2016年, 第28卷, 第3期　刊出日期：2016-05-15

  

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研究与进展
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  棉花种子特异表达α球蛋白A基因启动子的功能分析

  王芳, 魏琦超, 张锐, 孙国清, 陈全家, 石书兵, 曲延英, 郭三堆

  棉花学报. 2016, 28(3): 189-198. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201603001

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  研究植物种子特异启动子具有重要的理论和实际意义。本文研究了棉花α球蛋白A基因启动子，该启动子序列全长为1640 bp，作用元件分析表明该区域除了具有核心调控序列外，还含有多个与组织特异性相关的顺式作用元件。设计其5'端构建4个不同长度的缺失、融合GUS基因的表达载体，并通过蘸花法分别转化拟南芥。转基因拟南芥GUS表达分析结果表明，该启动子能驱动GUS基因在胚、露白的种子、子叶期的幼苗中表达，而二叶期的幼苗、根、茎、莲座叶、茎生叶和花苞组织则没有表达，说明棉花α球蛋白A基因启动子是一个种子特异性启动子。208 bp长度的启动子足以维持其种子特异表达功能，而且在启动子的 －684和－208区域之间可能存在负调控元件或负调控区域。分析棉花α球蛋白A基因启动子是一个种子特异性启动子，其基本启动子区域不长于208 bp。
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  陆地棉开花相关基因GhFLP1的克隆与功能验证

  张盼, 范术丽, 宋美珍, 庞朝友, 魏恒玲, 喻树迅

  棉花学报. 2016, 28(3): 199-207. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201603002

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  为了明确陆地棉开花促进因子基因的作用，以中棉所36叶片基因组DNA和cDNA为材料克隆得到了开花相关基因GhFLP1，分析了其特征及功能。该基因全长为537 bp，包含339 bp开放阅读框，编码112个氨基酸。预测分子量约为12.176 kDa，理论等电点为9.13。组织特异性表达分析表明，该基因在花蕾中优势表达，且在早熟品种（中棉所36、中棉所74）中表达量高于中熟品种（中棉所60、鲁棉研28）。启动子序列分析和外源激素处理实验表明该基因受水杨酸和赤霉素调控。农杆菌介导转化拟南芥发现，该基因能促使拟南芥莲座叶减少，开花期提前。荧光定量结果表明，在转基因拟南芥中，内源开花相关基因AtFT、AtLFY、AtAP1和AtSOC1表达量不同程度上调，AtFUL表达量基本不变，AtFLC表达量下调。研究结果显示该基因可能参与陆地棉开花时间的调控，为创制转基因早熟棉花新材料打下基础。
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  植酸酶基因PhyA对陆地棉产量性状的影响

  柯会锋, 王省芬, 吴立强, 李志坤, 张艳, 张桂寅, 马峙英

  棉花学报. 2016, 28(3): 208-214. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201603003

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  在人工控制（培养基、水培、沙培）条件下，植酸酶基因PhyA具有分解利用培养基质植酸磷、提高磷素利用效率的功能，但在田间的表现目前尚未明确。在前期完成的PhyA转基因陆地棉新材料盆栽试验基础上，将其种植在田间条件下，研究PhyA基因对棉花产量性状的影响。结果表明，部分转基因棉花新材料的单株结铃数、铃重、衣分、籽棉产量、皮棉产量与野生型对照存在显著差异，PhyA在田间条件下具有改良转基因棉花部分产量性状的能力。在此基础上，遴选出2个转PhyA棉花优良新品系G3、G2，可用作今后转植酸酶基因棉花新品种培育的基础材料。
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  亚洲棉和雷蒙德氏棉MATE基因家族生物信息学及其同源基因在陆地棉中的表达分析

  沈知临, 许磊, 陈文, 吴楠, 蔡永萍, 林毅, 高俊山

  棉花学报. 2016, 28(3): 215-226. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201603004

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  多药和有毒化合物排出(MATE)蛋白家族是1个次级转运蛋白家族。为了更好地了解亚洲棉和雷蒙德氏棉中MATE蛋白的种类和数量，利用2种二倍体棉花基因组的氨基酸和cDNA数据库对MATE基因家族进行筛选，并分析亚洲棉和雷蒙德氏棉全基因组中MATE基因的种类和进化关系。结果显示，在亚洲棉基因组中初步鉴定了34个MATE基因，而在雷蒙德氏棉中筛选出42个MATE基因。基因结构和系统进化的比较分析表明，进化关系近的MATE基因在结构上基本是一致的。同时对陆地棉中克隆的GhTT12及与其同一族的部分MATE基因进行荧光定量分析，推测其所在同一族的MATE基因功能可能与转运原花青素有关。这些结果为进一步深入分析棉花MATE基因的功能以及在原花青素转运中的作用提供了理论基础。
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  基于单拷贝SNP标记的棉花杂交种纯度高通量检测技术

  匡猛, 王延琴, 周大云, 马磊, 方丹, 徐双娇, 杨伟华, 魏守军, 马峙英

  棉花学报. 2016, 28(3): 227-233. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201603005

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  利用有代表性的材料进行SNP位点的全基因组扫描分析与综合评估，基于KASP技术开发1套适用于我国棉花杂交种纯度高通量检测的核心SNP组合。从63K的棉花全基因组芯片中筛选获得具有单拷贝特性的SNP标记分别为5474个(中棉所TM-1基因组版本)和1850个(南京农大TM-1基因组版本)。根据芯片扫描分析结果，权衡考虑位点多态性、分型效果、纯合率与杂合率等因素，最终从每条染色体上优选1个杂交种杂合率高且分型效果理想的核心SNP位点，合计26个。采用Kraken^TM软件将SNP位点转化成KASP标记，利用SNPline平台进行SNP分型检测，实现了对大量样品的高通量基因分型，尤其适用于品种纯度快速检测，为SNP标记技术在棉花品种鉴定及指纹数据库构建等方面的应用奠定基础。
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  通过转CaM基因提高了棉花抗寒性

  赵存鹏, 郭宝生, 王凯辉, 刘素恩, 王兆晓, 刘冬艳, 耿军义

  棉花学报. 2016, 28(3): 234-241. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201603006

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  为了获得耐低温棉花新材料，通过花粉管通道法获得了转CaM基因棉花，经过分子检测得到了3个转基因株系。同时对得到的转基因株系的T₄代（C1、C2、C3）和棉花受体（CK）在低温处理后的相关生理生化指标进行了初步测定。发现在低温（4 ℃）处理24 h后，C1、C2、C3叶片中的丙二醛（MDA）含量明显低于对照，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）的活力、可溶性糖的含量明显高于对照，而常温下（23 ℃）测定值没有明显的差异。表明转CaM基因棉花在低温时能够通过减轻叶片膜脂过氧化程度，提高抗氧化酶活力等反应来缓解低温对棉花叶片的损伤。本研究筛选出了3个具有一定抗寒能力的转基因株系，为下一步选育抗寒新品种奠定了基础，也为其他棉花抗寒转基因技术提供了理论依据。
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  温度及遗传背景对棉花恢复系恢复能力的影响

  崔艳利, 郭立平, 戚廷香, 王红梅, 王海林, 唐会妮, 乔秀琴, 吴建勇, 邢朝柱

  棉花学报. 2016, 28(3): 242-249. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201603007

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  本文利用7个不同细胞核背景的哈克尼西棉胞质不育系与来源于同一个哈克尼西棉恢复基因（Rf1）培育出的3个不同细胞核背景的恢复系，采用NCⅡ交配设计，配置了21个 F₁。21个F₁和3个恢复系种植于2个生态区，通过性状调查，采用ADE模型和直观作图的分析方法，探索遗传背景和温度对恢复系恢复能力的影响。结果表明，在黄河流域安阳点，恢复系H46花粉量略高于H80，在长江流域无为点则相反；H46和H80在安阳和无为点的花粉量均高于恢复系ZBR；3个恢复系在盛花期多粉花率和少粉花率的表现趋势与其所配置的杂交组合F₁的花粉多粉率及其平均产量竞争优势大小一致；F₁籽棉和皮棉产量受加性效应、显性效应、加性与环境互作效应的影响，F₁花粉量不仅受加性效应的显著影响，还受到显性与环境互作效应的极显著影响；F₁籽棉产量与其花粉量的显性与环境互作效应的相关系数接近1，并达显著水平，表明环境影响花粉发育并对产量形成起关键作用。本文从不同角度研究了温度及遗传背景与恢复系恢复能力的关系，研究结果将对棉花三系恢复系的选育和利用具有一定的指导意义。
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  中棉所63棉铃对位叶光合生理性能的杂种优势研究

  葛勇, 李威, 刘艳改, 裴小雨, 周晓箭, 周克海, 张文生, 王海风, 孟清芹, 马雄风, 杨代刚

  棉花学报. 2016, 28(3): 250-259. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201603008

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  以杂交棉中棉所63及其亲本为材料，在棉铃发育时期对棉铃对位叶的生理和光合性能指标进行测定，探索中棉所63获得高产的杂种优势形成机理。结果表明：1)中棉所63产量优势显著。单株结铃数比两亲本分别高21.52%，43.28%，铃重高2.42%，19.31%，叶面积载铃量高22.39%，22.30%。2)中棉所63在棉铃发育后期棉铃对位叶生理指标表现出显著的杂种优势。棉铃对位叶叶面积分别比亲本高26.60%，59.41%，并且中棉所63棉铃对位叶保持较高水平的SOD活性，使其生理代谢明显提高；与此同时，中棉所63的MDA含量显著低于亲本，细胞膜受损较轻，延缓了对位叶的衰老。3)中棉所63在棉铃发育后期棉铃对位叶光合指标表现出显著的杂种优势。在棉铃发育后期，中棉所63叶绿素含量、SPS活性的高水平，能够维持高效率的光合作用，积累更多的光合产物，从而使中棉所63获得较高的单株结铃数和铃重，最终获得高产。
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  棉花冠层光合有效辐射空间分布插值方法

  邢芳芳, 李亚兵, 韩迎春, 雷亚平, 冯璐, 朱巧玲, 王国平, 杜文丽, 刘志红, 杨北方

  棉花学报. 2016, 28(3): 260-267. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201603009

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  获取冠层光合有效辐射PAR（Photosynthetically active radiation）信息对于作物估产、长势监测以及优化种植有重要意义。运用地统计学空间网格法原理测定了鲁棉研28号的棉花冠层PAR值，综合应用等值线图、残差和交叉验证比较分析了12种插值方法，发现克里金插值法最优；进一步利用克里金插值法分析了冀958、中棉所60、零式果枝品系L0三个品种PAR透射光的空间分布特征，等值线图显示PAR透射光空间分布与株型对光的影响一致，即验证了克里金插值法为模拟研究棉花冠层PAR值的最佳方法。
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  去留叶枝对棉花叶片、叶柄、铃柄解剖结构及产量的影响

  张颖, 任锋潇, 靖姣姣, 杜欢, 孙红春, 刘连涛, 白志英, 李存东

  棉花学报. 2016, 28(3): 268-275. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201603010

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  以冀棉958为材料，于花铃期观察去留叶枝对果枝叶片、叶柄和铃柄解剖学结构，研究去留叶枝对棉花形态建成、发育特性及产量的影响。设计留叶枝和去叶枝两种整枝方式，于花后15 d（花铃初期）、45 d（花铃后期）取中部果枝（第6果枝）第1果节叶片、叶柄、铃柄，通过常规石蜡切片观察其结构，并于成熟期测定产量。结果表明，去叶枝有利于提高果枝叶光合能力及蒸腾作用；有利于果枝叶及叶柄输导组织的形成和发展，即能促进同化物及水分的运输。花铃初期去叶枝有利于铃柄同化物运输到棉铃，花铃后期留叶枝有利于铃柄同化物运输到棉铃。去叶枝棉花理论产量显著高于留叶枝理论产量，表明去叶枝能够显著促进光合同化产物的形成与运输，对提高棉花产量具有重要作用。
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  增氧对水培棉花生长的影响研究

  饶晓娟, 蒋平安, 付彦博, 冯耀祖, 王新勇, 王治国

  棉花学报. 2016, 28(3): 276-282. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201603011

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  通过水培试验研究增氧对棉花生长的影响；试验设计3种增氧方式，分别为持续性增氧(Physical continuous oxygen, PCO)、间歇性增氧(Physical oxygen, PO)，化学增氧(Chemical oxygen, CO)，种棉花不增氧CK, 不种棉花不增氧CK₀；研究结果表明，不同增氧方式对营养液中溶解氧浓度都有不同程度的提高，表现为PCO＞PO＞CO＞CK；PCO处理对根体积、根系总吸收面积、根活性面积、根系生物量、株高、地上部生物量、氮和钾的吸收量的促进作用均达到显著水平，分别比CK增加了194.62%、261.89%、301.73%、57.15%、22.76%、38.03%、35.27%、84.78%；间歇性增氧PO处理对根系生物量、株高、地上部分生物量的促进作用显著，分别比CK高30.83%、15.65%、21.19%。通过以上结果表明，棉花对氧的需求敏感，不同增氧方式均能在一定程度上促进棉花生长，其中持续性增氧效果尤为突出，特别是对棉花生物量的积累，说明增氧可以提升棉花生长潜力。
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  响应面法对解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)12-7产抗菌蛋白条件的优化

  王全, 王占利, 高同国, 李术娜

  棉花学报. 2016, 28(3): 283-290. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201603012

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  解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)12-7是从发病棉田土壤中分离得到的1株生防细菌，其对棉花黄萎病致病菌大丽轮枝菌Verticillium dahliae Kleb. V190具有明显的拮抗作用，已证明其抗菌物质为蛋白质。采用响应面法对该生防菌株的产抗菌蛋白条件进行优化，以期为棉花黄萎病生物农药的研制开发以及抗菌蛋白的后续研究奠定基础。以发酵液上清液对大丽轮枝菌的抑菌圈面积为考察指标，首先采用单因子试验考察培养时间、温度、初始pH、碳源、氮源、无机盐等因素对菌株12-7发酵产抗菌蛋白的影响；再根据响应面分析法的基本原理和方法，对发酵条件进行优化。得出该菌株产抗菌蛋白的最优发酵培养基和培养条件为：1.5%（质量分数）蔗糖、1.5%（质量分数）大豆蛋白胨、0.3%（质量分数）NaCl、0.1%（质量分数）K₂HPO₄、初始pH 7.3的培养基，31 ℃发酵培养60 h。优化后抑菌圈面积从试验设计初期的171.95 mm²提高至320.3 mm²，且经过验证试验证实预测值与实际值之间具有较好的拟合度。
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  施肥量对牛筋草与棉花竞争关系的影响

  王新玲, 马小艳, 姜伟丽, 任相亮, 马亚杰, 王莹莹, 马艳

  棉花学报. 2016, 28(3): 291-299. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201603013

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  在室外盆栽试验条件下，棉花直播且每盆保留1个单株，设置3个肥力处理（不施肥处理、常规施肥、倍量施肥），和5个牛筋草密度处理（每盆0、2、4、8和16株），研究在不同施肥量条件下牛筋草对棉花生长发育、产量及纤维品质的影响，同时探索土壤肥力及杂草自身密度变化对牛筋草生长发育的影响。结果表明：与不施肥处理相比，常规肥量可以促进棉花的营养生长，增加籽棉产量，并能提高棉花对牛筋草的竞争力；但当施肥量增加至倍量时，棉花的生长及产量指标与常规施肥量相比无明显优势，过高的肥力反而促进牛筋草的生长发育，增强了牛筋草的竞争力。3个肥力条件下牛筋草对棉花产量造成显著影响的竞争临界密度分别为每盆4、8和2株。施肥量及牛筋草密度的变化对棉花的纤维品质并未造成影响。随着土壤肥力的增加，牛筋草的生物量、分蘖数和抽穗数均逐渐增加；在同一肥力条件下，随着牛筋草密度的增加，牛筋草种内竞争加剧，牛筋草的株高、分蘖数及单株生物量逐渐降低。
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  长江中下游棉田马唐(Digitaria sanguinalis)对草甘膦的抗药性初步研究

  李玉, 宗涛, 杨浩娜, 柏连阳

  棉花学报. 2016, 28(3): 300-306. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201603014

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  采用培养皿种子检测法和整株植物测定法的测定了从长江中下游3个省13个县棉田采集的18个马唐（Digitaria sanguinalis）种群，其草甘膦抗药性水平，并采用分光光度计测定了1个相对敏感种群和3个相对抗性种群在施用草甘膦后莽草酸积累量和谷胱甘肽S￣转移酶（glutathione S-transferase，GST）活力的变化情况。整株植物测定法结果表明：湖南常德安障乡地区马唐种群相对抗性水平最高，抗性指数为7.637，培养皿种子检测法与整株植物测定法测定的结果基本一致。测定的4个种群莽草酸积累量均随时间的变化而上升，其中3个抗性马唐种群的莽草酸积累量在9 d内始终低于相对敏感种群。4个种群GST活力变化无显著性差异，表明GST的代谢活力与马唐对草甘膦产生抗药性不相关。
研究简报
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  不同截短U3启动子在棉花中的功能分析

  雷建峰, 徐新霞, 代培红, 李继洋, 张巨松, 刘晓东

  棉花学报. 2016, 28(3): 307-314. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201603015

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  从海岛棉中克隆了2种GbU3-2P、GbU3-3P启动子，对它们进行2种长度截短，长度分别为436、245 bp和384、233 bp，同时构建了4个相应启动子驱动GUS的融合植物表达载体。利用农杆菌真空渗透转化法将4个GbU3Ps∷GUS-sgRNA-P1300植物表达载体分别转染棉花胚性愈伤组织。经GUS组织化学染色显示：克隆得到的2种截短大小的GbU3-2P和GbU3-3P启动子均能驱动GUS基因在棉花愈伤组织中表达，棉花愈伤组织被染成蓝色，但颜色深浅没有显著差异。本研究表明，同一GbU3启动子截短后，较短的启动子和较长的启动子具有相同的转录活性。这为构建棉花CRISPR/Cas9基因组编辑载体系统提供了更多理想的启动子。