棕色棉品种石彩17

石彩17是于2021年通过新疆维吾尔自治区农作物品种审定委员会审定的早熟棕色棉品种。其高抗枯萎病,抗黄萎病;2016―2017年新疆维吾尔自治区彩色棉组品种区域试验中,2年结果平均666.7 m^(2)籽棉产量、皮棉产量和霜前皮棉产量分别为377.59 kg、156.76 kg和155.95 kg,分别比对照品种新彩棉20增产17.30%、16.95%和16.85%;纤维品质达到新疆维吾尔自治区彩色棉品种审定标准要求。主要介绍了石彩17的选育过程、生物学特性、产量表现、纤维品质及主要栽培技术。

乙醇/水溶液对天然棕色棉色素提取的影响

为研究天然棕色棉色素的有效提取条件,对乙醇/水溶液体系提取天然棕色棉色素的组分进行了研究。不同浓度乙醇溶剂对棕色棉色素的提取组分有明显影响。研究表明：棕色棉色素提取物的有色成分分为较易分离（保留时间1-5 min）和难分离（保留时间7-17 min）2部分;棕色棉色素具有很强的亲水特性,体积分数为90%以上乙醇水溶液的提取效率很低,不适宜对棕色棉色素物质的提取;纯水溶液适合保留时间为1.4 min色素物质的提取;体积分数为30%乙醇/水溶液适合保留时间为1.7、2.2和9.6 min色素物质的提取;体积分数为50%乙醇/水溶液适合保留时间为14.9 min色素成分的提取。

天然棕色棉纤维色素光谱学特性及其化学结构初步推断

在纯化棕色棉纤维色素的基础上,测定了天然棕色棉纤维色素的紫外-可见光谱(UV光谱)、红外光谱(IR光谱)以及分析了pH值、浓度、诊断试剂对天然棕色棉纤维色素UV光谱的影响,发现天然棕色棉纤维色素UV光谱随着pH值和浓度不同而变化,诊断试剂对纤维色素UV光谱也有影响,但并不符合黄酮类化合物对诊断试剂的反应规律,红外光谱的主要吸收波数是3554、3477、3414、3289、1638、1618、1386、1073、617、478cm-1。结合化学性质鉴定,以及和已知的白色棉种皮色素比较,初步推断棕色棉色素的化学结构,认为棕色棉纤维中的色素是由单宁物质氧化形成的醌类化合物。最后解释了棕色棉纤维具有颜色是因为棉纤维发育后期缩合单宁接触空气后氧化的结果。

棕色棉和绿色棉遗传多样性的比较研究

选用240条随机引物,从中筛选出6条对棕色棉新彩1、新彩2和绿色棉新彩3、新彩4及47个彩色棉品种间杂种作了RAPD多态性分析,并在棕色棉、绿色棉和棕绿彩棉3个水平进行聚类和相似性分析。结果表明,棕色棉之间、绿色棉之间及棕绿彩棉之间的遗传距离和相似性差异不显著,它反映了棕、绿彩棉之间的遗传基础比较狭窄,遗传多样性水平相当。可能是因为共同的基础种质资源、相同的育种目标及相近的育种方法造成此结果。

天然棕色棉色素提取、纯化及其UV光谱研究

选用16种溶剂对天然棕色棉色素进行溶解性试验,发现蒸馏水和pH=9的氢氧化钠溶液是最为经济有效的色素提取溶剂(60℃)。在此基础上,对棕色素进行粗提、纯化、UV光谱测定和化学性质初步鉴定,其中5种纯化方法效果显著,分别是:乙醇沉淀法、重结晶法、铅盐法或铜盐法、纸层析法和柱层析法,并设计了几种纯化方法综合应用的工艺流程。对色素进行UV光谱检测,以218nm附近强吸收、264nm附近弱吸收。根据溶解性试验和化学性质鉴定,推断棕色素化学结构含有双键和酚羟基的存在。

天然棕色棉色素分布规律及色素合成与纤维发育的关系

通过对三个颜色深浅不同的棕色棉品系纤维的观察,发现中棕色棉色素分布较为典型,按照颜色的深浅不同,可以分为4条带纹;在此基础上,对各发育时期棉铃中纤维颜色的观察、蒸馏水洗脱棉纤维试验、棉子壳和棉纤维中棕色素含量的测定,分析色素在纤维上的分布规律与色素合成、纤维发育的关系,由此推断种皮合成无色的色素前体运输到纤维中,无色的前体在纤维中生成棕色素,按照色素与纤维结合的牢固性,色素与纤维素的结合方式可以分为两种,本试验结果支持纤维扩散生长理论,同时推断纤维的扩散生长不是均匀的;最后通过相关性分析,纤维中的色素含量与单铃重和纤维长度负相关性达到显著水平。

棕色棉纤维发育过程中碳水化合物和色素的变化特征

以深棕色棉、棕色棉、浅棕色棉和白色棉(对照)为材料,研究了纤维发育过程中碳水化合物和色素的变化特征。结果表明,在开花当天至开花后10d,白色棉纤维中的可溶性总糖和蔗糖含量最高;其次为浅棕色棉,棕色棉和深棕色棉含量较低且接近;从开花后15d至纤维成熟期棕色棉和白色棉纤维中总糖和蔗糖含量差异不大。整个纤维发育期内果糖含量一直呈下降趋势,且棕色棉和白色棉差异不明显。从开花当天至纤维成熟时,纤维中的色素含量从高到低依次为:深棕色棉>棕色棉>浅棕色棉>白色棉,说明棕色棉纤维因色素的大量积累将消耗部分碳水化合物。

缩合单宁与天然棕色棉纤维色素合成的关系

以白色棉为对照,采用香草醛法测定了4种天然棕色棉种皮细胞和棉纤维细胞发育过程中缩合单宁含量的变化规律。结果表明,各发育时期棕色棉纤维中缩合单宁的平均含量是白色棉的4.35倍,在4个棕色棉品种中,棕色棉成熟纤维色素与发育过程中棉纤维中缩合单宁的含量呈现正相关;各发育阶段棕色棉种皮中缩合单宁平均含量是白色棉的1.44倍,且在棕色棉品种中,颜色越深,种皮中缩合单宁的含量越高;不论是棕色棉还是白色棉,种皮中的缩合单宁含量都大于相应的棉纤维细胞中的缩合单宁的含量。成熟纤维中色素的含量与20-25DPA棉纤维中缩合单宁的含量、棉纤维中缩合单宁总平均含量极显著相关。

天然棕色棉色素与白色棉棉籽壳色素成分的比较

采用诊断试剂、紫外光谱、红外光谱对棕色棉色素和白棉棉籽壳色素的化学成分进行对比分析发现:棕色棉色素和白色棉棉籽壳色素为同一类物质,均为缩合单宁类化合物;2种色素的主要成分均含有邻二酚羟基结构,白色棉棉籽壳色素的主要成分还含有间苯三酚结构,而棕色棉色素中含间苯三酚结构的成分含量很低。另外,2种色素的高效液相色谱分离结果表明,白色棉棉籽壳色素提取物所含组分较多,而棕色棉色素主要有4种组分,2种色素并无分子结构完全一致的组分。

羧基化改性静电纺天然棕色棉纤维素膜的金属铜离子吸附性能

为探究静电纺纤维素膜对重金属离子的吸附性能,在用静电纺成功制备天然棕色棉纤维素膜的基础上,进行了Cu^(2+)吸附性能的研究。结果表明:静电纺纤维素膜材料和原棉纤维相比具有很高的Cu^(2+)吸附能力,在不同p H值条件下可分别达到原棉的3~5倍;静电纺纤维素膜经羧基化改性后,可极大提高Cu^(2+)的吸附容量,在此条件下静电纺纤维素膜吸附量可高达约250 mg/g;羧基化改性静电纺纤维素膜对Cu^(2+)的吸附具有快速性,80%以上的吸附量可在16 s左右完成;羧基化改性静电纺纤维素膜对Cu^(2+)的吸附具有饱和性和单分子层吸附特性;制备的羧基化静电纺纤维素膜的理论单层饱和吸附量为526.3 mg/g,Langmuir特征常数为7.133×10^(-6)L/mg。

棕色棉纤维色度与产量性状相关分析

分析了棕色棉纤维色度与产量性状的相关性 ,结果表明 ,纤维色度与株高、单株铃数、吐絮率、烂铃率、每囊粒数、不孕子率、子指 7个性状之间不存在相关性。纤维色度与果枝台数、单铃重存在一定程度的负相关 ,与衣分、衣指、绒长存在极显著负相关。

棕色棉纤维中酚类物质动态变化与色素合成的关系

以4种棕色棉和1种白色棉为试验材料，在定性鉴定不同发育阶段棉纤维中酚类物质存在的基础上，定量测定了棉纤维发育过程中酚类物质及与酚类物质代谢有关的多酚氧化酶、过氧化物酶活性的变化规律。发现在开花后40d之前棉纤维都存在着酚类物质。棕色棉各发育时期酚类物质含量均高于白色棉，开花后40d之后，白色棉纤维中的酚类物质含量迅速下降，而棕色棉纤维中的酚类物质含量却继续增加；白色棉和棕色棉各发育阶段棉纤维细胞内未检测到多酚氧化酶的活性；棕色棉含特有的甲基酚类化合物，很可能是棕色素的合成前体，在30～35DPA期间，棕色棉POD活性与色素的合成呈负相关。本试验结果有助于进一步探讨棉纤维中酚类物质代谢与棉纤维品质形成的关系。

光质对棕色棉纤维色素形成的影响

采用红、黄、蓝紫、白(对照,透明膜)滤光膜对棕色棉棉铃进行套袋处理,研究光质对棕色棉纤维色素合成的前体物质及色素合成相关酶活性的影响。结果表明:不同光质处理对纤维中总黄酮、总酚、缩合单宁含量和苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanin ammonia-lyase,PAL)活性均具有一定的影响。不同光质处理使棕色棉纤维发育前期的可溶性缩合单宁含量发生明显变化,表现为:红光>自然光(对照)>黄光>蓝紫光;而不溶性缩合单宁含量以红光处理的最高。棕色棉纤维发育不同时期纤维的总黄酮、总酚、缩合单宁、PAL与棕色棉色素含量的相关分析结果表明,总黄酮与色素含量呈显著负相关,总酚、缩合单宁与色素含量呈显著正相关,且缩合单宁合成对色素含量的直接作用最大,表明缩合单宁可能是棕色棉色素合成的直接前体物质。

天然棕色棉色素的液相色谱分离

为研究棕色棉色素的种类及其分子结构,采用聚酰胺柱层析、高效液相色谱(HPLC)、制备液相色谱对天然棕色棉色素进行分离。结果表明,聚酰胺柱可有效地将棕色棉色素分段富集,依据分段后色素的颜色、HPLC图可知棕色棉色素由2部分组成,利用反相C18制备柱反复分离得到了其中一部分色素混合物中的2种有色成分和1种无色成分,但是反相制备柱不能将另一部分色素有效分离,依据该部分色素的各种色谱保留行为可推测其可能由一系列结构十分相似的多酚类化合物组成。

天然棕色棉葡萄糖苷转移酶基因Gh3GT的克隆与表达分析

本研究以发育18d的天然棕色棉及相同发育时期的白色棉近等基因系纤维细胞为材料,采用抑制性差减杂交结合RACE技术分离得到了一个葡萄糖苷转移酶基因的全长cDNA,命名为Gh3GT(GenBank登录号eu921265)。序列分析发现:该基因编码一条有450个氨基酸残基组成的多肽,含有葡萄糖苷转移酶C-端所特有的保守的信号序列PSPG基序,属于植物中特有PSPG基序的UGT家族成员。推断的Gh3GT编码产物与其它糖苷转移酶同源性比对和系统发生分析表明:该糖苷转移酶与玫瑰Rh3GT(Rosa hybrida)、矮牵牛(Petunia hybrida)PhF3GT以及葡萄VvUFGT(Vitis vinifera)的相似性分别为51.30%、46.94%和45.85%,而与已知的陆地棉糖苷转移酶基因GhUGT1和GhUGT2一致性较低,仅为25.37%和12.14%。半定量RT-PCR分析表明:该基因在棕色棉纤维中的表达量明显高于其它组织及其近等基因系白色棉品种,且其在纤维中的表达规律与棕色棉的色素形成过程一致。

光质对棕色棉棉铃发育及纤维品质形成的影响

以棕色棉为材料,通过采用红、黄、蓝紫、白(对照)滤光膜对棕色棉棉铃套袋处理,研究光质对棕色棉纤维品质及纤维合成相关酶活性的影响。试验结果表明:红光处理能增加棕色棉的单铃体积、铃重,蓝紫光处理可使纤维绒长缩短,而经黄光处理衣分明显降低。经红、黄、蓝紫光处理,棉纤维中蔗糖合成酶(Sucrose syn-thase,SS)活性均有所增加。处理7 d时,分别比对照增加了38.41%,35.83%,19.36%;而21 d时,分别增加了63.32%,38.31%,15.11%。在β-1,3-葡聚糖酶与吲哚乙酸氧化酶(IAA oxidase,IAAO)活性的表现上,红光处理能增加β-1,3-葡聚糖酶活性,降低IAAO活性,蓝紫光处理能增加IAAO活性,降低β-1,3-葡聚糖酶活性;经黄光处理,两种酶活性均下降,这可能是三种光质对棕色棉纤维品质产生影响的原因之一。

抗氧化酶对棕色棉色泽的影响

以棕色棉和白色棉为材料,测定发育期种皮与纤维中抗氧化酶及色素合成相关物质含量的变化,初步探讨抗氧化酶对棕色棉色泽的影响。结果表明:纤维次生壁沉积期(25～45DPA),棕色棉种皮颜色显著加深;次生壁沉积后期(35～45DPA),棕色棉纤维颜色加深明显。花后28～35d,浅棕ANL-2种皮缩合单宁和总酚含量下降,棕色素积累;花后35～42d,深棕ANL-1纤维缩合单宁含量降低,总酚含量上升,纤维颜色变化最深。花后28～35d,浅棕ANL-2种皮POD活性下降;花后35～42d,棕色棉纤维POD活性降低;SOD与CAT对棕色棉色泽影响不大;POD在次生壁沉积后期(35～45DPA)参与棕色素的形成。

棕色棉与绿色棉遗传多样性比较研究

基于简单重复序列(SSRs)分子标记技术对40份棕色棉和21份绿色棉材料进行遗传多样性比较研究,结果表明:66对多态性SSR引物在棕色棉和绿色棉材料上分别扩增出268条和240条多态性等位变异,棕色棉和绿色棉多样性指数(H)分别为1.408和1.350,平均位点多样性(D)值分别为0.729和0.713,遗传相似系数(J)平均值分别为0.643和0.677;采用类平均法进行聚类分析,棕色棉被划分为8个类群,绿色棉被划分为4个类群,从中国农业科学院棉花研究所选育的品系来看,类型划分与系谱比较一致。综合分析表明,棕色棉遗传多样性显著高于绿色棉。

棕色棉F3'H-羟化酶基因的克隆与生物信息学分析

根据葡萄的类黄酮3'-羟化酶(F3'H)基因全长cDNA序列Blast所得棉花的EST序列设计引物,以开花后16 d(DPA16)的新彩棉5号(XC-5)纤维为材料,利用RACE和RT-PCR技术分离得到了2个类黄酮3'-羟化酶基因cDNA序列,此2个序列编码区完全相同,仅在3'UTR区存在片段长短的差异,推测可能是基因转录后加工方式不同所造成。克隆所获得的棉花F3'H基因编码区全长1 533 bp,编码510个氨基酸,氨基酸序列分析预测表明,该基因所编码蛋白含有一个跨膜结构域,是一种分泌蛋白,定位于内质网上,并含有一段与细胞色素P450功能区相匹配的保守功能域;序列比对结果表明,棉花F3'H基因与其他多个物种的F3'H基因在氨基酸序列上有较高的同源性;聚类分析结果表明,棉花F3'H蛋白与双子叶植物大豆的F3'H亲缘关系较为接近,而与单子叶植物高粱等作物则较远。

棕色棉纤维和短绒色泽遗传研究

[目的]阐明棕色棉纤维和短绒色泽的遗传规律。[方法]以棕色棉品系棕128为母本,白色棉品种FB20、库车T94-4、辽96-23-30为父本进行杂交,对亲本、F1、F2长纤维和短绒色泽的遗传分离进行了分析。[结果]纤维色泽至少受4对基因控制,长纤维和短绒棕色的有无各由1对显性基因控制,其纤维色泽类型至少还受2对微效基因控制,表现出淡棕、棕近白等不同类型。F2代长纤维共有棕色长纤维棕色短绒、白色长纤维白色短绒、白色长纤维棕色短绒3种表现型,表明基因间存在互作,棕色长纤维显性基因的表达抑制短绒色泽隐性基因的表达。[结论]该研究为彩色棉纤维和色泽遗传的进一步研究提供了参考。