2017年, 第29卷, 第1期　刊出日期：2017-01-15

  

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研究与进展
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  采用基于高分辨率熔解曲线技术的SNP标记定位徐州142无絮的短绒控制基因

  吴春珲, 马启峰, 李海晶, 王文魁, 裴文锋, 李兴丽, 吴嫚, 张金发, 于霁雯, 喻树迅

  棉花学报. 2017, 29(1): 1-8. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201701001

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  目的 定位徐州142无絮（XZ142w）突变体的短绒控制基因n₂。方法 以陆地棉（Gossypium hirsutum L.）徐州142(XZ142)×XZ142w的F₂群体为研究对象,利用108个简单重复序列(Simple sequence repeat, SSR)标记对n₂进行初步定位,再根据2个亲本材料中有单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphic, SNP)的差异基因设计50对SNP引物,用高分辨率熔解曲线(High resolution melting, HRM)技术从中筛选在亲本间有多态性的SNP引物,并用于后代的基因分型。结果 利用108个SSR标记将n₂初步定位在26号染色体的20.2 cM的遗传区间内;用HRM技术筛选到9对亲本间有多态性的SNP引物,成功实现基因分型;并结合以SSR构建的连锁图谱,将n₂的遗传区间缩小为19.5 cM,n₂与最近的SNP标记Cricaas20158遗传距离为5.5 cM,且遗传图谱上的标记与四倍体陆地棉测序物理图谱基本一致。结论 HRM技术可用于棉花中的SNP检测和n₂基因的定位。

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  陆地棉光敏雄性不育基因ys-1的遗传分析与初步定位

  张蒙, 刘记, 魏恒玲, 庞朝友, 王寒涛, 范术丽, 王晖, 宋美珍, 喻树迅

  棉花学报. 2017, 29(1): 9-16. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201701002

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  目的 精细定位和克隆陆地棉光敏雄性不育基因。方法 从陆地棉中040029的航天诱变后代中选育出新型光敏雄性不育系中9106,以中9106与11个陆地棉材料配制杂交组合,初步分析了中9106的杂种优势。以中9106为母本与陆地棉乐土603构建遗传分离群体F₁、F₂,分析不育性状的遗传特征。利用集团分离分析法筛选简单序列重复（Simple sequence repeat,SSR）,并在包含186个单株的中9106×乐土603 F₂群体中用上述SSR初步定位不育基因。结果 中9106为母本×陆地棉乐土603的F₁单株育性均表现正常,而F₂群体中的可育单株数:不育单株数符合3:1的分离比,推测中9106的不育性状受1对隐性核基因控制。利用集团分离分析法从16 544对SSR中筛选到18对与该不育基因连锁的标记。利用中9106×乐土603的F₂群体和18对SSR标记,将不育基因定位于D12染色体,位于标记NAU3442与CGR6339之间,遗传距离均为0.2 cM,将该不育基因命名为ys-1。结论 本研究有助于ys-1的精细定位及其克隆。

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  陆地棉抗坏血酸过氧化物酶基因家族全基因组生物信息学分析

  刘娜, 吴金华, 安亚茹, 杨君, 张艳, 王省芬, 马峙英

  棉花学报. 2017, 29(1): 17-28. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201701003

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  目的 抗坏血酸过氧化物酶（Ascorbate peroxidase,APX）是过氧化物酶家族中的1类成员,可以清除活性氧。APX家族的生物信息学分析有助于更好地了解该家族基因。方法 利用生物信息学方法,从中国农业科学院棉花研究所提供的陆地棉序列中鉴定出14条APX基因家族序列,并对这14个成员的染色体定位、亚细胞定位、进化关系、理化性质、信号肽、保守基序以及其编码蛋白的结构特征进行了预测分析,并初步分析了部分基因的表达。结果 APX基因分布广泛,分散在不同的染色体上;且大部分APX蛋白定位在细胞质,是亲水性脂溶蛋白;有3个保守基序,保守性较强;基因起源和进化比较复杂;二级结构的主要元件为α-螺旋和无规则卷曲。根据表达分析推测,第1亚组和第2亚组的基因在棉纤维发育的不同时期起作用。结论 这些结果有望为APX家族成员的结构与功能挖掘提供参考。

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  毛棉苗期抗旱性状的QTL定位

  郑巨云, George Oluoch, Khan Muhammad Kashif Riaz, 周忠丽, 王星星, 蔡小彦, 李雪源, 王春英, 王玉红, 刘方, 王坤波

  棉花学报. 2017, 29(1): 29-39. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201701004

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  目的 通过分析毛棉苗期抗旱相关性状的数量性状位点（Quantitative trait locus,QTL）,以期检测稳定的主效QTL,促进栽培品种抗旱性状遗传改良及提高抗旱育种效率。方法 以四倍体野生种毛棉（Gossypium tomentosum）和陆地棉品种中棉所12（CCRI 12)的种间杂种F₂及其F_2:3家系为研究材料,用于基因型分型的F₂有188个系,用于表型分型的F_2:3家系有149个株系。分别在干旱胁迫和正常灌水2个环境下调查表型数据。采用复合区间作图法对F_2:3家系苗期相关性状抗旱系数进行QTL定位。结果 对苗期相关性状抗旱系数的QTL定位分析,共得到16个QTL,其中与株高、叶片数、叶绿素含量、脯氨酸含量、丙二醛含量抗旱系数相关的QTL分别有5个、1个、3个、3个、4个,分布在13条染色体上。来自毛棉的5个加性QTL分别为qSHDC-19-1、qSHDC-19-2、qSLNDC-5-1、qMDADC-24-1、qMDADC-24-2,其加性效应值为0.10~0.22,解释变异9.4%~25.8%。结论 这些与抗旱相关的QTL有助于棉花抗旱分子标记辅助选择。

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  应用病毒诱导基因沉默技术研究棉花GhAKT1和GhKT2基因的功能

  穆春, 安静, 李婷婷, 王逸茹, 张明才, 田晓莉

  棉花学报. 2017, 29(1): 40-49. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201701005

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  目的 本研究旨在揭示棉花钾离子（K⁺）吸收机制。方法 以国欣棉3号和中棉所41为材料,应用病毒诱导基因沉默技术研究棉花K⁺通道基因GhAKT1和K⁺转运体基因GhKT2的功能。结果 在低水平供K⁺ (0.1 mmol·L^-1)和充分供K⁺ (2.5 mmol·L^-1)条件下,沉默GhAKT1和GhKT2基因使棉花幼苗的K⁺积累量分别降低15%左右和25%以上。此外,沉默GhAKT1和GhKT2基因导致棉花幼苗对K⁺的最大吸收速率和亲和能力出现不同程度的下降。药理学试验结果表明,在外界K⁺浓度低于250 μmol·L^-1的条件下,高亲和系统对棉花K⁺吸收的贡献大于K⁺通道;而且GhAKT1蛋白可能是1个对NH₄⁺比较敏感的组分。结论 棉花K⁺通道蛋白GhAKT1和K⁺转运体蛋白GhKT2具有吸收K⁺的功能,而且表现出双亲和吸收K⁺的特性,可作为改善棉花钾营养的候选基因。

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  棉花抗黄萎病鉴定与评价标准的商榷

  赵丽红, 冯自力, 李志芳, 冯鸿杰, 师勇强, 张芸, 朱荷琴

  棉花学报. 2017, 29(1): 50-58. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201701006

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  目的 通过系统研究黄萎病抗病鉴定的关键技术和评价标准,解决现有棉花品种黄萎病抗性评价标准中存在的问题,建立新的田间棉花黄萎病分级标准和评价标准。方法 以14个2014年国家主推棉花品种为试验材料,从接种量、可靠样本量、病情分级和评价方法4个方面系统研究黄萎病抗性鉴定的关键技术和评价标准。结果 确定了小区接种和行沟接种的最佳接菌量分别为60 g·m^-2和10 g·m^-1,小区调查最低样本量为50株;制定了新的分级标准为0级（0%）、1级（1%~33%）、2级（34%~66%）、3级（67%~99%）和4级（100%）。连续2年利用相对病程发病面积和发病高峰期的相对病情指数2种评价方法判定品种抗病性,前者作为抗病性评价的依据更为科学可靠,一致率达到100%。结论 本试验为完善抗病鉴定技术操作规程,规范抗性评价方法,促进棉花抗病品种的选育、审定和推广提供了科学依据。

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  陆地棉Pht1家族成员的全基因组鉴定及表达分析

  晁毛妮, 张志勇, 宋海娜, 李成奇, 张新, 胡根海, 张金宝, 王清连

  棉花学报. 2017, 29(1): 59-69. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201701007

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  目的 磷是植物三大必需矿质元素之一,对植物的生长发育至关重要。Pht1家族的磷酸盐转运蛋白在植物磷吸收和转运方面具有重要作用,然而关于该基因的系统研究工作尚很少开展。本研究旨在进行Pht1家族成员全基因组鉴定和表达模式分析。方法 通过生物信息学的方法对陆地棉Pht1家族成员的基因结构、编码蛋白质的结构、染色体定位、基因复制和表达情况等进行全面分析。结果 （1）在陆地棉的基因组中共鉴定到17个磷酸盐转运蛋白基因（GhPT）,其中A亚组包含8个GhPT,D亚组包含9个GhPT;（2）棉花GhPT蛋白之间序列相似性很高,并均具有12个疏水的跨膜区域;（3）进化分析表明这些GhPT蛋白主要聚为2大组（GroupⅠ和GroupⅡ）,位于同一组的GhPT的编码基因大部分具有相似的内含子/外显子分布模式;（4）17个GhPT基因不均匀分布在A亚组和D亚组中的5条染色体上,串联复制和片段复制可能导致GhPT基因在陆地棉中的扩增;（5）表达模式分析表明,GhPT6和GhPT14在根中表达量最高,且同时响应低磷和低钾胁迫诱导并上调表达。结论 这些结果将有助于深入了解Pht1家族基因的功能及离子信号途径相互作用的分子机制。关键词：陆地棉;基因家族;GhPT基因;磷酸盐转运蛋白;进化分析;表达模式

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  灌水量对北疆棉花增效缩节胺化学封顶效应的影响

  韩焕勇, 王方永, 陈兵, 张旺锋, 李保成, 田晓莉, 李召虎

  棉花学报. 2017, 29(1): 70-78. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201701008

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  目的 在不同灌水量条件下研究增效缩节胺(1,1-dimethyl-piperidinium chloride,缓释型水乳剂,简称DPC⁺)对棉花化学封顶的效应,为完善新疆棉花化学封顶技术提供依据。方法 以早熟陆地棉品种新陆早53号为材料,设置不同的灌水量(3000,4800,6600 m³·hm^-2)和DPC⁺剂量(450,750,1050 mL·hm^-2),测定棉花农艺性状、生理特性及产量和品质等指标。结果 棉花株高和单株果枝数随DPC⁺剂量的增加而下降,低(450 mL·hm^-2)、中(750 mL·hm^-2)、高剂量(1050 mL·hm^-2) DPC⁺处理的株高和单株果枝分别比人工打顶增加9.4 cm和4.8个,6.2 cm和3.9个,2.2 cm和2.6个。中等灌水量(4800 m³·hm^-2)下棉花产量最高,比低灌水量(3000 m³·hm^-2)处理增产20%左右,比高灌水量(6600 m³·hm^-2)处理增产5%左右。低、中、高灌水量下,分别以低、中、高剂量DPC⁺的产量最高,一般较人工打顶提高5%~10%。低灌水量下低剂量DPC⁺处理主要依靠较大的群体生物量获得相对较高的产量,高灌水量下高剂量DPC⁺处理主要依靠较高的产量器官干物质分配率获得相对较高的产量,而中等灌水量下中等剂量DPC⁺处理的产量在所有处理中最高,得益于比较适宜的冠层生产能力和合理的干物质分配能力。结论 灌水量需要与DPC⁺剂量互相配合,在增加群体物质生产能力的同时保障营养生长和生殖生长协调,这是提高棉花DPC⁺化学封顶技术成功率的关键途径之一。

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  根钻和图像法测定棉麦套种及单种作物根长密度的精确性研究

  张思平, 张立祯, 王晓辉, 张雷, 李鹏程, 马慧娟, 刘敬然, 刘绍东, 赵新华

  棉花学报. 2017, 29(1): 79-87. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201701009

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  目的 研究田间根钻取样结合计算机图像软件分析方法测定棉麦套种及单种作物根长密度的精确性。方法 结合田间根钻取样,分别用图像法（DT-SCAN图像软件分析法）和直尺法（常规人工直尺测量法）测量根长密度,通过2002—2013年试验获得的3423对根长密度数据分析图像法的精确性,使用根均方差描述图像法测定值（模拟值）与直尺法测定值（观测值）之间的一致性。结果 2种方法测定根长密度的相关性较好,图像法的精确性较高。对可能影响图像法精确性的因素分析表明：（1）在不同种植模式下图像法的精确性表现为小麦单种模式>棉花单种模式>麦棉套种模式;（2）随着土壤深度增加,图像法的精确性增加;（3）在麦棉套种模式下图像法的精确性从麦幅到棉幅逐渐提高,在小麦单种模式下行上大于行间,在棉花单种模式下行上小于行间;（4）在棉花开花前图像法的精确性表现为棉花单种模式大于麦棉套种模式,在棉花开花后表现为棉花单种模式小于麦棉套种模式。结论 田间根钻取样结合计算机图像软件分析方法测定棉麦套（单）种作物根长密度的精确性较高,该方法成本低、测定速度快,能更好地扫描并分析计算棉花的细小侧根,具有较强的先进性和较高的可靠性。

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  棉花主茎叶与根系硝酸还原酶活性分布对播期和密度的响应

  王雷山, KhanAziz, 宋兴虎, 黄颖, 袁源, 杨国正

  棉花学报. 2017, 29(1): 88-98. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201701010

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  目的 本研究旨在探讨大田轻简化栽培条件下棉花氮代谢随播期和密度的变化规律。方法 选用华棉3109（G. hirsutum L.）于2014年在华中农业大学试验农场,采用裂区设计：播期为主区（S1,5月30日;S2,6月14日）,密度为副区（D1,7.5株·m^-2;D2,9.0株·m^-2;D3,10.5株·m^-2）,研究了硝酸还原酶（Nitrate reductase,NR）活性在主茎叶位和根系的分布特点。结果 1）不同播期和密度对叶片和根系NR活性平均值有显著影响。推迟播期对现蕾期棉花叶片与根系平均NR活性无显著影响,增加密度可降低叶片平均NR活性,但对根系平均NR活性无显著影响;推迟播期,显著降低初花期和盛花期棉花叶片NR活性平均值,但晚播对根系NR活性平均值的影响由侧根NR决定,增加密度,叶片和根系平均NR活性呈先升高后降低变化趋势,表明见花施肥后,晚播抑制了棉花地上部叶片氮代谢强度,而增强了地下部根系氮代谢强度;适度增加密度可显著增强棉花地上部叶片和地下部根系氮代谢强度。2）现蕾期叶片NR活性平均值>初花期>盛花期,根系NR活性平均值大体呈先升高后降低变化趋势。3）主茎叶位NR活性在3个时期均由上而下显著降低,以第1叶至第3叶波动较大,第4叶以下叶片间无显著差异,表明叶片NR活性与叶龄有关,幼叶氮代谢强度高于成熟叶片,成熟叶片之间氮代谢强度保持相对稳定。结论 长江流域棉区（主要指湖北植棉区）棉花播种不应晚于6月14日,种植密度以9.0株·m^-2最佳。

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  二倍体野生棉与四倍体栽培棉基于GISH的遗传关系分析

  肖水平, 陈宜, 柯兴盛, 王玉红, 王春英, 杨磊, 刘新稳, 孙亮庆, 杨绍群, 王坤波, 刘方

  棉花学报. 2017, 29(1): 99-107. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201701011

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  目的 研究二倍体野生棉与四倍体栽培棉间的遗传亲缘关系,进一步探索各棉种间的起源与进化。方法 以5个二倍体基因组的代表种B₁（异常棉）、C₁（斯特提棉）、E₂（索马里棉）、F₁（长萼棉）以及G₁（比克氏棉）的基因组DNA（gDNA）为探针,以2个四倍体栽培种（陆地棉中棉所16、海岛棉新海7号）有丝分裂中期染色体为靶DNA,进行了基因组原位杂交（Genomic in situ hybridization, GISH）分析。结果 以B₁、E₂和F₁ gDNA为探针时,杂交信号主要分布在2个栽培种较长的13对A亚组染色体上;各产生3对较强的GISH-NOR信号,其中1对分布在较长的A亚组上,2对分布在较短的D亚组上,其GISH-NOR信号强度与分布情况与以D基因组棉种为探针时相似。说明二倍体B、E、F基因组与四倍体棉A亚基因组具有较高的同源性,亲缘关系更近。这一点与它们的地理分布情况相符;而它们基因组中的45S rDNA重复序列与二倍体D基因组的45S rDNA重复序列同源性较高。C₁和G₁ 中以gDNA为探针时,杂交信号分布在2个栽培种全部26对染色体上,无法区分开A或D亚组染色体,都有3对较强的GISH-NOR信号。这一现象与D基因组拟似棉（D₆）gDNA为探针的GISH相似,表明二倍体C和G基因组与四倍体棉的A和D亚基因组均具有较高的同源性,或者C和G基因组同时含有A基因组(或其他非洲棉基因组)和D基因组成分,进一步证实了其基因组成分的杂合性;而它们基因组中的45S rDNA重复序列同属D基因组类型。结论 这些发现可为棉花杂交育种和棉属起源与演化研究提供有用信息。

专题与述评
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  近20 a国家自然科学基金棉花遗传育种与栽培生理领域申请及资助项目分析

  宋振伟, 张金渝, 史利玉, 严明理, 杨新泉, 杜生明

  棉花学报. 2017, 29(1): 108-118. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201701012

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  为指导国家自然科学基金项目评审和棉花科研项目申请,本文以1995—2014年间国家自然科学基金棉花遗传育种与栽培生理领域面上基金、青年基金与地区基金项目申请与资助项目数据为依据,对棉花遗传育种和栽培生理学的研究现状与趋势进行了分析,在此基础上指出了棉花研究方面存在的不足,并对未来发展的方向提出了建议。