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1. 基于无人机数码图像的机采棉脱叶率监测模型构建
马怡茹,吕新,祁亚琴,张泽,易翔,陈翔宇,鄢天荥,侯彤瑜
棉花学报    2021, 33 (4): 347-359.   DOI: 10.11963/cs20210003
摘要534)   HTML74)    PDF(pc) (4294KB)(88)    收藏

【目的】 脱叶率是评价机采棉脱叶催熟效果的重要依据。以无人机RGB图像为基础数据源,通过从RGB图像中提取14种可见光植被指数,建立快速、准确监测棉花脱叶率的模型,为机采棉适时采收提供理论和技术支持。【方法】 设置不同棉花品种,通过采集不同脱叶剂浓度及喷施时间处理下的棉花脱叶率数据,并利用无人机采集冠层RGB图像,提取可见光植被指数,分析其与棉花脱叶率的相关关系,进而采用一元线性回归(Simple linear regression,SLR)、多元线性回归(Multivariate linear regression,MLR)和偏最小二乘法回归(Partial least square regression,PLSR)构建棉花脱叶率监测模型,并进行模型评价。【结果】 不同处理下的棉花脱叶率有明显差异,脱叶率与不同可见光植被指数存在较好相关性,其中三角形绿度值(Triangular greenness index,TGI)与棉花脱叶率的相关性最高(r=0.81)。建模结果表明,SLR模型中,以TGI指数建模效果最好(决定系数0.66,均方根误差10.44%,相对均方根误差12.87%);MLR模型中,以过蓝指数(Excess blue index,ExB)、绿叶指数(Green leaf index,GLI)、TGI和过绿指数(Excess green index,ExG)4个植被指数组合建立的模型效果最好,其决定系数为0.70,均方根误差为10.26%,相对均方根误差为12.65%。PLSR模型中,以ExB、GLI、TGI、ExG、综合植被指数2和综合植被指数1建立的模型精度更高,其决定系数为0.70,均方根误差为10.02%,相对均方根误差为12.22%。外部验证表明,各模型实测值与预测值间有较好的拟合关系。【结论】 以MLR和PLSR方法建立的模型精度较高,拟合程度较好。从计算量及模型复杂程度角度考虑,通过MLR方法以ExB、GLI、TGI、ExG建立的棉花脱叶率监测模型,能够更好地监测棉花脱叶率。

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2. 不同种植模式棉花产量、种植效益与氮素利用率比较分析
杨长琴,张国伟,王晓婧,刘瑞显,倪万潮
棉花学报    2021, 33 (4): 307-318.   DOI: 10.11963/cs20200082
摘要498)   HTML601)    PDF(pc) (2167KB)(109)    收藏

【目的】 研究长江流域棉区麦棉两熟种植制度下,不同种植模式对棉花产量、种植效益及氮素利用率的影响,为棉花高产高效生产提供依据。【方法】 采用裂区设计,研究麦后棉花不同种植方式(育苗移栽和直播)、品种(中熟和早熟)和氮肥运筹(不施氮和适宜氮肥运筹)对其生育进程、生物量累积与分配、产量、种植效益与氮素利用率的影响。【结果】 与育苗移栽方式相比,直播棉花生育进程快,尤其苗期缩短10~17 d;直播棉花生育中后期生物量和氮素累积量较高,且经济系数均以早熟品种较高。适宜氮肥运筹下,直播早熟品种与移栽中熟品种霜前皮棉产量均较高,且两者间差异不显著。适宜氮肥运筹下,移栽棉花的籽棉产值是直播方式的1.0~1.2倍,总成本是直播方式的1.8~2.0倍,收益仅为直播方式的23.0%~43.1%。氮素效率的结果表明,种植方式对农学利用率和氮素表观利用率的影响大于品种和氮肥运筹,直播方式的氮素农学利用率和表观利用率分别比移栽方式提高40.0%和76.4%(2017年);品种对氮素生产效率的影响大于种植方式与氮肥运筹,早熟品种的氮素生产效率比中熟品种提高45.3%(2017年)。【结论】 长江流域棉区,适宜氮肥运筹下早熟品种麦后直播有利于实现棉花高产稳产、生产总成本低而效益高;其氮素农学利用率、表观利用率和生产效率均较高,是该棉区麦后棉高产高效生产模式。

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3. 棉花光敏雄性不育系psm5的培育及其育性转变规律
苟浩琦,马常凯,张迁,范术丽,马启峰,张朝军
棉花学报    2021, 33 (4): 360-367.   DOI: 10.11963/cs20200025
摘要497)   HTML44)    PDF(pc) (2241KB)(37)    收藏

【目的】 培育棉花新型光敏不育系,获得优良光敏不育系亲本,为棉花育种提供优异亲本材料。【方法】 利用psm4与W10进行杂交,然后自交3代,获得与psm4具有相同光敏不育特性的光敏不育系psm5。研究psm5在不同光照条件下的育性及其转变规律。【结果】 psm5保留了psm4在日照时间大于12.5 h的条件下花药不开裂、不能正常散粉,而在日照时间小于11.5 h的短日照条件下花药可以正常开裂散粉、正常可育的特性。研究psm5在不同光照条件下的育性及其转变规律。【结论】 介绍了光敏雄性核不育新材料psm5的培育过程及其光敏特性,为利用psm5杂交制种提供了可靠的理论基础。psm5psm4育性转变时期发生在开花前12~15 d。psm5psm4一样是典型的孢子体光敏雄性不育系。psm5是隐性光敏核不育系,恢复系范围广,利于配制优势杂交组合,在棉花杂交育种中有良好的应用前景。

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4. 棉花UGPase基因鉴定与生物信息学分析
张岚,程琦,梁士辰,邓雨潇,潘玉欣
棉花学报    2021, 33 (4): 337-346.   DOI: 10.11963/cs20200065
摘要467)   HTML142)    PDF(pc) (4487KB)(95)    收藏

【目的】 尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(Uridine diphosphate glucose pyrophosphorylase,UGPase)是糖合成代谢途径中的一种重要限速酶,在植物纤维细胞发育中起重要作用,但是关于棉花中UGPase基因的生物信息学研究却很少。本研究采用生物信息学手段鉴定和分析棉花UGPase基因家族特性,为其相关研究提供重要线索。【方法】 以陆地棉、海岛棉、亚洲棉和雷蒙德氏棉4种棉花为主要研究对象,结合藻类、水稻、葡萄、可可、榴莲等19种植物的UGPase基因进行系统进化分析和陆地棉UGPase基因的表达特性分析。【结果】 系统发育分析显示UGPase基因被分为UGPase-A和UGPase-B两大类。保守基序及适应性进化分析显示,UGPase-B类基因在进化中十分保守,UGPase-A类基因在进化中与UGPase-B类基因存在较大差异。棉花、葡萄、可可、榴莲UGPase基因同源性分析显示,棉花中大多数UGPase基因来源于异源四倍体棉花形成之前的基因组加倍事件。UGPase-A类在棉纤维发育起始和伸长期表达量较高,UGPase-B类在营养器官中表达量较高。【结论】 本研究明确了UGPase两类基因的结构、功能与进化,为后续研究奠定基础。

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5. FBP7::iaaM基因陆地棉育种应用初报
程成,李斌,王雅丽,赵楠,苏莹,聂虎帅,华金平
棉花学报    2021, 33 (4): 368-376.   DOI: 10.11963/cs20200060
摘要466)   HTML71)    PDF(pc) (931KB)(34)    收藏

【目的】 研究转FBP7::iaaM基因对不同陆地棉材料纤维产量、品质及种子活力的影响。【方法】 以转FBP7::iaaM基因种质IF1-1为父本,与中棉所12、鄂抗棉9号及其谱系涉及的亲本等27个不同遗传背景陆地棉的品种杂交获得F1,通过分子检测确定阳性植株,考种测定衣分、籽指,取样进行纤维品质检测和种子发芽试验,比较FBP7::iaaM基因效应,评价IF1-1的育种应用价值。【结果】 分子检测确认F1阳性植株,取样考种发现:与陆地棉母本比较,多数包含FBP7::iaaM基因的F1衣分提高(平均提高6.60百分点),籽指降低(平均降低1.8 g);F1纤维品质未表现出明显负效应:部分材料的马克隆值等级提高,纤维上半部平均长度、断裂比强度和断裂伸长率提高。发芽试验结果表明,尽管绝大多数包含FBP7::iaaM基因的F1种子籽指降低,但是发芽率和发芽势基本不变。【结论】 FBP7::iaaM基因转育合适的受体材料可以显著提高衣分,对种子发芽没有不利影响,IF1-1在同步改良棉花纤维品质和产量方面有重要的利用价值。

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6. 龟纹瓢虫生长发育及卵巢与滤泡上皮细胞的研究
皇甫宁博,高雪珂,王丽,朱香镇,张开心,李东阳,姬继超,雒珺瑜,崔金杰
棉花学报    2021, 33 (4): 328-336.   DOI: 10.11963/cs20210021
摘要452)   HTML70)    PDF(pc) (3544KB)(36)    收藏

【目的】 龟纹瓢虫是农田害虫的重要捕食性天敌。明确龟纹瓢虫生长发育、卵子发生和滤泡上皮细胞发育规律对于解决人工扩繁龟纹瓢虫的难题至关重要。【方法】 对龟纹瓢虫生长发育和生殖相关参数进行了测定,并通过细胞核和细胞骨架染色对龟纹瓢虫卵巢小管和滤泡上皮细胞形态进行系统观察。【结果】 (1)龟纹瓢虫1龄、2龄、3龄、4龄幼虫、蛹、雌成虫、雄成虫平均历期分别为1.13 d±0.09 d、1.48 d±0.11 d、1.34 d±0.08 d、2.34 d±0.06 d、2.81 d±0.08 d、51.08 d±1.13 d、48.36 d±1.29 d。在2~3龄幼虫期体长增加最快,4龄幼虫体长达到最长9.32 mm±0.27 mm,成虫体宽达到最宽3.70 mm±0.05 mm;(2)单雌日均产卵量最高为14.42粒±2.36粒,单雌累计产卵量为414粒±41.27粒,最高可达654粒。(3)明确了卵泡和卵母细胞动态变化,并观察到在卵黄沉积期滤泡上皮细胞间隙的形成,主要用于卵母细胞摄取卵黄原蛋白。【结论】 本研究明确了龟纹瓢虫体长、体宽和卵子发生规律、滤泡上皮细胞发育规律,为进一步探索龟纹瓢虫生殖调控分子机制、解决人工扩繁难题提供理论依据。

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7. 陆地棉叶片发育相关基因GhRH39克隆与功能分析
卞英杰,王寒涛,魏恒玲,张蒙,李弈,喻树迅
棉花学报    2021, 33 (4): 319-327.   DOI: 10.11963/cs20200028
摘要431)   HTML333)    PDF(pc) (3127KB)(99)    收藏

【目的】 研究陆地棉DEAD-box RNA解旋酶基因GhRH39在叶片发育中的功能。【方法】 借助生物信息学方法分析GhRH39的基因结构和进化关系,利用实时定量聚合酶链反应PCR(Quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR)分析该基因在棉花不同组织和叶片不同发育时期的表达情况,利用病毒诱导的基因沉默(Virus-induced gene silencing, VIGS)技术对该基因进行沉默。观察阳性植株表型,检测其光合色素含量变化,对阳性植株中叶绿体发育和光合色素合成相关基因进行表达量检测。【结果】 GhRH39编码620个氨基酸,且序列较为保守。qRT-PCR分析表明,该基因在根、茎、叶片、顶芽、花瓣、纤维中均有表达,在叶片中表达量较高,且在叶片中的表达量随着叶片发育进程而变化。利用VIGS技术成功降低了GhRH39的表达水平,基因沉默的阳性棉株出现失绿表型,叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素3种光合色素含量均降低。阳性沉默棉株的叶绿体发育和光合色素合成相关基因表达量出现一定程度的下降。【结论】 GhRH39基因影响棉花叶绿素和类胡萝卜素合成,同时影响叶绿体发育过程。

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8. 外施不同形态硼对棉花吸收利用硼及其他矿质元素的影响
李鸣凤,彭文勇,何华,刘新伟,赵竹青
棉花学报    2021, 33 (5): 385-392.   DOI: 10.11963/cs20210015
摘要180)   HTML2009)    PDF(pc) (1582KB)(53)    收藏

【目的】研究外施不同形态硼对棉花吸收利用硼及其他矿质元素的影响。【方法】采用土培方法,以中棉所83为试验材料,设置空白对照、无机硼酸(硼酸)、有机硼(硼酸二甘油酯)3个处理,施硼量均为1.00 mg·kg-1,棉花生长65 d后取样并测定相关指标。【结果】施用无机硼酸和有机硼均促进了棉花细胞壁和叶绿体的发育,增加了棉花叶、茎和根部及其细胞壁的硼含量,同时促进了棉花对磷和镁的吸收,但减少了棉花对钙的吸收,使单株生物量分别增加15.09%和22.49%。相比无机硼酸,有机硼处理对棉花叶和茎硼含量的增加效果更显著,增幅分别为16.88%和10.72%,且增加的主要为移动性高的自由态硼或原生质体硼。【结论】有机硼较无机硼酸更有利于植物对硼的吸收利用。

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9. 陆地棉L-D1等位基因特异性分子标记的开发及应用
姜辉,郑锦秀,王永翠,张超,王秀丽,陈莹,高明伟,王家宝,柴启超,赵军胜
棉花学报    2021, 33 (5): 412-421.   DOI: 10.11963/cs20210013
摘要180)   HTML67)    PDF(pc) (11630KB)(21)    收藏

【目的】L-D1基因调控陆地棉叶形。本研究设计特异分子标记精准鉴定L-D1等位基因,为其在陆地棉冠层结构改良中的应用提供支撑。【方法】利用具有鲁棉研28号遗传背景的L-D1等位基因近等基因系,分析不同等位基因组合对叶形的影响。根据4个等位基因的启动子和编码区的多态性设计特异分子标记,并对不同叶形中的等位基因进行检测。【结果】L-D1基因从3叶期开始调控叶片叶裂的形成,4~8叶期叶裂不断加深,从9叶期开始基本稳定;L-D1等位基因不同组合可形成相似叶形,仅从形态上难以准确辨别。克隆获得L-D1位点4个等位基因起始密码子前约4 kb的启动子片段,发现24个SNPs(Single nucleotide polymorphism,单核苷酸多态性)、1个133 bp及1个14 bp的插入缺失。根据等位基因启动子及编码区的SNP和缺失插入开发了1个Indel分子标记InDel_8和2个衍生酶切扩增多态性序列标记dCAPS_192、dCAPS_519,分别为l2L2oL2s的特异分子标记。【结论】根据陆地棉中控制叶形的L-D1等位基因间的差异开发了3个特异性分子标记,可用来鉴定不同的L-D1等位基因。

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10. 基于隶属函数法对不同基因型棉种萌发期抗氧化能力的综合评价
王洪博,付媛媛,杨鸿基,孙文君,高阳,王兴鹏
棉花学报    2021, 33 (5): 393-403.   DOI: 10.11963/cs20210017
摘要161)   HTML547)    PDF(pc) (1444KB)(12)    收藏

【目的】评估特早熟棉花品种中棉619的抗旱、耐盐、耐寒性以及逆境下的抗氧化能力。【方法】基于正交试验设计,用PEG模拟干旱胁迫、NaCl模拟土壤盐分胁迫、生化培养箱控制环境温度,以南疆膜下滴灌主栽品种新陆中37为对照,采用主成分分析、隶属函数法及聚类分析方法,对比分析了水、盐、温及其交互作用对两个棉花品种萌发期可溶性蛋白含量、淀粉酶及抗氧化保护酶活性等生理生化指标的影响。【结果】主成分分析表明:在水、盐、温及其交互作用下,超氧化物歧化酶活性和过氧化氢酶活性可以作为棉种萌发期抗旱、耐盐、耐寒性鉴定的生理生化指标;通过隶属函数法得出:15%(质量分数)PEG、0.4%(质量分数)NaCl及13 ℃条件下,中棉619抗氧化酶活性达到最高;新陆中37抗氧化酶活性在5% PEG、0.4% NaCl及19 ℃条件下达到最高。【结论】抗逆性强的品种一般具有较高的抗氧化能力,中棉619的抗旱及耐寒性高于新陆中37,对环境的适应能力较高,具有较高的抵抗环境胁迫的能力,可为棉花无膜种植栽培提供理论依据。

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11. 耕层重构对棉田土壤养分、微生物数量与酶活性的影响
王燕,张谦,王树林,韩硕,冯国艺,董明,钱玉源,祁虹
棉花学报    2021, 33 (5): 422-434.   DOI: 10.11963/cs20200088
摘要156)   HTML49)    PDF(pc) (1329KB)(20)    收藏

【目的】研究耕层重构技术对棉田土壤微生态环境的影响,为改良土壤生态环境提供新途径和方法。【方法】2019年以冀棉315为试验材料,设置常规旋耕(对照)和耕层重构(将0~20 cm土层与20~40 cm土层土壤互换,同时松动40~60 cm土层土壤)2种耕作方式,调查棉花不同生育时期和不同土层的土壤养分含量,细菌、真菌和放线菌数量,脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性,以及棉花产量和生物量。【结果】与对照相比,耕层重构棉田0~20 cm土层的全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量均降低,而20~80 cm土层的养分含量升高。耕层重构处理0~20 cm土层的细菌、真菌和放线菌数量低于对照,而20~40 cm土层的细菌、真菌和放线菌数量高于对照。与对照相比,耕层重构降低了0~20 cm土层的脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性,提高了20~40 cm土层的脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性。回归分析结果表明,土壤真菌数量、脲酶活性和碱性磷酸酶活性均与全磷、全氮、碱解氮、速效钾、有机质和速效磷含量呈显著线性关系。耕层重构处理棉花地上部生物量比对照显著提高8.91%,对棉花产量没有显著影响。【结论】上述研究结果初步表明,耕层重构能够提高较深土层的养分含量、微生物数量和土壤酶活性,促进较深土层的养分代谢,增加棉花生物量,改善土壤微生态环境。

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12. 滴灌带埋设深度对无膜棉产量形成的影响
段佳宏,李楠楠,王军,李军宏,郝先哲,罗宏海,杨国正
棉花学报    2021, 33 (5): 404-411.   DOI: 10.11963/cs20210029
摘要154)   HTML556)    PDF(pc) (1236KB)(25)    收藏

【目的】探究北疆无膜栽培条件下滴灌带埋设深度影响棉花产量的作用机理,为新疆棉花绿色高效栽培技术的制定与完善提供理论支撑。【方法】以新陆早74号为试验材料,设置3个滴灌带埋设深度处理(D1:10 cm,D2:15 cm,D3:20 cm),研究埋设深度对棉花生育进程、干物质积累、产量及品质的影响。【结果】与D1处理相比,D3处理苗期延长4 d;在盛花期后棉花生殖器官及营养器官干物质积累量均随滴灌带埋设深度增加而增加,吐絮期D3处理生殖器官干物质积累量较D2、D1处理分别高25.5%、54.3%;棉花总铃数、铃重及籽棉产量均在D1处理最低,D2与D3处理间无显著差异;棉花纤维长度、伸长率及断裂比强度在D2与D3处理间无显著差异,但D3处理较D1处理分别增加5.9%、0.29百分点、10.2%,且差异显著。【结论】无膜条件下增加滴灌带埋设深度可促进棉花生殖器官干物质积累,提高棉花产量,改善纤维品质;但从稳产角度来看,15 cm是无膜棉最佳滴灌带埋设深度。

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13. 基于重测序鉴定SbHKT基因在陆地棉基因组中的插入位点
徐鹏,郭琪,徐珍珍,孟珊,陈天子,沈新莲
棉花学报    2021, 33 (4): 377-383.   DOI: 10/11963/cs20190115
摘要131)   HTML59)    PDF(pc) (3711KB)(44)    收藏

【目的】 明确SbHKT基因棉花HKT-1株系的插入位点序列特征。【方法】 对HKT-1株系重测序,本地BlastN比对获得插入位点处的侧翼序列,设计聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR)特异引物验证插入位点的准确性。【结果】 获得SbHKT基因插入位点处107 bp的左边界(Left border,LB)端侧翼序列HKT1_LSEQ,122 bp 的右边界(Right border,RB)端侧翼序列HKT1_RSEQ;锚定基因组后显示SbHKT基因的插入引发了陆地棉染色体结构变异。分别根据LB和RB端侧翼序列设计PCR特异引物扩增HKT-1株系T-DNA全长,目的条带含有完整的T-DNA骨架序列以及SbHKT基因序列,证实HKT1_LSEQ和HKT1_RSEQ是同一个插入位点的左右侧翼序列。【结论】 基于重测序技术获得了SbHKT基因在陆地棉基因组中的侧翼序列,建立了SbHKT基因转化体特异性检测方法。

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14. 棉花HDAC基因家族鉴定及其在黄萎病菌侵染下的表达分析
王艳情, 郑杰, 许艳超, 蔡小彦, 周忠丽, 侯宇清, 王坤波, 王玉红, 陈浩东, 刘方, 李志坤
棉花学报    2021, 33 (6): 469-481.   DOI: 10.11963/cs20210010
摘要70)   HTML452)    PDF(pc) (5560KB)(26)    收藏

【目的】组蛋白去乙酰化酶(Histone deacetylases,HDAC)在植物发育及抗病应答中发挥重要作用,本研究旨在鉴定棉花HDAC基因家族成员并对其在黄萎病抗性中的作用进行分析。【方法】利用生物信息学方法对棉花基因组中HDAC基因家族成员进行鉴定,并对其理化性质、系统发育关系、基因结构进行系统分析。利用实时荧光定量聚合酶链式反应分析了黄萎病菌诱导下瑟伯氏棉HADC基因的表达模式。【结果】陆地棉、亚洲棉和瑟伯氏棉基因组中分别包括30、15和13个HDAC基因。棉花HDAC分为RPD3/HDA1、HD2和SIR2三个亚族,同一亚族成员间具有相似的基因结构和保守基序。棉花HDACs基因启动子中含有大量的激素应答、胁迫响应以及植物生长发育相关的顺式作用元件。瑟伯氏棉GthHDAC基因响应乙烯、水杨酸和茉莉酸的诱导;在黄萎病菌胁迫下,多数GthHDAC基因上调表达,表明该基因家族可能通过乙烯/茉莉酸和水杨酸等信号通路调控棉花黄萎病抗性。【结论】本研究从全基因组水平上鉴定了亚洲棉、陆地棉和瑟伯氏棉中58个HDAC家族基因,并明确了瑟伯氏棉HDAC家族成员在黄萎病菌胁迫下的表达模式。黄萎病菌处理后,大部分GthHDAC基因在叶片中上调表达,并且受到乙烯、水杨酸和茉莉酸的诱导。

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15. 基于广泛靶向代谢组学的不同颜色棉花花瓣中类黄酮成分差异分析
李秋琳,李燕,陈伟,姚金波,朱守鸿,袁黎,张永山
棉花学报    2021, 33 (6): 482-492.   DOI: 10.11963/cs20210036
摘要62)   HTML14)    PDF(pc) (4224KB)(12)    收藏

【目的】本研究旨在对棉花黄色、乳白色和白色花瓣中类黄酮类代谢物质成分及差异进行分析,为进一步研究棉花花瓣颜色的形成机制和花瓣色素的利用提供一定的理论基础。【方法】用超高效液相色谱-串联质谱检测平台和Analyst 1.6.3软件对海7124(黄色花)、TM-1(乳白色花)和石系亚1号(白色花)3种花瓣中的类黄酮物质进行检测和分析;然后使用多元统计分析方法对检测到的类黄酮类代谢物数据进行分析,筛选差异代谢物;最后利用KEGG网站结合K-means分析对差异代谢物参与的合成途径进行分析。【结果】3种棉花花瓣材料中共检测到184种类黄酮类代谢物,其中黄酮醇类代谢物(76种,占41.30%)和黄酮类代谢物(51种,占27.72%)居多;差异代谢物171种,显著富集在黄酮和黄酮醇的生物合成途径及类黄酮的生物合成途径。通过对黄色、乳白色、白色花瓣进行类黄酮类代谢物分析,发现差异代谢物含量呈升高趋势和降低趋势的物质各15种,其中被注释到KEGG通路上的有5种:在黄酮和黄酮醇的生物合成途径上,金圣草黄素、紫云英苷和芦丁含量均升高;在类黄酮的生物合成途径上,香橙素和表儿茶素含量升高,异杞柳苷含量降低。【结论】通过分析发现3种棉花材料中存在的类黄酮类差异代谢物主要参与黄酮和黄酮醇的生物合成途径及类黄酮的生物合成途径;属于查耳酮类的异杞柳苷在黄色、乳白色、白色花瓣中的含量逐渐减少,推测该物质与棉花花瓣的黄色相关。

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16. 甲哌鎓通过调节棉花叶片水分平衡和光合性能提高苗期耐旱性的生理机制
王玉贤, 董莹莹, 李芳军, 杜明伟, 田晓莉, 李召虎
棉花学报    2021, 33 (6): 493-503.   DOI: 10.11963/cs20210054
摘要59)   HTML186)    PDF(pc) (3210KB)(24)    收藏

【目的】研究植物生长延缓剂甲哌鎓 (Mepiquat chloride,MC/DPC)提高棉花幼苗耐旱性的调控机制。【方法】本研究以陆地棉品种中棉所41为供试材料,设CK-Ctrl(正常供水+喷施清水)、CK-DPC(正常供水+喷施30 mg·L-1 DPC)、DS-Ctrl(干旱+喷施清水)和DS-DPC(干旱+喷施30 mg·L-1 DPC)共4个处理。于2叶期叶面喷施DPC或清水,5 d后进行控水干旱处理,以正常供水为对照。【结果】正常供水条件下,叶面喷施DPC对叶片相对含水量、总叶绿素含量、净光合速率和水分利用率均无显著影响。干旱胁迫条件下,叶面喷施DPC可显著增加叶片中脯氨酸的积累、叶片相对含水量;DPC处理的叶片气孔导度和蒸腾速率虽呈增加趋势,但因净光合速率的显著提高最终增加了水分利用率。此外,DPC处理还可促进叶片可溶性蛋白的积累以抵御干旱胁迫。【结论】叶面喷施DPC可显著提高干旱胁迫条件下棉花幼苗的相对含水量、净光合速率和水分利用率,通过调节水分平衡和光合性能增强棉花抵御干旱胁迫的能力。

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17. 陆地棉GhBZR1基因的克隆及功能研究
贺浪,张华崇,司宁,简桂良
棉花学报    2021, 33 (6): 435-447.   DOI: 10.11963/cs20200083
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【目的】BZR1是油菜素内酯(Brassinosteroid,BR)信号通路中关键的转录因子,去磷酸化后可直接调控BR信号通路下游基因的表达,影响植物的生长发育和免疫反应。明确其功能对了解棉花的抗/感病分子机制具有重要意义。【方法】分析未接种和接种黄萎病菌(大丽轮枝菌,Verticilium dahliae)的中植棉KV-3的转录组测序结果,筛选到1个下调表达基因GhBZR1,并通过cDNA末端快速扩增(Rapid amplification of cDNA ends,RACE)、生物信息学分析、实时荧光定量聚合酶链式反应(Real-time quantitative polymerase chain reaction,qRT-PCR)、亚细胞定位、病毒诱导的基因沉默(Virus-induced gene silencing,VIGS)和超表达,对该基因进行了克隆与功能验证。【结果】在陆地棉中克隆出GhBZR1基因全长1 515 bp,开放阅读框为942 bp,编码313个氨基酸。生物信息学分析表明,GhBZR1蛋白与海岛棉中的BZR1蛋白同源性最高,具有BES1_N超家族结构域,属于亲水性蛋白,具有多个磷酸化位点,在其启动子区域存在3个与病原菌抗性相关的顺式作用元件,分别是TC-rich repeats、ABRE和MBSI元件。亚细胞定位显示,GhBZR1蛋白定位在细胞核。qRT-PCR检测结果表明,GhBZR1基因在茎中优势表达;大丽轮枝菌诱导后,该基因在不同抗病、感病品种中的转录水平不同,且能被茉莉酸和水杨酸诱导表达;抑制GhBZR1基因表达能增强感病陆地棉品种86-1对黄萎病菌的抗性;超表达GhBZR1基因使转基因拟南芥抗黄萎病菌能力减弱、病症加重。【结论】GhBZR1基因在棉花抗黄萎病的过程中起负调控作用。

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18. 多倍体同源区段二代测序生物信息学分析关键参数优化
武建楠,陈肯,王欢,庞铂实,周宇荀,肖君华,李凯
棉花学报    2021, 33 (6): 504-512.   DOI: 10.11963/cs20200085
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【目的】多倍体植物同源区段单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism,SNP)标记分型挑战颇大。本研究以四倍体陆地棉同源区段聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR)靶向扩增子数据集为例,观测同源区段的影响并优化生物信息学分析方案。【方法】首先扩增并测序获得136个陆地棉样本DNA的包含潜在变异的3个区段,其次使用不同参数进行比对与SNP检出,最后比较优化不同方案分析结果的异同。【结果】常规分析发现,区段1的3个SNP位点和区段2的1个SNP位点在样本中均鉴定为野生型或纯合突变型,而几乎所有样本的区段3鉴定为杂合突变型。Blast分析表明,位于A12染色体的区段3与其同源序列(位于D12染色体)相似性为96.28%。仅将区段3的同源序列作为参考序列分析,潜在SNP位点的基因型鉴定结果无变化;而将区段3与其同源序列同时作为参考序列分析,比对到区段3与其同源序列的读长的比例分别为48%、52%,因此存在较多同源区段3的读长是导致分型错误的主要原因,并确定了区段3 潜在SNP位点的基因型应为TT。此外,通过对比GATK结果在区段3发现了2个新SNP且排除了3个因部分同源序列变异造成的假阳性SNP。【结论】本研究验证了同源序列的存在会严重影响多倍体SNP鉴定与生物信息学分析;对关键参数优化特别是将多倍体同源序列同时作为参考序列,能够提高SNP分型的准确度。

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19. 棉花类表皮特异性分泌糖蛋白基因GhA01EP1的克隆和功能分析
李丹,赵存鹏,赵丽英,刘旭,刘素恩,王凯辉,王兆晓,耿军义,郭宝生
棉花学报    2021, 33 (6): 448-458.   DOI: 10.11963/cs20200097
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【目的】本研究对类棉花表皮特异性分泌糖蛋白基因GhA01EP1的克隆及功能分析,为进一步了解胞外蛋白抵抗环境胁迫的调控机制提供了基础。【方法】利用同源克隆法获得了冀2658中GhA01EP1的序列,通过实时定量聚合酶链式反应检测GhA01EP1基因的组织表达及干旱胁迫前后表达变化。对GhA01EP1蛋白的理化性质、结构、亚细胞定位等进行了生物信息学分析。用烟草瞬时转化试验对GhA01EP1蛋白进行亚细胞定位。利用农杆菌蘸花法获得转基因拟南芥,并对转基因植株进行抗旱鉴定。【结果】将克隆到的与抗旱相关的类表皮特异性分泌糖蛋白基因命名为GhA01EP1,位于A01号染色体。该基因无内含子,开放阅读框长1 371 bp,编码456个氨基酸,包含B-lectin、Plant PAN/APPLE-like 2个结构域。GhA01EP1基因在根、茎和叶片中均有表达,在根中表达量最高。KEGG通路分析发现,GhA01EP1参与甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢以及苯丙氨酸代谢的可信度较高。烟草瞬时转化试验结果显示,GhA01EP1蛋白为分泌蛋白。抗旱鉴定发现,与野生型相比,转基因拟南芥在干旱胁迫下长势好、根系长、胁迫复水后恢复能力强。【结论】GhA01EP1基因在棉花和拟南芥抗旱中起积极作用。

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20. 陆地棉纤维起始期优势表达基因GhCRPK1的克隆及功能研究
王雪慧,陈丽锦,赵若林,程海亮,张友平,王巧连,吕丽敏,宋国立,左东云
棉花学报    2021, 33 (6): 459-468.   DOI: 10.11963/cs20210061
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【目的】研究陆地棉类受体激酶GhCRPK1(Cold-responsive protein kinase 1,CRPK1)在棉花纤维发育中的功能。【方法】以陆地棉全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS)数据及陆地棉纤维发育不同时期的表达数据,筛选到GhCRPK1在棉花纤维起始期优势表达,通过基因克隆、亚细胞定位等方法研究了GhCRPK1的功能,对过表达GhCRPK1的拟南芥及突变体crpk1的表皮毛长度和密度进行观察统计,利用酵母双杂交筛选与GhCRPK1相互作用的蛋白。【结果】GhCRPK1基因全长为4 594 bp,开放阅读框长度为1 047 bp,编码348个氨基酸,在开花当天到开花后3 d持续优势表达,编码产物定位在细胞膜上。GhCRPK1在拟南芥中异源表达后可促进表皮毛的伸长;拟南芥中同源基因突变后,表皮毛变短。酵母双杂交实验发现,GhCRPK1与热激蛋白Gh_D08G0057相互作用。【结论】GhCRPK1在棉花纤维发育起始时期优势表达,定位在细胞膜上,在拟南芥中异源表达后调控拟南芥表皮毛的伸长。

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