源库调节对Bt棉棉铃外源杀虫蛋白表达量影响的研究

 以转Bt基因抗虫棉不同大小棉铃品种泗抗1号、泗抗3号和科棉6号为材料,2005－2006年于扬州大学实验农场进行源库调节对棉铃Bt杀虫蛋白表达量影响的试验。研究结果表明：整株去除一半叶片,则体积膨大期棉铃体积、铃重和子指变小,且体积和铃重以大铃品种科棉3号受影响大,花后28 d体积和铃重分别下降15.4%和20.5%,子指以小铃品种泗抗1号受影响大,花后28 d下降了20.6%;与体积、铃重结果相反,铃壳和棉子中Bt蛋白含量增加,花后21 d则分别增加了23.5%～32.3%和3.3%～18.8%。整株均匀去除一半蕾,则棉铃体积、铃重和子指变大,其中仍以大铃品种受影响大,花后28 d分别增加了25.8%,10.4%和12.7%;而铃壳和棉子中Bt蛋白含量下降,仍以大铃品种下降幅度大,花后21 d分别下降了40.6%和33.7%。相关分析表明,源库调节下铃体积、铃重都与铃壳和棉子中Bt蛋白含量呈显著负相关,子指与棉子中Bt蛋白也表现同样效应。因此,在育种和栽培时需协调好棉铃发育和Bt表达的关系。     

棉花源库调节对铃叶光合产物运输分配的影响

通过早打顶去边心和人工剪叶,研究了减库或减源对铃、叶光合产物运转分配的影响。结果表明,当棉铃发育受减库调节时,铃体积增大,铃重提高,而且对高品质棉科棉1号影响较大;花后40 d科棉1号叶片可溶性糖和淀粉含量分别比对照增加41.0%和4.1%,常规棉苏棉15分别比对照增加14.8%和77.3%;花后30日铃对位叶标记24 h后¹⁴C光合产物的输出,科棉1号增加17.6%,苏棉15增加6.8%;棉铃光合产物输入率,科棉1号比苏棉15增加3.6%;此外,铃柄韧皮部中全氮、可溶性糖增加;棉铃发育受叶源限制调节时,铃体积减小,铃重降低,而且对苏棉15影响大;叶片中可溶性糖和淀粉含量减少,全株去3/4叶处理花后40 d科棉1号分别比对照减少8.7%和28.4%;苏棉15分别减少23.6%和32.2%。叶片¹⁴C光合产物输出率和棉铃¹⁴C光合产物输入率均降低,其中又以苏棉15下降幅度大。铃柄韧皮部中全氮、可溶性糖也相应下降。因此,通过技术手段调节源库,可以促进高品质棉叶片光合产物向棉铃输送,进而提高铃重。     

氮肥运筹对高品质棉棉铃形成及纤维品质的影响

为充分发挥高品质棉的产量与纤维品质潜力,以高品质棉杂交种科棉1号和常规种科棉4号为供试品种,于2003-2005年在扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室实验农场进行育苗移栽,设基肥、花铃肥、桃肥比例试验(科棉1号设20∶60∶20、10∶60∶30和25∶65∶10三个处理,科棉4号设20∶60∶20、15∶70∶15和10∶75∶15三个处理);基肥施用比例试验(科棉1号设10%、20%和30%三个处理,科棉4号设10%、15%和20%三个处理);促花肥施用比例试验(设0、20%、30%和40%四个处理);桃肥施用比例试验(科棉1号设10%、20%和25%三个处理,科棉4号设10%、15%和20%三个处理);花铃肥中保铃肥施用时间试验(设叶龄分别为17叶、19叶、21叶三个处理),调查氮肥运筹对铃重、铃体积和纤维品质的影响。结果表明, 吸N量为208.5~243.0 kg hm^-2,科棉1号和科棉4号基肥、花铃肥和桃肥的氮肥施用比例分别为20∶60∶20和15∶70∶15,且促花肥为30%时,有利于大铃的形成和纤维品质的优化,桃肥施用量为15%~20%时有利于秋桃的形成。保铃肥的施用时间在主茎叶龄19~20叶时最有利于棉铃发育、纤维品质改善和产量提高。相关分析表明,铃体积、铃重与产量及纤维品质呈正相关,尤其促花肥施用,有利于大铃形成,显著促进产量提高和纤维品质改善,因此对于高品质棉促进大铃形成是高产和纤维品质保优的关键。     

蕾期调亏灌溉对海岛棉棉铃发育及产量的影响

以新海24号、新海35号为材料,设置滴灌定额0 m3·hm-2(重度调亏,土壤含水量10%左右)、900 m3·hm-2(轻度调亏,土壤含水量16%左右)、1800 m3·hm-2(丰水,土壤含水量20%左右)3个处理,研究蕾期调亏灌溉对海岛棉棉铃发育及产量的影响。结果表明:0 m3·hm-2处理的铃直径、铃体积分别在花后10 d内、20 d内快速增大,铃重在花后30 d内增长速度较快;但铃直径、铃体积在开花后30 d,铃重在开花后50~60 d,均较900 m3·hm-2和1800 m3·hm-2处理显著下降。900 m3·hm-2处理的铃直径、铃体积及铃重均与1800 m3·hm-2处理无明显差异。皮棉产量以900 m3·hm-2处理最高,平均为2372.92 kg·hm-2,比1800 m3·hm-2和0 m3·hm-2分别高10.97%和41.78%。因此,海岛棉蕾期滴灌定额以900 m3·hm-2较为适宜。     

棉铃对位叶生理特性的基因型差异及其与铃重形成的关系

在大田栽培条件下,研究了4个基因型棉铃对位叶花后碳氮比,可溶性蛋白含量及内源保护酶活性动态变化的基因型差异及其与铃重形成的关系.试验结果表明,棉铃对位叶花后N代谢活跃,内源保护酶活性高,叶片生理活性较强的基因型(如苏棉15和科棉1号),其铃重的快速增长期长,单铃棉纤维干重高,最终铃重较高;反之,棉铃对位叶生理活性弱、功能期短的基因型(如德夏棉1号),棉铃对位叶中C/N高,内源保护酶活性低或下降过快,造成铃重快速增长期缩短,单铃纤维干重降低,最终铃重较低;美棉33B棉铃对位叶中C/N和内源保护酶活性变化特征介于上述两种类型之间.由以上结果可以得出,在本试验条件下,棉铃对位叶生理特性的基因型差异是导致不同铃重形成的重要生理原因之一.     

转Bt基因棉中棉所3O不同开花期棉铃发育及产量构成因素的研究

转Bt基因棉中棉所30第Ⅰ期(1998年7月25～26日开花)棉铃花后10d的体积和单铃重分别较轮回亲本中棉所16增加8．57％和11．88％,表明其库强度较高;而第Ⅱ期(8月3～5日开花)和第Ⅲ期(8月12～14日开花)棉铃的早期(铃龄10d前)及各期棉铃的中后期(铃龄10d后)体积和单铃重均低于中棉所16,并且其瘪子数随开花期推延快速增加,反映了该品种源器官供应能力的不足。中棉所30棉铃纤维对同化产物的竞争力较强,每饱子纤维数、每饱子皮棉重、每铃皮棉重和衣分基本上极显著或显著高于中棉所16,而铃壳和种子的物质积累减少,铃壳比例、饱子数、饱子重和子指降低,瘪子数上升。     

高品质陆地棉纤维品质形成特点的研究

以常规棉苏棉16为对照,研究了高品质棉渝棉1号、高品质Bt棉科棉1号的纤维发育及品质形成特点。结果表明,与苏棉16相比,科棉1号和渝棉1号纤维快速伸长期略长,快速伸长期内的长度日增长速率较高;比强度快速伸长期较短,但在快速伸长期内的增长速率较高;纤维素含量随着花后天数呈增加趋势,17 d内的增长速率很低,17 d后速率明显加快,至花后24 d呈直线上升趋势,到花后45 d时纤维素含量基本稳定。与苏棉16相比,渝棉1号和科棉1号花后IAA含量较高;花后17 d ABA含量较高,花后24 d的ABA/IAA较高,说明不同基因型纤维发育和品质建成过程的差异与其纤维细胞内的激素变化有关。     

转Bt基因棉中棉所30不同开花期棉铃发育及产量构成因素的研究

转 Bt基因棉中棉所 30第 I期 (1 998年 7月2 5～ 2 6日开花 )棉铃花后 1 0 d的体积和单铃重分别较轮回亲本中棉所 1 6增加 8.57%和 1 1 .88% ,表明其库强度较高 ;而第 II期 (8月 3～ 5日开花 )和第 III期 (8月 1 2～ 1 4日开花 )棉铃的早期 (铃龄 1 0 d前 )及各期棉铃的中后期 (铃龄 1 0 d后 )体积和单铃重均低于中棉所 1 6,并且其瘪子数随开花期推延快速增加 ,反映了该品种源器官供应能力的不足。中棉所 30棉铃纤维对同化产物的竞争力较强 ,每饱子纤维数、每饱子皮棉重、每铃皮棉重和衣分基本上极显著或显著高于中棉所 1 6,而铃壳和种子的物质积累减少 ,铃壳比例、饱子数、饱子重和子指降低 ,瘪子数上升     

钾营养对高品质棉不同部位棉铃发育及内源激素影响的研究

研究了施钾量对高品质棉科棉3号不同部位棉铃发育及内源激素的影响。结果表明,钾肥能有效地促进棉铃体积增大、铃重提高,纤维长度变长和成熟度提高。增施钾肥能更有效的促进棉株上部棉铃发育,使上部铃体积、铃重、纤维长度和成熟度与中部差距缩小,但施钾也使麦克隆值增大,纤维增粗。氯化钾施用量在225和375 kg.hm-2时,上部铃体积比中部分别低6.75%和3.95%。而施钾量在225 kg.hm-2时,上部铃重比中部低4.50%,施钾量在375 kg.hm-2时,上部铃重反而比中部铃重高1.89%。生殖器官中钾的吸收能促进铃壳中IAA含量增加,纤维中ZR提高,铃壳中的IAA含量分别与棉铃体积、铃重呈极显著正相关(r=0.9647**,r=0.9145**),纤维中的ZR含量与纤维长度和成熟度分别呈显著和极显著正相关(r=0.8712*,r=0.9474**)。说明施用钾肥调节了棉铃内源激素系统,有利于诱导整株棉铃发育,提高铃重和整株纤维品质。     

棉铃对位叶C/N的变化及其与棉铃干物质积累和分配的关系

以产量差异显著的14个棉花品种为材料, 研究棉铃对位叶C/N的变化特征及其与棉铃干物质积累与分配的关系。结果表明, 棉铃对位叶C/N随铃龄的变化可用y=at²+bt+c拟合[ y为C/N, t为铃龄(d), a、b、c为常数], 其主要特征值(a、b、c和C/N最大值)与单铃干物重(即单个棉铃的铃壳、棉籽和纤维3部分干重之和)和铃重(即棉籽和纤维两部分干重之和)存在极显著相关关系, 而与衣分和铃壳率无显著相关关系。以a、b、c和C/N最大值为变量可将14个棉花品种聚类为Ⅰ(美棉33B等6个品种)、Ⅱ(科棉1号等6个品种)和Ⅲ(中棉所35和中棉所38) 3个类群, 三者棉铃对位叶C/N及单铃干物重的变化特征差异显著, 其中类群Ⅲ铃龄10~17 d期间的棉铃对位叶C/N显著高于类群Ⅰ和类群Ⅱ, 铃龄24 d之后仍保持在2.5左右, 整个铃期内变幅最大, 平均值最高, 其单铃干物重快速增长期最长, 平均增长速率最小, 最终单铃干物重和铃重均最大, 但3个类群棉花棉铃干物质在棉铃各部分分配率的动态变化无明显差异, 最终衣分和皮棉产量与棉铃对位叶C/N变化特性无明显相关性。棉铃对位叶C/N变化的基因型差异显著, 棉铃对位叶C/N在铃龄10~17 d期间高、铃龄24 d之后仍维持在相对较高的水平, 有利于棉铃干物质的积累。     

钾营养对高品质棉株不同部位纤维成熟度影响的研究

 研究了钾营养对高品质棉杂交种科棉3号和常规种科棉4号不同部位纤维成熟度的影响。结果表明,施钾肥并通过合理的运筹能有效地促进高品质棉株中、上部纤维成熟度提高、特别是棉株上部纤维成熟度的提高,从而使得棉株上部与中部纤维成熟度的差距缩小,有利于提高整株纤维成熟度。本试验条件下,氯化钾施用量在225 kg·hm^-2时,最有利于纤维成熟度的增长,高品质棉杂交种科棉3号钾肥运筹以基肥和花铃肥的比例为5：5,常规种科棉4号基肥和花铃肥的比例为7[JX-*5]：[JX*5]3时更有利于提高棉株中、上部的纤维成熟度,而且上部与中部的成熟度差异最小。     

两个不同彩色棉纤维品质性状形成特点及生长调节剂调节作用

选择天然棕色棉品种湘彩棉2号和绿色棉品种皖棉39,研究其纤维品质性状形成特点及激素调节作用。结果表明与常规白色陆地棉苏棉9号(对照)相比,2个彩色棉品种的纤维长度均较低,尤其皖棉39显著低于对照,主要是花后10~30 d伸长速率明显下降。两个不同彩色棉品种的纤维比强度、马克隆值和成熟度值均显著低于对照,且主要与各个品质指标形成关键期的增长率较慢有关。两个彩色棉品种10 DPA (days post anthesis)和20 DPA纤维中IAA含量,30 DPA和40 DPA ABA含量均显著低于各自对照。应用20 mg L^-1 GA₃处理棉铃后,湘彩棉2号、皖棉39 20 DPA纤维中IAA含量分别比各自对照提高51.07%、64.33%;吐絮时纤维长度分别比各自对照增加8.13%、13.96%;应用20 mg L^-1 ABA处理棉铃,40 DPA纤维中ABA含量分别比各自对照提高38.96%、24.40%,纤维比强度、马克隆值和成熟度也显著增加,其中又以皖棉39增加幅度较大。说明天然彩色棉纤维内源激素IAA和ABA含量不足影响纤维品质性状的形成,而通过植物生长调节剂应用可调节内源激素含量,改善纤维品质,且调节效应因植物生长调节剂和品种不同而异。     

陆地棉铃形和纤维品质的遗传和相关研究

采用加性-显性及其与环境互作的遗传模型,对8个陆地棉亲本的F1代15个组合的铃长、铃宽、铃长/铃宽（长宽比）等3个铃形性状以及5项纤维品质指标的两年资料,进行了遗传方差分量分解和成对性状间的遗传效应的相关分析。结果表明,铃形性状和纤维品质性状主要受加性效应的影响,显性效应也有较大作用;铃长与长宽比的广义和狭     

不同棉铃发育时期遮荫对棉纤维品质性状的影响

以中棉所41和鲁棉研18两品种为试材，设计3个遮荫时期（处理Ⅰ：棉铃发育0～20 d；处理Ⅱ：棉铃发育21～40 d；处理Ⅲ：棉铃发育41 d到吐絮），研究了遮荫对棉花纤维品质性状影响的规律。结果表明，遮荫使纤维长度变短，纤维伸长期增长，CK在25 d纤维达最大长度，处理Ⅰ、处理Ⅱ分别在35 d、30 d才达到最大长度，而处理Ⅲ对纤维伸长期没有影响；各时期遮荫都降低纤维断裂比强度和纤维成熟度，但使纤维细度增加，其中处理Ⅱ对纤维比强度、纤维成熟度和纤维细度的影响最大，与CK差异均达极显著水平；处理Ⅰ和处理Ⅲ影响较小。各时期遮荫对两品种纤维品质性状的影响趋势一致。     

南疆陆地棉种质资源表型性状遗传多样性分析

通过田间调查、室内考种及纤维品质检测,对南疆90份陆地棉种质资源16个表型性状进行鉴定及评价分析,为南疆陆地棉亲本选配和新品种选育提供参考。结果表明:16个表型性状中叶枝数(36.24%)、中部果枝长度(22.63%)、单株铃数(17.64%)变异系数较大,节位数(6.07%)、上半部均长(4.63%)、伸长率(2.59%)变异系数较小;各性状的遗传多样性指数平均值为2.01;相关分析结果表明,陆地棉品质性状与产量性状表现为负相关;主成分分析结果表明,前5个主成分累计贡献率达到71.69%,培育陆地棉优良品种应选择纤维品质优良、结铃数多、株型紧凑、单铃重适中、衣分较高的品种;聚类分析将90份种质分为4个类群,各类群性状差异较大,可为棉花新品种培育提供不同特性的种质材料。     

棉纤维发育相关基因时空表达与纤维品质的关联分析

以14个纤维品质差异的棉花品种(或品系)为材料,研究10个纤维发育相关基因时空表达变化与纤维品质的关系,为阐明棉纤维发育相关基因与纤维品质形成关系提供理论基础。利用实时荧光定量PCR技术检测10个基因在14个供试品种(或品系)不同纤维发育时期的相对表达量,结果表明,虽然遗传背景完全不同,但它们具有某些共同表达特征。GhExp1、GhCIPK1、GhSus1、GhSusA1和GhPL这5个基因都是在纤维伸长期优势表达;GhACT1、GhRacA和GhRacB是在纤维伸长前期和次生壁加厚期高表达;而GhCelA1和GhcelA3是在纤维伸长后期和次生壁加厚期优势表达。这些基因表达谱与纤维品质关联分析显示,GhRacA在23DPA高表达且表达量与纤维品质显著正相关,其余基因在低表达时其表达量与纤维品质呈显著性相关,而在高表达时其表达量与纤维品质无相关性。GhExp1在20DPA的表达量与纤维比强度和整齐度呈显著负相关,与伸长率呈极显著正相关;GhPL在23DPA的表达量与纤维长度呈显著负相关;GhRacA在5DPA和23DPA的表达量均与伸长率呈极显著正相关;GhRacB在10DPA的表达量与长度和整齐度呈显著负相关;GhCelA1基因在5DPA的表达量与纤维长度呈显著正相关,与马克隆值呈显著负相关,在10DPA的表达量与马克隆值呈显著正相关,与伸长率达到极显著正相关,与比强度呈显著负相关,与长度和整齐度呈极显著负相关;GhCIPK1、GhACT1、GhSus1、GhSusA1和GhCelA3 这5个基因在纤维发育各时期的表达量与纤维品质各指标未检测到相关性。     

转iaaM基因陆地棉种质系的经济性状及其杂种F1表达特征

为阐明转iaaM 基因陆地棉种质系在Ⅰ型高品质杂交棉育种中的利用价值,本研究采用4 个转iaaM 基因的陆地棉新种质系、2 个高品质陆地棉种质系,及其4 个杂交组合做PCR分子检测,并对其经济性状进行区组比较试验。结果表明：4 个转iaaM 基因的父本及其杂交F1在500 bp 处均出现特征主带,而2 个高品质母本无特征主带,显示iaaM 基因在杂交F1代呈显性表达。转iaaM 种质系的衣分较高、棉铃较大、单株结铃较多、脱落率较低;但籽指偏小、种子空瘪率较高。具有iaaM 基因的杂交F1组合,其衣分、单铃重、结铃数接近转iaaM 亲本,表明转iaaM 基因的产量性状三要素在F1代呈显性表达;其中有2个杂交组合的纤维品质达优质Ⅰ型,且1 个组合的皮棉产量与Ⅲ型杂交棉对照‘苏杂201’相比,仍具有正向竞争优势。利用iaaM 种质系做为杂交亲本,只要杂交配组适当,培育具有产量优势的Ⅰ型高品质陆地杂交棉在实践上是完全可行的。