播期对棉铃生物量和氮累积与分配的影响及其与棉铃品质的关系

试验于2005年在江苏徐州(117°11′E,34°15′N)、2007年在河南安阳(114°13′E,36°04′N)进行,设置正常播期(4月25日)和晚播(5月25日)两个播期,研究播期对棉铃生物量和氮累积与分配的影响及其与棉铃品质的关系。结果表明,晚播显著影响棉铃(铃壳、棉籽、纤维)生物量和氮的累积与分配,进而影响铃重、棉纤维和棉籽品质形成。与正常播期比较,晚播条件下有以下变化:(1)棉株中部果枝棉铃铃期日均温下降,2005、2007年分别由24.8℃降至20.8℃、24.1℃降至19.4℃。(2)铃壳生物量升高、氮累积量下降;棉籽、棉纤维生物量和氮的快速累积起始时间推迟,累积速率峰值降低且出现时间晚,导致棉籽和棉纤维生物量和氮的累积量降低;棉纤维氮累积速率峰值出现时间早于生物量,棉籽则相反。(3)铃壳生物量和氮的累积量所占整个棉铃中的比率上升,棉籽生物量和氮的分配系数降低;棉纤维生物量的分配系数降低,但棉纤维氮的分配系数变化较小。(4)铃重、棉纤维比强度和棉籽蛋白质、油含量显著降低。综上所述,中部果枝棉铃在晚播条件下,铃期日均温降低导致光合产物和氮素向纤维和棉籽中的分配及铃壳的再转运过程受阻,棉籽和纤维的生物量和氮累积量降低,最终铃重降低、棉纤维和棉籽品质变劣。     

陆地棉EPSPS基因全基因组分析

当前在NCBI中提交的来源于陆地棉的EPSPS基因有2个,随着陆地棉基因组测序结果的公布,为在陆地棉基因组中全面鉴定EPSPS基因的存在提供了便利条件。从陆地棉异源四倍体标准系TM-1基因组数据库中共搜寻获得4个EPSPS同源基因,这4个基因分别分布在A07、A12、D07和D12亚基因组。从这4个基因的核苷酸序列、氨基酸序列和基因结构的比对,构建进化树的系统发育分析以及基因的转录情况研究来看,定位在A07和D07亚基因组的2个基因属于共线性高度同源基因,定位在A12和D12亚基因组的2个基因也是相同的情况。序列比对结果表明,已经在NCBI中提交的2个EPSPS基因分别是定位在A12和D12亚基因组上的基因,研究结果为定位在A07和D07亚基因组上EPSPS基因的克隆和功能研究提供了基础理论依据。     

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。     

棉(Gossypium hirsutum L.)株生理年龄对棉铃生物量和氮素累积的影响

【目的】探明棉株生理年龄对棉铃生物量和氮素累积的影响及其与棉铃品质的关系。【方法】2005年在江苏徐州(117°11′E,34°15′N)、2007年在河南安阳(114°13′E,36°04′N)设置分期播种(4月25日和5月25日)试验,使棉株不同果枝部位棉铃发育处于相同的温度和不同的棉株生理年龄条件下,研究其生物量和氮素累积的特征及其与棉籽、棉纤维品质的关系。【结果】不同生理年龄条件下,铃壳、棉籽、纤维及单铃最终总生物量和氮素的累积量差异较小,但棉铃各部分生物量和氮素的累积动态存在显著差异:棉株生理年龄较小时(下部果枝),棉铃发育前期生物量和氮素快速累积起始时间较早、速率较高、持续时间较短,而在棉株生理年龄较大时(中部果枝)棉铃生物量和氮素快速累积起始时间较晚、持续时间较长,整个累积过程较为平缓;棉株中部果枝铃纤维比强度显著高于下部果枝铃,而其它主要棉纤维及棉籽品质指标均差异不显著。【结论】棉株生理年龄的变化不改变棉铃最终生物量和氮素累积量,但显著改变棉铃各器官生物量和氮素的累积特征。纤维比强度是对棉株生理年龄或棉铃生物量累积特征最为敏感的指标,棉株中部果枝铃纤维生物量和氮素的平缓累积可能是其纤维比强度较下部铃高的主要原因。     

麦棉套作复合根系群体对棉花根系生长的影响

【目的】探索麦棉套作两熟中棉花根系对逆境适应的生理机制，为采取合理调控措施、解决麦棉两熟双高产栽培中棉花弱苗晚发问题提供依据。【方法】在麦棉套作模式下，采用池栽和盆栽相结合的试验方法，设置麦棉自然根系套作(根系和肥水均可相互通过)、纱网隔根套作(肥水可相互通过，根系不能相互通过)和塑膜隔根套作(根系和肥水均不能相互通过)3种麦棉复合根系群体，研究套作小麦对棉花根系活力、内源保护酶活性及膜脂过氧化作用的影响。【结果】在麦棉共处期，麦棉自然套作复合根系中小麦根系对肥水的激烈竞争，导致棉花根系干物质累积量和根冠比均显著低于隔根处理。而小麦根系强烈的生理活动，使套作棉花根系处理相对隔根处理处于一种逆境胁迫状态，其根系活力增强，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)等内源保护酶活性明显提高。同时，根系细胞膜脂过氧化程度也相应增大。到小麦收获后，种间竞争解除，麦棉自然根系处理棉花根系生长的环境条件得以改善，根系膜脂过氧化程度降低，但由于前期影响还未能完成消除，其根重仍明显低于隔根处理。【结论】套作棉花通过提高根系内源保护酶活性来适应小麦对其造成的营养逆境胁迫。     

棉花GhEPSPS基因的原核表达载体的构建及诱导表达

目的在于构建棉花GhEPSPS基因的原核表达载体,并在宿主大肠杆菌中成功诱导表达。利用RT-PCR技术从陆地棉苏棉18中克隆获得GhEPSPS基因的开放阅读框序列,连接到p EASY-Blunt平端载体,构建获得重组载体p EASY-Blunt-GhEPSPS;以该重组载体为模板,PCR获得两端含有Eco RⅠ和XhoⅠ酶切位点的GhEPSPS基因CDS序列,通过这2个酶切位点插入到p ET32a载体,构建获得原核表达重组载体p ET32a-GhEPSPS,转化到宿主菌株BL21(DE3)中,经IPTG诱导后,SDS-PAGE检测目的基因的表达情况。研究结果表明,成功克隆获得了棉花GhEPSPS基因的CDS序列,并成功构建了该基因的原核表达载体,目的基因能够在宿主菌中被诱导大量表达。该研究结果将为深入研究棉花EPSPS酶的结构、功能以及酶学特性提供重要的研究基础。     

1 株抗草甘膦棉花突变体草甘膦抗性的初步鉴 定简

 目的在于探明1株新的草甘膦抗性棉花突变体是否能用于发掘新的草甘膦抗性基因以及在农业生产中作为抗草甘膦种质的选育和利用的潜在价值。本文采用PCR的方法,在基因组和转录水平上排除了CP4-EPSPS基因对该突变棉株的污染;通过测定莽草酸含量,鉴定了该突变体草甘膦抗性的典型生理特征;通过盆栽试验研究了该突变体苗期对草甘膦抗性的表型。结果显示：不论草甘膦处理与否,突变棉株莽草酸的含量都没有显著的积累,在生理水平上显示出草甘膦抗性植株的显著特点;2叶期时草甘膦处理结果显示,突变棉株的草甘膦抗性表型同孟山都的品种对草甘膦的抗性表型基本一致。在基因组和转录水平的PCR检测结果都排除了突变棉株草甘膦抗性的获得是CP4-EPSPS基因污染造成的。结合对其他已报道的草甘膦抗性基因的类似排除,说明该抗性突变存在着自身特有的分子机理。     

液质联用法分离鉴定甜叶菊叶片中的不同甜菊糖苷

为了进一步完善甜叶菊叶片中不同甜菊糖苷的测定方法,采用液质联用技术对多种甜菊糖苷标准品和‘鑫丰3号’甜叶菊叶片粗提物进行分析测定。最终共确定12种甜菊糖苷的出峰时间和顺序,其中甜茶苷、甜菊糖双苷和莱鲍迪苷E的出峰时间和顺序为首次确定。基于莱鲍迪苷A的测定标准曲线和多种甜菊糖苷的高效液相检测图谱结果确定‘鑫丰3号’叶片中的甜菊糖苷组成。‘鑫丰3号’叶片中共含有甜菊苷,莱鲍迪苷A、B、C、D、E和莱鲍迪苷F,甜茶苷,甜菊糖双苷9种甜菊糖苷,其中莱鲍迪苷D和E为痕量存在。本研究不仅为后续甜菊糖苷的测定提供了目前已有报道中最全面的紫外检测图谱依据同时也为新类型甜菊糖苷的发现和鉴定提供了方法参考。     

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。     

西红花β-胡萝卜素羟化酶CsBCH1-z基因的分离与生物信息学分析

为更好地理解西红花类胡萝卜素合成代谢途径,从西红花中分离和克隆了1 个新的β-胡萝卜素羟化酶基因CsBCH1-z,并从柱头cDNA中克隆了该基因的全长编码序列为906 bp,编码301 个氨基酸残基,对应的基因组序列为1261 bp,5 个外显子由4 个内含子子间隔开。与已知的CsBCH1 基因的氨基酸序列比较,发现在N端由于6 个碱基的缺失,造成了2 个氨基酸的缺失和1 个氨基酸由异亮氨酸突变为亮氨酸,另外还有一处单碱基的变异造成苏氨酸突变为丙氨酸。通过预测其蛋白含有3 个明显的跨膜结构域,C端包含了2 组“HXXXXH”和“HXXHH”结构域,是典型的脂肪酸羟化酶。β-胡萝卜素羟化酶是西红花苷合成的重要前体物质,CsBCH1-z 柱头中的表达量>叶片>花瓣;雄蕊中表达很低;球茎中表达不可见。