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棉花学报
2021年 第33卷 第2期
刊出日期:2021-03-15
  
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    研究与进展
    陆地棉REM基因家族全基因组鉴定及表达分析
    石荣康, 张冬梅, 孙正文, 刘正文, 解美霞, 张艳, 马峙英, 王省芬
    棉花学报. 2021, 33(2):  95-111.  doi:10.11963/1002-7807.srkwxf.20210113
    摘要 ( 41 )   PDF (11066KB) ( 30 )  
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    【目的】REM (Reproductive meristem)基因家族编码一类转录因子在植物生长发育过程中发挥重要作用,但在棉花中未见报道。【方法】基于陆地棉基因组数据和公共数据库中的转录组数据,运用生物信息学方法对陆地棉REM基因家族成员进行系统鉴定,并对该基因家族的理化性质、基因结构、组织表达特异性以及胁迫条件下的表达规律等进行分析。【结果】陆地棉REM基因家族包含79个成员,分布在25条染色体上,可分为5个亚组。每个成员编码的蛋白质至少含有1个B3结构域,大部分定位在细胞核。基因上游2 kb序列中存在激素及胁迫响应等顺式作用元件。组织表达特性分析结果显示,大部分REM基因在胚珠或纤维中的表达量较其他组织更高。逆境胁迫下的表达分析显示,29个基因响应棉花冷、热、盐或干旱胁迫。对6个基因在纤维不同发育时期表达量进行分析,发现这些基因的表达与已发表的转录组数据基本一致。【结论】明确了REM基因家族在基因组中的分布特征、结构特征以及系统进化特征,根据转录组数据初步揭示了该家族基因在生长发育和抗逆中的功能。
    陆地棉Nudix基因家族的全基因组鉴定及表达分析
    窦玲玲, 孙亚如, 赵琴, 田瑞洁, 康洋洋, 朱怡然, 杨蕾蕾, 王彩虹, 冯宇, 王文博, 肖光辉
    棉花学报. 2021, 33(2):  112-123.  doi:10.11963/1002-7807.dllxgh.20210119
    摘要 ( 27 )   PDF (5807KB) ( 22 )  
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    【目的】Nudix是一类能够催化各种核苷二磷酸衍生物水解的酶,具有维持遗传物质稳定,响应逆境胁迫等生物学功能。本研究旨在对陆地棉Nudix基因进行全基因组分析,为深入研究Nudix基因家族参与棉纤维生长发育调控机制提供参考。【方法】通过生物信息学方法对陆地棉基因组(ZJU_v2.1)的Nudix基因进行全基因组鉴定,并系统分析Nudix基因家族成员的理化性质、序列特征、基因复制、系统进化和表达情况。【结果】从陆地棉基因组中共鉴定到76个GhNudix基因,经聚类分析将其分为7个亚组(Clade Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ)。基因复制分析表明,片段重复是陆地棉GhNudix基因家族成员扩增的主要原因。转录组数据表明GhNudix基因的表达不但有组织特异性而且有时间特异性。其中在纤维发育的起始和伸长阶段高调表达的GhNudix基因主要分布在Clade Ⅰ和Ⅱ;且大部分Clade Ⅰ和Ⅱ亚组的GhNudix基因启动子含有响应生长素和赤霉素的顺式作用元件,由此推测Clade Ⅰ和Ⅱ亚组的GhNudix基因在陆地棉纤维的起始和伸长阶段发挥作用。【结论】陆地棉GhNudix基因家族的全基因组鉴定和分析,为后续研究其在棉纤维发育中的作用机制提供参考。
    陆地棉株型及生育期相关性状QTL定位
    贾晓昀, 王士杰, 赵红霞, 朱继杰, 李妙, 王国印
    棉花学报. 2021, 33(2):  124-133.  doi:10.11963/1002-7807.jxywgy.20210226
    摘要 ( 23 )   PDF (3001KB) ( 25 )  
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    【目的】为了深入分析棉花株型及生育期相关性状的分子遗传机制,加速适机采棉花新品种分子标记辅助育种进程。【方法】通过构建包含413个单株的F2群体,结合高密度SNP(Single nucleotide polymorphism,单核苷酸多态性)遗传图谱,开展株高(Plant height,PH)、第一果枝节位(Node of the first fruiting branch,NFFB)及其高度(Height of NFFB,HNFFB)、第四果枝第一果节长度(First node length of the forth fruiting branch,FNLFFB)、第七果枝第一果节长度(First node length of the seventh fruiting branch,FNLSFB)等5个株型性状和开花期(Flowering time,FT)、花铃期(Flowering to boll-opening period,FBP)、全生育期(Whole growth period,WGP)等3个生育期性状的QTL(Quantitative trait loci,数量性状位点)定位研究。【结果】8个性状均呈现连续的双向超亲分布,性状之间存在广泛的正向相关性,PH与其他株型性状均为极显著正相关,NFFB与3个生育期相关性状均为显著或极显著正相关。共定位到36个加性QTL(Additive QTL,aQTL)位点,包括14个PH相关aQTL、6个NFFB相关aQTL、3个HNFFB相关aQTL、5个FNLFFB相关aQTL、3个FNLSFB相关aQTL、2个FT相关aQTL、2个FBP相关aQTL、1个WGP相关aQTL,单个aQTL贡献率为1.70%~10.38%。这些aQTL分布于20条染色体,每条染色体有1~4个aQTL。发现3个aQTL重叠区段,分别为A11染色体的qNFFB-A11-1qWGP-A11-1、D3染色体的qHNFFB-D3-1qPH-D3-1、D8染色体的qNFFB-D8-1qFNLSFB-D8-1。检测到263个上位性QTL(Epistatic QTL,eQTL),单个eQTL的贡献率为1.17%~6.19%;19个aQTL与21个eQTL位置重叠;At基因组分布有17个aQTL和202个eQTL,Dt基因组分布有19个aQTL和61个eQTL。【结论】本研究为探索棉花株型的分子遗传机制奠定了研究基础,为机采棉分子标记辅助育种提供理论指导。
    不同熟性棉花品种冠层温度分布特点
    安杰, 韩迎春, 张正贵, 冯璐, 雷亚平, 杨北方, 王国平, 李小飞, 王占彪, 邢芳芳, 熊世武, 辛明华, 李亚兵
    棉花学报. 2021, 33(2):  134-143.  doi:10.11963/1002-7807.ajlyb.20210113
    摘要 ( 20 )   PDF (2518KB) ( 15 )  
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    目的】明确不同类型棉花品种冠层温度的分布特点,探究冠层温度与光合特性之间的关系,寻求判断棉花熟性的可能指标。【方法】选择6个常用的供试棉花品种,利用搭载热红外测温仪的无人机获取棉花花铃期冠层温度的数字图像,同时测定同一时间段的蒸腾速率、气孔导度等光合指标。【结果】中棉所50不同部位气冠温差表现为上层>下层>中层,中棉所60则正好相反。在同一天中,6个棉花品种表现为13:30的冠层温度大于10:30的冠层温度。此外,不同类型品种叶片蒸腾速率与气孔导度呈正相关,冠层温度和蒸腾速率呈负相关。通过聚类分析得出,在欧式距离12.5处,6个品种可以聚类成2类。在欧式距离5处,每一类还可分为2个亚类,其中第Ⅰ类的第一亚类包括中棉所60和冀棉研228,第二亚类仅有中棉所3799;第Ⅱ类的第一亚类包括中棉所50和通骞一号,第二亚类仅有0式品系。【结论】不同棉花品种冠层温度的变化规律不同。结合冠层温度和光合指标对棉花品种进行聚类分组与其基于生育期长短的熟性分组大致相同。
    系统调控下棉花比叶重的变化机制
    孟浩峰, 雷长英, 张旺锋, 张亚黎
    棉花学报. 2021, 33(2):  144-154.  doi:10.11963/1002-7807.mhfzyl.20210226
    摘要 ( 17 )   PDF (4998KB) ( 14 )  
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    【目的】比叶重是叶片经济谱功能性状关系网络中的核心指标,受到各种环境因素的影响。但是,植物不同部位叶片间存在的系统调控如何影响比叶重的变化尚不清楚。【方法】本研究通过田间密度试验和室内遮荫试验,测定棉花不同部位叶片的比叶重及其组织结构性状,分析比叶重和组织结构性状之间的关系以及影响比叶重的因素。【结果】改变棉花下部叶片所处的光环境,会影响其叶片厚度、栅栏组织厚度、叶片结构紧密度和叶片结构疏松度,从而导致比叶重的变化。同时,由于系统调控的作用,上部叶片的结构特征表现出与下部叶片类似的变化趋势。栅栏组织厚度对不同部位叶片比叶重的影响最为显著。【结论】棉花上部叶片比叶重的变化受下部叶片所处光环境的系统调控;在系统调控下棉花叶片比叶重的变化主要受栅栏组织厚度的影响。
    长江流域麦/油后直播棉花播种时间下限研究
    张友昌, 黄晓莉, 胡爱兵, 李洪菊, 冯常辉, 李蔚, 张贤红, 罗艳萍, 杨国正
    棉花学报. 2021, 33(2):  155-168.  doi:10.11963/1002-7807.zycygz.20210310
    摘要 ( 9 )   PDF (4203KB) ( 15 )  
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    【目的】晚播、增密、减氮是长江流域棉花生产通过缩短生产周期来降低人工成本和物化成本的有效途径,适宜的播种时间是麦/油后直播棉花产量形成的重要影响因子,但是适宜的播期及晚播下限的研究未见报道。【方法】2018年和2019年在湖北省主产棉区4个试验点进行播期试验,试验设5个播期处理,分别为5月20日、5月25日、5月30日、6月4日、6月9日,在高密度、低氮条件下,研究不同播种时间对棉花生育进程、田间长势长相、产量和品质的影响。【结果】推迟播种可通过缩短播种出苗期和苗期加速棉花生育进程,全生育期缩短,纤维品质稳定。但是,随播期推迟,伏桃数量、单株铃数、单位面积成铃数、籽棉产量及成熟期吐絮率下降。特别是过迟播种,单位面积成铃数、10月20日吐絮率及产量会显著下降。【结论】长江流域相似棉区麦/油后直播模式最适播期建议在5月25日左右,以不晚于6月4日为宜。
    专题与述评
    我国棉田残膜污染危害与治理措施研究进展
    祁虹, 赵贵元, 王燕, 刘建光, 耿昭, 豆海宽, 张寒霜, 王永强
    棉花学报. 2021, 33(2):  169-179.  doi:10.11963/1002-7807.qhwyq.20210119
    摘要 ( 29 )   PDF (2364KB) ( 15 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    地膜覆盖技术的应用为我国棉花产量提升做出重大贡献。但随着聚乙烯地膜的长期使用,土壤残膜污染问题日益突出,影响棉田土壤环境和棉花可持续发展。综述了我国棉田地膜残留现状、分布特征及其对棉花生长的危害,从土壤结构变化、水分迁移状况、有害物质释放、土壤物质代谢、微生物种群结构等方面系统总结了棉田残膜污染的危害机制,归纳了现阶段我国棉田残膜污染防控技术的研究进展及优势与不足,并对残膜污染防控策略及发展趋势进行了展望,为我国棉田残膜污染治理技术的研究提供科学参考。
    研究简报
    防治烟蓟马的生物源农药筛选及其对解毒酶活性影响#br#
    王爱玉, 艾合买提·买买提, 杨媛雪, 李卓, 薛超, 段爱玲, 赵鸣
    棉花学报. 2021, 33(2):  180-188.  doi:10.11963/1002-7807.wayzm.20210205
    摘要 ( 11 )   PDF (2003KB) ( 8 )  
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    【目的】筛选防治烟蓟马(Thrips tabaci Lindeman)的高效生物源农药,探究其对烟蓟马3种主要解毒酶细胞色素P450单加氧酶(Cytochrome P450 monooxygenase,P450)、谷胱甘肽S-转移酶(Glutathione S-transferase,GST)和羧酸酯酶(Carboxylesterase,CarE)活性的影响。【方法】以棉田采集并室内稳定饲养的烟蓟马为供试虫源,用浸叶法测定7种生物源农药对烟蓟马若虫的毒力,选择活性好的3种药剂开展田间药效试验,并在这3种生物源农药亚致死浓度(LC25)剂量处理后测定烟蓟马体内3种主要解毒酶活性。【结果】(1)7种生物源农药对烟蓟马的毒力从高到低依次为乙基多杀菌素、多杀霉素、苦参碱、印楝素、除虫菊素、鱼藤酮、藜芦碱。乙基多杀菌素、多杀霉素和苦参碱对烟蓟马的致死中浓度(LC50)分别为0.011 mg·L-1、0.274 mg·L-1、1.479 mg·L-1。(2)田间药效试验发现,每666.7 m2用2 g、4 g、6 g的60 g·L-1乙基多杀菌素悬浮剂和10 g的5%(质量分数,下同)多杀霉素悬浮剂处理,施药后7 d防治效果均在90%以上,优于1.3%苦参碱水剂和对照药剂30%噻虫嗪悬浮剂各剂量的防效。(3)LC25剂量处理烟蓟马48 h后,乙基多杀菌素处理的烟蓟马体内P450、GST和CarE活性升高,苦参碱和多杀霉素处理后CarE活性升高,噻虫嗪处理后P450和CarE活性升高。【结论】乙基多杀菌素、多杀霉素和苦参碱对烟蓟马的毒力较高,可用于防控棉田烟蓟马;CarE可能参与了烟蓟马对多杀霉素和苦参碱的解毒代谢,3种主要解毒酶可能均参与了烟蓟马对乙基多杀菌素的解毒代谢。