【目的】探索GhMAPKKK2基因在棉花抗黄萎病中的功能。【方法】利用生物信息学方法分析GhMAPKKK2基因的结构特征和进化关系。通过实时荧光定量聚合酶链式反应（Quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR）分析GhMAPKKK2基因在黄萎病菌侵染以及外源茉莉酸（Jasmonic acid, JA）和水杨酸（Salicylic acid, SA）处理下的表达模式。利用病毒诱导的基因沉默技术结合阳性植株表型鉴定以及qRT-PCR技术,对GhMAPKKK2基因在棉花抗黄萎病中的功能及可能参与的抗病机制进行初步分析。【结果】以陆地棉 cDNA为模板克隆得到GhMAPKKK2基因,其编码区全长为1 341 bp,编码446个氨基酸,与雷蒙德氏棉GrMAPKKK2同源性最高。GhMAPKKK2基因的转录水平受黄萎病菌及JA和SA诱导。沉默GhMAPKKK2基因后增强了棉花对黄萎病菌的敏感性,与阴性对照植株相比,沉默植株的病情指数显著增加、维管束褐变程度明显加重、茎段菌丝数量明显增多。qRT-PCR分析表明,沉默植株中JA和SA信号传导途径相关基因的表达量均显著低于阴性对照植株。【结论】GhMAPKKK2基因可能通过参与JA和SA信号通路在棉花抗黄萎病反应中发挥正调控的作用。
【目的】尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（Uridine diphosphate glucose pyrophosphorylase, UDPGP）是植物碳水化合物代谢和细胞壁生物合成中的关键酶,但关于棉花UDPGP基因研究较少。对陆地棉UDPGP基因进行全基因组分析,为深入研究UDPGP基因在棉花抗逆中的作用提供参考。【方法】利用已公布的陆地棉标准系TM-1基因组数据,通过生物信息学分析方法对陆地棉UDPGP基因进行全基因组鉴定,分析该家族成员的理化性质、系统进化关系、基因结构、染色体定位、启动子区顺式作用元件、组织表达特异性和干旱胁迫下的表达模式。【结果】陆地棉UDPGP基因家族包含31个成员,不均等地分布在18条染色体上,可分为5个亚族。顺式作用元件分析发现,大部分UDPGP基因的启动子区域含有响应脱落酸、赤霉素、水杨酸、茉莉酸甲酯的顺式作用元件以及响应干旱的MYB结合位点。转录组分析表明,GhUDPGP10和GhUDPGP26基因响应干旱胁迫,且在棉花多个器官中较高水平表达;实时荧光定量聚合酶链式反应结果显示,干旱胁迫下,GhUDPGP10和GhUDPGP26在抗旱材料的根中表达量普遍较高;而在干旱敏感材料中,主要在叶中高表达,推测这两个基因在不同的遗传材料中抗逆作用机制不同。【结论】明确了陆地棉UDPGP基因家族成员的分布特征、结构特征以及系统进化特征,通过表达分析初步揭示了该家族GhUDPGP10和GhUDPGP26基因可能在棉花生长发育和抗旱响应中发挥功能,为解析GhUDPGP基因的抗旱分子机理奠定基础。
【目的】共生菌Wolbachia在烟粉虱种群分化和物种形成中起重要作用。旨在采用荧光原位杂交技术,明确初生共生菌Portiera和次生共生菌Wolbachia在烟粉虱体内的分布。【方法】利用2种共生菌的特异性荧光探针对烟粉虱整虫进行荧光原位杂交,研究其在烟粉虱不同发育阶段的分布;在磷酸缓冲液中对烟粉虱成虫腹部进行组织解剖,利用优化的荧光原位杂交流程对获得的组织样本进行荧光染色、观察。【结果】对烟粉虱整虫进行荧光染色,在烟粉虱各个发育阶段虫体中均检测到Portiera和Wolbachia的荧光信号;在卵和若虫中,这2种共生菌集中分布于含菌细胞中,在成虫中,这2种共生菌所在的具体位置不清晰;成虫腹部组织染色结果显示,Portiera和Wolbachia除集中分布于含菌细胞中外,在卵巢中也有分布。【结论】利用本研究优化建立的昆虫组织染色方法,可以清晰观察烟粉虱成虫卵巢及含菌细胞中Portiera和Wolbachia的分布,可为其他昆虫及组织内共生菌的荧光染色观察提供参考。
棉纤维不仅是最重要的纺织工业原料,也是研究植物细胞分化、伸长以及细胞壁合成的理想模型。棉纤维细胞的分化和发育受复杂的、相互关联的调控网络所控制。转录因子、功能基因、植物激素、非编码RNA以及表观遗传修饰在棉纤维发育过程中皆起重要的调控作用。随着不同棉花基因组的组装和重测序及关联分析工作的展开,越来越多的调控棉纤维发育的关键因子被挖掘,对进一步解析棉花纤维发育的分子调控机制及助力棉花生物育种具有重要的意义。
【目的】探明长期棉花秸秆配施鸡粪对重金属元素在土壤中积累与污染状况的影响,为棉田改土培肥和安全高效施肥提供科学依据。【方法】通过14年长期定位试验,研究氮磷化肥+秸秆清茬（NP）、氮磷化肥+秸秆还田（NPS）、氮磷化肥+秸秆清茬+鸡粪（NPM）、氮磷化肥+秸秆还田+鸡粪（NPSM）4个处理对土壤中重金属积累的影响,利用污染指数法和潜在生态风险指数法评价土壤污染状况和潜在生态风险。【结果】各处理中土壤重金属的含量均未超出国家标准中的污染风险筛选值。与NP相比,NPS处理土壤重金属含量无明显增加,NPM、NPSM处理土壤汞含量分别显著提高81.8%和90.9%,NPSM处理中土壤铬、锌含量分别显著提高了7.9%和63.2%,锌、汞、铬富集明显,富集度分别为139.99%、90.91%和13.77%;铜、铅富集但处理间无显著差异。棉田土壤重金属单项污染指数为0.03~0.51,土壤污染状况均为安全级;综合污染指数为0.36~0.79,仅NPSM土壤污染状况为警戒等级;潜在生态风险污染综合指数为20.68~22.66,为轻微生态危害。【结论】连续14年棉花秸秆还田配施鸡粪,土壤重金属含量均未超标,土壤重金属评价为警戒级,潜在生态危害评价为轻微生态危害,应控制有机肥源重金属含量,减缓锌、汞、铬富集,持续保护利用土壤。
【目的】研究棉花器官水平氮（Nitrogen, N）、磷（Phosphorus, P）化学计量特征及其异速关系,为实现棉花协调生长和资源高效利用奠定理论基础。【方法】选取13个棉花材料（8个陆地棉和5个海岛棉）为研究对象,在盛铃期测定不同器官（根、茎、叶和棉铃）的N和P含量,分析各器官N、P化学计量特征及N-P异速关系的差异。【结果】叶和棉铃的N、P含量显著高于茎和根;棉铃的氮磷质量比（N:P）最低。生殖器官（棉铃）与营养器官（根、茎和叶）N:P化学计量调控存在差异,营养器官N:P与P含量呈显著负相关,而生殖器官N:P与N含量呈显著正相关。不同器官的N-P异速关系存在差异,叶与根中N-P含量呈异速积累,P含量积累速率快于N含量;茎与棉铃中N-P含量呈等速积累。与海岛棉比,陆地棉叶P含量显著较高,N:P显著较低。陆地棉叶N:P与P含量呈极显著负相关关系,海岛棉叶N:P与N、P含量均呈显著负相关关系。陆地棉根、茎和叶的N-P异速指数低于海岛棉,异速常数略高于或与海岛棉相似。【结论】棉花各器官N、P化学计量特征受器官功能分化的影响,N:P化学计量调控机制与N-P异速关系存在器官特异性。
【目的】丛枝菌根是陆地生态系统中普遍存在的植物根系与丛枝菌根真菌的共生体,能有效提高植物的抗逆性。棉花是新疆盐碱地种植的主要经济作物。为研究和利用新疆丛枝菌根资源,对新疆石河子及其周边棉花种植区丛枝菌根真菌的种类和数量进行了普查。【方法】采集新疆维吾尔自治区石河子市（北泉镇）及其周边的塔城地区沙湾县（柳毛湾镇、老沙湾镇、钟家庄镇）和昌吉回族自治州玛纳斯县（十户滩镇）共50份土样,通过单个孢子的形态学鉴定和分子鉴定（巢式聚合酶链式反应）对丛枝菌根真菌多样性进行分析。【结果】从新疆石河子及周边地区棉花根际土壤中分离出4属6种丛枝菌根真菌,以类球囊霉属（Paraglomus）为优势属。石河子市北泉镇的丛枝菌根真菌物种丰富度最高,沙湾县柳毛湾镇和钟家庄镇的种类组成和结构相似。【结论】明确了新疆石河子以及周边地区棉花根际土壤中丛枝菌根真菌的种类。该研究为充分利用和开发特色丛枝菌根资源奠定了基础。
