【目的】对棉花D基因组中Bet v 1基因家族进行分析,比较其在不同抗性棉种间的表达模式差异,为深入研究Bet v 1基因在棉花抗黄萎病中的作用提供理论依据。【方法】通过生物信息学方法对D基因组中Bet v 1基因进行鉴定。通过雷蒙德氏棉（Gossypium raimondii,D5）、三裂棉（G. trilobum,D8）和瑟伯氏棉（G. thurberi,D1）转录组和实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）分析Bet v 1基因在黄萎病菌处理下的表达模式。利用病毒诱导的基因沉默技术（VIGS）对Bet v 1基因进行功能鉴定。【结果】[棉花D基因组中包含59个成员,其中57个基因带有内含子,分布于8条染色体上,多数为亲水性蛋白并定位于细胞质。]黄萎病菌胁迫条件下3个野生棉种的Bet v 1基因表达量与其抗病水平一致。将不同表达水平的基因分为3组,其中第3组基因响应黄萎病菌侵染并在抗病棉种瑟伯氏棉中高表达,表明该组基因可能与黄萎病胁迫应答反应有关。从中筛选出高水平表达的Bet v 1基因,在陆地棉中沉默相应的同源基因,棉株感病加重,揭示该基因在棉花抵御黄萎病菌侵染过程中起正调控作用。【结论】响应黄萎病菌胁迫的Bet v 1基因在棉花抗黄萎病复杂的生物过程中至关重要。本研究结果为棉花Bet v 1家族基因的深入研究提供依据,为进一步解析棉花Bet v 1基因的功能奠定基础。
【目的】类甜蛋白（Thaumatin-like proteins,TLP）参与多种植物病原真菌侵染后的防御反应。本研究通过在全基因组分析TLP基因,为深入探究其在介导棉花抗黄萎病通路中的分子机理提供基础。【方法】分别利用生物信息学方法和荧光定量聚合酶链式反应技术对陆地棉中的TLP基因进行全基因组鉴定和响应棉花黄萎病菌侵染表达分析。【结果】共鉴定出88个TLP基因;通过系统发育分析和序列特征分析可将棉花TLP家族分为10类。TLP基因家族外显子数量介于1~5之间,内含子介于0~4之间,同组成员具有相似的基因结构。大部分TLP含有5个保守的motif,具有相同的基序组织模式,均为Motif 5_4_2_3_1。染色体定位显示87个TLP基因定位于陆地棉20条染色体上,其中A亚组和D亚组各分布有42和45个,其在染色体上的分布存在串联重复现象。响应病原菌侵染表达分析显示,黄萎病菌侵染可以诱导6个候选基因的表达,不同抗性品种相对表达量达到峰值的时间不同,且耐病品种（GZ-1）上述基因表达量比感病品种（86-1）有增高的趋势。【结论】该研究结果有助于了解棉花TLP基因家族的进化与功能。
【目的】在棉花纤维产量和品质不受影响的前提下,创造高油酸、低亚油酸棉花新种质。【方法】棉花FAD2-1基因是催化单不饱和脂肪酸的油酸形成多不饱和脂肪酸的亚油酸的关键基因,采用信息分析学方法分析其蛋白质性质、结构、功能;克隆GhFAD2-1的保守片段381 bp,构建RNA干涉载体,采用农杆菌介导的下胚轴侵染方法将干涉载体转入棉花。利用气相色谱-质谱联用仪（Gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS）测定转基因T2~T4植株种子的脂肪酸成分及含量。对T4转基因株系进行拷贝数鉴定、目的基因表达量检测、农艺性状及纤维品质考察。【结果】成功构建GhFAD2-1的RNA干涉载体并转入棉花,转基因株系目的基因GhFAD2-1的表达量显著低于对照,具有高油酸、低亚油酸的表型并且能稳定遗传给后代;转基因株系可将棉花种子油酸提高224.1%,将亚油酸降低237.5%。与对照材料相比,转基因株系的农艺性状、纤维品质没有明显差异。【结论】验证了棉花GhFAD2-1基因的功能并且为培育高油酸棉花品种提供了帮助。
【目的】旨在进行棉花果枝节间伸长相关基因的共表达模块鉴定,研究基因整体表达规律,挖掘目标基因及候选基因。【方法】以两个株型结构差异显著的棉花品种（新陆中77和鲁棉研28）的18份不同长度果枝节间样本的转录组数据作为分析对象,通过权重基因共表达网络分析（Weighted gene co-expression network analysis, WGCNA）进行模块的划分,根据模块功能富集分析及基因表达模式进行特异性模块的筛选及枢纽基因的鉴定,利用Cytoscape_3.3.0进行加权基因共表达网络图的绘制。【结果】利用34 559个有效基因创建了共表达网络,划分为13个共表达模块,筛选得到Cyan模块为与棉花果枝节间伸长相关的特异性模块,并发现植物激素信号转导通路中的JAZ（Jasmonate-zim-domain protein）基因为该模块的枢纽基因,挖掘到80个潜在的候选基因,并用其构建了基因互作调控网络。【结论】JAZ类基因在抑制棉花果枝节间伸长生长过程中发挥着重要的作用,本研究结果可为棉花果枝节间伸长的调控机理研究提供数据支持,为进一步调控棉花株型结构奠定理论基础。
【目的】挖掘与陆地棉产量和重要农艺性状密切关联的分子标记,为棉花分子标记辅助育种提供依据。【方法】本研究以147份陆地棉材料为供试群体,分别调查了7个环境下该群体的铃重和衣分数据,3个环境下的单株果枝数、单株铃数和株高数据。利用237对SSR标记对上述材料进行基因型检测,采用Tassel 2.1中的一般线性模型程序对上述5个性状进行关联分析。【结果】铃重、衣分、单株果枝数、单株铃数和株高的平均变异系数的变幅为7.28%~21.06 %,平均值为13.47 %。这表明供试群体具有较为丰富的表型多样性。237个标记在147份陆地棉中共检测到281个多态性位点,各位点上等位基因数的范围为2~6个,涉及690个等位基因,平均每个位点2.455 0个;多态性信息含量平均值为0.216 5;Structure2.2群体结构分析将147份供试材料划分为7个亚群;在3个及以上环境检测到的与铃重和衣分显著关联的标记位点分别有45个和1个,解释表型变异率在不同环境中最高分别达19.30 %和11.58 %（P<0.01）;在2个及以上环境检测到与单株果枝数、单株铃数和株高显著关联的标记位点分别有1、4和4个,表型变异解释率在不同环境中分别最高达9.96 %、7.00 %和5.75 %,在BNL2448 附近同时检测到与铃重、单株果枝数和株高显著关联的位点。【结论】通过关联分析挖掘了多个可重复检测到的与陆地棉产量及重要农艺性状关联的分子标记位点,此研究结果可为棉花高产育种分子辅助选择提供有益参考。
【目的】以豫北不同麦棉种植方式为研究对象,探索在生育期内土壤速效磷（Available phosphorus, AP）的时空分布特征。【方法】在棉花单作、麦棉3-1式套作（3-1）、麦棉6-2式套作（6-2）3种种植方式的长期定位试验田中,分别在麦棉共生期、棉花生长关键时期采用空间网格取样法取样,地统计学方法进行计算,分析在3种种植方式下的AP的时空分布特征。【结果】种植方式对于土壤AP含量的影响在不同的生长时期呈现出不同的趋势,具体表现为：在麦棉共生期,棉花单作下的AP含量显著高于3-1式20.98%（5月12日）和24.26%（6月7日）;小麦收获后,棉花生长中期（7月3日、8月4日）,3种种植方式间其含量差异不明显;棉花生长后期,其含量为：棉花单作>6-2式>3-1式。在3种种植模式下,随着土壤深度的增加,土壤AP含量均呈现明显的降低趋势;AP在水平方向上的分布明显地受到了小麦、棉花种植位置的影响,且在不同时期下分布趋势不同。半方差函数显示,AP在3种种植方式下、垂直方向的空间依赖性均较强,模型拟合R2均接近于1,C0/C+C0均小于25%,说明在本研究取样尺度下,种植模式对其垂直方向的空间结构影响不明显。【结论】麦棉两熟种植改变了上层土壤AP的时空分布情况,但在本研究取样尺度下对其垂直方向的空间异质性无影响。运用空间网格取样法取样,地统计学原理进行分析,可以更加直观地了解不同麦棉种植模式下土壤AP的时空变化情况,可以为麦棉两熟种植田间管理提供相应指导,对两熟种植下农田生态系统的土壤养分研究提供理论支撑。
【目的】土壤盐渍化严重影响了棉花种子萌发,褪黑素（Melatonin, MT）对种子萌发具有重要的调控作用。本研究通过分析外源褪黑素对棉花种子萌发及其抗氧化酶活性等生理指标的影响,明确褪黑素对盐胁迫下棉花种子萌发的调控效应。【方法】以国欣棉9号为材料,于2018-2019年在河北省保定市河北农业大学温室进行试验。设置不同褪黑素浓度（0、10、20、50、100 μmol·L-1）处理,研究了盐胁迫（150 mmol·L-1 NaCl）下棉花种子的发芽率、发芽势,种子萌发后的生物量和超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase, SOD）、过氧化物酶（Peroxidase, POD）、过氧化氢酶（Catalase, CAT）活性及丙二醛（Malondialdehyde, MDA）的含量变化。【结果】盐胁迫下棉花种子发芽率、发芽势、胚根长,种子萌发后的生物量均明显下降,SOD、POD、CAT活性显著降低,MDA含量明显增加。低浓度褪黑素（10、20 μmol·L-1）处理提高了棉花种子发芽势和发芽率,促进了种子胚根伸长,增加了种子萌发后的生物量;高浓度（50、100 μmol·L-1）褪黑素处理抑制了种子萌发,降低种子萌发后的生物量。低浓度褪黑素（10、20 μmol·L-1）处理提高了棉花种子的SOD、POD、CAT活性,同时降低了MDA含量,减轻了盐胁迫对种子的过氧化伤害。【结论】低浓度褪黑素对盐胁迫下棉花种子萌发具有促进作用,提高了种子耐盐性,而高浓度褪黑素对棉花种子萌发具有抑制作用,其中20 μmol·L-1褪黑素为盐胁迫下调控棉花种子萌发的适宜浓度。
【目的】地膜覆盖技术广泛应用于中国西北内陆的棉花生产,然而地膜覆盖周期对土壤物理性质的影响知之甚少,本文旨在探讨不同地膜覆盖时间对绿洲棉田土壤盐分时空变化的影响,并明确最佳的地膜覆盖周期。【方法】以南疆绿洲灌溉棉田为研究对象,设置不同的地膜覆膜时间,比较地膜覆盖40 d、55 d、70 d、85 d、100 d和全生育期覆盖处理,棉田土壤含水量及含盐量在水平和垂直二维空间的差异,明确其对土壤盐分分布及运移规律的影响。【结果】随着覆膜时间的增加,土壤平均含水量逐渐增加,与CK相比,覆膜40~85 d土壤含水量降低14.5%~7.5%,覆盖100 d处理则高出4.4%。土壤平均含盐量随覆膜时间的缩短而增加,其中对0~40 cm土层的影响较大,对60~80 cm土层的影响较小。覆膜时间越长则抑盐效果越明显,但覆盖时间超过100 d后,地膜保水抑盐效果下降。【结论】地膜覆盖时间在85~100 d抑盐效果与全生育期覆膜相当,该结果为土壤盐渍化治理以及明确残膜适宜回收时期提供了理论依据。
