【目的】本研究旨在探索棉花GhWRN基因在生长发育中的功能。【方法】用生物信息学方法分析GhWRN基因的结构特征、进化关系及上游1 500 bp的启动子片段并对其功能进行初步分析,利用实时荧光定量-聚合酶链式反应（Quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR）技术分析该基因在不同熟性棉花品种、不同组织及不同激素处理下的表达特性。构建过表达载体转化拟南芥,观察转基因拟南芥的表型。利用qRT-PCR分析拟南芥开花信号途径中标记基因的表达变化。【结果】以陆地棉cDNA为模板克隆得到GhWRN基因,生物信息学分析表明该基因编码产物含有1个保守的WRN-exo结构域,无内含子,不具有跨膜结构,为非分泌蛋白。qRT-PCR表明该基因在早熟棉花品种的二叶期开始上调表达,在植株各组织中均有表达,在雄蕊和苞片表达量较高;外源激素ABA、IAA处理后0.5 h该基因极显著上调表达。与野生型相比转基因拟南芥开花时间提前,莲座叶数量减少,qRT-PCR分析表明花发育相关关键基因AtSOC1、AtFT和AtFUL上调表达。【结论】GhWRN基因与促进植物开花相关,为进一步探究棉花的开花机制提供新线索。
【目的】明确植保无人机喷施棉花脱叶催熟剂田间作业现状、作业效果,为构建新疆生产建设兵团棉花脱叶催熟剂喷施作业技术体系以及无人机在棉花脱叶催熟作业中的推广应用提供依据。【方法】以市场主流无人机对比喷杆喷雾机进行田间试验,评价和分析不同作业区棉花脱叶和吐絮效果。【结果】药后22 d,无人机两次施药的棉花脱叶率在82.2%~92.1%,吐絮率在85.8%~100%,脱叶效果显著好于地面喷杆喷雾机一次顶喷施药,催熟效果差异不大;不同无人机以及同一无人机不同作业区,对棉花的脱叶催熟效果不同,无人机喷雾施药的8个作业区中,仅有1个能同时满足兵团棉花机械采收对脱叶率和吐絮率的要求。无人机部分施药作业中存在作业参数选择不当、作业不规范以及因无人机自身设备性能未达最优而导致的药液喷施不均匀、漏喷等现象。【结论】采用无人机喷施棉花脱叶催熟剂施药技术有待进一步优化完善。
【目的】花生产中氮肥施用过量现象普遍存在。研究减氮配施不同生物刺激素黄腐酸（Fulvic acid,简称F）、壳聚糖（Chitosan,简称C）、海藻酸（Alginic acid,简称A）对棉花的生长发育及其氮素利用的影响,旨在为棉田氮素优化管理和减氮增效提供理论依据。【方法】设置棉花大田氮肥常规施用量（360 kg·hm-2,N1）、减量20%（288 kg·hm-2,N0.8）和减量40%（216 kg·hm-2,N0.6）叶面配施生物刺激素（不施刺激素0 g·kg-1,S0;黄腐酸0.12 g·kg-1,F;壳聚糖0.1 g·kg-1,C;海藻酸0.24 g·kg-1,A）,分析棉花干物质积累量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量、根系形态,收获期棉花产量、氮肥吸收总量及利用效率。【结果】适量减氮配施壳聚糖、黄腐酸和海藻酸均可促进棉花的生长,提高产量和收获期氮肥利用效率。其中,减氮40%配施壳聚糖（N0.6C）处理下棉花株高、干物质积累量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量、产量及氮肥吸收总量均最高。初花期至盛铃期,减氮40%配施壳聚糖（N0.6C）处理的棉铃可溶性蛋白含量较N0.6S0提高41.39%,铃数、铃重和单株籽棉产量分别为7.85、6.79 g和46.47 g,较N0.6S0显著提高19.33%、25.60%和58.87%;减氮40%配施壳聚糖（N0.6C）处理在棉花收获期氮肥吸收总量最大,为10.28 g,较N0.6S0显著提高193.71%,氮肥偏生产力、氮肥农学效率、氮肥表观利用率分别较N0.6S0提高38.76%、116.45%、88.60%。减氮20%配施黄腐酸（N0.8F）对根系形态改善幅度最大,其处理的棉株根表面积、根长度、根体积、平均直径、根尖数、分支数分别为263.91 cm2、183.58 mm、0.21 mm3、0.39 cm、4 073和4 842,分别较N0.8S0提高了63.56%、28.96%、305.74%、103.22%、100.16%、105.69%。减氮20%配施海藻酸（N0.8A）较 N0.8S0显著增加棉花铃重和铃数,提高籽棉产量和氮肥利用效率。【结论】适量减氮配施壳聚糖、黄腐酸和海藻酸促进棉花株高、叶绿素含量,协调各营养器官干物质量和可溶性蛋白向铃转运,促进成熟期氮肥积累,增加铃重和铃数,提高产量和氮肥利用效率。
【目的】地上部生物量是表征植物生命活动的重要参数。探索不同的光谱预处理方法和建模方法,实现对棉花地上部生物量快速、无损、准确的估算,对棉花长势监测和大田精准管理具有重要意义。【方法】以新陆早53号、新陆早45号为研究对象,设置不同施氮处理,于出苗后不同阶段获取棉花地上部生物量和无人机高光谱数据,通过连续投影算法（Successive projections algorithm,SPA）筛选不同预处理[一阶导数、二阶导数、Savitzky-Golay（SG平滑）、多元散射校正]后的特征波长,基于筛选出的不同波长组合使用偏最小二乘法回归（Partial least square regression,PLSR）和随机森林回归（Random forest regression,RFR）分别构建棉花地上部生物量估算模型,比较不同预处理后建立模型的精度,确定最优估算模型。【结果】（1）利用SPA算法对不同预处理后的光谱信息筛选出特征波长9~26个,可实现光谱信息降维。（2）基于SG平滑-SPA处理及PLSR方法建立的模型最佳,R2达到了0.63,均方根误差（Root mean square error,RMSE）为0.42,验证集的R2为0.67,RMSE为0.44。（3）一阶导数-SPA处理后,采用RFR构建的模型最佳,R2达到0.87,RMSE为0.45,验证集R2为0.81,RMSE为0.37。【结论】采用一阶导数预处理结合SPA筛选特征波长,经RFR构建的估算模型结果和验证效果均最佳,可用于棉花地上部生物量定量估算。
【目的】自2016年以来在新疆棉田发现1种棉花茎腐病,在潮湿环境下,该病害可导致棉花茎秆上产生纵裂和表皮组织崩溃等腐烂症状;在干燥环境下,病斑扩展明显变慢,甚至不再扩展,呈现坏死斑症状,严重时会导致茎秆枯死。明确其病原种类及生物学特性对病害防治至关重要。【方法】从南北疆11个地点采集病样18份。采用组织分离法分离病原,经单孢纯化,共获得20株代表性菌株。利用形态学、分子生物学方法对病原进行种的鉴定,并测定菌株的致病性及其代表性菌株在不同温度、光照、pH和培养基条件下的生物学特性和致死温度,了解适宜生长、产孢条件。【结果】引起新疆棉花茎腐病病原为Fusarium incarnatum和F. proliferatum,其中F. incarnatum为优势种。适于2种病原菌生长和产孢的温度均为25 ℃;光照有利于F. incarnatum生长,黑暗培养有利于二者产孢。二者生长的最适pH均为8,产孢的最适pH均为7。在马铃薯蔗糖琼脂培养基、马铃薯葡萄糖琼脂培养基上,二者生长和产孢较好。F. incarnatum和F. proliferatum孢子的致死温度分别为48 ℃、60 ℃,菌丝的致死温度分别为50 ℃、61 ℃。【结论】引起新疆棉花茎腐病的病原菌为F. incarnatum和F. proliferatum,其中F. incarnatum为优势种。20~30 ℃、pH 7~8和全光照条件有利于其生长,黑暗条件有利于其产孢,马铃薯蔗糖琼脂培养基和马铃薯葡萄糖培养基均有利于其生长和产孢。
【目的】分析实验室条件下土壤理化性质对棉花黄萎病拮抗细菌数量及活性的影响,揭示拮抗细菌在土壤不同理化条件下的适应能力。【方法】以已筛选的4个棉花黄萎病拮抗细菌菌株为基础,采用涂布法测定培养皿土壤中不同理化因子（含水率、温度、含盐量、肥力、pH、土壤类型）下的拮抗细菌数量;通过最适土壤理化环境下的盆栽试验,对棉株根部土壤中的拮抗细菌数量进行测定并对棉花黄萎病发生情况进行统计。【结果】SHZ-24和BHZ-29菌株在土壤中活菌相对数量较高,其中SHZ-24的活菌相对数量在15%的土壤含水率下达到27.74%,BHZ-29菌株在中等肥力、灰漠土中分别达到24.81%和15.24%。在高肥、土壤含水率小于20%的土壤条件下,4种拮抗细菌对棉花黄萎病的防病效果均较好,其中BHZ-29防效最高（87.12%）,SMT-24防效最低（35.04%）。【结论】4株拮抗细菌在水分合适和施肥土壤中有很好的适应性,可维持一定数量和活性。
【目的】明确在我国新发现、与澳大利亚生理型菌株亲缘关系较近的棉花枯萎病菌新生理型菌株H70与7号生理小种、澳大利亚生理型菌株ATCC96291菌株之间形态学、产生的毒素种类以及致病力差异。【方法】采用乙酸乙酯提取棉花枯萎病菌毒素,利用高压液相色谱、质谱对毒素进行分离、鉴定,采用离体叶片法评价毒素的致病力,在3种不同类型土壤（河北省保定市定兴县轻壤土、邯郸市成安县褐土和沧州市黄骅市盐碱土）中评价枯萎病菌的致病力。【结果】新生理型菌株H70能产生较多的气生菌丝和单核的小型分生孢子,但不能产生淡褐色色素。H70、7号小种和ATCC96291均产生毒素镰刀菌酸,且7号生理小种分泌量最多,H70分泌量最少。相比7号生理小种,H70在3种不同类型土壤中的致病力均较弱。【结论】镰刀菌酸是棉花枯萎病菌菌株H70、7号生理小种、ATCC96291产生的主要毒素,致病力与毒素的含量正相关。
【目的】为建立海岛棉发育过程中花蕾长度与花药发育时期的关系。【方法】以海岛棉新海35为研究对象,采用改良的半薄切片和甲苯胺蓝染色技术,对不同生长时期花蕾的花药进行切片观察,明确花蕾长度与花药发育时期的对应关系。【结果】通过形态观察发现,在海岛棉的花发育过程不同时期花蕾的萼片、花瓣和花药的形态、颜色、大小以及花丝和柱头的长度出现明显变化。切片观察发现,从花芽出现到花药开裂,经历花原基的形成、花药原基的出现、花粉母细胞形成、四分体时期、绒毡层降解、减数分裂、花药开裂等14个发育时期。新海35花蕾长度5~6 mm、7~8 mm、8~9 mm和11~14 mm分别对应花药发育中的花粉母细胞形成期、四分体时期、小孢子释放期和绒毡层降解时期,也是成花过程中尤为关键的4个时期。通过对花粉萌发、花粉管伸长、受精过程、胚乳的发育等进行观察,明晰了海岛棉花粉成熟到完成受精再到纤维发育所需的具体时间和详细过程。【结论】海岛棉各个时期花蕾的表型与陆地棉不同,且花蕾大小及花药颜色随着花药细胞发育而变化,并伴随着细胞内部的代谢过程及正常发育所需物质的转换;通过花蕾大小及表型可以判定海岛棉花药发育时期。花粉成熟后,花粉的萌发、花粉管的伸长、双受精及胚乳发育分别发生在授粉后的0.5~1 h、8 h、24 h和50 h。
【目的】扩展蛋白是1种细胞壁蛋白,能够松弛细胞壁从而促进细胞伸长。本研究旨在挖掘棉花纤维发育过程中特异的扩展蛋白基因。【方法】利用转录组测序和定量PCR（Polymerase chain reaction）研究棉花扩展蛋白基因的表达模式,并运用生物信息学的方法分析扩展蛋白进化关系、预测三维结构和关键氨基酸位点。【结果】以陆地棉cDNA（Complementary DNA,互补DNA）为模板,克隆得到4个棉花扩展蛋白基因GhEXPA1d、GhEXPA4b、GhEXPA23b 和GhEXPB3a,开放阅读框长度分别为768 bp、795 bp、798 bp和804 bp。进化树分析表明,GhEXPA1d、GhEXPA4b、GhEXPA23b属于EXPA（α-expansin）亚家族,GhEXPB3a属于EXPB（β-expansin）亚家族。组织特异性表达分析表明它们是纤维发育特异基因;定量PCR验证了这4个GhEXPs都是在纤维发育的起始期和伸长期表达量较高。根据序列比对以及三维结构模型预测了4个棉花扩展蛋白的关键氨基酸位点,分别是苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸,均为芳香族氨基酸,在三维结构模型中处于同一个平面上。【结论】获得的4个棉花扩展蛋白基因在棉花纤维发育起始期和伸长期特异表达,为进一步阐明GhEXPs对棉花纤维发育的分子机制提供了参考。
病虫对作物生产构成了巨大的威胁,可直接或间接导致作物减产甚至绝收。快速、高效地掌握病虫的发生动态并及时防控,对作物增产保收具有重要意义。无人机遥感是现阶段监测作物病虫害的一项重要技术,具有实时、快速、高效、客观、大面积、无损监测等优点,将推动农业生产向优质、高效、安全、信息化以及智慧化方向发展。本文从无人机遥感监测作物病虫害概况、数据源种类、数据获取方法、数据处理流程及方法等方面进行归纳分析;指出无人机遥感监测作物病虫害中存在的病虫害特征选择、病虫害分类识别、传感器优化以及数据处理等主要问题,针对存在的问题提出了深化病虫害特征选择算法、建立专属病虫害光谱数据库、开发专一的病虫害监测传感器以及研发病虫害数据处理平台等发展策略,以期为无人机遥感监测作物病虫害的相关研究提供参考。
