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.     

次生壁加厚过程中影响棉纤维素合成的主要生理机制

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.     

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。     

新疆棉花播期对棉纤维糖类物质及超分子结构的影响

[目的]在新疆气候生态条件下,研究不同播期对棉纤维发育过程中纤维素累积和纤维超分子结构的影响,探讨纤维累积特征、超分子结构变化与纤维强度形成的关系,揭示棉花生育后期低温对棉纤维强度形成的影响.[方法]选用新陆早13号和新陆早33号为材料,采用分期播种的方法,形成棉铃发育的不同温度条件,研究棉纤维素发育过程中纤维素累积特性和纤维超分子结构的变化,分析纤维强度形成与超分子结构变化的关系.[结果]在新疆棉花生产正常播期处理条件下,棉纤维的发育处于较适宜的温度条件,纤维发育过程中纤维素积累速率平缓且经历时期长;在晚播条件下,棉纤维发育后期受到低温的影响,纤维素的快速积累起始时期推迟,纤维快速积累时期缩短,纤维素的理论最大含量下降,晚播处理棉纤维的取向分散角和取向分布角的角度大于正常播期处理,纤维强度下降.[结论]在棉纤维发育过程中,棉纤维发育期后期的低温不仅影响了纤维素的积累特性,导致纤维的超分子结构3个参数大于正常播期处理,不利于高强纤维的形成.     

棉花纤维品质改良相关基因研究进展

棉纤维是优良的、使用最为广泛的天然纤维。随着人们生活水平的提高,对天然纯棉织物的需求不断增加,同时对品质的要求也愈来愈高。因此,提高棉纤维产量和品质成为当前棉花遗传育种的重要目标,对棉纤维发育相关基因的克隆与功能研究是实现这一目标的重要基础。棉纤维发育由4个明显但又重叠的时期组成,包括纤维细胞的起始、伸长(初生壁合成)、次生壁合成和脱水成熟。起始是影响纤维细胞数量的重要时期,而纤维长度和强度的决定发生在次生壁合成期和脱水成熟期。棉纤维发育是一个复杂而有序的过程,由大量的基因参与调控。目前,已经有一些在棉纤维发育过程中发挥重要作用的基因被报道,包括各种转录因子、参与激素代谢基因、编码细胞壁蛋白和细胞骨架蛋白基因、活性氧代谢相关基因、以及参与糖和脂类代谢的基因等。文中对已报道的这些与棉花纤维发育相关基因的克隆和功能分析进行了系统总结,以期为棉花纤维发育及品质改良研究提供参考。     

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。     

棉花GhWLIM5在棉纤维发育中的功能分析

LIM结构域蛋白是重要的发育调控因子，常作为肌动蛋白结合蛋白（F-Actin）参与调控细胞骨架建成。为了进一步研究GhWLIM5在棉纤维中的生物学功能，通过研究棉花的遗传转化并获得相应的转基因植株，同时对多株转基因植株进行表型分析，并通过分子试验对棉花LIM蛋白GhWLIM5在棉花纤维发育中的功能进行相关研究。结果表明，与野生型相比，抑制GhWLIM5表达的GhWLIM5 RNAi转基因棉花纤维中肌动蛋白细胞骨架较为稀疏，细胞生长速度降低，成熟纤维较短，纤维强度较弱。通过低速共沉淀检测发现，GhWLIM5促进F-Actin成束的能力与pH环境密切相关，随着pH值的升高，GhWLIM5促进F-Actin成束的能力逐渐下降。高速共沉淀结果显示，加入同等浓度F-Actin的情况下，经高速离心，GhXLIM6存在于沉淀中的比例明显高于GhWLIM5，说明GhWLIM5结合F-Actin的能力弱于GhXLIM6。纤维品质分析表明，抑制GhWLIM5的表达还会影响棉纤维次生壁的发育；但实时荧光定量结果显示，与野生型相比，转基因棉花纤维中这些纤维素合酶基因GhCESA4/7/8的表达并未发生明显变化...     

陆地棉纤维性状的遗传分析

利用生育期不同的陆地棉(G.hirsutum L.)亲本,配制了5个组合的 P_1,P_2,F_1,F_2,B_1,B_2各6个世代。应用多元分析法,对棉花纤维性状进行了遗传分析。结果表明:绒长整齐度、纤维宽度以加性效应为主;2.5%跨长、纤维细胞壁厚度由显性及上位效应控制;比强度以加性和显性和显性×显性效应为主;伸长率、麦克隆值、腔/壁和纤维素含量的遗体成份中,上位效应占有较比重。绒长整齐度和比强度、伸长率、麦克隆值、纤维宽度、纤维素含量间;比强度和伸长率,纤维素含量间;伸长率和麦克隆值、纤维素含量间;壁厚与纤维宽度间均呈极显著的正相关。整齐度与2.5%跨长间;麦克隆值与纤维素含量间;壁厚与腔壁/壁间均呈免相关或极显著的负相关。分析还表明:伸长率,整齐度和纤维素含量与比强度的关系最密切。     

陆地棉纤维发育中的生理生化指标研究

以陆地棉(Gossypium hirsutumL.)品种百棉1号、中棉所41(对照)的棉纤维整个发育过程为主要研究对象,对棉纤维细胞发育中的可溶性蛋白质、可溶性糖、纤维素、POD和CAT等进行了研究,探讨其与棉纤维发育之间的关系,结果表明,可溶性蛋白质、CAT和POD抑制纤维伸长,促进纤维加厚发育,而可溶性糖与其作用不同,促进纤维伸长,脱水成熟期可溶性糖含量低则表明纤维强度较好,纤维素均匀沉积有利于高比强度纤维的形成。研究可为棉花优质高产栽培提供理论依据。     

棉纤维次生壁加厚期的研究进展

棉纤维是胚珠表皮细胞经分化起始、伸长、次生壁增厚和脱水成熟而形成的单细胞纤维,棉纤维细胞次生壁增厚决定棉纤维强度。利用生理或分子生物学手段,研究次生壁增厚时期的生理基础及其相关基因的表达特征,可以揭示棉纤维强度的形成机制,为进一步探索改善纤维强度的生理调控途径和运用分子手段培育高强纤维品种提供理论依据。     

彩色棉抗氧化酶活性与棉纤维发育相关性研究

以1对纤维颜色不同的棉花近等基因系为试材,研究其棉纤维发育过程中棉铃抗氧化酶活性的动态变化,为棉纤维品质的改良提供理论依据。选择白色棉和绿色棉2个棉花品系,于花铃期和吐絮期分别测定铃壳、棉籽、棉纤维中SOD活性、POD活性、CAT活性以及MDA含量、可溶性蛋白含量,并对其纤维产量及长度进行考察。结果表明,在花铃期,白色棉纤维中SOD和POD活性均低于绿色棉,CAT活性显著高于绿色棉;而吐絮期,白色棉纤维中的抗氧化酶活性均高于绿色棉;绿色棉铃壳和棉籽中的MDA含量在整个生育期均高于白色棉;棉纤维的发育与抗氧化酶活性密切相关;棉纤维发育前期,较高的SOD,POD活性可以促进纤维的伸长,发育后期则有利于次生壁的加厚;绿色棉铃壳和棉籽中相对较差的抗氧化酶系统会促进色素的积累,从而影响棉纤维初生壁和次生壁的发育。     

棉花纤维突变体胚珠发育过程中主要生化物质的积累特征

采用4种不同类型的棉花纤维突变体和一个正常对照TM-1,分析比较了胚珠发育过程中,纤维和种皮内纤维素,种仁内脂肪、可溶性糖和蛋白质等成份的积累特征及诸成份与纤维素含量的相关关系.结果表明,棉花纤维突变体的胚珠不仅生化物质动态变化有着较大的差异,而且其生化物质的组成差异也很大.纤维突变体的纤维素含量低,种仁蛋白质含量低,脂肪含量高.纤维素含量与种仁内脂肪含量呈显著或极显著正相关;与纤维可溶性糖,纤维蛋白质有显著的相关性,呈显著负相关.     

棉花纤维强度的形成机理与改良途径

 本文对棉花纤维强度（力）的形成机理与改良途径进行了综合分析，指出种间、品种间成熟纤维的强度差异主要取决于：（1）纤维发育过程中，纤维素沉积与超分子结构变化的配合性；（2）纤维加厚发育初期，晶区取向分布角ψ和螺旋角φ的初始差异而导致的成熟纤维晶区取向参数差异,并有T#-0=T#-KCOSψ的理论关系；（3）纤维加厚发育初期，取向分散角α的初始差异与变化规律。二倍体栽培棉种螺旋角φ特别小,对提高陆地棉与海岛棉纤维强度有重要作用。纤维强度的遗传改良主要应依赖晶区取向参数，特别是螺旋角的优化。通过外界因素调控，可影响纤维素沉积与超分子结构变化的配合性，提高陆地棉纤维强度。     

陆地棉与海岛棉纤维发育的比较研究 Ⅱ.棉纤维的伸长、加厚和纤维品质

对大田生长的陆地棉(G.hirsutum L.)和海岛棉(G.barbadense L.)8个品种的纤维伸长、次生壁加厚及成熟纤维的品质的研究表明:纤维的伸长符合方程 Y=a_0+a_1x+…+a_5x~5。北农-1在开花后14d 纤维伸长最快,到24d 停止伸长;海7124在开花后12d 伸长最快,到25d 停止伸长;8763依在开花后18d 伸长最快,到36d 停止伸长。纤维的伸长与次生壁加厚相重叠,8763依和海7124的重叠程度比北农-1大。品种间纤维品质差异的原因在于纤维发育上的不同。与品质关系最大的纤维发育特征是纤维快速伸长期的长短,纤维伸长与次生壁加厚的重叠程度。     

苎麻韧皮纤维超微结构的研究

为了寻找苎麻栽培的科学管理依据及提高苎麻纤维产量和品质和途径,采用秀射电子显微地苎麻纤维细胞超微结构进行了观察,结果表明,苎麻纤维细胞壁具有６个层次,其中初生壁１层,次生壁５层,结合光学显微镜观察,发现苎麻纤维次生壁具有３个不同的螺肇层次,即以,中层和内层和内内、外层纤维素微纤维丝近横向排列,中层微纤丝近轴向排列,结节处纤维素纤丝出现断裂、缺损或附加,这些是影响苎麻纤维长度、强力、光泽等品种的主要     

可溶性蛋白含量与棉纤维发育的相关性

以3种棉纤维长度和衣分存在差异的农大HL1、农大HL2和新陆早49号棉花为试验材料,于花后10,20,30,40 d分别测定铃壳、棉籽和棉纤维中的可溶性蛋白含量和纤维长度,分析可溶性蛋白含量与纤维发育的相关性。结果表明,可溶性蛋白含量与棉纤维生长发育密切相关;在棉纤维伸长关键期,较低的可溶性蛋白含量利于棉纤维伸长发育,而较高的可溶性蛋白含量可促进次生壁加厚,利于棉花衣分的提高,进而提高棉花产量;在棉纤维发育进程中,棉铃各器官发育有着密切的联系,铃壳和棉籽中较强的生理代谢能力直接影响棉纤维的发育。     

陆地棉主要品种纤维品质变异性分析 Ⅱ、品种间纤维品质差异原因探讨

纤维强度是由单位纤维干重、纤维素含量、胞壁厚度、成熟度及胞壁结构密度等亚性状决定的。陆地棉品种间纤维品质差异原因各不相同,强度提高可多途径解决。许多性状发育都需相似环境,生理上有一定联系。但细度支数与单纤维强力,产量组成与主要品质性状间遗传上并无明显负联系,利于产量与品质共同提高。     

亚麻COBRA基因家族的鉴定与生物信息学分析

COBRA基因编码糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白,是次生壁加厚和纤维素含量的调节因子。亚麻纤维为韧皮纤维,纤维产量与次生壁中纤维素含量及次生壁加厚密切相关。通过BLASTP和Pfam分析,鉴定到24个亚麻COBRA家族成员,并对其进行基因结构、蛋白理化性质及系统进化等生物信息学分析。结果表明,有22个成员具有跨膜结构域,21个成员具有N-端信号肽,16个成员具有GPI锚定位点,所有蛋白均具有CCVS保守结构域而且都定位在细胞膜。基因结构和系统进化分析表明,亚麻COBRA基因家族分为2个亚家族:COBRA-I和COBRA-II,2个亚家族的基因结构具有明显的差异。