【目的】本研究旨在探索棉花GhLEA3基因的结构特征及其在低温胁迫下的表达模式,研究其抗逆功能。【方法】利用同源序列克隆法在陆地棉中克隆GhLEA3;采用生物信息学方法分析其蛋白质性质,构建系统进化树。采用In-Fusion连接技术构建融合蛋白表达载体35S∷GhLEA3-GFP并进行亚细胞定位;在棉花三叶期进行叶片低温表达分析;采用农杆菌介导的花序浸染法将GhLEA3基因转入拟南芥;对T3转基因拟南芥种子进行4 ℃低温萌发试验;低温处理后测转基因拟南芥叶片的电导率。【结果】GhLEA3基因编码序列全长1 218 bp,编码405个氨基酸;GhLEA3蛋白含有4个功能结构域PF02987。陆地棉GhLEA3与拟南芥AtLEA3氨基酸序列之间相似性为52.6%。GhLEA3蛋白可能定位在液泡和小泡中。GhLEA3基因在低温处理的棉花叶片中上调表达。T3转基因拟南芥低温萌发率显著高于野生型,低温处理后转基因拟南芥叶片电导率显著低于野生型。【结论】陆地棉GhLEA3属于典型的LEA3家族成员,与拟南芥AtLEA3亲缘关系最近;该基因响应低温胁迫,可能在抗冷中起重要作用。
【目的】明确棉花黄萎病菌中鸟氨酸脱羧酶抗酶蛋白（OAZ）基因（VdOAZ）的功能。【方法】以大丽轮枝菌野生型菌株V592的基因组DNA和cDNA为模板,对VdOAZ基因全长进行克隆并测序。构建针对VdOAZ基因的敲除载体和互补载体,通过农杆菌介导的遗传转化筛选VdOAZ基因敲除菌株和和互补菌株。以野生型菌株V592为对照,对VdOAZ基因敲除突变体和互补菌株的菌落生长速率、产孢量、微菌核产量及对棉花的致病力进行测定;通过实时荧光定量逆转录聚合酶链式反应测定致病相关的其他基因在VdOAZ基因敲除突变体中的表达量,及亚精胺诱导条件下,V592菌株中VdOAZ基因及致病相关的其他基因的相对表达量。【结果】从棉花黄萎病菌中克隆到VdOAZ基因的全长为1 006 bp,具有2个开放阅读框（Open reading frame,ORF）,ORF2编码的蛋白具有OAZ所特有的ODC-AZ保守结构域。与野生型菌株V592和互补菌株相比,VdOAZ基因敲除突变体的菌落生长速率降低、微菌核产量及产孢量明显减少,对棉花的致病力下降,表明VdOAZ基因与大丽轮枝菌分生孢子和微菌核的产生有关,并参与大丽轮枝菌致病。在VdOAZ基因敲除突变体中,VdPKAC1、VMK1、VdNLP1、VdNLP2和VdSge1基因表达量显著上调;V592菌株经亚精胺诱导培养后,VdOAZ基因的表达量显著上调,而上述5个致病相关基因的表达量均明显下调,表明VdOAZ基因对其表达具有负调控作用。【结论】VdOAZ基因响应多胺水平改变,通过调控VdPKAC1、VMK1、VdNLP1、VdNLP2、VdSge1的表达影响大丽轮枝菌孢子产生、微菌核形成和致病过程。
【目的】棉纤维是由胚珠外珠被表皮单细胞经突起并极性伸长而成的,棉花种子上的短绒是由胚珠外珠被表皮单细胞突起而产生的。因此,本研究对棉纤维光籽基因n2进行定位,旨在为其克隆和功能研究奠定基础。【方法】以海岛棉新海21和陆地棉光籽突变体n2为亲本构建F2群体,结合棉花基因组数据,开发简单序列重复标记,定位该基因,获得预测的基因序列,通过实时荧光定量聚合酶链式反应分析候选基因的表达量差异。【结果】光籽基因n2被定位在染色体A12上,位于标记P61与Z10之间的181 kbp内。该区间共有7个候选基因。实时荧光定量聚合酶链式反应分析显示,候选基因72098在2个亲本中的表达量有显著差异。【结论】本试验精细定位了光籽基因n2,初步分析了候选基因,为其图位克隆和功能验证奠定了基础。
【目的】AP2/ERF家族基因在植物生长和逆境胁迫中起重要作用,GhHRD转录因子基因是该家族的一员。本试验首次克隆了GhHRD基因,为研究其功能提供理论依据。【方法】选用相对耐旱的新陆中36作为试验材料,通过反转录聚合酶链式反应的方法获得GhHRD基因,并通过生物信息学、原核表达、亚细胞定位和酵母杂交分析预测其结构和功能。【结果】GhHRD基因开放阅读框为555 bp,编码184个氨基酸,相对分子质量为19.539×103 Da,等电点为5,具有典型的AP2/ERF保守结构域。原核表达分析发现,pET-28a（+）-GhHRD可以被诱导表达,且在37 ℃、IPTG浓度1 mmol·L-1条件下高效表达。与GFP融合的重组蛋白GhHRD-GFP定位在细胞核,且具有明显的转录自激活特征。【结论】推测GhHRD可能参与了棉花逆境胁迫应答反应,为进一步探索该转录因子的DNA结合位点和转录调控网络奠定了基础。
【目的】研究湖南主产棉区黄萎病菌致病性变异情况,为湖南棉花抗病品种选育推广及棉花黄萎病综合防控提供理论依据。【方法】对湖南省各主产棉县（区）分离的77个黄萎病菌单孢进行培养特性观察,测定其中31个菌株生长速率、产孢量和致病力,并以SAS 9.1.3统计分析软件对供试菌株致病力聚类。以特异性引物（D-1/D-2 和ND-1/ND-2）经聚合酶链式反应检测24个菌株的致病类型。【结果】根据微菌核产量及在马铃薯葡萄糖琼脂培养基上培养的菌落特性,菌株可划分为菌核型、菌丝型和中间型3种培养类型,分别占总菌株数的14.28%、42.86%和42.86%。供试菌株生长速率为1.22~2.54 mm·d-1,产孢量为5.3×106~40.6×106 mL-1,各菌株之间存在明显差异。根据平均病情指数聚类结果将供试菌株划分为致病力强的Ⅰ型、致病力弱的Ⅱ型和致病力中等的Ⅲ型,分别占3.2%、12.9%和83.9%。【结论】湖南省棉花黄萎病菌以菌丝型和中间型为主要培养类型,且致病力存在明显分化;致病型检测结果表明目前湖南主产棉区黄萎病菌以落叶型为主。
【目的】利用高光谱数据对新疆北方地区不同生育时期滴灌棉花冠层叶片叶绿素含量进行估测,建立生长时序的叶绿素含量估算模型。【方法】以新陆早45号为试验材料,测定不同施氮水平和生育时期棉花冠层叶片叶绿素含量及对应的光谱反射率,分析了12种指数与叶绿素含量的关系,构建了滴灌棉花冠层叶片叶绿素含量的估测模型。【结果】棉花的4个生育时期（现蕾期、盛蕾期、花铃期和吐絮期）中冠层叶片叶绿素含量与Vogelmann红边指数1的相关系数都高,分别是0.944、0.907、0.895、0.930;采用多元回归方法建立的模型精度高于单指数线性模型,其决定系数都大于0.8,且均方根误差（RMSE）都较小。现蕾期模型（y=82.509x1+89.937x2-94.438）精度最好。【结论】针对不同生育时期建立的模型均可对棉花冠层叶片叶绿素含量进行估测,其中现蕾期模型监测效果最好。
【目的】间作是提高土地和资源利用率的1种集约化种植方式。本研究旨在探讨棉花/芝麻间作的优劣势,并寻找棉花/芝麻间作最佳种植模式。【方法】以等行距单作棉花（Tc1）、大小行单作棉花（Tc2）和单作芝麻（Ts）为对照,设计棉花、芝麻的间作方式分别为1-1式（棉花行距80 cm,棉花行间种植1行芝麻）,2-1式（棉花大小行种植,宽行中间种植1行芝麻）,2-2式（棉花大小行种植,宽行中间种植2 行芝麻）3种间作模式,比较研究了不同间作模式对棉花/芝麻产量及产量构成因子、叶面积动态和干物质积累的影响,并采用土地当量比（LER）分析了不同间作模式的土地利用效率及间作优劣势。【结果】与单作棉花或单作芝麻相比,所有间作模式皆降低棉花或芝麻的产量,但2-1式间作中棉花籽棉产量与单作棉花Tc1、Tc2相比仅略降低,差异不明显;1-1式间作模式下2年平均籽棉产量、株高、单株成铃数和铃重比Tc1 分别降低了17.3%、7.9%、19.7%和7.9%;2-2式间作的籽棉产量、株高、单株成铃数和铃重比Tc2 分别降低16.4%、5.81%、14.8% 和6.2%。间作系统中棉花与芝麻的混合产量和综合经济效益皆高于棉花和芝麻单作。与单作相比,间作显著提高了群体的叶面积指数,增加了单位面积干物质积累总量。2015年、2016 年的LER分别为1~1.24和0.91~1.16。【结论】棉花/芝麻间作的LER大于1,间作的混合产量和综合经济效益高于棉花和芝麻单作,两者具有间作优势。2-1式间作既不影响棉花产量又增收一茬芝麻,且易于栽培管理,是可行的栽培模式。
【目的】针对我国进口棉花原料以及收储棉花的品种产地溯源监控技术体系缺乏的问题,探索了适用于棉纤维DNA的提取方法,旨在建立以棉纤维DNA为介质鉴定棉花品种真实性及产地溯源的体系。【方法】通过改进和优化提取方法,提取了开花后不同时间棉纤维及不同年份皮棉的DNA,以其作为模板,进行了常规聚合酶链式反应（Polymerase chain reaction,PCR）扩增;并选取13对简单重复序列（Simple sequence repeat,SSR）引物对鲁1127、石抗126和瑞杂816棉纤维DNA进行SSR-PCR扩增。【结果】此DNA提取法可提取出不同发育时期和不同年份的棉纤维DNA,随着纤维发育成熟及年代增加,所提取的DNA含量尽管有所降低,但仍能满足下游试验需求;所提取的棉纤维DNA可进行常规PCR扩增,且PCR扩增条带清晰;以13对棉花SSR引物对鲁1127、石抗126和瑞杂816棉纤维DNA进行SSR-PCR扩增,均可扩增出清晰的多态性谱带,且易于区分。【结论】该提取法适合提取棉花纤维的基因组DNA,且满足于常规PCR扩增和SSR分子标记。本研究证实基于棉纤维DNA分子标记用于棉花品种溯源切实可行,并有望为保障我国棉花产业安全提供技术支持。
论述了棉花轻简化栽培的主要技术内容,对其发展作了展望。棉花轻简化栽培是指简化管理工序、减少作业次数,良种良法配套、农机农艺融合,实现棉花生产轻便简捷、节本增效、可持续发展的栽培管理措施和方法,是我国棉花科技工作者立足中国国情,通过对传统植棉技术创新改造而创建的新型栽培技术体系,是我国棉花生产由传统劳动密集型向轻简节本快乐型转变的重要支撑技术。棉花轻简化栽培技术体系主要包括单粒精播壮苗技术、简化整枝或免整枝技术、一次性施肥技术或水肥协同管理技术以及优化成铃集中收获等关键技术。展望未来,应在深入研究轻简化植棉生理生态学机理的基础上,进一步优化种植模式,创新完善关键栽培技术,研制新型物质装备,促进农艺技术和物质装备高度融合,为轻简化植棉提供更加有力的理论和技术支撑,推动棉花生产健康可持续发展。
