基因型差异对棉花光合产物生产和分配的影响及遗传改良研究

通过研究转双价基因(Cry1Ac CpTI)、转单价基因(Cry1Ac)抗虫棉以及常规棉三种基因型棉花光合产物生产和积累分配规律表明,三种基因型棉花光合速率峰值均出现在蕾期和花期,但峰值差异不显著。转基因棉花(单价和双价)花前光合产物积累量降低是生物学产量降低的主要原因;花后光合产物输出率提高是转基因棉花维持产量的主要因素。转基因棉花大量花后光合产物束缚在铃壳中导致转基因棉花铃重较低。在转基因棉花育种中应加强花前光合产物积累量和花后光合产物棉铃有效利用率的选择。     

基因型差异对棉花光合生产和分配影响及遗传改良研究

通过研究转双价基因(CryLAc CpTI)、转单价基因(CryLAc)抗虫棉以及常规棉3种基因型棉花光合产物生产和积累分配规律表明,3种基因型棉花光合速率峰值均出现在蕾期和花期,但峰值差异不显著。转基因棉花(单价和双价)花前光合产物积累量降低是生物学产量降低的主要原因;花后光合产物输出率提高是转基因棉花维持产量的主要因素。转基因棉花大量花后光合产物束缚在铃壳中导致转基因棉花铃重较低。在转基因棉花育种中应加强花前光合产物积累量和花后光合产物棉铃有效利用率的选择。     

转双价基因(Cry1 Ac+CpTI)抗虫棉(ZGK 9 71 2)对小地老虎抗虫性研究

室内测定了转 Cry1 Ac基因抗虫棉和转双价基因 (Cry1 Ac+Cp TI)抗虫棉对小地老虎的存活、生长发育、繁殖及营养效应的影响。结果表明 ,两种转基因抗虫棉对小地老虎幼虫均有一定的抗性 ,转 Cry1 Ac基因抗虫棉对低龄幼虫的抗性好于转双价基因抗虫棉 ,而转双价基因抗虫棉对高龄幼虫的抗性好于转 Cry1 Ac基因抗虫棉 ,但两种转基因抗虫棉对小地老虎幼虫的控制作用均不理想。两种转基因抗虫棉对小地老虎幼虫的生长发育、繁殖和营养效应均有较大的影响。表现为发育历期延长 ,虫重和蛹重减轻 ,羽化率、化蛹率、产卵量和卵孵化率降低 ;相对生长率、相对取食量、近似消化率、食物转化率和利用率明显降低 ,而相对代谢速率明显增加。转双价基因抗虫棉的影响更为明显     

转Cry1Ac+Cry2Ab基因棉与转Cry1Ac+EPSPS基因棉在黄萎病菌压力环境下检测技术和生存竞争能力研究

此研究为“十二五”转基因生物新品种培育项目中创建新的转基因棉花品种环境安全评价技术的建立而设。以转双价抗虫基因（Cry1Ac+Cry2Ab）棉、转双价抗虫抗除草剂基因（Cry1Ac+EPSPS）棉为观察材料,杂交抗虫棉赣棉杂1号和非转基因棉赣棉11号为对照材料,于黄萎病圃采用不同于抗病鉴定的方法,检测两种转双价基因抗虫棉在黄萎病菌压力下的发病情况、生长竞争能力和产量竞争能力。两个转双价基因棉抗黄萎病性不显著的强于两个对照;抗虫抗除草剂棉株高、覆盖度增长竞争能力相对较强,双Bt抗虫棉竞争力相对较弱;抗虫抗除草剂棉的单株成铃和果枝层数较高,增长竞争能力也较强,双Bt抗虫棉较弱;两个转双价基因棉最后的脱落率与两个对照差异不显著;抗虫抗除草剂棉籽棉、皮棉产量介于两个对照之间,而双Bt抗虫棉的产量低于两个对照。显示双Bt抗虫棉推广种植可行性相对较差,抗虫抗除草剂棉推广种植可行性一般。     

转Cry1Ac+Cry2Ab抗虫棉对3种害虫的存活、生长发育及中肠相关酶活性的影响

 以转Cry1Ac基因棉花和常规非转基因棉花为对照,系统研究了转Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花对棉铃虫、斜纹夜蛾、甜菜夜蛾的存活、生长发育及中肠酶活性的影响。研究结果表明,与常规棉对照相比,转Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花和转Cry1Ac基因棉花叶片对3种害虫的慢性毒性差异较大,对每种害虫的抗性程度也有一定的差异;饲喂转Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花和转Cry1Ac基因棉花叶片的3种害虫幼虫生长发育进度明显缓慢、体重明显减轻,相关酶活性也有不同程度的变化,但每种酶的变化有一定的差异。     

转双价基因棉花对根际土壤酶活性和养分含量的影响

在田间试验条件下,以3种转双价基因棉和常规棉石远321为研究对象,比较分析转双价基因棉和常规棉石远321根际土壤酶活性及养分的变化。结果表明,转双价Cry1Ac+CpTI基因棉sGK321与石远321根际土壤速效磷和铵态氮含量无显著差异,而硝态氮含量则显著高于石远321;转双价Cry1Ac+Cry2Ab基因棉(双Bt抗虫棉)速效磷和铵态氮含量均显著低于石远321,而硝态氮含量与石远321无显著差异;转双价Cry1Ac+Epsps基因棉(抗虫抗除草剂棉)速效磷和硝态氮含量均显著高于石远321,而铵态氮含量显著低于石远321。sGK321棉与石远321根际土壤脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性均无显著差异;双Bt抗虫棉土壤脲酶活性显著低于石远321,碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性与石远321均无显著差异;抗虫抗除草剂棉与石远321土壤脲酶活性无显著差异,碱性磷酸酶活性显著高于石远321,而过氧化氢酶活性显著低于石远321。表明sGK321棉与石远321根际土壤养分(硝态氮除外)含量和酶活性无显著差异,而双Bt抗虫棉和抗虫抗除草剂棉所呈现的差异是因不同品种所致。     

不同转基因棉的抗虫性与Bt毒蛋白含量关系研究

转单价 Bt基因棉和转双价 ( Bt+ Cp TI)基因棉对棉铃虫抗性的时空动态及其 Bt毒蛋白含量变化表明 ,无论是单价 Bt基因还是双价 ( Bt+Cp TI)基因 ,对棉铃虫均有明显的抗性 ,呈现明显的时空动态变化。单价 Bt基因在花铃期以前抗性不如双价 ( Bt+ Cp TI)基因 ,在花铃期单价 Bt基因棉花营养器官的抗性稍好于双价 ( Bt+ Cp TI)基因 ,但生殖器官的抗性不如双价 ( Bt+ Cp TI)基因。转单价 Bt基因棉和转双价 ( Bt+ Cp TI)基因棉的 Bt毒蛋白含量时空动态变化趋势与各自的抗虫性相一致。但转双价 ( Bt+ Cp TI)基因棉的Bt毒蛋白表达量在棉株各生育期同一器官及同一生育期不同器官均比转单价 Bt基因棉略低 ,说明 Cp TI基因对棉铃虫也有一定的抗性     

改造Cry1Ac蛋白C端对转基因水稻抗二化螟虫的影响

二化螟虫的泛滥严重影响水稻的产量,cry1Ac基因是目前世界上应用最广泛和最高效的抗虫基因之一,但二化螟虫通过进化会逐渐对其产生抗性。通过改变蛋白结构来构建新的Cry蛋白是解决这一问题的有效途径之一。为分析改造Cry1Ac蛋白C端能否对转基因作物抗虫性产生影响,本研究采用Cry1Ja蛋白的C端替换Cry1Ac蛋白的C端,重组获得CryFLAc蛋白。将cry1Ac基因和编码CryFLAc蛋白的cryFLAc基因分别构建到pTF101.1-ubi植物表达载体上,利用农杆菌介导方法转化到吉林省水稻品种吉粳88中;采用PCR、RT-PCR、免疫检测试纸条检测的方法确定cry1Ac、cryFLAc基因整合和表达情况;通过室内和田间抗虫性测试评价CryFLAc和Cry1Ac蛋白对T1代转基因水稻抗虫性的影响。研究发现:cry1Ac、cryFLAc基因均成功整合到水稻基因组中,并稳定表达;转cryFLAc基因水稻抗二化螟水平达到抗性级别,转cry1Ac基因水稻达到高抗级别;转cry1Ac基因水稻二化螟抗性高于转cryFLAc基因水稻。结果表明:Cry1Ja蛋白的C端替换Cry1Ac蛋白的C端不会提高转基因水稻的抗虫性。上述研究为人工设计合理化改造Cry蛋白提供了新的理论依据。     

转双价双Bt抗虫基因(Cry1Ac+Cry2Ab)棉与非转基因棉生物学特性差异分析

此研究为国家转双价双Bt抗虫基因棉环境安全评价技术的建立而设。以转双价双Bt抗虫基因(Cry1Ac+Cry2Ab)棉为观察品种,非转基因棉‘赣棉11号’为对照品种,进行棉花生育性状、产量性状上生物学特性表现对比。结果表明,转双价双Bt抗虫基因棉与非转基因棉相比,前者株高生长超速介于显著与不显著之间,增长幅度在3.3~4.7 cm之间;单株成铃数增加显著（增12.5个）;第一果枝高度提升显著（上升3 cm）;总果节数增加显著（增10.2个）;主茎节距拉长显著(0.5 cm);叶色加深显著;籽棉增产极显著（增267.0 kg/hm2）;皮棉增产极显著（增118.35 kg/hm2）;霜前籽棉减产极显著（减220.95 kg/hm2）;霜前皮棉减产极显著（减88.5 kg/hm2）;单铃重下降极显著（低0.54 g）;单铃籽棉重下降极显著（低0.44 g）;单铃皮棉重下降极显著（低0.18 g）;籽指上升极显著（升1.65 g）;纤维整齐度指数上升显著（高1.025%）;马克隆值升高显著（高0.787）;发芽率提高极显著（增2.75%）。结果说明转双价双Bt抗虫基因棉的一些生育性状、产量性状较差,总产性状较好,纤维品质上整齐度较好,推广种植性一般。     

复合性状转基因棉花杀虫蛋白表达量及对4种鳞翅目害虫的抗性

为了探讨复合性状棉花在长江流域对主要鳞翅目害虫的影响,本文以转Cry1Ac+Cry2Ab2+Cp4-epsps棉花Daiza24为材料,对其外源杀虫蛋白的时空表达及对棉铃虫、红铃虫、斜纹夜蛾、甜菜夜蛾4种主要鳞翅目害虫的抗性进行了测定。结果表明:Cry1Ac杀虫蛋白在复合性状棉花Daiza24和单价抗虫棉Tai D-5的各生育期不同组织器官中均能相对稳定地高表达,除铃期叶片外2个品种无显著差异。Daiza24各生育期不同组织器官中的Cry2Ab2杀虫蛋白含量高于Cry1Ac蛋白。同时,随着棉花逐渐生长,两种杀虫蛋白在棉花繁殖器官中的含量出现逐步下降的现象。室内生物测定和田间调查结果表明,在2、3、4代棉铃虫发生盛期,Daiza24不仅对棉铃虫、红铃虫有较好的控制效果,而且对斜纹夜蛾和甜菜夜蛾等非靶标害虫也有较好的控制作用,其室内杀虫效果分别为74.81%~81.81%、76.14%~85.14%,显著高于当地主栽抗虫棉品种Tai D-5,这与其杀虫蛋白表达量基本一致。     

源库调节对新疆高产棉花产量形成期光合产物生产与分配的影响

 以不同基因型棉花品种（常规棉新陆早13号、杂交棉标杂A₁）为材料,在皮棉产量2500 kg以上的膜下滴灌高产条件下,于花铃期分别进行剪叶、疏蕾处理,研究了源库关系改变对叶片光合速率、¹⁴C同化物运转分配及产量的影响。结果表明,去1/4叶后,新陆早13号剩余叶片光合速率（Pn）显著增加,¹⁴C同化物输出率及在棉铃中的分配率提高,产量和纤维品质与对照（CK）无明显差异;疏1/4蕾铃后,标杂A₁叶片Pn和棉株光合物质累积未受到影响,但加速了同化物向棉铃的运转速率,增强了棉铃对茎叶和根系中同化物的再调运能力,产量高于CK。因此,依据不同品种对源库关系改变的响应,通过协调关键栽培技术调控源库关系,进而调节光合产物运转及分配的方向和速率,对实现新疆棉花超高产、稳产具有重要意义。     

转RRM2和ACO2-E6基因棉花冠层特征和光合特性与产量形成的关系

为探明转基因棉花产量形成关键期的生理机制,2014―2015年以转RRM2基因棉花及其亲本中棉所12(CK1)、转ACO2-E6基因棉花及其亲本中棉所24(CK2)为材料,研究冠层特征、光合特性等与转基因棉花产量形成的关系,分析比较转基因棉花与亲本的生长发育、产量及其构成的差异。结果表明:转RRM2基因棉花的铃重、籽棉产量、皮棉产量、纤维上半部平均长度和断裂比强度均高于或显著高于中棉所12。转ACO2-E6基因棉花的衣分、籽棉产量、皮棉产量、纤维上半部平均长度和断裂比强度均高于或显著高于中棉所24。转基因棉花的籽棉产量与盛铃期的叶面积指数、光系统Ⅱ光化学量子产量、光系统Ⅱ最大光化学效率和可溶性总糖含量等分别呈显著的线性相关。转基因棉花的叶面积指数和可溶性总糖含量于产量形成关键期均高于或显著高于各自对照,且表现出较优的冠层结构以及较合理的源库比。     

陆地棉棉铃组分性状的基因型差异及与产量的关系

为了探明陆地棉不同产量潜力品种棉铃性状的特点,于2008—2009年比较了3个大铃基因型与3个小铃基因型棉铃组分性状的差异。结果表明,大铃基因型的单铃纤维重、单铃种子重及单铃种子数显著高于小铃基因型,单粒种子重和单粒种子纤维重差异不显著。简单相关分析表明,单铃种子数与公顷皮棉产量呈极显著正相关(0.660**),但偏相关系数或直接通径系数较小或为负值(0.179,-0.052);而单株种子数与公顷皮棉产量的简单相关系数、偏相关系数和直接通径系数均为显著或极显著的正值(0.771*,0.650**,0.917**)。因此,单株种子数可作为皮棉产量选择的可靠指标。单粒种子纤维重和铃壳率受基因型效应的显著影响,受年份效应和年份×基因型互作效应的影响均不显著。说明单粒种子纤维重和铃壳率主要受遗传因素的影响,受环境因素的影响较小。     

不同抗虫棉基因型的生长发育和产量表现

以33B为对照,选择山东育成的5个常规、2个杂交Bt抗虫棉品种连续进行了4年的比较观察。结果表明,供试Bt常规抗虫棉大致可分为早发和晚发两种类型,前者除具有33B结铃性强、抗早衰等优点外,单株总生物产量、铃重和衣分也有所提高,4年平均皮棉产量比对照33B提高5%～6%,但仍具有前期生长慢、生育期偏长的特点;后者前期生育快,早熟性好,铃重和衣分显著提高,4年平均皮棉比对照33B增产5%～7%,但结铃数下降,易早衰。两个Bt杂交抗虫棉品种较好地协调了产量构成三因素之间的关系,4年平均皮棉产量比对照33B增产18%～19%。     

去留叶枝对棉花叶片、叶柄、铃柄解剖结构及产量的影响

以冀棉958为材料,于花铃期观察去留叶枝对果枝叶片、叶柄和铃柄解剖学结构,研究去留叶枝对棉花形态建成、发育特性及产量的影响。设计留叶枝和去叶枝两种整枝方式,于花后15 d(花铃初期)、45 d(花铃后期)取中部果枝(第6果枝)第1果节叶片、叶柄、铃柄,通过常规石蜡切片观察其结构,并于成熟期测定产量。结果表明,去叶枝有利于提高果枝叶光合能力及蒸腾作用;有利于果枝叶及叶柄输导组织的形成和发展,即能促进同化物及水分的运输。花铃初期去叶枝有利于铃柄同化物运输到棉铃,花铃后期留叶枝有利于铃柄同化物运输到棉铃。去叶枝棉花理论产量显著高于留叶枝理论产量,表明去叶枝能够显著促进光合同化产物的形成与运输,对提高棉花产量具有重要作用。     

棉花苗期耐低钾能力筛选指标研究及其与产量、品质的关系

以长江流域下游棉区的12个棉花主栽品种为研究材料,在人工气候室水培和田间种植条件下进行棉花苗期耐低钾能力筛选指标研究。结果表明,低钾会放大棉花苗期关于钾素吸收利用和光合碳同化等生理特性上的品种间差异幅度。土壤严重缺钾时会显著降低棉花铃数、铃重及衣分,其中铃数响应土壤缺钾最为敏感,而在铃重组成中纤维质量对土壤缺钾的响应幅度大于棉子质量。通过对比基于棉花苗期不同生理指标和最终产量与品质指标的筛选结果,发现综合考虑棉花苗期叶片SuSy活性、SPAD值和单株叶片生物量3项指标的低钾胁迫系数对棉花最终产量与品质的耐低钾能力具有较好的预测效果。通过试验筛选出低钾敏感型棉花品种泗杂3号和耐低钾型棉花品种泗棉3号,二者可作为进一步研究低钾环境下棉花产量、品质形成机理的理想试验材料。     

Effects of Genotypes and Plant Density on Yield, Yield Components and Photosynthesis in Bt Transgenic Cotton

Bt (Bacillus thuringiensis) transgenic cotton (Gossypium hirsutum L.), including the introduced, indigenous Chinese non‐hybrid and hybrid cotton, is spreading very rapidly in China. Agronomic and photosynthetic performance as well as the optimum plant density for planting Bt cotton may vary with genotypes. With three types of commercial Bt cotton varieties, two field experiments were conducted to study yield performance and leaf photosynthetic rate (Pn) during 2000 and 2001, and yield interaction between variety and plant density during 2001 and 2002 in Yellow River region in northern China. The first experiment showed that the indigenous Chinese Bt cotton significantly differed from the introduced Bt cotton (IBtC) in plant growth and yield components. As a result of manipulation of boll numbers, boll weight and lint percentage, there was no significant difference in lint yield between Chinese non‐hybrid Bt cotton (CBtC) and the IBtC, but two Chinese hybrid Bt cotton (HBtC) varieties exhibited significantly higher lint yield than all other varieties in either 2000 or 2001. Hybrid cotton SCRC15 showed a one‐peak curvilinear change in diurnal course of Pn throughout the growing season, while non‐hybrid cotton 33B and SCRC16 exhibited severe mid‐day depression in Pn in squaring, flowering or boll‐setting stage. The second experiment showed that the main effect of plant population on lint yield was not significant, and yield difference among all treatments was derived from varieties and the interaction between plant density and variety. The optimal plant densities in terms of lint yield for the introduced, indigenous CBtC and HBtC genotypes were 6.0, 4.5 and 3.0 plants m^?2 respectively.     

施钾对不同转基因棉花品种光合特性及产量和品质的影响

 在田间试验条件下,研究了施钾对转Bt+CpTI基因抗虫棉中棉所41、转Bt基因抗虫棉国抗1号和常规棉泗棉3号光合特性和产量及品质的影响。结果表明,施用钾肥能不同程度地提高不同转基因棉花品种的叶绿素含量、叶面积指数(LAI)、叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、叶绿素荧光动力学参数PSⅡ、最大光化学量子效率(F_v/F_m)、PSⅡ潜在光化学活性(F_v/F_o),从而提高棉花叶片的光合性能。施钾还提高了转基因棉花干物质量及分配到生殖器官的比例,增加了棉花总成铃数、铃重和衣分;施钾处理的中棉所41、国抗1号和泗棉3号的皮棉产量较未施钾处理分别增加5.8%,11.8%和7.0%,棉纤维的主要品质指标也得到改善。转Bt基因抗虫棉国抗1号比转Bt+CpTI基因抗虫棉中棉所41和泗棉3号对钾肥更为敏感。     

转BetA/als基因棉花材料的农艺性状考察

 以鲁棉研19转BetA/als基因的7个株系为材料,考察了这些株系的农艺性状。结果表明：外源基因BetA/als的导入对棉花各农艺性状有不同程度的影响,各性状变异系数增加。株系7-15、14-1的单株棉铃数、单个棉铃体积、果柄长、果枝夹角、衣分、子指、棉纤维2.5%跨长、比强度等性状与鲁棉研19相比差异不显著,铃重、子棉产量和皮棉产量提高,麦克隆值降低。株系7-15、14-1基本保持了原有品系优良农艺性状,在育种上可以将其作为BetA/als 基因的供体材料。