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。

从转基因抗虫棉南农6号F₁中克隆了一种新的Bt基因表达盒—cry1Aa基因表达盒，与已经测定的我国转基因棉花中的cry1Ac基因和cry1Ab/Ac基因的表达盒序列比较发现，它们在Bt基因与7S UTR的连接区域存在较大差异。根据这个差异区域的序列，设计特异性引物对cry1Aa-F/cry1Aa-R，建立了cry1Aa基因表达盒特异性检测方法。在18份来自江苏省的棉花材料中，有8份材料检测出含有cry1Aa基因表达框。建立的构建特异性检测方法为转基因棉花的Bt基因表达盒的鉴别和转基因谱系分析等提供了有效的技术手段。

本研究从陆地棉中克隆得到GhWRKY4基因，全长cDNA是1281 bp，包含1083 bp的开放阅读框，编码的360个氨基酸属于IIcWRKY转录因子家族。分析GhWRKY4基因结构表明其有三个外显子和两个内含子。GhWRKY4蛋白的亚细胞定位实验表明其定位在洋葱表皮细胞核。实时荧光定量分析结果显示GhWRKY4在棉花的根、茎、叶和花中均有表达。染色体步移得到了GhWRKY4的5’端侧翼序列，生物信息学软件预测表明GhWRKY4包含一系列和胁迫基因调控相关的反式作用元件，表明GhWRKY4参与植物对盐害和冷害胁迫的反应。

陆地棉通过体细胞胚胎发生的农杆菌介导转化体系的主要瓶颈在于：基因型限制、转化周期长、胚胎发生率低、易出现畸形胚等问题。针对这些问题，研究者对传统转化体系的各个环节进行了优化，并在拓展受体基因型、筛选高频再生品（种）系或株系、选择不同的组织或器官做受体和建立新的不依赖于组织培养和基因型限制的农杆菌转化体系等方面进行了探索和研究。

为进一步挖掘利用高品质品系NM03102的优异纤维品质性状的基因，利用陆地棉鲁棉研21作为母本、NM03102为父本构建了F₂和F_2∶3分离群体。通过7892对SSR引物对亲本进行筛选，获得222对多态性引物，进一步对195个F₂ 群体单株分析得到242个标记位点。其中，182个标记位点连锁构建37个连锁群，共覆盖1661.6 cM，每个连锁群平均包含4.9个标记位点，标记间平均相距9.1 cM，其中35个连锁群被定位到了20条染色体上。利用F₂和F_2∶3纤维品质数据，通过复合区间作图法，共检测到20个纤维品质性状QTL。其中，1个纤维强度的QTL和1个纤维整齐度的QTL与已有的报道一致，1个纤维强度的QTL和1个麦克隆值的QTL在两世代中稳定存在，这为标记辅助选择奠定了基础。

以不同农药为主的防治策略对棉铃虫和小菜蛾等农业害虫的控制卓有成效，但易产生害虫抗药性问题。害虫抗药性与细胞色素P450酶系、酯酶、钙粘蛋白等酶或受体的生化与分子机理相关。RNA干扰（RNA interference，简称RNAi）作为分子生物学领域中功能基因及基因组研究的一种强有力工具，已逐渐用于昆虫抗药性相关基因的敲除研究并鉴定其功能。本文围绕RNAi的作用机理及其对昆虫抗药性相关基因的沉默研究展开综述，旨在为农业害虫及其抗药性治理提供新思路与新途径。

阐述了大丽轮枝菌（Verticillium dahliae Kleb）产生的细胞壁降解酶、蛋白酶和毒素在致病中的作用及微菌核形成机制，全面分析了基因组学途径、RNA干涉和农杆菌介导的转化等真菌功能基因组学技术在大丽轮枝菌致病分子机理研究上的进展。

利用ATMT（Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation）技术自建Verticillium dahliae强致病力落叶型菌株T-DNA插入突变体库，共获得5000个转化子；随机挑选1000个转化子进行致病力鉴定，筛选获得5株致病力衰退的突变体。挑选致病力下降最为明显的突变体d1，通过TAIL-PCR技术最终获得一段长3237 bp的DVK1全长cDNA序列，编码1079个氨基酸的蛋白。基于DNA序列比对发现，DVK1基因含有2个内含子，分别为52 bp和36 bp。进一步比对发现T-DNA插入到DVK1基因启始密码上游740 bp的启动子中。通过遗传互补实验d1 恢复了致病性，进一步证明DVK1基因与黄萎菌致病性相关。

RNA编辑是陆生植物叶绿体转录后基因表达调控的一种方式。已有研究表明植物黄化或白化可能与叶绿体RNA编辑有关。本实验采用PCR，RT-PCR及测序的方法，确定棉花芽黄突变体V1子叶与真叶的10个叶绿体蛋白编码基因中各有34个编辑位点，有6个位点存在编辑效率的差异。将这些编辑位点与柯字310比较发现，芽黄突变体多5个编辑位点。运用生物信息学软件对34个编辑位点进行分析，结果表明accD-109, clpP-187, ndhB-50, ndhB-196, ndhD-128, ndhD-225等13个位点会影响相应蛋白二级或三级结构，表明上述编辑位点的改变可能对其蛋白的正确组装及功能的发挥起重要作用。

用基因组扫描的方法，利用棉花9个连锁群上的79个微卫星标记(Simple sequence repeat，SSR)，对收集的204份陆地棉品种（系）组成的品种资源群体进行群体结构和连锁不平衡(Linkage disequilibrium, LD)分析。结果表明：本研究群体可划分为3个群体，其中两个群体分别由3个亚群体组成。群体中，47%的标记位点之间可以观察到显著的LD( P≤0.05)。LD在遗传距离小于120 cM范围内普遍存在。在决定系数r²≤0.05时，LD在0.01单位的平均衰减距离为29.7 cM，在r²≥0.05的条件下能观察到的LD最大遗传距离为31.4 cM，在r²≥0.1时能观察到LD的最大遗传距离缩小到3.4 cM。群体的连锁不平衡状况表明本研究群体可用于重要育种性状的关联分析。

利用根系生态位指数（root ecological niche index , RENI）研究膜下滴灌不同灌溉量下棉花根系分布特征，并将RENI与根系各参数（根干重、根长、根体积、根表面积）相比较，为描述根系分布提供更准确的参数。试验结果表明：（1）RENI与根系各参数有良好的相关性（r²>95%），可以反映棉花根系的分布。灌溉量较少情况下，根体积对RENI的贡献率最大，根干重贡献率最小；充分灌溉条件下，根体积对RENI的贡献率最小，根干重最大。（2）RENI在土壤中呈偏正态分布，0～40 cm土层的RENI占总RENI的86.8%。（3）膜间裸地的根系分布主要受棉花生物学因素的影响，距离棉株越近，根系分布越多。

采用高盐、低pH值法提取雷蒙德氏棉叶绿体DNA；通过物理剪切法获得随机断裂的DNA片段；剪切片段末端、补平修饰后与pCC1FOS载体连接；用噬菌体包装蛋白包装重组DNA，侵染大肠杆菌EPI300，构建了雷蒙德氏棉叶绿体基因组文库。对于叶绿体DNA剪切，以1 mL注射器中等速度吸打18次为最佳参数。叶绿体基因组Fosmid文库滴度为1×10⁴ cfu·mL^-1，插入片段大小平均为38 kb，最终筛选出39个克隆用于后续研究，覆盖叶绿体基因组9.2倍。以叶绿体特异标记筛选出能够覆盖雷蒙德氏棉叶绿体全基因组的6个克隆：F66，F46，F28，F8，F55和F3，为基因组结构和功能基因分析提供了良好的基础。

研究了新疆连作、轮作棉田土壤可培养微生物区系及活性变化。结果表明，棉花多年连作造成土壤中可培养微生物数量减少，连作6～8年、9～12年、大于13年的棉田与连作小于5年的棉田相比，土壤微生物总量分别下降了40.2%，46.7%，52.4%。连作超过5年后，土壤微生物菌群结构逐渐从高肥的“细菌型”向低肥的“真菌型”转化，细菌/真菌（B/F）和放线菌/真菌（A/F）比值均降低，拮抗菌减少，病原菌积累。氮素生理群氨化细菌、硝化细菌、好气性自生固氮菌数量下降，反硝化细菌数量增加。连作还导致土壤呼吸强度、纤维素分解强度下降，微生物活性降低。连作棉田与草木樨、番茄、春麦、玉米倒茬轮作能使土壤微生物数量明显增长，有益于调节菌群平衡， 提高微生物活性，固氮菌数量呈现显著增长。不同轮作作物的效应不同，以草木樨、番茄的效应更为突出。

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 (Phosphoenolpyruvate carboxylase)对植物生理功能行使重要的调节作用。本研究根据NCBI已公布的EST序列利用RACE和genome walking技术从海岛棉品种7124中克隆了一个新的pepc基因，命名为Gb.pepc3。该序列全长3259 bp，含有一个2910 bp的开放阅读框，编码969个氨基酸，推测分子量为110.7 kd，等电点为6.08 I。对Gb.pepc3蛋白的同源性比对和系统进化树分析显示，Gb.pepc3与已报道的其他植物的pepc相似性很高，属于C₃型pepc。荧光定量PCR结果显示Gb.pepc3在棉花各组织中广泛存在，其中在胚中表达量最高，在纤维中表达量较低。在棉花发育各个阶段Gb.pepc3表达量不同，海岛棉在开花后15天Gb.pepc3表达量达到高峰期，而陆地棉开花后20天Gb.pepc3表达量达到高峰期。海岛棉和陆地棉间表达量差异明显。

利用简并引物扩增、染色体步移以及RT-PCR的方法，分离了棉花的一个类受体蛋白激酶基因的全长序列。序列分析表明，该基因没有内含子，开放读码框的长度为2964 bp，编码的多肽序列含有988个氨基酸并与拟南芥控制花器官脱落的基因HAESA-like2具有60%左右的相似性，将该基因命名为GRLK5。半定量RT-PCR分析发现GRLK5在种子、茎皮、根和纤维中的表达量较高，并且受ABA的诱导表达。将GRLK5整合到植物表达载体pCAMBIA2301中，构建植物过量表达载体，通过农杆菌介导，采用叶盘法转化烟草，PCR检测证明目的基因已经整合到烟草基因组中。

选取在湘杂棉系列品种间表现出多态性稳定的部分SSR引物，基于其扩增片段大小的不同来组合引物，进行棉花多重PCR扩增。结果表明，在与单一PCR扩增相同反应条件下，仅根据扩增片段大小不同的原则，可使80%的两重PCR组合获得正常扩增。利用两重PCR组合正常扩增的引物进行三重、四重PCR反应时，均可获得正常扩增的产物，在此基础上提出棉花上简化的多重PCR优化程序。并将多重PCR技术应用于杂交棉种子纯度检测，清楚地鉴定出母本种子混杂和其它杂交棉种子的混杂，从而为棉花杂交种的快速准确鉴定奠定了技术基础。

采用人工病圃、重病田及苗期室内鉴定相结合的方法，研究了转双价（Chi+Glu）基因的棉花株系61217-1对棉花黄萎病的抗性。结果表明，转基因棉花株系61217-1在人工病圃连续3年达抗病水平，病指极显著低于其受体中棉所24。2009年该转基因株系在河南安阳、江苏大丰及新疆石河子棉花黄萎病重病田的病指分别为18.7、18.1和16.7，均极显著低于受体中棉所24的病指。该转基因株系对来自河北、湖北、新疆的3个强致病力落叶型菌株均达抗病水平，病指分别为16.4、16.8和15.6，也极显著低于受体中棉所24的病指。表明转双价（Chi+Glu）基因的棉花株系61217-1具有优异稳定的抗黄萎病性。

设置交替隔沟灌、常规沟灌和固定隔沟灌方式，施氮量和灌水量采用二次通用旋转组合设计进行试验，研究水、氮调控对沟灌棉花产量、水分利用效率的影响。结果表明：棉花产量与施氮量在56.2～95.2 kg·hm^-2范围内呈显著正相关，与灌水量在37.52～160.00 mm范围内呈显著正相关。相同水、氮处理下交替隔沟灌与常规沟灌相比棉花产量差异不显著，常规沟灌棉花产量平均比固定隔沟灌高9.15%；棉花水分利用率与施N量在56.2～122.8 kg·hm^-2范围内呈显著正相关，与灌水量在37.52～160.00 mm范围呈显著负相关。相同水、氮处理下常规沟灌与交替隔沟灌相比水分利用效率差异不显著，常规沟灌的水分利用效率平均比固定隔沟灌高9.01%。因此，交替隔沟灌能够有效提高棉花产量和水分利用效率。

GZFP是来源于陆地棉的一个SUPERMAN类锌指蛋白基因。为了进一步了解该基因功能，本研究通过染色体步移（Genome walking）获得其启动子区域，并构建该片段与GUS连接的重组载体pBI-pGZFP-5::GUS，通过花浸染法转化拟南芥。转基因植株的GUS染色结果表明GUS基因主要在根部以及花器官表达，而叶片中的表达量很低，并且根部的表达量在整个生育期都很强。通过半定量RT-PCR分析不同诱导下GZFP基因的表达变化，发现ABA、干旱、盐胁迫诱导可以提高其表达量。构建GZFP过量表达载体并通过叶盘法转化烟草，烟草转化株的表型无明显变化，但是转化株中NtOPBP1和NtERD10的表达量较未转化株明显增强，而这两个基因都参与了植物的抗逆反应，说明GZFP基因可能与植物抗逆相关。

以陆地棉品种中棉所49号为材料，于2008－2010年在新疆阿克苏市开展了化学打顶和人工打顶的田间对比试验，研究了2种打顶方式下棉花农艺性状、冠层特征、棉铃空间分布、产量性状及纤维品质的异同点。结果表明，化学打顶后棉株高于人工打顶，但株宽、果枝长及叶枝长显著低于人工打顶，因而株型更紧凑、见絮期冠层透光性好。化学打顶棉花上部果枝结铃数和内围铃数略高于人工打顶，铃重与人工打顶的相当，衣分略有降低，子棉和皮棉产量与人工打顶相当且有增产潜力，对综合纤维品质无显著影响。