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2022年 第34卷 第3期 刊出日期:2022-05-15
  
    研究与进展
    GhEIN3基因对棉花枯萎病胁迫响应的功能分析
    赵曾强,张析,李潇玲,张薇
    棉花学报. 2022, 34(3):  173-186.  doi:10.11963/cs20210046
    摘要 ( 38 )   HTML ( 168 )   PDF (16700KB) ( 20 )  
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    【目的】乙烯(ethylene, ET)不敏感蛋白3(ethylene-insensitive 3, EIN3)/EIN3-like(EIL)家族基因是乙烯通路中的关键基因,参与植物生物胁迫响应。探究其功能可为解析陆地棉对枯萎病菌的响应机理提供依据。【方法】从枯萎病菌诱导棉花根部基因表达谱数据中筛选并从TM-1基因组数据库中鉴定获得EIN3/EIL基因家族的GhEIN3基因,利用生物信息学、实时荧光定量聚合酶链式反应技术和病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing, VIGS)技术分别分析基因序列、不同处理下的表达特征及GhEIN3基因在棉花抗病过程中的作用。【结果】GhEIN3基因(Genbank登录号:KY744279)开放阅读框为1 842 bp,编码的氨基酸序列中含有典型的EIN3蛋白结构域。枯萎病菌胁迫和不同外源激素ET、水杨酸(salicylic acid, SA)和茉莉酸(jasmonic acid, JA)处理后,该基因受枯萎病菌胁迫和ET诱导上调表达,而受SA和JA诱导下调表达;当GhEIN3基因沉默后,对沉默植株进行枯萎病菌接菌试验,结果显示,与对照相比,沉默GhEIN3基因的株系更感病;基因表达量测定结果表明,与对照比较,沉默株系中病程相关基因PR1PR2PR4的表达量均下降,乙烯响应因子基因ERF1和1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶基因ACO的表达量下降,而PR5基因的表达量上升。【结论】从陆地棉中鉴定出的EIN3/EIL家族基因GhEIN3能够响应枯萎病菌和外源激素ET、SA、JA诱导,结合枯萎病菌、ET、SA与JA诱导后GhEIN3基因表达情况,以及枯萎病接种试验和VIGS结果认为,GhEIN3基因在棉花抗枯萎病的过程中起积极作用。

    陆地棉衰老相关基因GhSAG101的克隆及抗病功能分析
    吴健锋,樊志浩,武连杰,胡晓旺,韩知里,高巍,龙璐
    棉花学报. 2022, 34(3):  187-197.  doi:10.11963/cs20210030
    摘要 ( 30 )   HTML ( 35 )   PDF (11627KB) ( 14 )  
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    【目的】挖掘棉花抗病相关基因,为创制抗病棉新品种提供理论依据和候选基因。【方法】以陆地棉(Gossypium hirsutum) TM-1为研究对象,克隆了棉花衰老相关基因GhSAG101(senescence-associated gene 101)。通过实时荧光定量聚合酶链式反应分析GhSAG101在棉花幼苗不同组织中的表达量,以及在黄萎病菌诱导下表达量的变化;通过蛋白序列分析预测了GhSAG101的保守位点和活性位点;利用病毒诱导的基因沉默技术沉默棉花中GhSAG101,以空载体作为对照,通过棉花整株接种和离体叶片接种黄萎病菌研究GhSAG101沉默对黄萎病抗性的影响。【结果】GhSAG101基因编码区长度为1 764 bp,编码587个氨基酸残基的蛋白质,包含水解酶家族、EDS1(enhanced disease susceptibility 1)家族的保守结构域和亲核位点。GhSAG101在根中表达量最高,茎中次之,在叶片中表达量最低,黄萎病菌侵染中后期GhSAG101在根中被诱导上调表达。在棉花中沉默GhSAG101基因降低了黄萎病菌在寄主体内的扩展速度,减缓了病害发生过程。【结论】GhSAG101负调控棉花对黄萎病的抗性,可作为棉花抗病育种的候选基因。

    氮肥减量深施对油后直播棉花干物质与氮素积累、分配及产量的影响
    李飞,郭莉莉,赵瑞元,尹凌洁,王家珍,李彩红,何叔军,梅正鼎
    棉花学报. 2022, 34(3):  198-214.  doi:10.11963/cs20210072
    摘要 ( 42 )   HTML ( 36 )   PDF (4268KB) ( 21 )  
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    【目的】研究洞庭湖植棉区油(菜)棉(花)轮作种植制度下,氮肥施用深度及用量对棉花干物质与氮素的积累、分配及产量的影响,为油后直播棉化肥减施增效提供依据。【方法】于2018年和2019年在湖南常德开展氮肥运筹试验,以湘FZ001为试验材料,设置15 cm和5 cm(H15、H5)2个施用深度,0、90、180、270和360 kg·hm-2纯氮(N0、N90、N180、N270、N360)5个施氮量。【结果】棉花氮素积累量与干物质积累量的变化趋势一致,积累动态均符合逻辑斯谛(logistic)模型;氮肥深施提高了棉株氮素和干物质的积累量及其在生殖器官中的分配比例;随着施氮量的增加,氮素、干物质积累量及其在生殖器官的分配比例均呈现先升高后下降的变化趋势;氮肥施用深度及用量互作下,氮素积累量在H15N270下取得最大值,氮素在生殖器官的分配比例、干物质积累量及其在生殖器官的分配比例均在H15N180下最大。从氮素和干物质积累特征值可以看出,棉花中氮素和干物质的累积与分配基本同步,其中氮素的平均快速积累期起始时间略早于干物质积累,说明棉花氮素吸收可能是干物质积累的基础和前提。H15比H5提高了氮肥的利用效率,同时氮肥表观利用率、农学利用率、偏生产力随施氮量提高均呈现下降趋势;H15N180处理可以获得较为理想的氮肥表观利用率、农学利用率、偏生产力和生产效率,籽棉产量最高。【结论】适量氮肥深施可以促使棉花高产。推荐本地区氮肥施用深度从常规的撒施或浅施5 cm提高到15 cm,施氮量从常规的270~300 kg·hm-2减少为180 kg·hm-2

    陆地棉ACX基因家族的鉴定与功能分析
    田一波,潘奥,陈劲,周仲华,袁小玲,刘志
    棉花学报. 2022, 34(3):  215-226.  doi:10.11963/cs20220012
    摘要 ( 35 )   HTML ( 35 )   PDF (18092KB) ( 36 )  
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    【目的】通过对陆地棉酰基辅酶A氧化酶(acyl coenzyme A oxidase, ACX)基因家族进行鉴定和表达分析,为后续研究ACX基因的功能奠定基础。【方法】采用生物信息学方法对陆地棉基因组中ACX基因家族成员进行鉴定,并系统分析其理化性质、基因结构、进化关系、基因复制、启动子区顺式作用元件和表达模式等。利用病毒诱导的基因沉默技术初步探究GhACX16基因的功能。【结果】陆地棉基因组中鉴定到20个ACX基因,分布在13条染色体上,聚类分析将其分为4个亚族。非同义突变率/同义突变率(Ka/Ks)分析结果表明陆地棉ACX家族基因经历了较强烈的纯化选择。ACX基因的启动子区含有热应激、干旱、植物激素响应等相关的顺式作用元件。非生物胁迫下的表达模式分析结果显示,陆地棉ACX基因明显响应高温、低温、盐和模拟干旱胁迫;分析高温胁迫下耐高温与高温敏感棉花材料不同发育时期的花药中ACX基因的表达模式,发现GhACX5GhACX16基因的表达量变化明显。与阴性对照相比,高温胁迫下GhACX16基因沉默的棉苗表现出明显的耐高温特征,且叶片中脯氨酸含量、叶绿素含量和过氧化氢酶活性显著升高,而丙二醛含量显著降低。【结论】陆地棉ACX基因的鉴定及表达模式分析表明,ACX基因广泛参与非生物胁迫响应;经基因沉默试验和生理生化分析初步推测其中的GhACX16基因可能在高温胁迫响应中发挥重要的功能。

    研究简报
    红铃虫成虫对4种中药材提取物的电生理及嗅觉反应
    尹海辰,许冬,武怀恒,丛胜波,杨甜甜,万鹏
    棉花学报. 2022, 34(3):  227-234.  doi:10.11963/cs20210043
    摘要 ( 31 )   HTML ( 9 )   PDF (1332KB) ( 13 )  
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    【目的】开发利用中草药植物资源,建立红铃虫监测与防治新技术。【方法】以花椒(Zanthoxylum bungeanum)、黄柏(Cortex phellodendri)、云木香(Saussurea costus)、五倍子(Rhus chinensis)4种中药材提取物为对象,研究红铃虫(Pectinophora gossypiella)成虫对其电生理和嗅觉反应,并进一步探究复配剂的增效作用。【结果】当气味源的质量浓度为15 g·L-1时,花椒和云木香提取物均可引起红铃虫成虫强烈的电生理反应;嗅觉试验结果表明,花椒提取物对于雌雄虫均有极显著的引诱作用,选择反应率分别为67.26%和76.72%;云木香提取物对于雄虫具有极显著的引诱作用,选择反应率为71.19%;2种提取物的诱捕效果与棉花植株相当。复配试验结果表明,花椒提取物与芳樟醇按体积比37和64复配,分别对雌虫和雄虫的诱捕表现出显著的增效作用。【结论】本研究通过一系列室内试验初步筛选出了2种对红铃虫有较高活性的具有潜在应用价值的引诱剂配方(花椒提取物与芳樟醇按体积比37和64复配),可为红铃虫的监测和绿色防控提供技术和数据支撑。

    基于红外传感器的棉花叶片温度变化特征及其影响因子分析
    王亚茹,杨北方,雷亚平,熊世武,韩迎春,王占彪,冯璐,李小飞,邢芳芳,辛明华,吴沣槭,陈家乐,李亚兵
    棉花学报. 2022, 34(3):  235-246.  doi:10.11963/cs20210064
    摘要 ( 35 )   HTML ( 18 )   PDF (5537KB) ( 8 )  
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    【目的】叶片是对环境变化较敏感的植物器官,叶片温度是植物重要的生理指标。探究棉花叶片温度的昼夜变化特性、明确环境因子对叶片温度的影响。【方法】基于红外温度传感器对棉花叶片温度进行全自动实时监测,进而探究不同生育时期和不同天气条件下棉花叶片温度的昼夜变化特征,并通过相关性分析、逐步回归分析及通径分析方法探究叶片温度、叶气温差与环境因子的关系。【结果】不同天气条件和不同生育时期叶片温度的昼夜变化存在差异,叶片温度的变化幅度小于气温。环境因子(降水量除外)与棉花叶片温度、环境因子(水汽压除外)和叶气温差均显著相关(P<0.05),气温与叶片温度的相关性最高(r=0.890),空气相对湿度与叶气温差的相关性最高(r=0.825)。通径分析结果表明,对叶片温度的影响因子按决策系数排序依次为:气温>光合有效辐射>水汽压;光合有效辐射和水汽压均主要通过气温间接影响叶片温度的变化。对叶气温差的影响因子按决策系数排序依次为空气相对湿度>日照时间>水汽压;日照时间、水汽压都主要通过空气相对湿度间接影响叶气温差的变化。【结论】探究了棉花叶片温度的昼夜动态变化,初步分析了环境因素对叶片温度和叶气温差的综合影响,研究结果可以为棉花生产和智能化管理提供参考。

    化学打顶对南疆棉花干物质积累与分配的影响
    胡宇凯,赵书珍,董红强,魏永海,田玉刚,陈佳林,董合林,马小艳,冯璐,翟云龙,陈国栋
    棉花学报. 2022, 34(3):  247-255.  doi:10.11963/cs20210048
    摘要 ( 38 )   HTML ( 27 )   PDF (1895KB) ( 10 )  
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    【目的】研究化学打顶剂剂量对棉花干物质积累和分配的影响。【方法】以南疆棉区3个陆地棉品种(新陆中37号、新陆早77号和新陆中82号)为试验材料,采用两因素裂区试验设计,主区为4个打顶处理(75、105、135 g·hm-2甲哌钅翁 打顶剂处理和人工打顶处理),副区为品种,研究化学打顶剂对南疆干旱区棉花干物质积累、分配的影响。【结果】药后7~28 d,75 g·hm-2打顶剂处理的棉花营养器官干物质质量最低,比105 g·hm-2、135 g·hm-2打顶剂处理及人工打顶处理的低2.91%~31.12%;在75 g·hm-2和105 g·hm-2打顶剂处理下,药后42 d的棉花生殖器官干物质积累量比人工打顶处理的分别高9.18%、13.93%;75 g·hm-2处理下,新陆中37号、新陆早77号、新陆中82号的籽棉产量分别比人工打顶处理的高8.64%、4.54%、18.56%。【结论】75 g·hm-2甲哌钅翁 处理对营养器官的抑制效果更明显,能有效提高棉花产量;打顶剂剂量与棉花品种的互作效应显著或极显著影响棉花营养器官干物质积累。

    砷胁迫下接种丛枝菌根真菌对棉花光合特性和叶肉细胞超微结构的影响
    龚明贵,刘凯洋,魏亚楠,白娜,邱智军,张巧明
    棉花学报. 2022, 34(3):  256-266.  doi:10.11963/cs20220022
    摘要 ( 33 )   HTML ( 13 )   PDF (6348KB) ( 32 )  
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    【目的】研究丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)接种对砷胁迫下棉花光合特性及其叶肉细胞超微结构的影响。【方法】以棉花种质大铃棉69号为供试材料,通过盆栽试验,将根内根孢囊霉(Rhizophagus intraradices)和摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae)2种AMF分别接种于棉花根部,探究在不同土壤砷浓度(0、100、200 mg·kg-1)条件下AMF对棉花气孔形态特征、气体交换参数、叶绿素荧光参数和叶肉细胞超微结构的影响。【结果】(1)砷胁迫显著降低了棉花叶片气孔的长度、宽度、密度、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度与净光合速率,同时显著影响了叶绿素荧光参数。不同砷浓度下,与对照处理相比,AMF接种能增加叶片气孔的长度、宽度、开度、密度及导度,显著提高净光合速率、胞间CO2浓度、蒸腾速率、实际光合效率、最大光化学量子产量和光化学淬灭系数,降低了非光化学淬灭系数。100、200 mg·kg-1砷浓度下,摩西斗管囊霉处理的净光合速率和实际光合效率均显著高于根内根孢囊霉处理。(2)砷胁迫导致叶绿体逐渐肿胀,整体结构遭破坏,基粒类囊体排列紊乱且分布不均;线粒体内嵴排列松散变形,部分线粒体结构内部出现空洞,双层膜结构模糊。砷胁迫下,AMF接种处理的棉花叶肉细胞内叶绿体基粒片层清晰可见、线粒体内嵴结构排列较紧密,受砷损伤程度明显降低;摩西斗管囊霉的缓解作用更强。【结论】砷胁迫下,接种根内根孢囊霉和摩西斗管囊霉能显著提高棉花净光合速率和光能利用效率,增强其棉花光合能力,减轻砷对叶肉细胞超微结构的损伤。且摩西斗管囊霉的接种效果更佳。