【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。

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】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】Na₂SO₄胁迫作为新疆棉田主要的盐胁迫类型，严重制约新疆棉花生产。本研究旨在探究Na₂SO₄胁迫对棉花代谢的影响，研究棉花耐受Na₂SO₄胁迫的代谢机制。【方法】设置对照（CK）和硫酸盐胁迫（SS）2个处理，通过代谢组学分析硫酸盐胁迫下棉花根和叶中代谢物含量的变化并鉴定相应的代谢通路。【结果】中度硫酸盐胁迫显著抑制棉花生长，与CK相比，SS处理的叶、茎、根生物量和总生物量分别降低46.9%、50.9%、43.0%和47.9%。硫酸盐胁迫下根中有机酸42种上调、10种下调，氨基酸及其衍生物32种上调、16种下调，糖类有23种上调、1种下调；叶中有机酸有37种上调、7种下调；氨基酸及其衍生物16种上调、17种下调；糖类16种上调、4种下调。在根中共筛选出30条差异代谢通路，主要包括9条氨基酸代谢通路、7条有机酸代谢通路和7条糖类代谢通路；在叶中共筛选出17条差异代谢通路，主要包括7条氨基酸代谢通路、4条有机酸代谢通路和3条糖类代谢通路。【结论】在盐胁迫下，棉花的根和叶中积累有机酸、糖类和醇类等小分子有机物；同时，叶片中的柠檬酸、琥珀酸、丙酮酸和亚油酸等上调说明三羧酸循环和β-氧化途径代谢增强，根中柠檬酸、琥珀酸和丙酮酸等上调说明三羧酸循环增强。研究揭示了棉花对Na₂SO₄胁迫的反应机制，为提高新疆棉花在盐胁迫条件下的栽培技术提供一定的理论基础。

【目的】利用海岛棉渐渗系挖掘与产量和纤维品质性状相关的优异基因/数量性状位点（quantitative trait loci, QTL），为培育高产且纤维品质优异的棉花品种提供有用的信息。【方法】利用优异陆海渐渗系材料MBI9626与高产、适应性广的陆地棉品种中棉所36构建了包含152个单株的BC₆F₂次级分离群体，以筛选的109个简单重复序列（simple sequence repeat, SSR）标记检测亲本和群体的基因型，结合多年多代的表型数据，定位产量和纤维品质性状的QTL。【结果】基因型分析表明，MBI9626中中棉所36背景的比例为94.8%。在BC₆F₂、BC₆F_2:3和BC₆F_2:4群体中共检测到28个与产量、纤维品质性状相关的QTL，分布在6条染色体上。其中：产量相关的QTL有16个，解释2.25%~6.14%的表型变异，包括6个多年多环境稳定的QTL；纤维品质相关的QTL有12个，解释2.49%~12.30%的表型变异，包括2个多年多环境稳定的QTL。新检测到19个QTL，包括多环境稳定的5个。在D3染色体上鉴定到1个包含6个QTL的QTL簇，该区间包含233个基因，通过基因本体（gene ontology, GO）聚类和KEGG（Kyoto encyclopedia of genes and genomes）通路富集分析，并结合TM-1的转录组数据，筛选出6个可能与纤维发育相关的基因：GH_D03G1428、GH_D03G1466、GH_D03G1518、GH_D03G1570、GH_D03G1586和GH_D03G1640。【结论】本研究检测到28个与棉花产量、纤维品质相关的QTL，为进一步精细定位、候选基因克隆和分子标记辅助选择奠定基础。

【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。

【目的】 研究陆地棉DEAD-box RNA解旋酶基因GhRH39在叶片发育中的功能。【方法】 借助生物信息学方法分析GhRH39的基因结构和进化关系,利用实时定量聚合酶链反应PCR（Quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR）分析该基因在棉花不同组织和叶片不同发育时期的表达情况,利用病毒诱导的基因沉默（Virus-induced gene silencing, VIGS）技术对该基因进行沉默。观察阳性植株表型,检测其光合色素含量变化,对阳性植株中叶绿体发育和光合色素合成相关基因进行表达量检测。【结果】 GhRH39编码620个氨基酸,且序列较为保守。qRT-PCR分析表明,该基因在根、茎、叶片、顶芽、花瓣、纤维中均有表达,在叶片中表达量较高,且在叶片中的表达量随着叶片发育进程而变化。利用VIGS技术成功降低了GhRH39的表达水平,基因沉默的阳性棉株出现失绿表型,叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素3种光合色素含量均降低。阳性沉默棉株的叶绿体发育和光合色素合成相关基因表达量出现一定程度的下降。【结论】 GhRH39基因影响棉花叶绿素和类胡萝卜素合成,同时影响叶绿体发育过程。

【目的】研究黄河流域棉区机采模式下麦棉配置方式对麦棉产量和棉花早熟性的影响，为麦棉配置方式下的全程机械化管理提供技术支撑。【方法】在76 cm机采棉标准行距的麦棉两熟制下，在河南安阳开展了2年田间试验（2017/2018和2018/2019年度），采用中棉所79和中棉所50，设置W2C1（2行小麦1行棉花）、W3C1（3行小麦1行棉花）和W6C2（6行小麦2行棉花）3种麦棉配置方式，比较和分析了小麦和棉花产量及其构成因素、小麦边行效应，以及棉花生物量，伏前桃、伏桃、秋桃比例，霜前花率和纤维品质主要指标等。【结果】W3C1的小麦产量显著高于W2C1和W6C2，分别高16.2%~43.3%和28.4%~52.3%；有效穗数分别高出29.2%~47.5%和34.9%~53.6%，差异达到显著水平；但W3C1小麦边行与内行的产量（2019年）、单位面积有效穗数（2018年）等指标的差异均显著低于W6C2。不同配置方式间棉花纤维长度、断裂比强度和马克隆值等指标差异均不显著。2年试验中，中棉所50的籽棉产量和收获指数在3种配置方式间均无显著差异，但中棉所79在W3C1下收获指数低于W6C2和W2C1。W3C1配置下，中棉所50较中棉所79节枝比低，生殖生长快，伏桃占比高，壳铃比低，收获指数高，霜前花率高出38.7~54.2百分点；该配置的土地当量比达1.689~1.697，显著高于其他配置方式。【结论】黄河流域麦棉两熟模式下采用W3C1配置与短季棉中棉所50搭配，麦棉系统的土地当量比高，棉花霜前花率高，小麦群体一致性好，增产显著；该配置方式有助于提高麦棉机械化管理水平和种植效益。

【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。

【目的】在苗期筛选提高棉花耐高温能力的植物生长调节剂及其适宜浓度，并明确其在棉花花铃期对高温胁迫的缓解效应。【方法】以中棉425为供试品种，设置常温（平均温度为28 ℃，最高温、最低温分别为32 ℃、24 ℃）和高温（平均温度为38 ℃，最高温、最低温分别为42 ℃、34 ℃）2种温度处理；苗期设置清水对照，200、400、600 μmol·L^-1 1-甲基环丙烯（1-methylcyclopropene, 1-MCP），0.01、0.02、0.05 μmol·L^-1冠菌素（coronatine, COR）和0.5、1.0、2.0 μmol·L^-1 2, 4-表油菜素内酯（2, 4-epibrassinolide, EBR）喷施处理；花铃期设置清水对照和400 μmol·L^-1 1-MCP喷施处理。探究常温和高温处理下，不同生长调节剂对棉花干物质质量、叶片光合特性、叶绿素含量、抗氧化酶活性、产量及纤维品质等的影响。【结果】适宜浓度的3种植物生长调节剂均能在一定程度上提高棉花的耐高温能力。苗期高温胁迫下，与清水处理相比，喷施400 μmol·L^-1 1-MCP可显著提高棉花地上部及地下部的干物质质量，提高新展开叶的净光合速率、叶绿素a和叶绿素b的含量、抗氧化酶（超氧化物歧化酶、过氧化物酶、谷胱甘肽过氧化物酶和抗坏血酸过氧化物酶）活性，降低丙二醛含量。主成分分析表明400 μmol·L^-1 1-MCP可有效提高棉花的耐高温能力。此外，花铃期高温胁迫下，与喷施清水相比，喷施400 μmol·L^-1 1-MCP能显著提高棉铃对位叶的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，提高棉花单株结铃数、铃重、单株籽棉产量及纤维品质。【结论】400 μmol·L^-1 1-MCP能通过提高棉花叶片叶绿素含量、光合能力和抗氧化酶活性，减少丙二醛等有害物质的积累，从而增强棉花耐高温能力，在一定程度上提高棉花产量和纤维品质。

【目的】组蛋白去乙酰化酶（Histone deacetylases,HDAC）在植物发育及抗病应答中发挥重要作用,本研究旨在鉴定棉花HDAC基因家族成员并对其在黄萎病抗性中的作用进行分析。【方法】利用生物信息学方法对棉花基因组中HDAC基因家族成员进行鉴定,并对其理化性质、系统发育关系、基因结构进行系统分析。利用实时荧光定量聚合酶链式反应分析了黄萎病菌诱导下瑟伯氏棉HADC基因的表达模式。【结果】陆地棉、亚洲棉和瑟伯氏棉基因组中分别包括30、15和13个HDAC基因。棉花HDAC分为RPD3/HDA1、HD2和SIR2三个亚族,同一亚族成员间具有相似的基因结构和保守基序。棉花HDACs基因启动子中含有大量的激素应答、胁迫响应以及植物生长发育相关的顺式作用元件。瑟伯氏棉GthHDAC基因响应乙烯、水杨酸和茉莉酸的诱导;在黄萎病菌胁迫下,多数GthHDAC基因上调表达,表明该基因家族可能通过乙烯/茉莉酸和水杨酸等信号通路调控棉花黄萎病抗性。【结论】本研究从全基因组水平上鉴定了亚洲棉、陆地棉和瑟伯氏棉中58个HDAC家族基因,并明确了瑟伯氏棉HDAC家族成员在黄萎病菌胁迫下的表达模式。黄萎病菌处理后,大部分GthHDAC基因在叶片中上调表达,并且受到乙烯、水杨酸和茉莉酸的诱导。

【目的】研究植物生长延缓剂甲哌鎓 （Mepiquat chloride,MC/DPC）提高棉花幼苗耐旱性的调控机制。【方法】本研究以陆地棉品种中棉所41为供试材料,设CK-Ctrl（正常供水+喷施清水）、CK-DPC（正常供水+喷施30 mg·L^-1 DPC）、DS-Ctrl（干旱+喷施清水）和DS-DPC（干旱+喷施30 mg·L^-1 DPC）共4个处理。于2叶期叶面喷施DPC或清水,5 d后进行控水干旱处理,以正常供水为对照。【结果】正常供水条件下,叶面喷施DPC对叶片相对含水量、总叶绿素含量、净光合速率和水分利用率均无显著影响。干旱胁迫条件下,叶面喷施DPC可显著增加叶片中脯氨酸的积累、叶片相对含水量;DPC处理的叶片气孔导度和蒸腾速率虽呈增加趋势,但因净光合速率的显著提高最终增加了水分利用率。此外,DPC处理还可促进叶片可溶性蛋白的积累以抵御干旱胁迫。【结论】叶面喷施DPC可显著提高干旱胁迫条件下棉花幼苗的相对含水量、净光合速率和水分利用率,通过调节水分平衡和光合性能增强棉花抵御干旱胁迫的能力。

【目的】研究陆地棉类受体激酶GhCRPK1（Cold-responsive protein kinase 1,CRPK1）在棉花纤维发育中的功能。【方法】以陆地棉全基因组关联分析（Genome-wide association study,GWAS）数据及陆地棉纤维发育不同时期的表达数据,筛选到GhCRPK1在棉花纤维起始期优势表达,通过基因克隆、亚细胞定位等方法研究了GhCRPK1的功能,对过表达GhCRPK1的拟南芥及突变体crpk1的表皮毛长度和密度进行观察统计,利用酵母双杂交筛选与GhCRPK1相互作用的蛋白。【结果】GhCRPK1基因全长为4 594 bp,开放阅读框长度为1 047 bp,编码348个氨基酸,在开花当天到开花后3 d持续优势表达,编码产物定位在细胞膜上。GhCRPK1在拟南芥中异源表达后可促进表皮毛的伸长;拟南芥中同源基因突变后,表皮毛变短。酵母双杂交实验发现,GhCRPK1与热激蛋白Gh_D08G0057相互作用。【结论】GhCRPK1在棉花纤维发育起始时期优势表达,定位在细胞膜上,在拟南芥中异源表达后调控拟南芥表皮毛的伸长。

【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】亏缺灌溉是节水农业的一种有效灌溉方式。定量分析亏缺灌溉对我国棉花产量及灌溉水分生产力的影响，为亏缺灌溉在我国进一步推广应用提供参考。【方法】整合2010―2022年已发表的53篇文献，采用元分析方法，定量评估亏缺灌溉条件下不同因素对中国棉花产量和灌溉水分生产力的影响特征。【结果】与充分灌溉相比，亏缺灌溉下籽棉产量平均降低16.2%，而灌溉水分生产力平均增加32.2%。亚组分析表明，在亏缺灌溉条件下我国西北内陆棉区的灌溉水分生产力提升最高，其中新疆地区的减产幅度较小效果最好；降水量相对较少的地区及大田栽培条件下能更有效地利用亏缺灌溉的水分；年平均气温≥10 ℃的地区，采用干播湿出，适当增加灌溉次数能够有效降低亏缺灌溉导致的减产风险；土壤容重<1.5 kg·cm^-3的土壤条件下，亏缺灌溉棉花的减产风险低于高容重的土壤环境；在灌水量为充分灌溉的80%~100%，氮、磷和钾施用量分别为200~300 kg·hm^-2、150~200 kg·hm^-2和100~150 kg·hm^-2的条件下能够有效促进水分利用且降低减产风险。【结论】建议在我国温度相对较高的西北干旱地区，采用干播湿出的棉花种植方式以节水稳产，实施轻度亏缺灌溉，适当增加灌水次数，适量施肥，降低亏缺灌溉对棉花生产的影响。

【目的】本研究旨在对棉花黄色、乳白色和白色花瓣中类黄酮类代谢物质成分及差异进行分析,为进一步研究棉花花瓣颜色的形成机制和花瓣色素的利用提供一定的理论基础。【方法】用超高效液相色谱-串联质谱检测平台和Analyst 1.6.3软件对海7124（黄色花）、TM-1（乳白色花）和石系亚1号（白色花）3种花瓣中的类黄酮物质进行检测和分析;然后使用多元统计分析方法对检测到的类黄酮类代谢物数据进行分析,筛选差异代谢物;最后利用KEGG网站结合K-means分析对差异代谢物参与的合成途径进行分析。【结果】3种棉花花瓣材料中共检测到184种类黄酮类代谢物,其中黄酮醇类代谢物（76种,占41.30%）和黄酮类代谢物（51种,占27.72%）居多;差异代谢物171种,显著富集在黄酮和黄酮醇的生物合成途径及类黄酮的生物合成途径。通过对黄色、乳白色、白色花瓣进行类黄酮类代谢物分析,发现差异代谢物含量呈升高趋势和降低趋势的物质各15种,其中被注释到KEGG通路上的有5种：在黄酮和黄酮醇的生物合成途径上,金圣草黄素、紫云英苷和芦丁含量均升高;在类黄酮的生物合成途径上,香橙素和表儿茶素含量升高,异杞柳苷含量降低。【结论】通过分析发现3种棉花材料中存在的类黄酮类差异代谢物主要参与黄酮和黄酮醇的生物合成途径及类黄酮的生物合成途径;属于查耳酮类的异杞柳苷在黄色、乳白色、白色花瓣中的含量逐渐减少,推测该物质与棉花花瓣的黄色相关。

【目的】通过对陆地棉酰基辅酶A氧化酶（acyl coenzyme A oxidase, ACX）基因家族进行鉴定和表达分析,为后续研究ACX基因的功能奠定基础。【方法】采用生物信息学方法对陆地棉基因组中ACX基因家族成员进行鉴定,并系统分析其理化性质、基因结构、进化关系、基因复制、启动子区顺式作用元件和表达模式等。利用病毒诱导的基因沉默技术初步探究GhACX16基因的功能。【结果】陆地棉基因组中鉴定到20个ACX基因,分布在13条染色体上,聚类分析将其分为4个亚族。非同义突变率/同义突变率（K_a/K_s）分析结果表明陆地棉ACX家族基因经历了较强烈的纯化选择。ACX基因的启动子区含有热应激、干旱、植物激素响应等相关的顺式作用元件。非生物胁迫下的表达模式分析结果显示,陆地棉ACX基因明显响应高温、低温、盐和模拟干旱胁迫;分析高温胁迫下耐高温与高温敏感棉花材料不同发育时期的花药中ACX基因的表达模式,发现GhACX5和GhACX16基因的表达量变化明显。与阴性对照相比,高温胁迫下GhACX16基因沉默的棉苗表现出明显的耐高温特征,且叶片中脯氨酸含量、叶绿素含量和过氧化氢酶活性显著升高,而丙二醛含量显著降低。【结论】陆地棉ACX基因的鉴定及表达模式分析表明,ACX基因广泛参与非生物胁迫响应;经基因沉默试验和生理生化分析初步推测其中的GhACX16基因可能在高温胁迫响应中发挥重要的功能。

【目的】研究丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi, AMF）接种对砷胁迫下棉花光合特性及其叶肉细胞超微结构的影响。【方法】以棉花种质大铃棉69号为供试材料,通过盆栽试验,将根内根孢囊霉（Rhizophagus intraradices）和摩西斗管囊霉（Funneliformis mosseae）2种AMF分别接种于棉花根部,探究在不同土壤砷浓度（0、100、200 mg·kg^-1）条件下AMF对棉花气孔形态特征、气体交换参数、叶绿素荧光参数和叶肉细胞超微结构的影响。【结果】（1）砷胁迫显著降低了棉花叶片气孔的长度、宽度、密度、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO₂浓度与净光合速率,同时显著影响了叶绿素荧光参数。不同砷浓度下,与对照处理相比,AMF接种能增加叶片气孔的长度、宽度、开度、密度及导度,显著提高净光合速率、胞间CO₂浓度、蒸腾速率、实际光合效率、最大光化学量子产量和光化学淬灭系数,降低了非光化学淬灭系数。100、200 mg·kg^-1砷浓度下,摩西斗管囊霉处理的净光合速率和实际光合效率均显著高于根内根孢囊霉处理。（2）砷胁迫导致叶绿体逐渐肿胀,整体结构遭破坏,基粒类囊体排列紊乱且分布不均;线粒体内嵴排列松散变形,部分线粒体结构内部出现空洞,双层膜结构模糊。砷胁迫下,AMF接种处理的棉花叶肉细胞内叶绿体基粒片层清晰可见、线粒体内嵴结构排列较紧密,受砷损伤程度明显降低;摩西斗管囊霉的缓解作用更强。【结论】砷胁迫下,接种根内根孢囊霉和摩西斗管囊霉能显著提高棉花净光合速率和光能利用效率,增强其棉花光合能力,减轻砷对叶肉细胞超微结构的损伤。且摩西斗管囊霉的接种效果更佳。