棉纤维加厚发育生理特性的基因型差异及对纤维比强度的影响

选择3类棉纤维比强度差异明显的品种,于2004—2005年在江苏南京(长江流域下游棉区)研究棉纤维加厚发育过程中主要生理特性的基因型差异及对纤维比强度的影响,为探索改善棉纤维比强度的生理调控途径提供理论依据。结果表明,高纤维比强度基因型(科棉1号)棉纤维中可溶性糖转化多,进入纤维次生壁加厚发育期的β-1,3-葡聚糖含量峰值高,纤维素合成关键酶(蔗糖合成酶和β-1,3-葡聚糖酶)活性增强快、峰值高,纤维素累积速率平缓且快速累积期长;而较低纤维比强度基因型(苏棉15和德夏棉1号)的棉纤维加厚发育生理特征与此相反;中等棉纤维比强度基因型(美棉33B)则介于上述两者之间。与纤维素生物合成相关的物质和关键酶活性变化的基因型差异是造成纤维素累积速率及纤维比强度差异的主要生理原因之一。此外,β-1,3-葡聚糖含量的剧增可作为棉纤维进入次生壁加厚发育阶段的一个重要特征。

棉株生理年龄对纤维加厚发育及纤维比强度形成的影响

【目的】研究棉株生理年龄对棉纤维加厚发育及纤维比强度形成的影响。【方法】通过设置播期试验使位于棉株不同部位的棉花“三桃”(伏桃、早秋桃和晚秋桃)的棉纤维加厚发育期(铃龄25～50d)处于相同的温度条件下(统计伏桃、早秋桃和晚秋桃棉纤维加厚发育期日均温分别为22.0、19.4和15.3℃)。【结果】棉花“三桃”的棉纤维加厚发育及纤维比强度受温度和棉株生理年龄的双重影响,棉株生理年龄是影响伏桃、早秋桃棉纤维加厚发育的主要因子,对棉株上部果枝的伏桃和下部果枝的早秋桃棉纤维加厚发育具有显著影响,铃重、衣分和纤维比强度均明显低于其他部位;棉纤维加厚发育期低温则是影响晚秋桃棉纤维加厚发育及纤维比强度的首要因子。在本试验15.3℃的温度条件下,棉纤维蔗糖合成酶活性显著降低,β-1,3-葡聚糖酶活性显著升高,同时纤维素累积量和累积速率均显著降低,棉花铃重低于2g,纤维比强度低于20CN·tex-1。【结论】棉株生理年龄对伏桃、早秋桃和晚秋桃纤维比强度的影响作用依次增强。

棉纤维加厚发育期间纤维素生物合成研究进展

棉纤维加厚发育期纤维素的沉积影响纤维强度的形成,本文综述了棉纤维加厚发育期间纤维素生物合成过程中的物质变化、酶促作用,以及影响棉纤维素生物合成的因素。利用生理或分子生物学手段,研究纤维素生物合成的生理基础及其酶活性调节水平的基因表达特征,可以揭示棉纤维强度的形成机制,为进一步探索改善纤维强度的生理调控途径和运用分子手段培育高强纤维品种提供理论依据。

棉花季节桃加厚发育生理特性的差异及与纤维比强度的关系

选用3类棉纤维比强度差异明显的4个棉花品种,研究棉花伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃纤维加厚发育过程中主要生理特征的差异及与纤维比强度的关系。结果表明,棉花季节桃纤维加厚发育过程中物质转化特征和相关酶活性存在较大差异,最终导致纤维比强度差异的形成,且季节桃间的差异在各类品种内表现一致。伏前桃和伏桃纤维加厚发育处于较为适宜的温度条件（铃龄10-50d日均温26.0-28.5℃）和棉株生理年龄（3-9果枝）下,纤维素合成相关酶活性越高,相关物质转化越多,纤维素快增持续期长,纤维素累积速率平缓,越利于高强纤维的形成。早秋桃纤维发育后期温度条件较伏前桃差且棉株开始衰老,但其纤维合成相关物质转化率高,纤维素累积特征优于伏前桃,最终纤维强度高于伏前桃;随着铃龄10-50d日均温降至20℃以下和棉株进一步的衰老（16果枝以上）,晚秋桃纤维素快速累积期延长,相关物质转化率降低,纤维累积速率过慢,纤维细胞发育迟缓,造成最终纤维比强度较低。

温度与棉株生理年龄的协同效应对棉纤维发育的影响

通过设置播期试验，使位于棉株不同果枝果节部位棉铃的纤维加厚发育期（铃龄25～50d）处于不同温度条件下，研究温度与棉株生理年龄对棉纤维加厚发育及纤维比强度的影响。结果表明，温度与棉株生理年龄的影响存在互作效应，铃龄25～50d日均温26℃左右时，棉株中部（7～9果枝）铃纤维蔗糖合成酶活性最高，β-1，3-葡聚糖酶活性最低，纤维素的累积量和累积速率最高，纤维超分子结构取向参数最小，纤维比强度最大；铃龄25～50d日均温低于20℃时，温度是影响棉纤维加厚发育及纤维比强度的首要因子，当铃龄25～50d13均温低于16．0℃时，蔗糖合成酶、β-1，3-葡聚糖酶活性很快稳定到一个极值水平，纤维素累积量和累积速率极低，纤维超分子结构取向参数显著变大，纤维比强度显著下降，棉株生理年龄对纤维比强度的影响很小。

棉纤维次生壁加厚期的研究进展

棉纤维是胚珠表皮细胞经分化起始、伸长、次生壁增厚和脱水成熟而形成的单细胞纤维,棉纤维细胞次生壁增厚决定棉纤维强度。利用生理或分子生物学手段,研究次生壁增厚时期的生理基础及其相关基因的表达特征,可以揭示棉纤维强度的形成机制,为进一步探索改善纤维强度的生理调控途径和运用分子手段培育高强纤维品种提供理论依据。

低温对棉纤维比强度形成的生理机制影响

通过设置播期试验使棉纤维加厚发育过程（铃龄25，50d）处于不同的温度条件下，研究低温对棉花纤维比强度形成的内在生理机制影响，为采取调控措施解决目前棉花（Gossypium）生产中存在的晚熟劣质问题提供理论依据。两年试验结果表明：棉纤维加厚发育期24．0℃左右的日均温是高强纤维形成的最佳温度，其内在生理机制表现为棉纤维蔗糖合成酶活性最高，β-1，3-葡聚糖酶活性最低，纤维素的累积量和累积速率均明显高于其它低温条件，纤维超分子结构取向参数角较小，处于优化状态，最终表现为纤维比强度亦最大；低于21．0℃时即对棉纤维加厚发育相关酶活性产生明显影响，纤维比强度降低。当温度降到15．0℃左右时，棉纤维蔗糖合成酶活性显著降低，而β-1，3-葡聚糖酶活性显著升高，同时纤维素累积量和累积速率均显著降低，纤维超分子结构取向参数角明显宽化，棉纤维不能正常发育，不利于高强纤维的形成（铃重仅为3．22g，纤维比强度仅为15．73cN·tex^-1）。