低温条件下外源物质对棉纤维比强度的影响

研究低温条件下外源物质对棉花纤维比强度的影响。结果表明:在低温条件下,花后15d3、0 d外施C N BA均能提高棉花铃重和衣分,且以花后30 d效果最好。花后30 d外施BA可增加铃重,但效果远低于外施C N BA;花后15 d外施BA对衣分的效果与C N BA大致相当。外施C N、C N BA、BA均有利于优化棉纤维的螺旋角(φ)和取向分布角(ψ),提高纤维比强度,且花后15 d、30 d均以外施BA效果最佳。     

棉花季节桃纤维发育相关酶活性变化与纤维比强度形成的关系

 选择纤维比强度差异明显的3类基因型4个棉花品种,研究季节桃纤维发育相关酶活性的动态变化及其与纤维比强度形成的关系。结果表明,棉花伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃纤维POD、IAAO活性的动态变化依次下降,蔗糖合成酶、β-1,3-葡聚糖酶活性与之相反。对于伏前桃和伏桃,纤维发育相关酶活性高,有利于纤维素累积特性的优化和高强纤维的形成;早秋桃纤维发育关键酶活性高于伏前桃,且纤维素累积特征较优,最终纤维强度较伏前桃高;随着日均温降到20℃以下,棉株的衰老,晚秋桃纤维发育相关酶活性峰值后移,纤维比强度增长幅度大幅降低。棉花季节桃纤维发育过程中相关酶活性动态变化的差异是导致纤维素的累积特性及纤维比强度差异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。     

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。     

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。     

不同生态棉区棉纤维晶区取向参数的变化及与纤维比强度的关系

 采用不同生态棉区选育的棉花品种,在新疆库尔勒、石河子和河北南宫市3地进行“异地分期种植比较”,研究了棉纤维的晶区取向参数的变化及其与纤维比强度的关系,结果表明：随纬度升高,由中熟棉区向北疆早熟棉区推移过程中,晶区取向参数升高,纤维比强度降低。随播期的推迟,相同果枝部位棉铃开花期随之推迟,晶区取向参数随之逐渐变大（宽化）,纤维比强度降低。新疆品种到内地种植后,晶区取向参数略有升高,纤维比强度降低;内地品种到新疆种植后,晶区取向参数略有升高,其纤维比强度降低,但新疆与河北产棉区间纤维比强度的差异不大。在本研究条件下,比强度与晶区取向参数均达到显著负相关,纤维晶区取向参数的优化（变小）有利于纤维比强度的提高,纤维晶区取向参数的变化是不同生态棉区纤维比强度改变的原因之一。     

盐胁迫下施钾调节棉纤维断裂比强度的糖代谢机制

【目的】研究盐胁迫下施钾调节棉花纤维断裂比强度的糖代谢机制,为盐碱地适量施钾提供理论依据。【方法】以中棉所79(耐盐型)和泗棉3号(盐敏感型)为试验材料,通过设置3个土壤电导率(低盐1.68~1.78 dS·m^-1、中盐6.21~6.42 dS·m^-1、高盐10.59~11.08 dS·m^-1),3个施钾量(0、150、300 kg·hm-2),研究了盐胁迫下施钾对棉花纤维断裂比强度、纤维加厚发育期纤维素累积和蔗糖、β-1,3-葡聚糖及相关酶活性的影响。【结果】(1)盐胁迫显著降低了棉花纤维断裂比强度;施钾显著缓解了中、高盐胁迫下盐分对纤维断裂比强度的影响,但施钾150、300 kg·hm^-2处理间无显著差异。盐碱地施钾,中棉所79的纤维断裂比强度增幅高于泗棉3号。(2)盐胁迫降低了纤维加厚期纤维素的累积量,降低了纤维蔗糖含量并提高了β-1,3-葡聚糖含量;盐碱地施钾则提高了纤维加厚发育期纤维素最大累积速率,提高了花后28 d磷酸蔗糖合成酶以及β-1,3-葡聚糖酶的活性,提高了蔗糖及β-1,3-葡聚糖含量,且施钾缓解作用随盐胁迫程度加重而逐渐减弱。施钾条件下,中棉所79的纤维素最大累积速率及β-1,3-葡聚糖酶活性的增幅高于泗棉3号。【结论】盐碱地适量施钾可缓解盐胁迫对棉花纤维断裂比强度的影响。     

花铃期渍水对棉铃对位叶蔗糖代谢及铃重的影响

试验以新棉33B为材料,于2007年和2009年在江苏南京(32º02′N,118º50′E)江苏省农业科学院防雨棚的水泥池中进行。以正常灌水(土壤相对含水量为75%±5%)为对照,于棉花中部(6~8)果枝开花时进行渍水7 d和14 d (保持地面2~3 cm的水层)处理。研究花铃期渍水对棉铃对位叶蔗糖代谢及铃重形成的影响。结果表明,花铃期渍水条件下棉铃对位叶可溶性糖、蔗糖、淀粉含量增加,蔗糖/淀粉比值下降,且随渍水持续期的延长变化幅度增大,表明花铃期渍水致使叶片蔗糖外运受阻且随渍水时间的延长外运受阻加重;棉铃对位叶蔗糖磷酸合酶、蔗糖合酶和酸性转化酶活性增强,且随渍水持续期的延长和果枝部位的上升而增大;棉铃对位叶可溶性糖、蔗糖和淀粉含量与蔗糖磷酸合酶、蔗糖合酶及酸性转化酶活性显著正相关(P<0.05),表明渍水条件下蔗糖代谢被激活但并未促进叶片蔗糖的外运,铃重随果枝部位上升和渍水持续期的延长下降幅度增大。这是渍水条件下铃重下降的重要原因。     

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。     

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)。     

一个棉花纤维伸长期优势表达启动子pGhFLA1的克隆与鉴定

棉花纤维是研究单细胞生长发育的良好模式细胞,寻找在棉花纤维发育时期优势表达的启动子,对于棉花纤维发育的功能基因组研究非常重要。本试验对发掘到的一个在纤维伸长期优势表达基因GhFLA1的启动子进行克隆,并将该启动子融合GUS转化棉花和烟草。转基因棉花的GUS蛋白染色表明,在0~20 DPA(days post anthesis)的纤维中检测到GUS蛋白,同时在柱头、雄蕊、萼片、胚根、子叶和根中也检测到GUS蛋白,但在花瓣、叶片和苞叶中没有检测到。同时GUS定量检测结果显示,pGhFLA1驱动GUS蛋白积累的高峰是在20 DPA的纤维中,其驱动GUS表达的能力是Ca MV 35S::GUS的22倍。转基因烟草组织化学染色显示pGhFLA1可以驱动GUS在叶片及叶片的表皮毛中优势表达,同时在子房、柱头、花药、苞叶、花柄基部、花瓣、种子等生殖器官上也存在GUS蛋白。启动子pGhFLA1在棉花纤维和烟草叶片的表皮毛中优势表达,可用于棉花纤维功能基因组研究,在改良纤维品质育种中具有潜在的应用价值。     

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.     

新疆滴灌棉花花铃期干旱复水对叶片光合特性及产量的影响

在新疆气候生态条件下, 采用膜下滴灌植棉技术, 控制花铃期0~60 cm土壤滴水下限分别为田间持水量的45%(中度干旱)、60%(轻度干旱)和75%(正常供水, 对照), 滴水上限均为田间持水量, 研究不同程度干旱复水对棉花叶片光合特性及产量形成的影响。结果表明, 干旱降低了叶片净光合速率(P_n)和气孔导度(G_s), 中度干旱下叶片光化学猝灭系数(qP)、PSⅡ电子传递量子产量(Ф_PSⅡ)降低, 非光化学猝灭系数(NPQ)升高。复水后3 d内P_n和G_s恢复, 以轻度干旱恢复最快; Ф_PSⅡ和qP与Pn的变化相似; NPQ复水后1~2 d显著降低。从初花期至盛铃前期, 轻度干旱复水后光合物质累积量与对照无明显差异, 盛铃后期至吐絮期低于对照, 籽棉产量较低; 中度干旱复水后光合物质累积量及籽棉产量均最低。     

利用GGE双标图划分长江流域棉花纤维品质生态区

长江流域棉区棉纤维品质区域特征明显,合理划分纤维品质生态区有助于提高原棉品质和配棉效率。本研究采用GGE双标图的“环境-性状”功能图分析2000-2012年期间长江流域国家棉花品种区域试验中环境与纤维品质性状的互作模式,提出长江流域棉纤维品质生态区划分方案。结果表明,长江流域棉区可划分为“中等品质生态区”、“高长度与比强度生态区”和“低马克隆值生态区”。其中,长江流域中等纤维品质生态区涵盖湖北省江汉平原和鄂东南岗地棉区、河南省与湖北省交界的南襄盆地棉区、湖南省环洞庭湖东部和西部棉区、江西省环鄱阳湖棉区、安徽省沿江与江淮棉区、江苏省宁镇丘陵与沿江棉区和浙江省沿海棉区,纤维品质较好,代表了长江流域的总体水平;高长度与比强度生态区位于湖南省环洞庭湖北部滨湖沃土棉区,纤维长度和比强度优良,而马克隆值偏高;低马克隆值生态区涵盖长江流域最西边海拔较高的棉花熟期早长势较弱的四川丘陵棉区和最东边土壤含盐度较高且棉花长势较弱的江苏沿海棉区,纤维马克隆值达到B级水平,为长江流域马克隆值最好的区域,但纤维比强度水平一般。本研究充分展示了GGE双标图的“环境-性状”功能图在纤维品质生态区划分方面的应用效果,可为长江流域棉花区域化种植和纺织企业合理用棉提供决策支持,也为其他棉区和作物生态区划分研究提供参考。     

高品质陆地棉蔗糖代谢关键酶活性对纤维品质形成的影响

以高品质陆地棉鲁324系(324)、渝棉1号(YM-1)和普通陆地棉鲁棉研18 (L18)为材料, 研究蔗糖代谢关键酶活性变化对纤维品质形成的影响。结果表明, 高品质陆地棉叶片蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthetase, SPS)活性高, 蔗糖合成能力强, 主茎叶和果枝叶蔗糖含量高, 蔗糖供应能力强。Logistic方程模拟纤维素累积过程, 高品质陆地棉纤维素进入快速累积期的时间晚, 终止期延后, 快速累积持续期长, 累积速率平缓, 最终纤维素含量高, 纤维比强度高。在纤维发育前期, 高品质陆地棉蔗糖贮存较多, 为次生壁发育提供了充足的初始底物。高品质陆地棉蔗糖合成酶(sucrose synthetase, SS)活性高, 降解蔗糖能力强, 酶活性迅速增加时期与纤维素快速累积期相吻合; SPS活性在纤维素快速累积期终止前均明显高于普通陆地棉。叶片SPS活性和棉纤维中SS、SPS活性与纤维素累积及纤维品质形成有密切关系。     

棉花纤维素累积特性的基因型差异及与纤维比强度形成的关系

以14个纤维比强度差异明显的棉花品种为材料,研究了棉纤维素累积特性的基因型差异及与纤维比强度的关系。结果表明,棉株不同果枝部位棉铃的纤维素累积均符合Logistic曲线,棉纤维素累积的5个特征值（纤维素快速累积期的起始、终止时期,最大累积速率及其出现的时期,快速累积持续期）在品种间的变异均较大,与纤维比强度的相关系数存在大小和正负的差异。其中,纤维素最大累积速率和快速累积持续期的变异最大,前者与纤维比强度呈极显著负相关,后者与纤维比强度呈极显著正相关。进一步以纤维素最大累积速率和快速累积持续期为变量,在同样欧氏距离下,基于棉株上、中、下3个果枝部位数据的聚类结果不完全一致,但总体上14个品种可分为纤维素累积快、平缓、中等3种类型,德夏棉1号、科棉1号和美棉33B分别是其中心品种。同时以纤维比强度为变量的聚类分析表明,这3个品种又分别是低强纤维、高强纤维、中等强度纤维3种类型的中心品种。总之,在棉纤维发育过程中,纤维素累积特性存在明显的基因型差异,且高强纤维的形成是以纤维素平缓累积为基础,纤维素累积过快似乎不利于纤维比强度的形成。