸蔗糖合成酶)活性和蔗糖转化量、纤维素最大累积速率以及铃龄24 d纤维比强度降低;零氮水平下的b值显著增加,与铃龄24 d后纤维蔗糖代谢相关酶活性和蔗糖含量峰值降低、纤维素快速累积持续期缩短以及铃龄24 d后纤维比强度增幅减小的关系密切。上述变化特征在品种间一致,是棉纤维发育对棉铃对位叶氮浓度做出的重要生理响应,进而导致高氮、零氮水平下的成熟纤维比强度显著降低。铃龄24 d是氮素调控棉纤维蔗糖代谢及纤维比强度的转折期,该时期的棉铃对位叶氮浓度分别为3.15% (南京)、2.75% (徐州)时有利于高强纤维的形成。     

IAA对纤维发育阶段棉铃糖代谢的影响

IAA在棉花纤维发育过程中起着重要作用,而棉纤维的发育过程实质上也是糖代谢不断循环的过程,探究IAA对糖代谢的影响,为研究IAA调控纤维发育提供依据.利用转iaaM基因棉花种质IF11,研究棉铃不同部位(胚珠/种仁,纤维,棉铃壳)中糖代谢相关糖分含量(蔗糖,果糖,葡萄糖)和酶活(酸性转化酶,蔗糖合成酶,蔗糖磷酸合成酶)...     

棉铃对位叶生理特性的基因型差异及其与铃重形成的关系

在大田栽培条件下,研究了4个基因型棉铃对位叶花后碳氮比,可溶性蛋白含量及内源保护酶活性动态变化的基因型差异及其与铃重形成的关系.试验结果表明,棉铃对位叶花后N代谢活跃,内源保护酶活性高,叶片生理活性较强的基因型(如苏棉15和科棉1号),其铃重的快速增长期长,单铃棉纤维干重高,最终铃重较高;反之,棉铃对位叶生理活性弱、功能期短的基因型(如德夏棉1号),棉铃对位叶中C/N高,内源保护酶活性低或下降过快,造成铃重快速增长期缩短,单铃纤维干重降低,最终铃重较低;美棉33B棉铃对位叶中C/N和内源保护酶活性变化特征介于上述两种类型之间.由以上结果可以得出,在本试验条件下,棉铃对位叶生理特性的基因型差异是导致不同铃重形成的重要生理原因之一.     

氮素对花铃期短期渍水棉花根系生长的影响

于2005—2006年在江苏南京农业大学卫岗试验站进行盆栽试验,设置正常灌水(土壤含水量为田间持水量的75%左右)和棉花花铃期土壤短期渍水处理(将正常灌水的棉花增加灌水至盆内有可见明水,持续8 d,然后用导管排除表面水层,使盆内土壤含水量逐渐恢复到田间持水量的75%左右),每个水分处理设置3个氮素水平(0、3.73、7.46 g N pot^-1,分别相当于大田0、240、480 kg N hm^-2),研究氮素对花铃期短期渍水棉花根系生长的影响。结果表明,在渍水处理结束时,与正常灌水处理相比,根干重和根冠比(R∶S)均降低;根系可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性降低,过氧化物酶(POD)活性升高,丙二醛(MDA)含量升高;棉花根系活力和单株光合速率(CAP)显著降低。增加施氮可降低渍水棉花根系SOD活性,提高POD和CAT活性,以3.73 g N pot^-1(240 kg N hm^-2)施氮水平下的棉花根干物重最大,根系MDA含量最低,根系活力最强,单株光合速率(CAP)最高,相应籽棉产量最高。渍水停止15 d后,渍水棉花根系抗氧化酶活性和MDA含量与正常灌水处理的差异较小;施氮仍可提高棉花根系POD与CAT活性,降低MDA含量,增强根系活力,提高CAP。     

外源6-BA和ABA对不同播种期棉花产量和品质及其棉铃对位叶光合产物的影响

大田播种期(4月25日和5月25日)和植物生长调节剂(6-BA和ABA)试验于2006年在江苏南京(长江流域下游棉区)和河南安阳(黄河流域黄淮棉区)进行,以科棉1号和美棉33B品种为材料,研究外源6-BA和ABA对不同播种期棉铃对位叶光合产物形成与运转的影响及其与产量品质的关系。结果表明: (1) 6-BA显著提高棉铃对位叶蔗糖含量和转化率及淀粉含量,而ABA则主要调节棉铃对位叶内源激素平衡。(2)不同播种期条件下(4月25日和5月25日),外源6-BA均可使棉花单铃重增加、纤维品质提高,外源ABA在晚播(5月25日,南京试点和安阳试点棉铃发育期MDT_min分别为20.9℃和16.5℃)条件下可使棉花产量(安阳试点)和纤维主要品质指标下降幅度减小;外源6-BA和ABA对棉籽主要品质性状的作用均不显著。(3)晚播条件下外源6-BA和ABA均可提高相对棉花主要品质指标,但两者作用机制不同,外源6-BA主要是提高棉铃对位叶光合产物含量和蔗糖转化率,而ABA则主要是诱导棉株抗逆性。     

氮素对花铃期短期渍水棉花根系生长的影响

于2005—2006年在江苏南京农业大学卫岗试验站进行盆栽试验,设置正常灌水(土壤含水量为田间持水量的75%左右)和棉花花铃期土壤短期渍水处理(将正常灌水的棉花增加灌水至盆内有可见明水,持续8 d,然后用导管排除表面水层,使盆内土壤含水量逐渐恢复到田间持水量的75%左右),每个水分处理设置3个氮素水平(0、3.73、7.46 g N pot^-1,分别相当于大田0、240、480 kg N hm^-2),研究氮素对花铃期短期渍水棉花根系生长的影响。结果表明,在渍水处理结束时,与正常灌水处理相比,根干重和根冠比(R∶S)均降低;根系可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性降低,过氧化物酶(POD)活性升高,丙二醛(MDA)含量升高;棉花根系活力和单株光合速率(CAP)显著降低。增加施氮可降低渍水棉花根系SOD活性,提高POD和CAT活性,以3.73 g N pot^-1(240 kg N hm^-2)施氮水平下的棉花根干物重最大,根系MDA含量最低,根系活力最强,单株光合速率(CAP)最高,相应籽棉产量最高。渍水停止15 d后,渍水棉花根系抗氧化酶活性和MDA含量与正常灌水处理的差异较小;施氮仍可提高棉花根系POD与CAT活性,降低MDA含量,增强根系活力,提高CAP。     

Effects of Drought on the Sucrose Metabolism of Subtending Leaves of Cotton Bolls at Different Fruiting Branches and Boll Weight during Flowering and Bolling Stages

This study aimed to illustrate the mechanism of sucrose metabolism in subtending leaves of cotton bolls and its relationship with boll weight under drought stress during flowering and bolling stages. The 2-year-long experiments were conducted using pools of upland cotton(Gossypium hirsutum L.) plants, NuCOTN 33B, subjected to drought stress (relative water content reduced naturally until the boll opening stage) on the day of anthesis of the middle fruiting branches (MFB), using well-watered conditions as the control. The net photosynthetic rate declined under drought stress in the boll's subtending leaf, respectively, and the decline range was MFB>upper fruiting branch (UFB)>lower fruiting branch (LFB). Drought stress increased the soluble sugar contents of subtending leaves at LFB and UFB but decreased them at MFB. Sucrose content was increased and starch content decreased concomitantly, indicating that drought facilitated the partitioning of photosynthate into sucrose. Drought stress also depressed the activities of sucrose phosphate synthase and sucrose synthase, while acid invertase activity was initially decreased and then increased. The changes of MFB and UFB exceeded those of LFB, indicating that sucrose synthesis was inhibited, the degradation was first inhibited then promoted, causing a reduction in the amount of sucrose available for export. As a result, the boll weight declined during drought, and the decline range was MFB>UFB>LFB. In conclusion, the decreased sucrose synthesis and the impaired sucrose efflux of subtending leaves of bolls were the main causes for decreased boll weight under drought conditions during flowering and bolling stages of cotton.     

Effects of Planting Date on Sucrose Metabolism in the Leaf Subtending to Cotton Boll,Within-boll Yield Components and Fiber Quality

[Objective] The present study aimed to investigate how sucrose metabolism in the leaf subtending to cotton boll, within-boll yield components and fiber quality respond to varying planting dates. [Method] Two upland cotton lines A705 and A201 differing in cotton boll traits were field tested in 2016-2017. Two different planting dates were designed with early planting on April 12, 2016, and April 15, 2017, and late planting on May 6, 2016, and May 28, 2017, respectively. Dynamics of non-structural carbohydrates (sucrose, hexose, starch) and key sucrose metabolism enzymes in the leaf subtending to cotton boll were examined including vacuolar acid invertase, cell wall acid invertase, sucrose phosphate synthase and sucrose synthase. The differences between two planting dates were compared for within- boll yield components, fiber quality and sucrose metabolism related characteristics. [Result] Late planting lengthened the period of cotton boll maturation relative to early planting. Boll weight, seed mass per boll, seed index and fiber length were increased, and lint percentage and micronaire were decreased. Late planting reduced the activities of cell wall acid invertase and sucrose synthase responsible for sucrose degradation, and in turn led to the increment of sucrose concentration in the subtending leaves which might enhance the carbon supply to the opposite bolls. [Conclusion] Lower temperature due to late planting could contribute to the more full development of cotton bolls. Late planting is an alternative consideration in improvement of fiber quality in cotton cultural practices.     

花铃期遮阴对棉花氮素代谢的影响及其机制研究

为明确花铃期弱光对棉花氮素代谢的影响及其内在机理,以苏棉15和科棉1号为材料,在棉株第6~8果枝的第1~2果节开花时利用遮阴网遮阴, 令透光率分别为100%、80%和60%,研究遮阴条件下棉花根系吸收能力及棉株氮素代谢相关酶活性动态变化特征。结果表明,在0~50 d的遮阴期内,随透光率减弱, 根系吸收能力及棉株氮素代谢相关酶活性降低;遮阴15 d后氮素代谢相关酶活性变化最为显著,在透光率60%处理下, 苏棉15、科棉1号根系硝酸还原酶、谷氨酰胺合酶、谷氨酸合酶、谷氨酸脱氢酶活性分别下降25.1%、53.2%、39.1%和25.5%,主茎功能叶相应酶活性分别下降50.3%、24.0%、30.4%和18.9%。根系、主茎功能叶变化程度不同, 说明二者的氮素代谢机制对遮阴的反应存在一定差异：遮阴条件下根系氮素代谢能力下降的原因主要是谷氨酰胺合酶/谷氨酸合酶循环介导的氮素同化能力下降,其次为硝酸还原酶介导的氮素还原能力下降;主茎功能叶氮素代谢能力下降的原因主要是硝酸还原酶介导的氮素还原能力下降,其次为谷氨酰胺合酶/谷氨酸合酶循环介导的氮素同化能力下降。遮阴条件下棉花碳、氮代谢能力降低,最终导致棉株根系、主茎功能叶氮素含量和累积量降低,棉花单株铃数、铃重、籽棉产量亦随遮阴程度加深显著减少(P<0.05)。     

花铃期渍水对棉纤维糖代谢的影响及其与纤维比强度的关系

以美棉33B为材料,2007和2009年在江苏南京池栽条件下设置渍水试验,研究花铃期渍水对棉纤维糖代谢的影响及其与纤维比强度的关系。结果表明,渍水条件下花后17~38 d纤维蔗糖和β-1,3-葡聚糖含量均值分别降低24.86%~81.30%和8.59%~36.30%,纤维素最大累积速率在受渍害较轻条件下增加而受渍害较重条件下降低,但快速持续期缩短,成熟期纤维素含量降低,比强度下降3.57%~10.03%。受渍害较轻条件下,花后17~38 d纤维蔗糖合酶(SS)和蔗糖磷酸合酶(SPS)活性均值分别增加8.45%~24.59%和12.79%~18.20%,生成碳源用于维持生存代谢,而受渍害较重条件下分别降低7.06%~8.16%和11.40%~11.64%;蔗糖酶和β-1,3-葡聚糖酶活性在花后17 d后降低。因此,渍水条件下纤维加厚发育期碳源供应不足、碳代谢消耗增加或代谢被抑制是最终比强度下降的重要原因。     

中棉所63棉铃对位叶光合生理性能的杂种优势研究

以杂交棉中棉所63及其亲本为材料,在棉铃发育时期对棉铃对位叶的生理和光合性能指标进行测定,探索中棉所63获得高产的杂种优势形成机理。结果表明:1)中棉所63产量优势显著。单株结铃数比两亲本分别高21.52%,43.28%,铃重高2.42%,19.31%,叶面积载铃量高22.39%,22.30%。2)中棉所63在棉铃发育后期棉铃对位叶生理指标表现出显著的杂种优势。棉铃对位叶叶面积分别比亲本高26.60%,59.41%,并且中棉所63棉铃对位叶保持较高水平的SOD活性,使其生理代谢明显提高;与此同时,中棉所63的MDA含量显著低于亲本,细胞膜受损较轻,延缓了对位叶的衰老。3)中棉所63在棉铃发育后期棉铃对位叶光合指标表现出显著的杂种优势。在棉铃发育后期,中棉所63叶绿素含量、SPS活性的高水平,能够维持高效率的光合作用,积累更多的光合产物,从而使中棉所63获得较高的单株结铃数和铃重,最终获得高产。     

陆地棉棉铃对位叶碳氮变化特征与其生物量关系的研究

在大田栽培条件下,选用科棉1号和美棉33B两个棉花品种,于江苏南京、徐州进行施氮量(0、240、480kg.hm-2)试验,研究棉铃对位叶碳氮变化特征与棉铃(棉子、纤维)生物量的关系。结果表明:棉铃对位叶全碳、全氮含量变化可用函数Y=at2+bt+c〔Y(%):全碳或全氮含量,t(d):铃龄,a、b、c:参数〕拟合,碳氮比变化可用Logistic方程拟合。进一步分析棉铃对位叶碳氮变化的特征值发现:(1)棉铃对位叶全碳含量达到最小值的时间早、最小含量值高,则可提高棉铃、棉子、纤维生物量快速累积持续期间的平均速率,但缩短了棉铃和纤维生物量快速累积持续期,延长了棉子生物量快速累积持续期。(2)棉铃对位叶全氮含量达到最小值的时间晚,则可延长棉铃和纤维生物量快速累积持续期;全氮最小含量值高,则可延长棉子生物量快速累积持续期。(3)棉铃对位叶碳氮比快速增长持续期长、快速增长平均速率小,则可延长棉铃及纤维生物量快速累积持续期。可见,棉铃对位叶碳氮变化特征与棉铃生物量的关系密切,可通过调控棉铃对位叶碳氮含量及其比值促进棉铃发育。     

棉铃对位叶C/N的变化及其与棉铃干物质积累和分配的关系

以产量差异显著的14个棉花品种为材料, 研究棉铃对位叶C/N的变化特征及其与棉铃干物质积累与分配的关系。结果表明, 棉铃对位叶C/N随铃龄的变化可用y=at²+bt+c拟合[ y为C/N, t为铃龄(d), a、b、c为常数], 其主要特征值(a、b、c和C/N最大值)与单铃干物重(即单个棉铃的铃壳、棉籽和纤维3部分干重之和)和铃重(即棉籽和纤维两部分干重之和)存在极显著相关关系, 而与衣分和铃壳率无显著相关关系。以a、b、c和C/N最大值为变量可将14个棉花品种聚类为Ⅰ(美棉33B等6个品种)、Ⅱ(科棉1号等6个品种)和Ⅲ(中棉所35和中棉所38) 3个类群, 三者棉铃对位叶C/N及单铃干物重的变化特征差异显著, 其中类群Ⅲ铃龄10~17 d期间的棉铃对位叶C/N显著高于类群Ⅰ和类群Ⅱ, 铃龄24 d之后仍保持在2.5左右, 整个铃期内变幅最大, 平均值最高, 其单铃干物重快速增长期最长, 平均增长速率最小, 最终单铃干物重和铃重均最大, 但3个类群棉花棉铃干物质在棉铃各部分分配率的动态变化无明显差异, 最终衣分和皮棉产量与棉铃对位叶C/N变化特性无明显相关性。棉铃对位叶C/N变化的基因型差异显著, 棉铃对位叶C/N在铃龄10~17 d期间高、铃龄24 d之后仍维持在相对较高的水平, 有利于棉铃干物质的积累。     

棉花花铃期低温对叶片PSI和PSII光抑制的影响

选用陆地棉(Gossypium hirsutum L.)品种新陆早45号,在室外盆栽至开花结铃期后,移至人工气候室,模拟新疆棉花花铃期易出现的低温逆境条件,设置处理T(16℃/10℃,昼/夜),以常温(30℃/18℃,昼/夜)处理作为对照,采用叶绿素荧光和P700同步测定技术,研究低温对棉花花铃期叶片光合机构PSII能量分配、PSI氧化还原状态及环式电子传递流的影响。结果表明,与对照相比,低温处理显著降低了棉花叶片PSII光适应状态下最大光化学量子产量(F_v'/F_m')、光化学猝灭系数(qP)和PSII有效光化学量子产量[Y(II)],并使PSII非调节性能量耗散[Y(NO)]和调节性能量耗散[Y(NPQ)]量子产量显著升高,诱导PSII发生光抑制。低温引起棉花叶片光合机构PSI受体侧限制[Y(NA)]显著下降和供体侧限制[Y(ND)]显著升高,但未引起有效的PSI复合体含量(P_m)显著降低,表明与PSII相比,棉花叶片PSI对低温不敏感。此外,低温引起环式电子传递量子产量[Y(CEF)]以及与PSII实际量子产量比率的[Y(CEF)/Y(II)]显著升高,进一步表明在低温下,光破坏防御机制中环式电子传递流对棉花PSI、PSII起着重要的保护作用,是主要的光破坏防御机制。非光化学热耗散(NPQ)和调节性非光化学热耗散[Y(NPQ)]与[Y(CEF)]具有显著的正相关关系,表明低温引起棉花花铃期叶片PSII反应中心过度关闭产生过剩的激发能,造成了PSII可逆的光抑制,环式电子传递流的响应及较高的调节性能量耗散共同保护了棉花叶片PSI和PSII免受光抑制的损伤,这可能是棉花叶片PSI对低温不敏感的重要原因。