【目的】单锌指DNA结合蛋白（DNA binding with one finger, Dof）是1类植物特有的转录因子,在植物生长发育与非生物胁迫响应中发挥非常重要的作用。本研究旨在对陆地棉Dof转录因子家族进行全基因组分析,为深入研究Dof基因参与植物生长发育的调控机制提供参考。【方法】基于最新发布的陆地棉基因组数据,利用生物信息学手段对陆地棉Dof基因家族进行全基因组鉴定,并系统分析Dof基因家族成员的理化性质、序列特征、基因复制、系统进化和表达谱。【结果】陆地棉中一共鉴定出118个Dof基因。经聚类分析将其分成9个亚家族,同一亚家族的陆地棉Dof基因有相似的内含子/外显子和基序分布模式。基因复制分析表明,全基因组复制可能导致陆地棉Dof基因的扩增。陆地棉Dof基因启动子区域存在不同植物激素和逆境胁迫响应元件。转录组分析表明,陆地棉Dof基因在不同的组织、发育时期和逆境胁迫下聚为3个表达模式不同的类群,暗示了其功能多样性。【结论】陆地棉Dof基因家族的全基因组鉴定和分析,有助于了解其进化和功能,为后续研究提供重要参考。
【目的】分析斜纹夜蛾不同发育阶段14个表皮蛋白（Cuticular protein, CP）基因的表达方式,为深入探究CP在斜纹夜蛾生长发育过程中的功能提供参考。【方法】利用聚合酶链反应（Polymerase chain reaction, PCR）扩增斜纹夜蛾表皮蛋白基因cDNA序列,分析其核苷酸序列和相应的氨基酸序列,并使用MEGA5.2软件构建了鳞翅目系统发育树。采用逆转录PCR（Reverse transcription PCR, RT-PCR）技术检测分析表皮蛋白基因在3~6龄幼虫各组织和2日龄成虫生殖器官中的表达。【结果】克隆了14个斜纹夜蛾表皮蛋白基因（Insect cuticular protein gene, ICPG）,序列分析表明斜纹夜蛾表皮蛋白具有35~36个氨基酸残基保守基序,属于几丁质结合蛋白,它们与棉铃虫的CP具有高度的序列同源性。RT-PCR结果表明,14个ICPG在3~6龄幼虫和2日龄成虫中均有表达,其相对表达量在高龄期幼虫的表皮中较高,在低龄期幼虫的脂肪体中也较高。此外,所有14个ICPG均在睾丸和卵巢中低水平表达。在蛹期,SlICPG-11和SlICPG-14相对表达量最高。【结论】克隆了14个斜纹夜蛾CP基因的cDNA。其表达表现出组织和发育阶段特异性,暗示它们在斜纹夜蛾发育中的功能不同,为控制斜纹夜蛾靶标位点的选择奠定了基础。
【目的】挖掘棉花耐冷相关基因,为培育棉花耐冷品种奠定基础。【方法】克隆陆地棉基因GhZAT10（Zinc finger of Arabidopsis thaliana 10）,通过实时荧光定量聚合酶链反应（Quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR）分析冷处理前后该基因在根、茎、叶的表达;通过生物信息学方法分析GhZAT10基因结构及其编码的蛋白质性质及进化关系;通过Gateway技术构建蛋白表达载体35S::GhZAT10-GFP进行亚细胞定位;利用病毒诱导的基因沉默技术研究低温胁迫下GhZAT10在棉花耐冷反应中的功能。【结果】GhZAT10基因开放阅读框长度为813 bp（base pair,碱基对）,编码270个氨基酸;GhZAT10在根中表达量高于茎和叶,低温胁迫下在3种组织中均上调表达。GhZAT10蛋白无信号肽,不包含跨膜螺旋,且其活性与其磷酸化调控关系密切。陆地棉GhZAT10与可可、拟南芥、甜橙中的ZAT10蛋白亲缘关系较近;GhZAT10蛋白定位在细胞核;沉默GhZAT10基因使棉花的耐冷能力减弱。【结论】GhZAT10蛋白属于C2H2型锌指蛋白,在陆地棉冷胁迫响应信号途径中具有积极作用。
【目的】通过对陆地棉NF-YA基因家族进行全基因组鉴定,分析其表达特性,鉴定其中与棉花开花相关的基因。【方法】利用生物信息学方法系统分析了其理化性质、基因结构、共线性、Ka/Ks、顺式作用元件和表达模式,实时荧光定量聚合酶链反应（Polymerase chain reaction,PCR）分析表达特征,采用病毒诱导基因沉默技术验证基因功能。【结果】陆地棉中鉴定到29个NF-YA基因家族成员,分为5个亚组,定位在18条染色体上;全基因组复制和片段复制是GhNF-YA基因家族扩张的主要动力;启动子区含有大量光反应的顺式作用元件。GhNF-YA基因家族基因在茎、叶中高表达;12个GhNF-YA基因在早熟品种鲁棉研19号和晚熟品种鲁棉研37号中均在第三至六叶时期表达量较高,并且大部分基因在品种间表达差异显著。沉默GhNF-YA18基因的鲁棉研37号植株比对照提前11 d现蕾,并且该基因在白化期和现蕾期的表达量均低于未沉默对照棉株。【结论】本研究对陆地棉NF-YA基因家族进行了鉴定和表达分析,为进一步研究棉花开花调控的分子机制奠定了基础。
【目的】黄萎病是棉花的主要真菌病害,缺乏高抗品种和安全有效的化学杀菌剂。生物防治黄萎病对棉花生产具有重要意义。本研究旨在探讨棉花内生细菌对大丽轮枝菌的拮抗活性和生物防治潜力。【方法】通过16S rDNA与gyrB序列分析,对菌株SZAD1进行鉴定。在平板对峙试验中检测SZAD1对黄萎病菌VD080菌丝生长的抑制能力,通过种子浸泡和灌根检测对黄萎病的防效。制备含羧甲基纤维素或几丁质的琼脂平板培养基来检测菌株能否分泌纤维素酶和几丁质酶,并用二硝基水杨酸试剂法测定酶活性。【结果】SZAD1属于贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）。SZAD1菌株能显著抑制VD080菌丝生长,种子浸泡法和灌根法处理中SZAD1菌株对棉花黄萎病的防效分别为60.10%和56.00%。SZAD1菌株能产生纤维素酶和几丁质酶,在培养72 h时达到最大酶活性。该菌发酵72 h的上清液抑菌效果最强。加入25 mg·L-1和50 mg·L-1的SZAD1发酵上清液后,液体马铃薯葡萄糖琼脂培养基中的VD080孢子含量分别较对照降低了30.20%和96.53%。【结论】SZAD1菌发酵上清液通过灌根法处理可减少VD080在棉花植株茎部的定植,减轻棉花叶片枯萎程度。SZAD1有作为生防菌控制棉花黄萎病的潜力。
【目的】研究晚播条件下不同高密度棉花群体光合速率、叶面积指数和干物质积累与分配特点,旨在探索黄河流域冀中植棉区棉花晚播适宜的密度。【方法】于2017年和2018年进行大田试验,设置2个密度处理:9.0万株·hm-2（D1）和12.0万株·hm-2（D2）。2017年以农大601和国欣棉9号为材料,2018年供试品种为农大601。研究不同高密度对棉花群体光合特性及产量构成的影响。【结果】在棉花快速生长时期,D2密度的叶面积指数显著高于D1,可见较高密度在棉花旺盛生长阶段易创建较大的冠层结构,但过高的叶面积指数导致群体郁闭,不利于群体光合性能提高,尽管D2群体总干物质及营养器官干物质积累较多,但较强营养生长势制约了生殖生长,导致生殖器官养分分配比例降低;增加密度对铃重及衣分没有影响,可能因为年际间气候因素影响,其他产量构成因素2年结果不尽一致。【结论】在该地区适宜晚播条件下,D1更有利于构建合理的棉花群体结构,易达到稳产;而D2有获得高产的潜力,在提高群体干物质总量的基础上,进一步通过化控技术改善群体器官间养分分配,提高经济系数可获得更好产量。
【目的】深入研究棉花陆海杂交种纤维品质和产量相关性状杂种优势遗传规律,为培育高产优质陆海杂交种奠定理论基础。【方法】使用12份陆地棉材料和5份海岛棉材料配制陆海杂交种,对海南三亚和浙江临安种植的亲本及F1进行纤维品质和产量性状测定。【结果】陆海杂交种纤维长度、纤维强度普遍具有显著的中亲优势,部分杂交组合具有较强的超亲优势,纤维长度性状在两地间变异系数较小,可以稳定遗传;在产量方面,部分陆海杂交种籽棉产量、皮棉产量和衣分等性状具有中亲优势,但仍显著低于陆地棉亲本。【结论】获得2个5A级优质长绒棉杂交组合T035和T044,筛选到1个海岛棉骨干亲本塔10-280,可为探讨陆海杂交种棉纤维品质杂种优势遗传规律提供有价值数据。
【目的】游离氨基酸是重要的氮素营养物质,其含量变化反映昆虫与寄主植物的相互作用。本研究旨在分析棉蚜取食对寄主棉花苗期游离氨基酸含量的影响。【方法】选取田间受棉蚜侵染至不同受害等级的棉花幼苗,通过氨基酸分析仪分析了棉花真叶、子叶、胚轴和根中的游离氨基酸含量。【结果】棉花组织受害后游离氨基酸含量上升,胚轴、子叶和根中的游离氨基酸总量是相应未受害（0级）组织的2倍以上;非必需氨基酸比必需氨基酸含量上升更显著;不同组织中单个游离氨基酸含量变化不完全一致,其中天冬酰胺（Asn）和谷氨酸（Glu）在所有组织都显著上升。【结论】棉蚜取食行为影响棉花组织营养水平,游离氨基酸含量显著上升。
【目的】使用傅里叶变换红外显微光谱（Micro-Fourier transform infrared spectroscopy, micro-FTIR）结合X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）方法研究2个不同品系发育中棉纤维的纤维素结晶度（Crystalline index, CI）变化,验证micro-FTIR法测定发育中棉花纤维素CI的可行性,并用此方法对成熟棉花纤维素CI进行分析。【方法】以陆地棉0-153和海岛棉S-6为研究材料。分别获取这2个品系开花后5~30 d的棉纤维样本,取样间隔为5 d。样本清洗烘干后,获取FTIR和XRD光谱。选择4种不同FTIR结晶度（FTIR-CI）计算方法,分析2个品系棉花纤维不同发育阶段的纤维素结晶度变化,并对FTIR-CI与XRD结晶度（XRD-CI）分析结果进行回归拟合相关性分析。【结果】采用FTIR-CCI（Carrillo-Colom index）法得到的CI与XRD-CI的回归拟合相关性较高,0-153和S-6的决定系数R2均高于0.9。将基于FTIR-CCI法的CI与XRD-CI的拟合模型用于计算随机选取的18种成熟纤维的CI（IR-CI）,结果显示IR-CI虽然准确度较高,XRD-CI也在IR-CI结果的误差范围内,但是其精密度不够理想。【结论】micro-FTIR可以用于棉花纤维发育过程中结晶态纤维素累积变化研究。对FTIR-CCI法计算得到的CI与XRD-CI进行拟合建立的红外显微光谱结晶度模型可用于评估发育中棉纤维的结晶度,但是对于成熟纤维的结晶度,还需要后期使用大量的样品建立优化的研究模型。
