【目的】对棉花GA20ox基因GhGA20ox6进行克隆和初步的功能验证，分析其对棉花株高的影响。【方法】通过分子克隆的方法，在陆地棉标准系TM-1的茎中成功获得GhGA20ox6基因；利用进化树分析、氨基酸序列比对明确其与拟南芥、水稻中同源基因的进化关系；利用实时定量聚合酶链式反应分析GhGA20ox6在TM-1中的组织特异性表达；利用亚细胞定位分析其在细胞中的定位，并在拟南芥中进行了功能分析。【结果】GhGA20ox6的开放阅读框长度为1 155 bp，编码384个氨基酸残基，编码产物的分子质量为43.32 ku，预测的等电点为6.37。进化树分析显示GhGA20ox6与水稻绿色革命基因sd1（OsGA20ox2）的相似性最高。组织特异性表达分析发现，GhGA20ox6在TM-1茎中的表达量高于其在其他器官中的表达量。在烟草表皮细胞的亚细胞定位分析发现，GhGA20ox6蛋白定位在细胞膜。在拟南芥中过表达GhGA20ox6能显著促使赤霉素不敏感矮化基因GID1（gibberellin insensitive dwarf1）表达量上升，转基因拟南芥的株高增加、抽薹提前。【结论】通过对GhGA20ox6的克隆和功能分析，推测它可能与棉花体内的赤霉素合成相关，进而影响棉花株高。这些结果为进一步在分子水平验证GhGA20ox6在棉花生长发育中的生物学功能奠定基础。
【目的】在苗期对棉花产量进行预测，及早为棉花的田间管理提供技术手段和主要依据。【方法】基于无人机高清影像数据，首先利用绿叶指数（green leaf index, GLI）对3~4叶期棉花幼苗进行准确识别并提取；然后根据试验区域内棉花幼苗直径的相对大小以自然断点法对棉花进行等级划分，并在收获期分别统计单株结铃数和铃重；最后结合试验区内不同等级棉花的数量以及对应的单株结铃数和铃重构建棉花估产模型对棉花产量进行预测，并将该模型命名为基于苗期状态的估产模型，简称NDCS（number and diameter of cotton seedlings）。【结果】在34个植被指数中，图像分割效果最好的是GLI，通过不同尺度上的重复检验，棉花幼苗的平均提取精度为96.2%。试验区内共提取棉花380 715株，其中甲等苗2 657株，乙等苗103 753株，丙等苗214 691株，丁等苗59 614株。经验证，估产模型的决定系数为0.919 2，估产模型的均方根误差为0.168 7，经与实际产量对比，模型的估产精度为94.7%。【结论】利用棉花苗期图像数据结合与产量密切相关的指标实现了棉花产量的预测，为棉花估产提供了一种新的思路和方法。
【目的】腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（adenosine diphosphate-glucose pyrophosphorylase, AGPase）是淀粉生物合成途径的限速酶，在植物“源”、“库”器官淀粉的合成与积累过程中扮演着重要角色，然而棉花中AGPase基因家族的系统研究工作尚未开展。【方法】基于已公布的陆地棉标准系TM-1基因组数据，利用生物信息学方法对陆地棉AGPase基因家族进行全基因组鉴定，并对该家族成员的理化性质、系统进化关系、基因结构、启动子区顺式作用元件进行分析。利用转录组数据和实时荧光定量聚合酶链式反应分析AGPase家族基因的组织表达特性和在非生物胁迫下的表达模式。【结果】在陆地棉基因组中，共鉴定到20个AGPase基因（GhAGP），不均匀地分布在16条染色体上。GhAGP基因包含12个大亚基基因和8个小亚基基因共2类，同一类GhAGP基因具有相似的保守基序和外显子-内含子结构。GhAGP基因启动子区含有多个与植物激素、非生物胁迫响应相关的顺式作用元件。组织表达分析结果显示，GhAGP基因具有不同的组织表达模式。非生物胁迫下的表达分析表明，多数GhAGP基因响应低温、高温、盐和干旱胁迫诱导表达，其中GhAGPL1和GhAGPL7参与棉花对多种逆境胁迫的响应。【结论】明确了陆地棉AGPase基因家族成员的分布特征、结构特征以及系统进化特征，初步揭示了该家族基因在棉花响应外界环境胁迫中的功能，可为棉花淀粉性状的遗传改良和抗逆育种提供重要的候选基因资源。
【目的】明确棉花内生真菌简青霉（Penicillium simplicissimum）CEF-818对棉花黄萎病的防治效果及其作用机理。【方法】采用对峙培养法、对扣培养法、圆盘滤膜培养法测定CEF-818对大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）强致病力菌株Vd080菌丝生长的抑制作用；在温室内采用灌根接种法和基质接种法、在大田采用肥料撒施法和浸种接种法鉴定其对棉花黄萎病的温室和田间防治效果，通过棉花叶片活性氧和胼胝质的测定、利用实时荧光定量聚合酶链式反应检测防御相关基因的表达，研究CEF-818诱导抗病能力。【结果】CEF-818的挥发性和非挥发性代谢产物对Vd080菌丝的生长有显著的抑制作用；对棉花黄萎病的温室和田间防治效果分别可达69.77%（基质接种法）和63.73%（肥料撒施法）；CEF-818可诱导棉花叶片中活性氧爆发和胼胝质积累，诱导棉花中过氧化物酶基因POD、苯丙氨酸氨裂合酶基因PAL和病程相关基因PR10的上调表达，并抑制大丽轮枝菌在棉花中的定植。【结论】CEF-818通过直接抑制大丽轮枝菌的生长和诱导寄主抗性有效地抑制棉花黄萎病，具有较好的生物防治应用前景。
以全国农业技术推广服务中心发布的历年棉花品种推广面积为依据，将年推广应用面积在主产棉区中列首位的品种，或最大年推广面积在33.3万hm2以上且列主产棉区前3位的品种定义为大品种，分析大品种的累计推广面积、单年最大推广面积、列前3名的年限及推广面积占比的变化趋势。近40年来，黄河流域棉区有16个、长江流域棉区有15个和西北内陆棉区有14个棉花大品种，其中鲁棉研15号为黄河流域和长江流域棉区共同的大品种。分析发现我国棉花生产上推广应用的品种数量逐年上升，其中1981―2000年品种数量增幅较小，2001―2020年增幅较大。各年份大品种种植面积占各主产棉区总面积的比例呈现出明显的时代变化特征，其中，1981-1995年期间大品种的面积占比相对稳定，黄河流域、长江流域和西北内陆棉区大品种的面积占比分别稳定在61%、36%和83%左右；1996―2006年为大品种面积占比的剧烈下滑期，三大棉区大品种的面积占比平均下降到20%左右；2007―2020年为缓慢下降期，到2020年占比总体下降到15%左右。棉花大品种在我国植棉史上做出过重要贡献，但为适应种业和市场发展的多样化需求，当前和未来棉花育种的目标功能和区域定位将更加细化。
【目的】叶面积指数（leaf area index, LAI）是农业生产中用于作物生长诊断、生物量估算和产量估测的重要指标之一。利用无人机多光谱遥感数据快速反演LAI对棉花长势诊断和田间管理具有重要意义。【方法】以新疆阿拉尔垦区花铃期棉花为研究对象，以地面实测LAI数据及无人机多光谱影像为数据源，进行影像拼接，然后对高空间分辨率无人机光谱影像进行6种不同分辨率的空间重采样，分别提取植被指数和纹理特征，并用纹理特征构建纹理指数，以植被指数、纹理指数和二者融合分别为输入量，基于偏最小二乘回归（partial least squares regression, PLSR）、支持向量机（support vector machine, SVM）和随机森林（random forest, RF）算法构建棉花LAI估测模型，分别比较不同分辨率下3种输入特征量与3种算法构建的模型估测精度。【结果】（1）随着多光谱影像分辨率的降低，植被指数和纹理指数与LAI的相关性均呈现先上升后下降的趋势，影像分辨率为1.0 m时，二者与LAI的相关性最高。不同模型的估测精度也随影像分辨率的降低呈先上升后下降的趋势，1.0 m分辨率下估测效果最好。（2）1.0 m分辨率多光谱影像下，RF算法模型估测效果最佳，其次为SVM算法模型，PLSR算法模型估测效果最差。（3）3种输入特征量对棉花LAI估测效果的优劣顺序依次为：植被指数与纹理指数融合、植被指数、纹理指数。【结论】利用1.0 m空间分辨率的无人机多光谱遥感影像提取的植被指数与纹理指数构建的RF算法模型，可以实现对棉花花铃期LAI的高精度估测。
【目的】探究哈克尼西棉不育胞质（CMS-D2）和三裂棉不育胞质（CMS-D8）对ATP和H2O2含量的影响。【方法】选用CMS-D2和CMS-D8两套“三系”（不育系、保持系及其恢复系）材料，测定其不同发育时期的叶片和花蕾中ATP和H2O2含量；并结合已有研究测定候选不育基因orf610a超表达拟南芥植株中ATP和H2O2含量；通过实时荧光定量聚合酶链式反应分析ATP合成相关基因在不育系、保持系以及转基因拟南芥花蕾中的表达量。【结果】与其保持系和恢复系相比，CMS-D2不育系叶片在蕾期和铃期均表现为ATP含量极显著降低、H2O2含量极显著升高；CMS-D8不育系叶片在蕾期表现为ATP含量极显著降低、H2O2含量极显著升高，在铃期表现为ATP含量极显著升高；CMS-D2不育系3 mm、4 mm花蕾中ATP含量极显著降低，4 mm花蕾中H2O2含量极显著上升；CMS-D8不育系5 mm、6 mm花蕾中ATP含量极显著降低。与其保持系相比，CMS-D2和CMS-D8不育系花蕾中，多个ATP合成相关基因的表达量极显著降低。与野生型材料相比，orf610a超表达拟南芥角果和花蕾中的H2O2含量显著升高，ATP含量极显著降低，且大多数ATP合成相关基因均极显著下调表达。【结论】不育胞质会对棉花不同发育时期的叶片和花蕾中ATP和H2O2含量产生一定的影响，二者动态平衡的破坏可能会影响花粉的正常发育。
