靶向敲除棉花GhAGL16高效sgRNA的筛选

【目的】AGL16是棉花MADS-box基因家族中一个重要的转录负调控因子,在抵御干旱和盐胁迫过程中发挥着重要作用。利用病毒介导的基因编辑技术(virus-induced gene editing,VIGE)筛选靶向敲除棉花GhAGL16的sgRNAs,并验证这些sgRNAs的特异性,为定向创制棉花agl16突变体奠定重要基础。【方法】根据在棉花YZ-1中A亚组和D亚组上实际克隆GhAGL16的基因组序列,预测了3个能靶向敲除GhAGL16的sgRNAs;基于棉花叶皱缩病毒(cotton leaf crumple virus,CLCrV)介导的VIGE系统,构建3个CLCrV-AtU6-26::GhAGL16-sgRNAs表达载体;利用qPCR检测Cas9超表达(Cas9 over-expression,Cas9-OE)植株中Cas9的表达量,确定Cas9是否稳定遗传表达;将3个CLCrV-AtU6-26::GhAGL16-sgRNAs表达载体分别转化Cas9-OE棉花子叶,并通过PCR/RE方法检测3个靶点的突变情况;利用生物信息学方法分析3个GhAGL16-sgRNAs的二级结构;对突变植株进行Hi-TOM高通量测序,明确基因编辑效率。同时,对转化GhAGL16-sgRNA2的突变植株进行脱靶率鉴定,检测基因编辑的特异性。【结果】成功构建了3个能同时靶向敲除GhAGL16-A亚组和GhAGL16-D亚组序列的sgRNAs。对不同Cas9-OE植株中Cas9表达量检测结果表明,Cas9在不同Cas9-OE棉株中稳定表达。用3个CLCrV-AtU6-26::GhAGL16-sgRNAs表达载体转化Cas9-OE棉花子叶,PCR/RE突变检测结果表明,GhAGL16-sgRNA2可有效用于GhAGL16的靶向敲除,在棉花A亚组和D亚组靶位点上出现了不同碱基缺失的突变类型,而GhAGL16-sgRNA1和GhAGL16-sgRNA3是2个无效sgRNA。3个GhAGL16-sgRNAs的二级结构分析结果表明,GhAGL16-sgRNA1和GhAGL16-sgRNA3可能存在引导序列容易与其他序列发生配对并且不易解链的现象,干扰了引导序列对目标位点的识别,导致sgRNA无效。进一步量化GhAGL16-sgRNA2对GhAGL16的编辑效率,对每一株转化CLCrV-AtU6-26::GhAGL16-sgRNA2的Cas9-OE植株突变检测结果表明,在转化的9株Cas9-OE植株中有6株发生了突变,突变效率为66.67%。此外,Hi-TOM高通量测序结果表明,GhAGL16-sgRNA2对GhAGL16的编辑效率为13.69%—54.42%。脱靶率鉴定结果表明,预测的4个潜在脱靶位点都没有发现脱靶现象,说明GhAGL16-sgRNA2不仅具有高效的基因编辑效率,而且具有专一的基因编辑特异性。【结论】利用CLCrV介导的VIGE系统转化Cas9-OE棉花筛选获得1个能高效敲除GhAGL16的sgRNA,为定向创制棉花agl16突变体提供了理想的sgRNA。

内地棉区优势棉花资源评价及其在新疆棉花育种中的应用

为了综合利用内地棉区棉花资源,破解新疆棉花遗传基础狭窄、同质化严重等育种瓶颈难题,更好地培育适合新疆全程机械化的高产稳产棉花新品种,以160份内地棉区棉花资源为材料,在新疆库尔勒进行生物学性状鉴定,采用相关分析、聚类分析等指导新疆棉花育种亲本选配、系统选育,并应用GGE双标图对后代品系的丰产性、稳产性进行综合评价。结果表明,内地棉区棉花资源在新疆种植表现有地域性差异,来源地与新疆试点维度相近的生态区棉花资源有较好的适应性,其灰色聚类评估分也相应偏高。其中,78份优势棉花资源遗传变异丰富,在欧氏距离11.486处可划分为四大类群,以黄河流域棉区资源为主的第Ⅲ类群整体表现最好,可以作为新疆利用内地棉花资源的特征类群。主成分分析表明,第1主成分的特征值和方差贡献率最大,是与丰产性相关的综合因子,是综合衡量棉花资源优劣的依据。依据GGE双标图对以内地优势棉花资源为亲本的16个后代品系的丰产性、稳产性进行评价,优选出既高产又稳产的目标棉花品系M5。

7.2%萎锈灵和40%拌种灵包衣对棉花幼苗冷胁迫生理生化特征的功效比较

【目的】研究比较具有活性结构相似的2种杀菌剂萎锈灵和拌种灵包衣棉种提高棉种适应冷胁迫能力功效,分析2种杀菌剂包衣提高棉花适应冷胁迫的能力差异,及其生理作用机制,为开发提高棉花适应冷胁迫能力的新产品提供理论依据。【方法】以新疆北疆棉区主栽品种新陆早50号为材料,以基础种衣剂包衣棉种为对照,将萎锈灵和拌种灵分别添加到基础种衣剂中分别制成7.2%萎锈灵和40%拌种灵的种衣剂进行包衣,采用人工模拟低温环境(4℃/16℃)进行低温胁迫处理,观测各包衣处理对低温条件下棉花萌发、幼苗生长情况和耐冷性的生理响应。【结果】与对照比较,萎锈灵和拌种灵包衣处理的发芽势分别增加9.67%和5.33%;发芽指数分别增加12.00%和6.00%,活力指数分别增加13.33%和6.67%,电导率REC分别增加-12.5%和-3.75%,可溶性蛋白SP含量分别增加11.00%和6.00%,超氧化物岐化酶SOD活性分别增加10.67%和6.67%,冷胁迫指数CI分别降低-10.67%和-5.33%,且差异均显著;棉苗CI与REC、SP、SOD等指标呈显著相关性;萎锈灵包衣处理提高棉花幼苗生长适应冷胁迫能力优于拌种灵。【结论】在冷胁迫下,萎锈灵和拌种灵包衣处理均对棉花种子萌发和幼苗的生理特征有一定影响,能促进萌发期种子内营养物质的转化与合成,提高种子活性,从而提高种子的发芽率,通过诱导棉花幼苗细胞内部酶的活性增强,清除幼苗体内活性氧自由基,加快丙二醛MDA含量的积累,保护幼苗细胞膜结构稳定性,从而提高棉苗适应冷胁迫的能力。2种药剂中,萎锈灵种衣剂诱导棉苗适应冷胁迫效果优于拌种灵。

恶臭假单胞菌HB3S-20在棉花中的定殖及诱导抗性研究

植物内生菌是防治植物病害的重要生防资源。恶臭假单胞菌Pseudomonas putida HB3S-20是本实验室从棉花内生细菌中所筛选到的一株对棉花黄萎病具有显著防效的潜在生防菌株。本研究采用利福平抗性标记技术和绿色荧光蛋白(GFP)标记技术检测了菌株HB3S-20在棉花组织中的定殖动态和定殖位点,并检测了菌株HB3S-20接种棉花植株后植物防御相关酶SOD、POD和CAT酶活性的变化。利福平标记试验结果表明,菌株HB3S-20主要定殖于根部,棉株接种菌株HB3S-20后第3~30 d检测到棉花根部内的菌量范围为2.2×10^(4)~6.7×10^(4)cfu/g,检测到棉花茎部内的菌量为0.04×104~2.7×10^(4)cfu/g,棉花茎部内的菌量低于根部,但在叶片中未被分离到。GFP标记试验结果表明,菌株HB3S-20不仅能附着在棉花根系表面,还能定殖在根部维管组织中。此外,菌株HB3S-20能够提高棉花中植物防御相关酶SOD和POD的活性,说明菌株HB3S-20能够诱导棉花植株的系统抗性,增强棉花抗病性。本研究初步揭示了恶臭假单胞菌HB3S-20在棉花组织内的定殖规律及其对棉株产生的诱导抗性,为菌株HB3S-20的防病机制研究提供了理论依据。

加快建设农业强国/棉花强国的思考——走适度规模、质量兴棉和绿色兴棉的高质量可持续发展之路

比较我国和全球其他棉花大国、强国的皮棉单产、原棉品质、生产成本、人均棉花占有量和相关重要技术等,为加快建设棉花强国提供参考。采集我国和全球其他棉花生产大国、强国的皮棉单产、原棉品质、生产成本等系统性数据,用对比分析方法进行研究。结果发现,总体来说我国和巴西是全球棉花生产大国中单产较高的国家,2020/2021年度以来巴西棉花单产有超越我国的趋势。我国原棉品质位于全球中等偏上水平,明显差于美国和澳大利亚等原棉品质强国,国产高品质原棉短缺率高达58.5%。2000―2019年我国棉花年人均表观占有量平均为4.51 kg,仅为同期美国的37.6%。我国是全球棉花生产成本最高的国家之一。对标棉花强国提出以国产棉花年人均表观占有量不低于4.2 kg,底线面积333.3万hm^(2)和底线产量600万t作为建设棉花强国的基础指标。建设棉花强国要走适度规模、质量兴棉和绿色兴棉的高质量可持续发展之路。应进一步优化全国棉区布局,坚持走资源节约和高效利用之路,实现我国高品质棉花的自立自强。

新疆棉花病虫害防治药剂剂型研发策略

棉花是我国重要的经济作物,也是受病虫害危害最严重的农作物之一。目前化学防治仍是棉田病虫害防治的重要技术。新疆棉区是我国最大的棉花主产区,气候类型属于典型的温带大陆性气候,具有光照充足、夏季高温干旱、多风、昼夜温差大等特殊气候特点,农药药液喷施过程中容易发生蒸发、飘移、降解等损失,严重影响药剂的防治效果。本文综述了温湿度、风、光照等环境因子对药剂防治效果的影响,以及国内外对提升药剂防治效果采取的调控措施,并结合新疆棉田的特殊气候条件提出了剂型研发的新策略。在提升产品理化稳定性的前提下,还需综合考虑有效成分的理化性质、棉花叶片的结构及润湿特性、施药器械等多种因素。结合农药学、植物保护学、界面化学、有机化学等多学科交叉理论知识指导,利用先进的技术和载体材料研发环境响应型、靶向高效的农药剂型,结合配套使用技术及措施,探索农药高效利用及减量调控途径,为实现农药减量增效、引领棉花产业绿色发展提供科技支撑。

湖南棉花-马铃薯轮作轻简化栽培技术规程

棉花-马铃薯轮作模式对提高棉田综合效益、缓解粮棉争地矛盾等都具有重要意义。根据湖南冬作马铃薯种植习惯,结合湖南棉花轻简栽培技术研究成果,提出了棉花-马铃薯轮作轻简化栽培技术规程。该规程符合省工节本、增产增效的农业发展方向,对棉花-马铃薯轮作标准化生产具有一定的指导作用。

温室条件下中棉113对不同地区棉花黄萎病菌的抗性评价

为明确中棉113对不同黄萎病菌株的抗性,采用源于新疆、河北和河南的11个不同致病型黄萎病菌株,在温室条件下采用蛭石沙土无底纸钵定量蘸菌液法对中棉113抗病性进行鉴定,分析中棉113对不同致病型菌株的抗性,以及发病情况与生物量指标的相关性。结果表明:播种后50 d,中棉113的病情指数为19.15~34.82,说明中棉113对这11个菌株均有较好的抗性,达到抗或耐水平。此外,不同致病型黄萎病菌株侵染中棉113对其生物量指标的影响不同,对棉花株高、地上部鲜物质质量和根冠比的影响不显著,而对根长、地下部鲜物质质量存在显著影响。相关分析表明,中棉113病情指数与地下部鲜物质质量、根冠比呈显著正相关关系,与地上部鲜物质质量呈显著负相关关系。将中棉113的黄萎病发生情况与生物量指标相结合可较好地评价其黄萎病抗性,这些结果可为中棉113适宜种植区域的划分提供参考。

棉花新品种冈棉15号

冈棉15号是黄冈市农业科学院与武汉佳禾生物科技有限责任公司合作以冈0736为母本、冈0857为父本进行杂交,经多年系谱选择选育出的转基因抗虫品系,在湖北省植棉区麦后直播生育期100.4d,株高105.1cm,植株塔型,茎秆有茸毛,叶片中等偏小,叶绿色,铃卵圆形且较小,铃尖突起较弱,苞叶中等大小。冈棉15号于2023年8月通过湖北省农作物品种审定委员会审定,审定编号:鄂审棉20230003。介绍了冈棉15号的特征特性、产量表现及栽培技术要点,为该品种的推广应用提供参考。

新疆棉花和纺织服装产业集群高质量发展战略选择

新发展格局下,为了更好推动新疆棉花和纺织服装产业集群化发展,提升其在全球产业分工中的地位以及核心竞争力,基于SWOT分析的视角,分析了新疆棉花和纺织服装产业集群在优势、劣势、机会、挑战4个方面的发展态势,针对集群的劣势和集群面临的挑战,以“抓两端、促中间、搭平台、创生态”为主线,从6个方面提出加快构建新疆棉花和纺织服装产业集群高质量发展的对策建议。

棉花种质立枯病抗性室内鉴定

为了培育抗立枯病棉花新品种,对350份棉花种质进行室内接种立枯丝核菌鉴定,调查立枯病的发病情况,筛选高抗立枯病的种质。鉴定结果表明:350份种质平均病情指数最大值为63.00、最小值为7.91,种质间病情指数的变异系数为36.29%,不同种质的立枯病抗性差异较大。参试种质中,没有对立枯病表现免疫的种质;有抗病种质86份,占鉴定种质总数的24.6%,其中高抗种质6份。筛选的抗立枯病种质为棉花抗病育种和抗病机理研究提供了基础种质信息。

棉花品种中棉所9A01选育及栽培技术

中棉所9A01于2022年通过国家农作物品种审定委员会审定,适宜黄河流域春播种植。其春播生育期为116 d,株型较松散,果枝较长,茎秆较粗壮,耐枯萎病,耐黄萎病,抗棉铃虫。2019―2020年黄河流域棉区中熟常规品种区域试验中,每666.7 m^(2)平均籽棉、皮棉和霜前皮棉产量分别比对照中棉所100增产3.4%、7.6%和7.3%。对中棉所9A01的选育过程、生物学特性、产量、纤维品质、抗病虫性和栽培管理技术要点进行了介绍。

基于顶芽智能识别的棉花化学打顶系统研究

设计了基于顶芽智能识别的棉花化学打顶系统,为实现精准作业,合理高效使用棉花化学打顶药剂,以减少因化学打顶剂的过度使用造成的环境污染。该系统主要由棉花顶芽识别系统、控制系统和喷施系统组成。采用YOLO v5s算法构建棉花顶芽识别模型。控制系统采用STM32F407单片机,负责接收识别系统的信号,并对各个棉花打顶剂管道进行控制。同时,显示界面能够实时显示机具行驶速度、药液流量、打顶剂液位等参数。试验结果表明,在田间全天光照试验中,上午和下午时间段识别效果最优;在速度0.4 m/s下,平均识别率约为94%;信号发送区间为100 mm时,成功向下位机发送信号的成功率达到92%;田间对靶喷施试验表明,有效喷施率为94%,满足作业要求。

基于CRISPR/Cas9的棉花GhbHLH71基因编辑突变体的分析

碱性/螺旋-环-螺旋(basic/helix-loop-helix,bHLH)转录因子在植物的生长发育、次生代谢、信号转导、逆境胁迫等方面起重要的调控作用。棉花GhbHLH71基因c DNA全长996 bp,编码331个氨基酸残基,蛋白序列中含有保守的bHLH结构域,属于bHLH转录因子家族成员。实时荧光定量分析结果表明,GhbHLH71基因在棉花纤维快速伸长期3~12 DPA (days post anthesis,DPA)相对高表达,暗示其主要在棉花纤维发育过程中发挥作用。构建该基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体进行了棉花遗传转化,T_0代再生株经过Cas9基因的PCR检测以及靶位点突变情况检测分析,获得6个T_0代基因编辑突变体。T_1代不同突变株系在棉花生长发育期的表型性状与对照相比无明显差异,但成熟纤维的长度与对照相比皆明显变短。T_2代突变株系可以稳定遗传T_1代株系纤维变短的表型。其中4#和8#株系连续2代的纤维长度与对照相比缩短比率皆达20%以上,表明GhbHLH71基因的突变主要影响了棉花纤维细胞的伸长。本研究为深入了解棉花中bHLH转录因子的生物学功能以及棉花纤维发育的分子机制提供了一定的参考。

南疆棉花特宽膜“干播湿出”栽培技术

为达到棉花产业提质增效的目标,探索和优化种植模式,充分利用自然条件,应用棉花特宽膜“干播湿出”栽培技术。与常规地膜栽培方式相比,棉花增产64 kg/667 m^(2),产值提高436元/667 m^(2);地膜残留量减少0.183 kg/667 m^(2);残膜捡拾率提高2.4%。该项技术可适用于南疆干旱地区。

棉花目标价格补贴政策在新疆的实施效果及对策研究:基于玛纳斯县的调查

通过简述新疆棉花目标价格补贴政策实施背景,介绍了玛纳斯县棉花目标价格补贴政策的实施现状以及实施效果,分析了玛纳斯县棉花目标价格补贴政策实施过程中存在的问题,提出了相应的建议,以供参考。

磷处理对不同磷效率棉花产量及碳代谢的影响

【目的】探明不同基因型棉花品种产量及碳同化物代谢响应低磷胁迫的差异机理,为生产上提高低磷胁迫下的棉花产量品质的生理调控途径提供理论依据。【方法】采用盆栽试验,以低磷耐受基因型(BX014和LuYuan343)和低磷敏感基因型(FJA和DLNTDH)为试验材料,设置低磷(P1,15 mg/kg)、中磷(P2,50 mg/kg)、正常磷(P3,150 mg/kg)和高磷(P4,300 mg/kg)4个处理,研究不同施磷水平对棉花的干物重、磷素吸收利用、产量性状及棉铃对位叶碳水化合物代谢的影响,及其碳同化物代谢酶活性与产量之间的相关性。【结果】①低磷胁迫条件下,棉花不同器官干物重积累、磷素积累量、株高、果枝数、果节数、铃数、铃重、籽棉产量、皮棉产量及衣分显著降低,而磷素利用效率及棉铃脱落率显著上升;且在不同磷处理和品种之间存在显著的互作效应。②棉铃对位叶中碳水化合物的含量是响应低磷胁迫的关键物质;低磷处理下,随着磷含量的增加,棉花棉铃对位叶蔗糖和可溶性糖含量总体呈下降趋势,且蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SuSy)活性呈先增加后降低趋势。③在P1、P2和P4处理下,低磷耐受基因型棉花干物重、磷积累量和磷利用效率及产量指标都显著高于低磷敏感基因型,对低磷胁迫的响应程度并不一致,表现出较强的耐低磷特性;且SPS和SuSy活性都显著高于低磷敏感基因型,酶活性的差异可能是低磷耐受基因型耐低磷的原因之一。④性状相关性分析表明,皮棉产量分别与铃重(相关系数为0.95)、SPS(相关系数为0.96)和SuSy活性(相关系数为0.99)呈极显著正相关。【结论】低磷胁迫下低磷耐受基因型棉铃对位叶中较高的SPS和SuSy活性,保持蔗糖合成能力,进而促进糖的再分配,从而保证低磷条件下干物质的生产和累积,进而提高皮棉产量。

磷胁迫对不同品种棉花苗期根系的影响

为了探究低磷胁迫下不同品种的棉花对磷的反应机理,本试验采用水培方法,对21个不同基因型的棉花品种进行高磷(KH_(2)PO_(4)1×10^(-3)mol/L)处理和低磷(KH_(2)PO_(4)1×10^(-5)mol/L)处理,通过主成分分析等统计方法,探讨了不同磷含量对棉花幼苗期根系形态的影响。结果表明,低磷处理后的棉花的根体积、根表面积均明显增加;随着磷含量的降低,棉花根系生长也会呈下降趋势。筛选得到1个磷高效棉花品种、2个磷中等棉花品种和18个磷低效棉花品种。棉苗总根长度、根面积、根表面积、根体积等指标在不同磷处理和各品种之间有明显差别,可以用来评价棉花品种的耐磷能力。

棉花种质资源萌发期耐盐性鉴定及筛选

种子萌发期是对盐分较敏感的时期,测定不同盐浓度胁迫下的棉花种子发芽情况是筛选棉花耐盐种质的重要依据之一。本研究对629份棉花种质资源进行0、150 mmol L^(-1) NaCl处理,对鲜重、发芽势等6个性状的耐盐系数进行差异分析,结果显示盐胁迫下各个性状较对照均存在显著差异;使用主成分分析、隶属函数分析对棉花种质耐盐性进行综合评价;对综合评价值D值进行聚类分析,根据D值的大小将629份种质资源分成5类:188份耐盐中间型材料、376份耐盐型材料、36份高耐盐型材料、28份盐敏感型材料、1份高盐敏感型材料;通过逐步回归分析建立棉花萌发期耐盐性评价预测模型:D=0.277RFW+0.29RGP+0.189RPL+0.387RGR-0.32(R^(2)=0.992),筛选出鲜重、下胚轴长、发芽势和发芽率4个指标可作为棉花萌发期耐盐性鉴定的指标。本研究建立了一套精准、高效的耐盐性鉴定体系,筛选到36份高耐盐材料和1份高敏感材料,为棉花耐盐机制研究和培育耐盐新品种提供参考。

滴灌棉花源库器官对化学打顶的响应特征

【目的】研究化学打顶对棉花光合特性及不同部位棉铃物质积累的影响和变化规律,为棉花优质高产提供基础。【方法】以新陆中70号和新陆中82号为材料,设置2种化学打顶药剂,人工打顶为对照。【结果】在喷施药剂10 d后,化学打顶处理的主茎功能叶净光合速率较人工打顶高,中上部叶片SPAD值化学打顶处理高于人工打顶处理,而新陆中82号下部叶片SPAD值表现为化学打顶低于人工打顶;新陆中70号积累量大于新陆中82号,但积累速率小于新陆中82号;化学打顶处理的全铃干物质积累表现为前2个花期促进后期棉铃的物质积累,2个品种分别是发育35和28 d后,而7月21日开花期促进是前期棉铃的物质积累,分别是发育28和21 d内;化学打顶处理的前2个开花期的增长特征值时间较人工打顶处理的有所推迟或增加,而7月21日开花期表现为化学打顶处理较人工打顶均有前移和增加,最大增长速率均表现为化学打顶处理大于人工打顶处理。【结论】化学打顶可以提高棉花主茎功能叶的光合作用,加速棉铃物质积累速率,有利于棉铃集中吐絮。