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棉花学报
2020年 第32卷 第1期
刊出日期:2020-01-15
  
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    研究与进展
    通过GbF3'H基因单独沉默及其与GbCHIGbDFR基因共沉默研究其在海岛棉中抗枯萎病功能
    李玉霞, 曲延英, 艾海提·艾合买提, 王慧敏, 黄启秀, 陈琴, 陈全家
    棉花学报. 2020, 32(1):  1-10.  doi:1002-7807.lyxcqj.20200109
    摘要 ( 9 )   PDF (2775KB) ( 10 )  
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    【目的】通过沉默海岛棉GbF3'H基因及共沉默GbF3'HGbCHIGbDFR基因,研究其在海岛棉抗枯萎病中的作用。【方法】以海岛棉抗病材料06-146为研究对象,GhCLA1基因为阳性对照,空载体为阴性对照,构建海岛棉TRV2-GbF3'H沉默载体,协同课题组前期构建的TRV2-CHI和TRV2-DFR载体,利用病毒诱导的基因沉默技术(Virus-induced gene silencing,VIGS)分别进行GbF3'H基因单独沉默以及GbF3'HGbCHIGbDFR这3种基因共沉默试验。通过实时荧光定量聚合酶链式反应(Quantitative real time-polymerase chain reaction,qRT-PCR)分析各处理样品中基因沉默情况;设置室内接种枯萎病菌试验测定病情指数,分析各沉默材料对枯萎病的抗性差异。【结果】qRT-PCR结果显示,海岛棉GbF3'H基因沉默后其在海岛棉根、茎和叶中的表达量比空载体对照低,GbF3'HGbCHIGbDFR这3种基因共沉默后其在海岛棉根、茎和叶中的表达量均比空载体对照低。病情指数调查结果显示,野生型<空载体对照<GbF3'H单基因沉默组<3种基因共沉默组,说明共沉默材料对枯萎病的抗性明显低于单基因沉默材料,单基因沉默材料明显低于空载体对照和野生型。【结论】初步确定GbF3'H基因对提高海岛棉枯萎病抗性有一定作用,且可与GbCHIGbDFR基因协同作用增强抗病性,这可为海岛棉功能基因组学研究提供参考。
    江苏滨海盐碱地麦后直播棉氮、磷、钾肥料优化配比研究
    杨长琴, 刘瑞显, 张国伟, 王晓婧, 倪万潮
    棉花学报. 2020, 32(1):  11-20.  doi:1002-7807.ycqlrx.20191113
    摘要 ( 4 )   PDF (619KB) ( 12 )  
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    【目的】建立江苏省滨海盐碱地麦后直播棉合理的施肥技术体系。【方法】2017―2018年在江苏省滨海棉田,以中棉所50为材料,采用正交设计,研究了不同氮、磷、钾肥配施量对棉花生物量、养分累积与利用及产量的影响。【结果】氮、磷、钾肥 3因子对棉株地上部和生殖器官生物量、棉株地上部氮和钾素累积量及皮棉产量的影响均为氮肥>磷肥>钾肥。施N 150~225 kg·hm-2、P2O5 75 kg·hm-2下棉株地上部和生殖器官生物量、氮和钾累积量及皮棉产量较高。钾肥因子对生殖器官生物量和皮棉产量影响不显著。钾肥因子对氮、钾素利用效率的影响大于氮肥和磷肥,氮肥因子对磷素利用效率的影响大于磷肥和钾肥,施K2O 75~150 kg·hm-2氮、钾素利用效率较高、施氮 225 kg·hm-2磷素利用效率较高。土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量较高棉田的氮、磷(P2O5)、钾(K2O)肥配施量分别为 225 kg·hm-2、75 kg·hm-2 和150~225 kg·hm-2。相关分析表明,皮棉产量与棉株氮、钾素累积量显著正相关。【结论】长江流域棉区滨海盐碱地麦后直播棉利于产量和养分利用效率提高的最佳氮、磷(P2O5)、钾(K2O)肥配施量分别为225 kg·hm-2、75 kg·hm-2、75 kg·hm-2
    陆地棉小GTP结合蛋白基因GhRop4的克隆及其表达分析
    李月, 吾尕力汗·阿不都维力, 周垚均, 刘超, 任艳萍, 郭旺珍, 刘晓东
    棉花学报. 2020, 32(1):  21-29.  doi:1002-7808.lylxd.20200109
    摘要 ( 1 )   PDF (2722KB) ( 10 )  
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    【目的】对陆地棉小GTP结合蛋白基因(Small GTP-binding protein)GhRop4(AY965614.1)在多种逆境胁迫下的应答表达模式进行研究分析,为棉花抗逆相关基因克隆及棉花抗逆分子机制研究奠定基础。【方法】利用生物信息学方法分析了GhRop4基因的结构特征和进化树关系,并通过荧光定量PCR(Real-time quantitative polymerase chain reaction, qRT-PCR)的方法分析GhRop4基因的组织表达特异性和不同逆境诱导条件下的表达模式。【结果】以陆地棉cDNA为模板克隆得到GhRop4基因,其开放阅读框为588 bp,编码包含195个氨基酸残基的Ⅰ型Rop蛋白。氨基酸多重序列比对表明,GhRop4与其它植物Rop蛋白高度同源,符合Rop蛋白结构特点。qRT-PCR分析表明,GhRop4基因在棉花幼苗根、茎、叶、子叶和下胚轴中均有表达,且在子叶和茎中表达水平较高。GhRop4基因对高盐、干旱、低温和棉花黄萎病菌处理都有一定程度的响应。【结论】GhRop4基因在陆地棉的逆境胁迫适应过程中可能具有重要的作用。
    陆地棉蔗糖磷酸合成酶基因家族的鉴定及表达分析
    晁毛妮, 胡海燕, 付丽娜, 温青玉, 胡根海, 骆雨锋, 李娅楠, 王清连
    棉花学报. 2020, 32(1):  30-41.  doi:1002-7807.cmnwql.20191224
    摘要 ( 3 )   PDF (7848KB) ( 12 )  
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    目的】蔗糖磷酸合成酶(Sucrose phosphate synthase, SPS)是调控植物蔗糖代谢合成途径的关键酶,在植物光合产物的积累与分配方面发挥着重要作用,然而棉花中SPS基因的系统研究尚很少开展。本研究旨在对陆地棉SPS基因进行全基因组鉴定,并对它们的表达特性进行系统分析。【方法】基于已公布的陆地棉基因组序列,利用生物信息学和荧光定量聚合酶链式反应(Quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR)等方法对陆地棉SPS家族基因的蛋白结构、进化关系、基因结构特征、染色体定位、基因复制和表达特性进行分析。【结果】(1)在陆地棉基因组中,共鉴定到10个GhSPS基因(GhSPS1-GhSPS10);(2)GhSPS蛋白具有植物SPS家族特有的两个保守的蛋白结构域和3个相对保守的蛋白磷酸化位点;(3)进化分析表明,GhSPS蛋白可聚为A、B和C共3个亚族,其中A亚族成员最多,包含6个GhSPS蛋白;(4)位于同一亚族的GhSPS基因具有相似的外显子-内含子分布模式,但是外显子/内含子数目在不同亚族间差异很大;(5)GhSPS基因均匀地分布在陆地棉A亚组和D亚组的5条染色体上,片段复制可能导致了GhSPS基因在陆地棉基因组中的扩增;(6)转录组分析表明,不同亚族GhSPS基因具有不同的组织表达模式,A亚族GhSPS基因在被检测的各个组织均有较高的表达,B亚族GhSPS基因主要在叶片中高表达,C亚族GhSPS基因主要在纤维、叶片和花瓣中高表达;(7)进一步荧光定量PCR分析表明,GhSPS4在叶片中表达量很高,GhSPS1在叶片和花瓣中表达量较高,GhSPS7和GhSPS10在被检测的各个组织均有较高的表达,该结果与转录组分析结果相对一致。【结论】陆地棉SPS基因家族包含10个成员,分布在5条染色体上,可分为3个亚族,不同亚族成员呈现出不同的表达模式,为后续深入解析陆地棉SPS家族基因的功能奠定理论基础。
    缓释氮肥对小麦后直播棉产量及氮素吸收利用的影响
    徐景丽, 李亚兵, 胡大鹏, 周明园, 梁潘潘, 吴慧敏, 张祥, 陈源, 陈德华
    棉花学报. 2020, 32(1):  42-51.  doi:1002-7807.xjlcdh.20191118
    摘要 ( 3 )   PDF (3137KB) ( 11 )  
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    【目的】研究缓释氮肥运筹对小麦后直播棉产量及氮素吸收利用的影响。【方法】2016―2017年以短季棉品种中棉所50为材料,采用小麦后直播的种植方式,设3个缓释肥氮素用量:45、90和135 kg·hm-2,2个施用时期分别为2叶期和4叶期。以常规氮肥尿素(纯氮90 kg·hm-2,CK1)和不施肥为对照(CK2)。【结果】缓释肥氮素90 kg·hm-2,并于2叶、4叶期施用产量较高,其中2017年籽棉产量显著高于其它处理,分别达4 198.7和4 037.8 kg·hm-2,比对照CK2分别高517.2和356.3 kg·hm-2,干物质积累量也表现为缓释肥氮素用量90 kg·hm-2于2叶、4叶期施用较高,其中2017年分别达到14 090.5 kg·hm-2、13 564.5 kg·hm-2,分别比对照CK2高12.6%和8.4%。氮素积累量表现相似的结果。氮素利用效率结果进一步表明,2叶期施缓释肥氮素用量45 kg·hm-2的处理氮素回收利用率(NARE)、氮素农学利用率(NAE)及氮素生理利用率(NPE)都最高,2叶期施缓释肥氮素用量90 kg·hm-2的处理其次,如2017年2叶期施缓释肥氮用量45 kg·hm-2处理的上述3个氮素利用效率分别为75.62%、23.68%、77.26%,施缓释肥氮素用量90 kg·hm-2处理则分别为60.9%、19.9%、46.6%,而对照CK2仅为53.79%、14.12%、40.91%。【结论】小麦后直播棉在2叶期一次性施用缓释肥氮素用量90 kg·hm-2能显著提高氮素利用效率,促进群体干物质生产并实现高产,同时达到轻简高效的目的。
    利用马克隆值差异显著的BILs鉴定棉纤维品质相关基因
    吴嫚, 李龙云, 裴文锋, Zhang Jinfa, 于霁雯
    棉花学报. 2020, 32(1):  52-62.  doi:1002-7807.wmyjw.20200112
    摘要 ( 2 )   PDF (2359KB) ( 3 )  
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    【目的】马克隆值是衡量棉纤维品质的重要指标之一。利用马克隆值存在显著差异的2个陆海回交近交系材料进行高通量基因芯片分析,旨在筛选和鉴定棉纤维发育相关的关键基因。【方法】从SG747(Gossypium hirsutum L.)和Giza75(Gossypium Barbadense L.)高世代回交近交系(Backcross Inbred Lines,BILs)群体中选取NMGA-140(马克隆值6.2)和 NMGA-051(马克隆值4.0)为材料,利用Affymetrix公司的棉花寡聚核苷酸基因芯片对其开花后10 DPA(Days after anthesis)的棉纤维进行了表达谱分析。【结果】获得了2 655个差异表达基因,包括功能预测基因(15.57%),翻译、核糖体结构与生物合成相关基因(13.54%)和翻译后修饰、蛋白质转换、分子伴侣相关基因(9.31%)等。推测β-tub10正向调控棉纤维发育过程,β-tub1负向调控棉纤维发育过程,Ghi.3578.1.S1_s_at在棉纤维发育早期起到了作用。【结论】为棉花纤维品质的遗传改良提供了丰富的基因资源,为分子标记辅助育种开发更多新的分子标记。
    基于叶绿素荧光参数的滴灌棉花氮素营养估测模型
    李冬梅, 吕新, 罗宏海, 祁立敏, 丁怡人, 马金鑫, 哈发都曼, 马露露, 张泽
    棉花学报. 2020, 32(1):  63-76.  doi:1002-7807.ldmzz.20191231
    摘要 ( 4 )   PDF (2924KB) ( 18 )  
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    【目的】建立基于叶绿素荧光参数的棉花叶片氮素营养监测模型,为棉花高效施氮及植株生长状况的无损监测提供方法。【方法】在水肥一体化滴灌条件下,以新陆早58号为试验材料,设置4个施氮水平,测定了棉花生长关键时期顶2(从顶部数起)至顶5叶的叶绿素荧光参数和氮素含量,分析了棉花叶片氮素含量与荧光参数的关系。【结果】(1)棉花出苗70 d后,叶片氮素含量以及光系统II(PSII)潜在光化学活性(Fv/F0)、PSII潜在最大光化学效率(Fv/Fm)、PSII实际光化学效率(ΦPSII)、PSII最大光化学效率(Fv'/Fm')均随着棉花生长呈逐渐下降趋势。(2)不同氮素处理下,各叶片氮素含量以及叶绿素荧光参数Fv/F0、Fv/Fm、ΦPSII和Fv'/Fm'均随施氮量的增加而上升,其中N2 (240 kg·hm-2)处理下各荧光参数值最大。(3)叶片氮含量与Fv、Fv/F0、Fv/Fm、ΦPSII都呈现极显著正相关关系,与荧光参数ΦPSII、Fv'/Fm' 间呈现较好的指数函数关系,与荧光参数Fv、Fv/Fm、Fv/F0呈现良好的线性函数关系。顶5叶可变荧光(Fv)与叶片氮素含量建立的关系模型(y=0.0022x+1.6243)的模拟效果最好,决定系数达到0.928,相关系数达到0.963,呈极显著正相关。【结论】适量施氮(240 kg·hm-2)能够提高PSII的活性及PSII反应中心开放部分的比例, 进而改善棉花叶片光合能力。顶5叶氮素含量与叶绿素荧光参数Fv构建的模型精确度和拟合效果较其他荧光参数好,因此可以选用荧光参数Fv来监测棉花叶片氮素含量,进而监测植株的氮素营养状况。
    行距对机采棉干物质积累及氮磷利用效率的影响
    尔晨, 林涛, 张昊, 田立文, 崔建平, 郭仁松, 邓方宁, 汤秋香
    棉花学报. 2020, 32(1):  77-90.  doi:1002-7807.ectqx.20200106
    摘要 ( 5 )   PDF (3234KB) ( 14 )  
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    【目的】新疆棉花生产的主要环节均已实现机械化,但采摘环节仍大量使用人工,农机农艺不协调是导致机收比例低的主要原因。优化机采棉行距配置是实现农机农艺融合的有效途径,因此本研究通过设置不同的机采棉行距,探究其对棉花产量形成及养分利用的影响,为机采棉行距配置的优化提供理论依据。【方法】采用随机区组设计,选择生产中最佳密度,在密度一致基础上,设置“一膜三行” (S1,平均行距76 cm)、“一膜四行” (S2,平均行距57 cm)、“一膜六行”(S3,平均行距38 cm) 3种行距,其中S3处理为常规机采行距(CK),研究行距对棉花干物质积累、分配以及对产量形成及氮、磷养分吸收利用的影响。【结果】不同行距下棉花干物质的积累符合Logistic生长函数模型。2年均值表明随着平均行距的降低,单株干物质积累总量降低43.3%,干物质最大积累速率降低(1.4 g·株-1·d-1),快速积累期起始时间从出苗后51.4 d逐渐推迟至62.5 d,但快速积累持续时长从19.7 d增加至35.1 d。增加行距显著提高单株成铃(0.9 个),对铃重及衣分无显著影响,籽棉及皮棉产量显著增加16.7%和17.4%。行距对植株养分积累与分配有显著的影响,S1处理氮积累总量(907.0 kg·hm-2)、磷积累总量(58.3 kg·hm-2)、吐絮期经济器官氮分配率和磷分配率(N 55.7%和P2O5 69.1%)、每100 kg皮棉氮素吸收量(32.1 kg)均最高;而S3处理氮积累总量(664.5 kg·hm-2)、磷积累总量(38.9 kg·hm-2)最低,S2处理吐絮期经济器官氮分配率和磷分配率(N 48.5%和P2O5 60.3%)、每100 kg皮棉氮素吸收量(28.6 kg)最低。【结论】综合来看,一膜三行下植株养分指标及产量均优于其他行距,更适宜作为高效机采的行距。