棉花细胞质雄性不育的胞质效应研究现状及未来展望

棉花具有明显的杂种优势,具体表现在产量、纤维品质、抗病虫等性状上。杂交种子生产是棉花杂种优势利用中非常重要的一环。近年来,由于人工杂交制种成本逐年提高,简化、高效、低成本的制种技术已经成为未来杂交棉发展的必然趋势。生产实践表明,利用细胞质雄性不育系不仅能简化制种方法还可以节约劳动力成本,目前已成为作物杂种优势利用领域的研究热点。然而,不育细胞质对棉花形态建成、花药发育、产量形成和纤维发育等均有一定影响,并且存在不利于棉花生长发育的负效应,从而限制了“三系”（不育系、保持系和恢复系）杂交棉的进一步推广利用。为此,综述了细胞质雄性不育对棉花主要性状的影响及其负效应产生的分子基础,并初步探讨了克服棉花不育细胞质负效应的潜在途径,以期为生产上选育和改良棉花细胞质雄性不育恢复系和强优势“三系”杂交种提供新思路。     

细胞质雄性不育陆地棉的细胞质效应

哈克尼西棉细胞质与陆地棉核互作不但引起花粉母细胞的败育，而且也影响到胚囊育性，具体表现与保持系比较，不育系的胚珠显著变小，不孕籽率显著变高和异常胚囊的增多，不育系不杂交，Ｆ１的花粉育性接种正常，但自交结铃率仍较低，表明哈克尼西棉不育细胞地对Ｆ１的育怀有一定程度的负效应。然而，这种负效应可以通过优良不育系和强恢复系的选与得以克服或减轻到不显著水平，在强优势组合（Ｆ１）中不育细胞质的负效应，不足以Ｆ１     

新型陆地棉细胞质雄性不育系花器形态学和细胞学观察

 采用石蜡切片法,对一种来源于陆地棉的新型细胞质雄性不育材料的3份转育材料（G22A,H109A和1793A）的花药发育过程进行了花器形态及细胞学观察。花器形态和细胞学观察结果表明,G22A,H109A和1793A三个不育系均花瓣小,花丝短,柱头明显外露,败育彻底,无花粉。败育时期主要发生在造孢细胞增殖时期至小孢子母细胞减数分裂前,表明这3份不育材料不育性状不受细胞核基因的影响。对不育材料与其保持系细胞学观察发现,不育材料与正常花药发育细胞学形态上主要差别是绒毡层发育。不育系绒毡层的着色不明显,大小与中层细胞相似且在整个花药发育过程中不降解,而保持系绒毡层的着色深,在小孢子发育过程中逐渐降解。因此,根据细胞学研究结果可以说明花药中绒毡层发育异常是该来源于陆地棉的新型细胞质雄性不育材料败育的细胞学基础。     

棉花花铃期氯化胆碱-BF1组合调节产量性状的时空效应研究

 试验于2002年和2005年在南京农业大学江浦试验站进行,研究氯化胆碱单一组合及与多利来（BF₁）复配组合对棉花产量性状调节的时空效应。结果显示,花铃期常规施用DPC条件下,于初花期和花后15 d两次单一CC处理显著提高各部位单铃子棉重,但铃数不增加;CC-BF₁复配组合初花期BF₁处理、花后15 d CC处理（BC）或CC-BF₁混合处理（BBC）,显示极显著提高全株外围和中下部内围单铃子棉重的调节效应,BBC处理可稳定维持花铃期各部位的成铃增长效应,BC处理主要维持中下部即伏桃和早秋桃的成铃增长效应。提出CC处理对以增加铃重为目标管理的适宜性和CC-BF₁复配组合对以提高铃重和增加成铃双重目标管理的适宜性。     

棉花细胞质雄性不育的研究及改良

本文就棉花“三系”杂种棉育种中细胞质雄性不育的研究现状作了较为详细的专题综述。介绍了棉花细胞质雄性不育种质及利用,不育性的遗传方式,及不育系细胞质对杂种后代的遗传效应,不育花药的细胞学和生理生化代谢特征等。评述了棉花细胞质雄性不育研究中所面临的问题及相应的对策。     

细胞质雄性不育海岛棉与陆地棉三交种的杂种优势表现

 以海岛棉和陆地棉不育系及其恢复系为杂交亲本,配制了10个海岛棉与陆地棉种间三交种（简称海陆三交种）和4个单交种。经两年田间试验表明,海陆三交种相对于海海单交种产量极显著提高,与海陆单交种无显著差异,但比陆陆单交种显著减产;纤维品质接近于海陆单交种,显著高于陆陆单交种;制种产量虽然不及陆陆单交种,但比海海单交种显著增产。选育海陆三交种应注重选择早熟的海岛棉不育系,高衣分的陆地棉临时保持系,大铃的陆地棉恢复系,且叶型和株型相对一致的亲本配制组合。     

温光气象因子影响棉铃产量和纤维品质性状的相关效应研究

 通过播期设置营造着果点棉铃差异性或相近性温光条件下完成棉铃发育过程,研究温度及光照两个气象因子对棉铃产量及纤维品质性状的影响。结果表明,不同温光条件各着果点棉铃的产量与品质性状差异达到极显著和显著水平,变异单铃纤维重>单铃子棉重>单铃生物量>衣分,比强度>伸长率>麦克隆值>纤维长度>整齐度;各着果点上不同开花期单铃纤维重极显著差异趋势一致,其它性状差异趋势不尽一致。依据温光气象因子与产量和品质性状的正相关,建立逐步回归分析动态模型分析铃期更具重要的影响因子,相对单铃总生物量6.0～7.0 g和单铃子棉重4.8～5.4 g的≥15℃有效积温范围为408.90～764.77℃和471.12～729.74℃,相对单铃纤维重1.8～2.3 g、麦克隆值3.5～4.9、纤维长度27～31 mm的平均日最低温度范围为15.46～26.33℃、13.1～23.6℃、15.9～26.6℃,相对纤维比强度值24.0～26.0 cN·tex^-1的日均温为21.2～23.7℃,相对衣分40%～42%的有效太阳辐射总量范围为871.45～899.57 MJ·m^-2 。据此可分别推理出江淮生态棉区目标性状棉铃的临界开花日。     

棉花细胞质雄性不育花药的淀粉酶与碳水化合物

棉花细胞质雄性不育花药中淀粉酶同工酶的缺失及其酶活性的降低影响花药中淀粉的水解。不育花药花丝输导组织较差或退化,花粉母细胞对可溶性糖需求的降低使花药中缺乏淀粉的积累。不育花药中缺乏淀粉的积累和淀粉酶同工酶的缺失与花粉母细胞的死亡有关。     

棉花晋A细胞质雄性不育系酶活性的研究

酶活性的变化与育性有着密切的关系。对与线粒体有关的过氧化物酶、超氧化物歧化酶、细胞色素氧化酶和琥珀酸脱氢酶进行了酶活性分析。结果表明:在花粉发育的各个时期晋A不育系的酶活性比其保持系明显要低。这表明了不育系与其保持系之间体内代谢强度的差异,也说明酶活性的变化与雄性不育现象有着直接的关系。     

Wnafstu棉花雄性不育系遗传类型研究

 以中棉所41、陕7359（系）、陕2089（系）、陕2234、陕024（系）5个陆地棉种质和8046-1、8046-2、8046-3三个与不育系具相同遗传背景的可育种质为测试父本,采用连续多代和多父本分别株对株测交,对西北农林科技大学发现的暂定名Wnafstu的雄性不育系进行研究。结果表明,5个陆地棉种质父本与不育系测交后,子代均为100%不育株;3个与不育株具相同遗传背景的可育株分别与不育株测交后,子代有不育和可育株两种类型,分离没有规律。据此认为,该不育系属细胞质雄性不育类型。一般陆地棉种质与其杂交,都可保持其不育性。与其具相同遗传背景的可育种质对不育系育性有恢复功能。提出了对该不育系下一步研究的方向。     

水稻细胞质效应对杂种优势的影响研究

利用已大面积应用的株1S、准S、培矮64S、7001S等两用不育系与R16、R32、成恢210、颜111R、R968、蜀恢527等10个常规稻配制的70个F1正反交组合为材料,在相同栽培条件下比较正反交组合农艺性状差异,研究细胞质效应对杂种优势影响的规律,为充分利用两系法杂交水稻优势,培育优质、高产组合提供更全面的理论认识.(1)以细胞质完全相同的株1S、陆18S分别与R16、颜111 R、R968、9311、广陆矮4号配制的正反组合材料中,地上部分干重、有效稳、穗长、实粒数、总粒数、单株总粒重达到显著差异,说明这些性状受细胞质效应的影响.而株高、结实率、千粒重和分蘖数4个性状也存在差异,但在株1S、陆18 S配制的组合中呈现的规律不同,表明这4个性状与核质互作有关.(2)在不同细胞质背景下,籼粳亚种间杂交组合结实率都偏低,表明亚种杂交不亲和性主要受核基因控制,与细胞质效应无关.(3)对株1S、培矮64S、7001S,准S等4种不育系细胞质正反交组合的生物学产量进行比较发现,正交生物学产量高于反交的组合数以株1S细胞质为最高,到达64.3％,表明该细胞质具有广谱配合力.其他细胞质正交优势组合数都低于50％,7001S、准S分别仅为37.5％、36.4％,推测7001S、准S细胞质可能具有特殊配合力的特点.(4)以R16为母本配制的组合其株高明显变矮、地上部分干重变轻、单株总粒重变轻,表明R 16的细胞质不利于杂种优势的发挥,存在细胞质负效应现象.     

棉花产量与品质改进新对策

世界经济形势对棉花作为主导的纺织纤维来源提出了挑战.过去10年中,世界棉花的丰产性育种进展不大,棉农种植棉花的收益较低,棉花生产效益不稳.从目前单产水平的这种停滞状态可看出在多年的育种进程中,棉花从种植到成熟过程中产量组分所受到的生理限制.就改进产量的育种对策而言,注重产量组分比之注重衣分或铃数更为重要,此外应注重的是棉株的生理特性,如种子的含油量.而在产量处于徘徊的这段时期,经济的竞争使世界纺纱与纺织技术加速改进,以满足棉纤维品质的需求.在棉纤维加工过程中,短绒(12.7mm及以下绒长)的问题往往是造成棉纱拉力降低,尤其是对气流纺织技术.随着乌斯特公司"高级纤维信息系统"R的问世,已可以在对棉纤维长度分类时直接对棉短绒含量进行测定.本文的目的是讨论如何在保持现有纤维品质的前提下,采用新的技术与对策进一步提高产量.     

双秆棉产量品质优势及其成铃机理的研究

以常规(单秆)移栽棉为对照,研究双秆棉产量品质优势及其形成机理。两年试验结果表明:在大田生长期缩减40天左右的情况下,双秆棉子棉产量2002年较CK增加12.72%,2004年较CKI和CKII分别增加17.04%、20.99%,均达显著水平;2004年双秆棉优质铃率较CKI和CKII分别高出21.46、2.75个百分点,据灰色系统关联度分析法评价,双秆棉总体纤维品质优于CKI和CKII,具有显著的产量品质优势,突出表现为开花结铃盛期与最佳光热季节同步期内的成铃的聚载效应和成铃的时空效应。双秆棉在最佳光热季节成铃强度达3.65万个·(hm2·d)1的同步期为24天,同步期间成铃强度比对照高1万个·(hm2·d)1左右,伏桃、早秋桃较对照多25.63万～36.00万个·(hm2·d)1,中下部内围铃较对照多17万个·hm2以上。     

棉花产量组分的改良对产量的影响

采用1973～1996年黄淮棉区棉花品种区域试验的历史资料来研究我国黄淮棉区棉花品种产量组分的改良对产量的影响。结果表明,产量从750kg·hm     

紫色土壤施氮对棉花产量品质的效应

通过盆栽试验、田间试验研究了紫色土壤施氮对棉花产量品质的效应。结果表明，施氮对棉花产量有极显著的增产效应，氮与产量的效应模型呈二次抛物线型，施氮量２５０ｋｇ·ｈｍ－２时，棉花产量最高；氮对纤维品质有一定影响，能提高比强度，并有降低麦克隆值、增加细度的趋势，纤维品质受氮磷钾影响顺序为伸长度＞麦克隆值＞比强度＞整齐度＞２．５％跨距长度；施氮能增加棉花叶片中叶绿素含量，但对叶绿素ａ和叶绿素ｂ的含量比例无明显影响；土壤中氮的含量与棉株对氮的吸收和棉株体对氮的积累量呈显著和极显著的正相关。     

钾肥分期施用对棉花产量及构成因素影响

为研究棉花需钾规律,找出合理的施钾方法,以‘华杂棉H318’为试验材料,大田研究了钾肥施用时期和比率对棉花产量及构成因素的影响,以及棉花在移栽期,初花期,盛花期3个时期对钾肥的需求规律。大田试验3个钾肥施用时期分别为A（基肥）、B（初花肥）、C（盛花肥）;各实验处理钾肥分两次施入,3个施钾时期组合(T)分别是AB（基肥和初花肥）、AC（基肥和盛花肥）、BC（初花肥和盛花肥）;两次钾肥施用量之比(R)有4种,分别是2:1、1:1、1:2、1:3。试验结果表明,钾肥初花期和盛花期追施（BC处理）可提高棉花子指和单株结铃数。钾肥基施时,初花期追施（AB处理）比盛花期追施（AC处理）更有利于提高单铃重、果枝数以及整体衣分。钾肥基施和盛花期追施（AC处理）产量构成因素的大小在各处理间居中,但籽棉产量却是最高。当钾肥施入比率为1:2时,可提高子指、衣分、单株结铃数、果枝数和籽棉重。所以,棉花在移栽期对钾肥需求量较少,但钾肥是移栽期必不可少的肥料,初花期和盛花期是钾肥需求量最大的时期,也是生殖生长的高峰期,对提高棉花产量具有决定作用。钾肥分两次施入,钾肥基施和盛花期追施效果较佳;适当加大盛花期钾肥施入比率（即A1C2处理）,对棉花生长和发育的效果最佳,对提高产量具有重要意义。     

哈克尼西棉细胞质对陆地棉主要经济性状的影响

利用2个恢复系与6个陆地棉品系正反交,结合人工辅助授粉,研究了杂种F1的经济性状表现。结果表明:杂种F1各经济性状广泛地受核基因控制;哈克尼西棉细胞质对F1的衣分、衣指、籽指及绒长有显著影响,且作用程度较高;多数性状不存在明显的核质互作效应。同核异质杂种相比较,哈克尼西棉细胞质F1衣指较低,籽指较高,衣分降低4~7个百分点;绒长增加1~2mm;纤维细度和断长也表现一定负效应。     

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.     

气象因子对棉纤维品质影响的研究进展

系统地分析了国内外在气象因子对棉纤维品质影响方面研究所取得的进展,初步分析了应当深入研究的几个问题。     

不同黄萎病级对棉花产量及纤维品质的影响

利用３个抗枯耐黄棉花品种（系），在病圃研究了不同黄萎病级对棉花产量及纤维品质的影响。结果表明，不同病级的棉花黄萎病株使单株子棉产量降低４．８２％～８５．６６％，单株结铃数减少３．３８％～８４．０１％，单铃重减轻２．６７％～１６．７４％，在分损失０．８２％～７．５７％。在产量各因素中，单株结铃数受病级影响最大，其次是铃重，再次是衣分。同时建立了各品种病级与单株子棉产量和单株结铃数的直线回归方程。黄萎病主要是对纤维的细度、强力、主体长度及成熟度有明显影响。病株与健株比较，病株纤维细度变细，强力降低，主体长度明显变短。