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1. 陆地棉Dof基因家族的全基因组鉴定及分析
琚龙贞,赵汀,方磊,胡艳,张天真
棉花学报    2020, 32 (4): 279-291.   DOI: 10.11963/1002-7807.jlzhy.20200630
摘要999)   HTML37)    PDF(pc) (21227KB)(368)    收藏

【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。

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2. 新疆陆地棉经济性状优异等位基因位点的遗传解析
雷杰杰,邵盘霞,郭春平,张大伟,唐秉晖,努日曼古丽·艾尼,彭亚娟,崔天宇,张奥深,林海荣,林忠旭,尤春源,聂新辉
棉花学报    2020, 32 (3): 185-198.   DOI: 10.11963/1002-7807.ljjnxh.20200509
摘要865)   HTML25)    PDF(pc) (1934KB)(177)    收藏

【目的】基于SSR(Simple sequence repeat,简单序列)标记展开对陆地棉经济性状的关联分析,挖掘优异等位变异位点,解析新疆陆地棉经济性状的遗传基础,为新疆陆地棉的遗传机理研究和高效的陆地棉分子设计育种提供理论依据。【方法】利用筛选出覆盖棉花全基因组的73对SSR标记对新疆156份陆地棉品种进行多态性扫描;采用R语言绘制boxplot图,利用TASSEL软件进行关联分析,挖掘与产量、纤维品质性状相关联的优异等位变异位点。【结果】通过对6个环境下新疆陆地棉品种的产量、品质相关性状进行关联分析,获得与产量性状相关的等位变异位点10个,表型变异解释率为6.69%~9.88%,平均值为8.43%;与纤维品质性状相关的等位变异位点23个,表型变异解释率为3.73%~13.22%,平均值为7.52%。其中22个QTL(Quantitative trait locus)已被报道,有10个QTL的关联性状与前人研究一致。【结论】新疆陆地棉品种的群体遗传结构简单,连锁不平衡水平低,6个环境条件下表型性状变化趋势较稳定。基于SSR的关联分析,发掘了与产量和纤维品质相关的优异等位变异基因及聚合优异等位基因位点的典型材料。

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3. 智慧农业在棉花生产管理中的应用
陈焕轩,韩迎春,冯璐,杨北方,雷亚平,王占彪,李亚兵
棉花学报    2020, 32 (3): 269-278.   DOI: 10.11963/1002-7807.chxlyb.20200504
摘要863)   HTML24)    PDF(pc) (1004KB)(216)    收藏

随着时代的不断进步,社会的各个行业均在迅猛发展。农业作为国民经济的支柱产业,在社会中有重要影响。棉花作为重要的经济作物,一直以传统种植的方式种植,已不适合未来的发展方向。在未来,智慧农业将占据主导地位。本文对智慧农业进行了简单的介绍,同时归纳并总结了智慧农业在棉花生产管理中的主要应用技术,以及列举并分析了智慧农业在棉花生产管理各环节的实际应用,在此基础上分析了目前智慧农业应用于棉花生产管理的优缺点,并对其进行了总结与展望。

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4. 傅里叶变换红外显微光谱(Micro-FTIR)和X射线衍射(XRD)用于测定棉花结晶度效果比较
张李鹏,张石定,许鹏,李现常,张震,范森淼,龚举武,袁有禄,商海红,邹华文
棉花学报    2020, 32 (4): 370-380.   DOI: 10.11963/1002-7807.zlpzhw.20200610
摘要845)   HTML14)    PDF(pc) (3843KB)(148)    收藏

【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。

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5. 在不同棉区噻苯隆和乙烯利用量及配比对脱叶催熟效果影响
宋兴虎,徐东永,孙璐,赵文超,曹龙龙,张祥,唐纪元,韩焕勇,王洪这,陈洪章,王林,赵冰梅,杜明伟,田晓莉,李召虎
棉花学报    2020, 32 (3): 247-257.   DOI: 10.11963/1002-7807.sxhlzh.20200512
摘要770)   HTML11)    PDF(pc) (2470KB)(156)    收藏

【目的】棉花脱叶催熟是实现机械采收的前提。噻苯隆和乙烯利混用是我国目前主要的脱叶催熟方式。鉴于不同棉区的环境条件和种植模式差异较大,研究了不同棉区噻苯隆和乙烯利的适宜用量及配比。【方法】于2018年在黄河流域棉区的河北河间、河北邯郸、山东德州和山东无棣、长江流域棉区的江苏大丰、北疆棉区的石河子Ⅰ和Ⅱ、南疆棉区的轮台和沙雅共9个地点开展田间试验,设50%(质量分数,下同)噻苯隆可湿性粉剂和40%乙烯利水剂3个混用处理,每公顷用量分别为450 g+1 725 mL(T1)、600 g + 3 000 mL(T2)、600 g + 4 500 mL(T3),噻苯隆和乙烯利有效成分配比分别为1∶3、1∶4和1∶6,以喷施清水为对照。【结果】在江苏大丰,药后16 d各处理脱叶率与对照无显著差异。在其他8个试验点,大多数处理药后14 d的脱叶率显著高于对照,且自然脱叶率越低提高幅度越大;但噻苯隆和乙烯利不同用量及配比之间的脱叶率差异不一致,且大部分情况下差异不大。部分地点某些处理药后14~16 d的脱叶率可达到90%。不论药前吐絮率低或高,药剂处理14~16 d后,与清水对照相比吐絮率未表现出明显的增加;然而,药前吐絮率较低的试验点药后吐絮率增幅大,反之,吐絮率增幅小。噻苯隆和乙烯利混用对大部分试验点的产量和纤维品质无显著影响。【结论】药后14 d左右,噻苯隆和乙烯利混用的脱叶效果比较明显,不同剂量和配比之间无一致性和大的差异;催熟效果相对较差,对棉花产量和纤维品质影响不大。综合考虑脱叶催熟效果的稳定性和药剂成本,初步建议各棉区每公顷应用600 g的50%噻苯隆可湿性粉剂和3 000 mL的40%乙烯利水剂进行脱叶催熟。

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6. 乙烯对棉花适应淹水胁迫的作用及其机制
刘光亚,张艳军,孙学振,董合忠
棉花学报    2020, 32 (3): 208-218.   DOI: 10.11963/1002-7807.lgydhz.20200426
摘要712)   HTML13)    PDF(pc) (1251KB)(196)    收藏

【目的】淹水胁迫影响棉花生长发育,持续淹水可导致棉花减产甚至绝产,增强棉花适应淹水胁迫的能力对棉花抗涝夺丰收至关重要。乙烯(Ethylene)是备受关注的重要信号分子,在植物抗逆过程中发挥着重要作用,但在缓解棉花淹涝伤害中作用和机制尚不清楚。本文以棉花(Gossypium hirsutum L.)品种K638为材料,在山东棉花研究中心试验站(山东临清)的田间电动遮雨棚内,对盛花期棉花淹水处理10 d,通过叶面喷施乙烯信号通路抑制剂1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene, 1-MCP)或乙烯合成前体1-氨基环丙烷-1-羧酸(1-Aminocyclopropane-1-carboxylic acid, ACC)抑制或促进棉株体内乙烯合成,探究了乙烯含量对棉花适应淹水胁迫的作用及其生理机制。结果表明,与未喷施的淹水处理相比,喷施1-MCP乙烯含量降低了5.3%,丙二醛(Malondialdehyde, MDA)、厌氧代谢酶乙醇脱氢酶(Alcohol dehydrogenase, ADH)、丙酮酸脱羧酶(Pyruvate decarboxylase, PDC)和乳酸脱氢酶(Lactate dehydrogenase, LDH)分别降低了39.2%、37.8%、20.5%和8.2%,主茎功能叶光合速率和单株干物质质量分别提高了13.5%和3.3%,籽棉产量提高了4.6%;而ACC的效果相反,喷施ACC促进受淹棉株体内乙烯积累,乙烯含量升高了8.0%,MDA、ADH、PDC和LDH分别增加了19.5%、17.5%、11.2%和8.0%,光合速率和单株干物质质量分别降低了6.0%和7.7%,籽棉产量减少了8.0%。由此可见,降低棉株体内乙烯含量,可显著降低活性氧对细胞膜的损伤,抑制厌氧代谢有毒产物的积累,减轻淹水胁迫下棉花所受的低氧损伤,缓解受淹棉株光合生产和生长发育的受抑制程度,一定程度上缓解了淹水胁迫造成的伤害,是提高棉花适应淹水胁迫的重要途径。

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7. 二倍体棉种组织培养研究进展
孙悦,华金平
棉花学报    2020, 32 (2): 158-169.   DOI: 10.11963/1002-7807.syhjp.20200305
摘要710)   HTML12)    PDF(pc) (1075KB)(151)    收藏

二倍体棉种为四倍体栽培种提供了亲本(祖先)种,是棉花遗传改良的重要种质资源,是构建棉属突变体库、研究棉花功能基因组的优良材料。其中A、B、E、F组棉种起源于亚非大陆,D组起源于美洲大陆,C、G、K组起源于澳洲等地,具有丰富的遗传多样性,其组织培养研究主要涉及植株器官与细胞培养的再生途径、原生质体培养和体细胞培养与融合等,目前已获得了克劳茨基棉(Gossypium klotzschianum)、野生拟似棉(G. gossypioides)、亚洲棉(G. arboreum)、戴维逊氏棉(G. davidsonii)、雷蒙德氏棉(G. raimondii)、司笃克氏棉(G. stocksii)、奈尔逊氏棉(G. nelsonii)、比克氏棉(G. bickii)等二倍体棉种的再生植株,其中茎尖培养仅获得了亚洲棉、比克氏棉再生植株;原生质体培养获得了克劳茨基棉、戴维逊氏棉的再生小植株;此外,获得了陆地棉和二倍体棉种克劳茨基棉、比克棉、司笃克氏棉的种间杂种。二倍体棉种存在着较大的种间差异,组织培养体系可以借鉴木本植物组织培养相关方法。本文综述了相关研究进展,讨论了后续研究方向。

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8. 陆地棉Nudix基因家族的全基因组鉴定及表达分析
窦玲玲,孙亚如,赵琴,田瑞洁,康洋洋,朱怡然,杨蕾蕾,王彩虹,冯宇,王文博,肖光辉
棉花学报    2021, 33 (2): 112-123.   DOI: 10.11963/1002-7807.dllxgh.20210119
摘要641)   HTML36)    PDF(pc) (15772KB)(302)    收藏

【目的】 Nudix是一类能够催化各种核苷二磷酸衍生物水解的酶,具有维持遗传物质稳定,响应逆境胁迫等生物学功能。本研究旨在对陆地棉Nudix基因进行全基因组分析,为深入研究Nudix基因家族参与棉纤维生长发育调控机制提供参考。【方法】 通过生物信息学方法对陆地棉基因组(ZJU_v2.1)的Nudix基因进行全基因组鉴定,并系统分析Nudix基因家族成员的理化性质、序列特征、基因复制、系统进化和表达情况。【结果】 从陆地棉基因组中共鉴定到76个GhNudix基因,经聚类分析将其分为7个亚组(Clade Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ)。基因复制分析表明,片段重复是陆地棉GhNudix基因家族成员扩增的主要原因。转录组数据表明GhNudix基因的表达不但有组织特异性而且有时间特异性。其中在纤维发育的起始和伸长阶段高调表达的GhNudix基因主要分布在Clade Ⅰ和Ⅱ;且大部分Clade Ⅰ和Ⅱ亚组的GhNudix基因启动子含有响应生长素和赤霉素的顺式作用元件,由此推测Clade Ⅰ和Ⅱ亚组的GhNudix基因在陆地棉纤维的起始和伸长阶段发挥作用。【结论】 陆地棉GhNudix基因家族的全基因组鉴定和分析,为后续研究其在棉纤维发育中的作用机制提供参考。

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9. 新疆早熟陆地棉种质资源遗传多样性及纤维品质性状SSR关联分析
徐濉喜,王旭文,田琴,孔宪辉,刘丽,司爱君,王娟,余渝
棉花学报    2020, 32 (3): 233-246.   DOI: 10.11963/1002-7807.xsxyy.20200507
摘要625)   HTML14)    PDF(pc) (1227KB)(160)    收藏

【目的】探究新疆早熟陆地棉种质资源遗传多样性,发掘特异种质资源和与纤维品质相关的优异等位变异。【方法】以219份新疆早熟陆地棉种质资源为材料,在3个环境下对此群体的15个农艺性状进行鉴定,用128对简单序列重复(Simple sequence repeat,SSR)引物对该群体进行基因型鉴定,使用NTsys-pc2.1进行遗传多样性分析,用Structure 2.3.1和Tassel 5.0对此群体纤维品质性状进行关联分析, 依据表型效应值挖掘携带优异等位变异的典型材料。【结果】128对标记在219份资源材料群体中共扩增出244个位点,平均每个标记扩增出1.91个位点;多态信息含量范围为0.13~0.86,平均为0.63;此群体材料间遗传相似性系数分布范围为0.42~0.99,平均为0.61,遗传相似系数在0.5~0.7的占90.19%。通过关联分析检测到11个与纤维品质性状显著关联的标记(P<0.01),发掘出7个携带特异等位变异的典型材料。【结论】219份新疆早熟陆地棉种质资源遗传多样性低,基于SSR关联分析发掘了一些与纤维品质性状相关的优异等位变异及典型材料。

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10. 外源脯氨酸对缺硼下棉花幼苗生长、生理特性以及脯氨酸代谢的影响
曾钰,闫磊,刘亚林,曾紫君,姜存仓
棉花学报    2020, 32 (3): 258-268.   DOI: 10.11963/1002-7807.zyjcc.20200509
摘要610)   HTML13)    PDF(pc) (2214KB)(97)    收藏

【目的】研究外源脯氨酸对不同硼浓度处理下棉花幼苗生长及生理特性和脯氨酸代谢的影响。【方法】采用水培方法,以鄂抗8号棉花品种为试验材料,设置0.02 μmol·L -1(低硼)、2.5 μmol·L -1(中硼)、100 μmol·L -1(适硼)3个硼(Boron,B)浓度梯度以及0和20 μmol·L -1 2个脯氨酸(Proline,Pro)浓度,共计6个处理,完全随机,其中低硼和中硼均属于缺硼处理,植株生长出现明显差异后收获并测定相关指标。【结果】添加外源脯氨酸在适硼(100 μmol·L -1)浓度下抑制了棉花的生长,而在低硼(0.02 μmol·L -1)处理时促进了根系对硼的吸收。与低硼处理相比,添加脯氨酸降低了叶片中脯氨酸、过氧化氢(Hydrogen peroxide,H2O2)含量,而促进根中丙二醛 (Malondialdehyde,MDA)和H2O2的积累;同时,根和叶片中超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate peroxidase,APX)活性显著上升,过氧化物酶(Peroxidase,POD)活性显著下降,而过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性无明显变化。另外,缺硼时(0.02 μmol·L-1和2.5 μmol·L -1)添加脯氨酸可明显增加其代谢途径中Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(Δ1-pyrroline-5-carboxylate synthetase,P5CS)、Δ1-吡咯啉-5-羧酸还原酶(Δ1-pyrroline-5-carboxylate reductase,P5CR)、鸟氨酸转氨酶(Ornithine-aminotransferase,OAT)等合成酶及脯氨酸脱氢酶(Proline dehydrogenase,PRODH)的活性。【结论】在适硼下施用脯氨酸抑制了棉花的生长。低硼下添加脯氨酸促进根系对硼的吸收,提高叶片抗氧化酶APX活性而降低叶片中膜脂过氧化物质。低硼导致植株体内脯氨酸的积累,而低硼处理下添加外源脯氨酸会降低叶片中脯氨酸含量,其诱因是影响了脯氨酸代谢途径(谷氨酸和鸟氨酸途径)中关键的合成酶和分解酶活性,主要是由于促进分解代谢的脯氨酸脱氢酶活性显著增加所致。

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11. 不同种植模式棉田土壤温度的时空变化特征
邢芳芳,韩迎春,雷亚平,冯璐,王国平,杨北方,王占彪,李小飞,熊世武,范正义,杜文丽,辛明华,李亚兵
棉花学报    2020, 32 (3): 219-232.   DOI: 10.11963/1002-7807.xfflyb.20200429
摘要602)   HTML15)    PDF(pc) (2687KB)(210)    收藏

【目的】土壤温度影响着作物的生化过程,了解不同种植模式棉田土壤温度的时空分布特征对探究如何提高不同种植模式下的棉花生产潜力非常重要。【方法】对不同种植模式:单作棉花(MC)、麦套棉花(WIC)、麦后棉花(WDC)农田10―110 cm土层温度进行连续实时监测,并调查棉花的生育进程和各农艺性状。【结果】在5月下旬麦棉共生期,单作棉花的平均土壤温度比两熟棉田土壤温度高1~3 ℃。7月初,在10―40 cm土层两熟棉花土壤温度大于单作棉花土壤温度,40―110 cm正好相反。8月上旬,各种植模式棉花土壤温度差异缩小,单作棉花土壤温度稍低于两熟棉花的土壤温度。在9月中旬,两熟棉花的土壤温度低于单作棉花的土壤温度。土壤温度主要影响棉花出苗到现蕾和开花到吐絮期的持续时间,对现蕾到开花的持续时间影响不明显。土壤平均温度越高,该生育时期的持续时间越短。同一时期两熟棉花土壤温度的日最低温出现的时间要比单作棉花早1 h左右,而日最高温出现的时间基本一致。不同种植模式不同土层的土壤积温与生物量拟合呈显著的线性关系。【结论】优化管理措施,如通过控制灌溉的时间和量来缓解土壤温度对棉花生长的影响,提高苗期和开花到吐絮期的土壤积温对两熟棉花出苗和吐絮都是有益的。本文以期为不同种植模式的合理配置与管理提供理论依据。

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12. 基于无人机数码图像的机采棉脱叶率监测模型构建
马怡茹,吕新,祁亚琴,张泽,易翔,陈翔宇,鄢天荥,侯彤瑜
棉花学报    2021, 33 (4): 347-359.   DOI: 10.11963/cs20210003
摘要601)   HTML79)    PDF(pc) (4294KB)(106)    收藏

【目的】 脱叶率是评价机采棉脱叶催熟效果的重要依据。以无人机RGB图像为基础数据源,通过从RGB图像中提取14种可见光植被指数,建立快速、准确监测棉花脱叶率的模型,为机采棉适时采收提供理论和技术支持。【方法】 设置不同棉花品种,通过采集不同脱叶剂浓度及喷施时间处理下的棉花脱叶率数据,并利用无人机采集冠层RGB图像,提取可见光植被指数,分析其与棉花脱叶率的相关关系,进而采用一元线性回归(Simple linear regression,SLR)、多元线性回归(Multivariate linear regression,MLR)和偏最小二乘法回归(Partial least square regression,PLSR)构建棉花脱叶率监测模型,并进行模型评价。【结果】 不同处理下的棉花脱叶率有明显差异,脱叶率与不同可见光植被指数存在较好相关性,其中三角形绿度值(Triangular greenness index,TGI)与棉花脱叶率的相关性最高(r=0.81)。建模结果表明,SLR模型中,以TGI指数建模效果最好(决定系数0.66,均方根误差10.44%,相对均方根误差12.87%);MLR模型中,以过蓝指数(Excess blue index,ExB)、绿叶指数(Green leaf index,GLI)、TGI和过绿指数(Excess green index,ExG)4个植被指数组合建立的模型效果最好,其决定系数为0.70,均方根误差为10.26%,相对均方根误差为12.65%。PLSR模型中,以ExB、GLI、TGI、ExG、综合植被指数2和综合植被指数1建立的模型精度更高,其决定系数为0.70,均方根误差为10.02%,相对均方根误差为12.22%。外部验证表明,各模型实测值与预测值间有较好的拟合关系。【结论】 以MLR和PLSR方法建立的模型精度较高,拟合程度较好。从计算量及模型复杂程度角度考虑,通过MLR方法以ExB、GLI、TGI、ExG建立的棉花脱叶率监测模型,能够更好地监测棉花脱叶率。

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13. 转基因棉生长前期不同叶位叶片对甜菜夜蛾种群增长的影响
杨旸,谢修庆,苏宏华,杨益众
棉花学报    2020, 32 (3): 199-207.   DOI: 10.11963/1002-7807.yyyyz.20200512
摘要596)   HTML11)    PDF(pc) (858KB)(63)    收藏

【目的】近年来,棉花成为甜菜夜蛾(Spodoptera exigua Hübner)的主要寄主之一,主要受害部位为叶片。随着转基因棉的推广种植,明确其不同叶位叶片对甜菜夜蛾种群增长的影响对有效防治甜菜夜蛾具有重要意义。【方法】以转cry1A基因棉国抗12(GK12)、转cry1Ac基因棉新棉33B和转cry1A+CpTI基因棉SGK321,以及它们的亲本对照泗棉3号、DP5415和石远321为材料,研究3种不同类型转基因棉生长前期不同叶位叶片对甜菜夜蛾种群增长的影响,并以实验种群生命表形式加以描述。【结果】(1)转基因棉GK12和SGK321对甜菜夜蛾种群增长有一定的抑制作用,尽管随着取食叶位的不同,抑制作用存在一定的差异,但其种群趋势指数均远大于1。(2)取食同一转基因棉花品种不同叶位叶片后,对甜菜夜蛾幼虫至蛹期的死亡率、蛹质量及产卵量虽有一定的影响,但叶位间不存在明显的变化趋势。(3)取食新棉33B和SGK321的甜菜夜蛾种群趋势指数明显低于对应的常规对照棉,而取食国抗12的甜菜夜蛾种群趋势指数与对照品种泗棉3号差异不显。【结论】取食所研究的3类转基因抗虫棉不同叶位叶片后,甜菜夜蛾的种群仍呈增长趋势,应加强转基因棉田甜菜夜蛾的防控。

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14. 不同种植模式棉花产量、种植效益与氮素利用率比较分析
杨长琴,张国伟,王晓婧,刘瑞显,倪万潮
棉花学报    2021, 33 (4): 307-318.   DOI: 10.11963/cs20200082
摘要577)   HTML612)    PDF(pc) (2167KB)(122)    收藏

【目的】 研究长江流域棉区麦棉两熟种植制度下,不同种植模式对棉花产量、种植效益及氮素利用率的影响,为棉花高产高效生产提供依据。【方法】 采用裂区设计,研究麦后棉花不同种植方式(育苗移栽和直播)、品种(中熟和早熟)和氮肥运筹(不施氮和适宜氮肥运筹)对其生育进程、生物量累积与分配、产量、种植效益与氮素利用率的影响。【结果】 与育苗移栽方式相比,直播棉花生育进程快,尤其苗期缩短10~17 d;直播棉花生育中后期生物量和氮素累积量较高,且经济系数均以早熟品种较高。适宜氮肥运筹下,直播早熟品种与移栽中熟品种霜前皮棉产量均较高,且两者间差异不显著。适宜氮肥运筹下,移栽棉花的籽棉产值是直播方式的1.0~1.2倍,总成本是直播方式的1.8~2.0倍,收益仅为直播方式的23.0%~43.1%。氮素效率的结果表明,种植方式对农学利用率和氮素表观利用率的影响大于品种和氮肥运筹,直播方式的氮素农学利用率和表观利用率分别比移栽方式提高40.0%和76.4%(2017年);品种对氮素生产效率的影响大于种植方式与氮肥运筹,早熟品种的氮素生产效率比中熟品种提高45.3%(2017年)。【结论】 长江流域棉区,适宜氮肥运筹下早熟品种麦后直播有利于实现棉花高产稳产、生产总成本低而效益高;其氮素农学利用率、表观利用率和生产效率均较高,是该棉区麦后棉高产高效生产模式。

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15. 棉花光敏雄性不育系psm5的培育及其育性转变规律
苟浩琦,马常凯,张迁,范术丽,马启峰,张朝军
棉花学报    2021, 33 (4): 360-367.   DOI: 10.11963/cs20200025
摘要565)   HTML50)    PDF(pc) (2241KB)(43)    收藏

【目的】 培育棉花新型光敏不育系,获得优良光敏不育系亲本,为棉花育种提供优异亲本材料。【方法】 利用psm4与W10进行杂交,然后自交3代,获得与psm4具有相同光敏不育特性的光敏不育系psm5。研究psm5在不同光照条件下的育性及其转变规律。【结果】 psm5保留了psm4在日照时间大于12.5 h的条件下花药不开裂、不能正常散粉,而在日照时间小于11.5 h的短日照条件下花药可以正常开裂散粉、正常可育的特性。研究psm5在不同光照条件下的育性及其转变规律。【结论】 介绍了光敏雄性核不育新材料psm5的培育过程及其光敏特性,为利用psm5杂交制种提供了可靠的理论基础。psm5psm4育性转变时期发生在开花前12~15 d。psm5psm4一样是典型的孢子体光敏雄性不育系。psm5是隐性光敏核不育系,恢复系范围广,利于配制优势杂交组合,在棉花杂交育种中有良好的应用前景。

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16. 陆地棉REM基因家族全基因组鉴定及表达分析
石荣康,张冬梅,孙正文,刘正文,解美霞,张艳,马峙英,王省芬
棉花学报    2021, 33 (2): 95-111.   DOI: 10.11963/1002-7807.srkwxf.20210113
摘要558)   HTML60)    PDF(pc) (41427KB)(456)    收藏

【目的】 REM (Reproductive meristem)基因家族编码一类转录因子在植物生长发育过程中发挥重要作用,但在棉花中未见报道。【方法】 基于陆地棉基因组数据和公共数据库中的转录组数据,运用生物信息学方法对陆地棉REM基因家族成员进行系统鉴定,并对该基因家族的理化性质、基因结构、组织表达特异性以及胁迫条件下的表达规律等进行分析。【结果】 陆地棉REM基因家族包含79个成员,分布在25条染色体上,可分为5个亚组。每个成员编码的蛋白质至少含有1个B3结构域,大部分定位在细胞核。基因上游2 kb序列中存在激素及胁迫响应等顺式作用元件。组织表达特性分析结果显示,大部分REM基因在胚珠或纤维中的表达量较其他组织更高。逆境胁迫下的表达分析显示,29个基因响应棉花冷、热、盐或干旱胁迫。对6个基因在纤维不同发育时期表达量进行分析,发现这些基因的表达与已发表的转录组数据基本一致。【结论】 明确了REM基因家族在基因组中的分布特征、结构特征以及系统进化特征,根据转录组数据初步揭示了该家族基因在生长发育和抗逆中的功能。

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17. 棉花UGPase基因鉴定与生物信息学分析
张岚,程琦,梁士辰,邓雨潇,潘玉欣
棉花学报    2021, 33 (4): 337-346.   DOI: 10.11963/cs20200065
摘要557)   HTML155)    PDF(pc) (4487KB)(129)    收藏

【目的】 尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(Uridine diphosphate glucose pyrophosphorylase,UGPase)是糖合成代谢途径中的一种重要限速酶,在植物纤维细胞发育中起重要作用,但是关于棉花中UGPase基因的生物信息学研究却很少。本研究采用生物信息学手段鉴定和分析棉花UGPase基因家族特性,为其相关研究提供重要线索。【方法】 以陆地棉、海岛棉、亚洲棉和雷蒙德氏棉4种棉花为主要研究对象,结合藻类、水稻、葡萄、可可、榴莲等19种植物的UGPase基因进行系统进化分析和陆地棉UGPase基因的表达特性分析。【结果】 系统发育分析显示UGPase基因被分为UGPase-A和UGPase-B两大类。保守基序及适应性进化分析显示,UGPase-B类基因在进化中十分保守,UGPase-A类基因在进化中与UGPase-B类基因存在较大差异。棉花、葡萄、可可、榴莲UGPase基因同源性分析显示,棉花中大多数UGPase基因来源于异源四倍体棉花形成之前的基因组加倍事件。UGPase-A类在棉纤维发育起始和伸长期表达量较高,UGPase-B类在营养器官中表达量较高。【结论】 本研究明确了UGPase两类基因的结构、功能与进化,为后续研究奠定基础。

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18. FBP7::iaaM基因陆地棉育种应用初报
程成,李斌,王雅丽,赵楠,苏莹,聂虎帅,华金平
棉花学报    2021, 33 (4): 368-376.   DOI: 10.11963/cs20200060
摘要529)   HTML76)    PDF(pc) (931KB)(45)    收藏

【目的】 研究转FBP7::iaaM基因对不同陆地棉材料纤维产量、品质及种子活力的影响。【方法】 以转FBP7::iaaM基因种质IF1-1为父本,与中棉所12、鄂抗棉9号及其谱系涉及的亲本等27个不同遗传背景陆地棉的品种杂交获得F1,通过分子检测确定阳性植株,考种测定衣分、籽指,取样进行纤维品质检测和种子发芽试验,比较FBP7::iaaM基因效应,评价IF1-1的育种应用价值。【结果】 分子检测确认F1阳性植株,取样考种发现:与陆地棉母本比较,多数包含FBP7::iaaM基因的F1衣分提高(平均提高6.60百分点),籽指降低(平均降低1.8 g);F1纤维品质未表现出明显负效应:部分材料的马克隆值等级提高,纤维上半部平均长度、断裂比强度和断裂伸长率提高。发芽试验结果表明,尽管绝大多数包含FBP7::iaaM基因的F1种子籽指降低,但是发芽率和发芽势基本不变。【结论】 FBP7::iaaM基因转育合适的受体材料可以显著提高衣分,对种子发芽没有不利影响,IF1-1在同步改良棉花纤维品质和产量方面有重要的利用价值。

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19. 龟纹瓢虫生长发育及卵巢与滤泡上皮细胞的研究
皇甫宁博,高雪珂,王丽,朱香镇,张开心,李东阳,姬继超,雒珺瑜,崔金杰
棉花学报    2021, 33 (4): 328-336.   DOI: 10.11963/cs20210021
摘要525)   HTML73)    PDF(pc) (3544KB)(41)    收藏

【目的】 龟纹瓢虫是农田害虫的重要捕食性天敌。明确龟纹瓢虫生长发育、卵子发生和滤泡上皮细胞发育规律对于解决人工扩繁龟纹瓢虫的难题至关重要。【方法】 对龟纹瓢虫生长发育和生殖相关参数进行了测定,并通过细胞核和细胞骨架染色对龟纹瓢虫卵巢小管和滤泡上皮细胞形态进行系统观察。【结果】 (1)龟纹瓢虫1龄、2龄、3龄、4龄幼虫、蛹、雌成虫、雄成虫平均历期分别为1.13 d±0.09 d、1.48 d±0.11 d、1.34 d±0.08 d、2.34 d±0.06 d、2.81 d±0.08 d、51.08 d±1.13 d、48.36 d±1.29 d。在2~3龄幼虫期体长增加最快,4龄幼虫体长达到最长9.32 mm±0.27 mm,成虫体宽达到最宽3.70 mm±0.05 mm;(2)单雌日均产卵量最高为14.42粒±2.36粒,单雌累计产卵量为414粒±41.27粒,最高可达654粒。(3)明确了卵泡和卵母细胞动态变化,并观察到在卵黄沉积期滤泡上皮细胞间隙的形成,主要用于卵母细胞摄取卵黄原蛋白。【结论】 本研究明确了龟纹瓢虫体长、体宽和卵子发生规律、滤泡上皮细胞发育规律,为进一步探索龟纹瓢虫生殖调控分子机制、解决人工扩繁难题提供理论依据。

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20. 陆地棉MADS-box家族基因鉴定及组织特异性表达分析
张爱,王彩香,宿俊吉,张先亮,史春辉,刘娟娟,彭云玲,马雄风
棉花学报    2020, 32 (5): 404-404.   DOI: 10.11963/1002-7807.zamxf.20200831
摘要522)   HTML23)    PDF(pc) (3141KB)(196)    收藏

【目的】 MADS-box蛋白是1种重要的转录因子,参与调控棉花生长发育进程。鉴定分析陆地棉MADS-box家族基因,可为研究其生物学功能奠定基础。【方法】 基于2019年最新组装的陆地棉TM-1参考基因组,通过HMMER 3.0软件鉴定陆地棉Type Ⅰ型及MIKC型MADS-box基因。利用MapInspect、MEGA 7.0、MEME和TBtools软件以及omicshare网站进行染色体定位、多序列比对聚类分析、Motif预测、基因结构鉴定以及组织特异性表达分析。【结果】 从全基因组水平上鉴定出181个陆地棉MADS-box基因(66个Type Ⅰ型和115个MIKC型),染色体定位发现该181个基因在陆地棉26条染色体上均有分布,其中A组染色体上分布有78个基因、D组上分布有103个基因。系统进化分析显示Type Ⅰ型MADS-box蛋白有3个亚家族,MIKC型蛋白包括MIKC*型和含有10个亚家族的MIKCC型;motif预测结果显示所有MADS-box蛋白均含有MADS结构域,基因结构分析结果显示,外显子、内含子结构和长度在各亚家族内具有同一性;组织特异性表达分析发现MADS-box家族基因中有33个在纤维组织中优势表达,103个在花器官中优势表达,41个基因在根茎中优势表达。【结论】 本研究通过生物信息学方法,鉴定并获得了与陆地棉开花调控和纤维发育相关的MADS-box基因,对于揭示棉花纤维品质等重要性状的遗传调控机制及分子育种具有一定的理论意义和应用价值。

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