棉花分子生物学公共实验平台建设与研究进展

回顾了中棉所棉花分子生物学公共实验平台建立、发展的过程,介绍了基本实验条件及主要研究方向,阐述了近年研究取得的主要进展。

棉花多重PCR技术及其对杂交棉纯度鉴定的初步研究

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。

棉花耐盐性的SSR标记研究

针对两个典型的棉花耐盐材料(中07和中棉所35)和两个典型的盐敏感材料(新研96-48和中棉所12),开展了寻找与棉花耐盐有关的SSR标记的研究。利用3528对引物,最终筛选出274对引物在4个材料间具有SSR多态性。其中,有10对引物Y01、Y02、Y03、Y04、Y05、Y06、Y07、Y08、Y09、Y10在耐盐性不同的材料中扩增出差异性片段。扩增图谱显示,同一引物在耐盐的中07和中棉所35中扩出的片段与盐敏感的新研96-48和中棉所12扩出的片段不同。初步研究结果认为,这10对引物有望成为鉴定棉花耐盐性的标准引物,从而将耐盐材料与盐敏感材料从分子角度鉴别开来,为棉花耐盐性分子鉴定等研究提供参考。

棉花细胞质雄性不育育性恢复基因的定位及分子标记辅助育种研究进展

棉花细胞质雄性不育系统在实现棉花杂交种子大规模生产和培育高产、优质、抗逆等棉花新品种中具有重要的应用价值,而恢复系的好坏对细胞质雄性不育系杂交种的选育的利用起着举足轻重的作用。因此,培育优良恢复系至关重要。主要介绍了棉花细胞质雄性不育系、恢复系的类型,综述了棉花细胞质雄性不育育性恢复基因的遗传方式和遗传定位研究进展,讨论了恢复基因的精细定位和分子标记鉴定在分子标记辅助育种中的意义和应用前景,并针对目前存在的问题提出相应对策。

棉花叶绿体基因组的研究进展

近年来,随着分子生物学技术的应用与发展,对棉花叶绿体基因组也有了新认识。本文概述了棉花叶绿体基因组的研究进展,从棉花叶绿体基因组的图谱、功能基因的克隆及研究、叶绿体RNA编辑以及叶绿体转化等方面进行了介绍和评述,并对其在基础研究与应用研究中的前景进行了展望。

棉花不同铃重类型种质主要纤维性状遗传及其变异

以中棉所48的母本S9708与不同铃重大小的父本杂交,配置6个F2群体,采用SAS 8.0软件对各组合亲本、F1和F2的铃重和衣分及纤维品质等数量性状进行统计分析。结果表明:在所有F2群体中纤维性状都有极显著差异。铃重和麦克隆值的变异系数较大,其次是衣分和纤维强度,而纤维长度、伸长率和整齐度变异系数较小。在杂交早代群体中,仍然表现亲本的铃大、衣分高、纤维长、强度高、整齐度好等优良特性。这表明,在杂种优势利用选择亲本时,选择大铃、高衣分、优质纤维材料仍较为重要。

棉花品种改良技术概要

根据棉花生物学特性及经济学特点,充分掌握棉花品种选育的相关技术及基本策略,以达到品种改良的目的。本文主要汇集了新中国成立以来棉花品种选育若干重要技术要点与经验,并对今后发展提出见解。

短季棉早熟不早衰生化辅助育种技术研究

为解决棉花育种中普遍存在的早熟早衰问题,研究了与短季棉早熟不早衰有关的抗氧化系统酶包括超氧化物岐化酶SOD、过氧化物酶POD 和过氧化氢酶CAT,氧化产物之一丙二醛性MDA,以及生长素IAA 和脱落酸ABA在不同类型短季棉品种中不同生长发育时期的变化规律和遗传特性。CAT 活性、叶绿素含量存在明显的母体效应;SOD 活性、可溶性蛋白含量、IAA 和MDA 含量存在显著的显性效应;POD 活性、ABA 含量存在显著的加性效应。根据不同种类生化物质的变化及其遗传规律,建立了生化辅助育种技术体系,确定了早熟不早衰品种生化物质的相对选择标准:选择范围、选择酶活量和选择时间;应用该技术成功培育出早熟不早衰的短季棉中棉所20、中棉所24、中棉所27 和中棉所36 等品种。

我国棉田杂草研究现状与发展趋势

概述了目前我国在棉田杂草发生种类、分布规律、种群动态、危害情况以及防除技术等方面的研究进展和现状,对我国棉田杂草研究中存在的突出问题进行了总结归纳,并对我国棉田杂草研究的发展趋势进行了展望,提出了加强杂草基础理论研究,加快棉田除草剂创制,增强杂草抗药性监测和治理,推动生物除草剂和转基因抗除草剂棉花研究的建议。

豫北露地直播棉田杂草的发生及其与棉花的竞争作用

为了明确棉田自然混生杂草对棉花的危害程度及其关键防除时期,通过田间杂草共生期试验,研究了豫北露地直播棉田杂草的发生及其与棉花的竞争临界期。结果表明,豫北地区露地直播棉田的优势杂草为牛筋草、马齿苋、藜和鳢肠,杂草出土高峰期集中在棉花苗期和花蕾期,且存在3个出土高峰,分别在5月中旬、6月上中旬和7月中下旬。当杂草与棉花竞争持续时间少于4周时,由于杂草与棉花植株均较小,且土壤中养分相对充足,因此杂草对棉花生长和产量的影响不大;当杂草与棉花竞争期达8周以上时,杂草对棉花的竞争作用明显增强,棉花的株数减少,茎秆变细,形成瘦高植株,且单株结铃数、铃重等产量指标明显降低。因此,豫北棉田自然混生杂草群落与棉花的竞争临界期为棉花出苗后4～8周,在此期间应采取相应措施,保证田间无草害。

棉花干物质分配和产量形成的动态模拟

在系统分析不同基因型和管理措施下棉花干物质分配指数动态规律的基础上,构建了基于分配指数的各器官干物质分配动态的模拟模型。在蕾铃干物重方面,采用了分配指数、潜在发育和缓冲库理论相结合的方法,较充分估计了蕾铃脱落、铃壳重等对产量形成的影响。建立了分配指数与生理发育时间的函数关系,不同基因型和管理措施不影响其动态变化模式,但早熟品种和不整枝条件下,各器官干物重分配指数明显不同于中熟类型品种和常规管理。模型还考虑了水分对地下部干物重分配的调节作用,以及<15℃低温对产量形成和铃壳干物质向纤维转移的影响。模型验证表明具有较好的预测性和实用性。

外源激素对一个新的棉花极端矮化突变体AS98植株生长和酶活性的影响

【目的】探索棉花极端矮化突变体AS98株高性状对不同外源激素的敏感性,进而确定该突变体属于哪种激素缺陷型。【方法】以突变体AS98和正常型品种LHF10W99为材料,用不同浓度的GA3、IAA和BR处理AS98,比较分析不同处理条件下AS98株高、节间长度和叶片数的变化;同时,分析AS98在GA3和PP333处理后,α-淀粉酶活性、POD活性、SOD活性等的变化。【结果】表明没有用激素处理的突变体AS98的平均株高、节间长度、铃重、子指,均显著低于正常基因型LHF10W99,但是其相同时期的叶片数和衣分等性状与LHF10W99差异不显著;100mg·L-1的外源GA3连续处理后,AS98的株高和节间长度明显高于未处理的AS98对照,差异达极显著水平,而且其株高达到了正常基因型对照LHF10W99水平。但不同浓度IAA和BR处理后,AS98株高与未处理的AS98对照相比,差异不显著。回归分析也表明AS98的株高和节间长度与外源GA3具有显著的正相关性,而与外源IAA和BR的相关性不显著。此外,研究还表明GA3能诱导AS98的α-淀粉酶活性提高,降低SOD和POD活性,PP333能诱导AS98的α-淀粉酶活性降低,提高SOD和POD活性。【结论】综上可见,AS98是一个株高极端矮化、叶片为正常阔叶的新型棉花矮化突变体;AS98的株高对GA3敏感,连续用GA3处理可以恢复其株高,而且GA3和PP333均能诱导AS98的α-淀粉酶活性发生敏感性反应,AS98是一个GA3敏感型矮化突变体。

陆地棉重组自交系群体纤维品质及产量性状遗传变异分析

以陆地棉优质品系0-153和大面积推广的双价转基因抗虫棉品系sGK9708为亲本构建了含有196个F6:8家系的重组自交系群体。在4个环境中,纤维长度、纤维强度、麦克隆值、伸长率、整齐度指数、单株结铃数、铃重、衣分、子指、单株子棉产量及单株皮棉产量等性状均呈正态分布,且存在双向超亲分离。多环境下变异分析表明,各性状家系间及环境间存在极显著差异。除纤维伸长率外,其余各纤维品质及产量性状都具有较高的遗传力,在0.75以上。共有6个家系在纤维长度、细度和强度性状上均超过高亲,可作为优质纤维种质。相关分析显示,有些家系可能打破了纤维品质和产量性状间的负相关。通过聚类分析得出,该群体各系分在了不同的组,表明存在着一定的遗传差异。该群体是进行优异纤维品质相关基础研究的良好材料。

国家棉花区试新品种的SSR指纹图谱分析

以2009年度参加黄河流域国家棉花区试的57份参试品种为材料,运用筛选确定的22对多态性好、条带清晰的SSR引物对参试品种进行分子标记分析,共检测出145个等位位点,其中106个为多态性位点,平均每对引物4.8个,多态性比率平均达到72.7%,PIC平均值为0.661。利用106个多态性片段构建了这些品种的SSR指纹图谱。遗传聚类结果显示,在相似系数为0.98时,57个区试品种完全区分开;同一地区和同一单位育成的品种在不同程度上聚在一类,说明它们的遗传关系较近。

转几丁质酶和葡聚糖酶双价基因棉花株系对黄萎病的抗性

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。

蛭石沙土无底纸钵定量蘸菌液法鉴定棉花品种(系)的抗黄萎病性

试验建立了一种鉴定棉花品种（系）抗黄萎病性的新方法。该方法采用商品蛭石和晒干的河沙为基质，制作无底纸钵，于可控条件下种植棉苗；在棉苗第一片真叶平展时，定量蘸根接种棉花黄萎病菌的孢子悬浮液（接种孢子浓度为1×10^6～5×10^6个·mL^-1）；棉苗普遍发病后进行分级调查，以相对病情指数来评价供试棉花品种（系）的抗病性。采用该方法和人工病圃成株期鉴定方法对20个品种进行了鉴定，两种鉴定结果达极显著相关。该方法具有快速、准确、经济、环保等特点。

NO对生长发育中棉花叶片NO含量及其对抗氧化物酶的影响

以早衰性状不同的棉花栽培品种为材料,在自然条件下和外施一氧化氮(nitricoxide,NO)的条件下,调查早熟棉花植株真叶和子叶衰老过程中NO含量变化和抗氧化酶活性及相关基因的表达。结果表明,大田条件下,NO含量在幼嫩叶片中最高,随着叶片的衰老含量逐渐降低;在叶片发育后期早衰材料的NO含量下降快,并且显著低于不早衰材料。室内条件下,植株发育过程中,NO含量在幼嫩子叶中最高在生长后期最低;外施硝普纳(SNP)溶液后的植株,其NO含量在子叶的整个生育期都比对照组高,且两者差异显著。对照组和处理组的过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性及相关基因的表达第7天较低,第14天最高,随后逐渐下降;在同一时期,处理组显著高于对照组,在生育后期表现的更为明显。外施SNP可显著降低参试品种过氧化物酶(POD)的活性和相关基因的表达。在子叶发育初期,外源NO对超氧化物歧化酶(SOD)的活性有抑制作用,随着叶片衰老,处理组的SOD活性又高于对照组。不同类型的SOD对NO的反应不同,Cu/ZnSOD最敏感,其中又以cCu/ZnSOD基因的作用更突出。NO通过调控植株体内CAT、APX、POD和SOD等氧化/抗氧化系统,延缓叶片的衰老进程。

棉花芽黄突变体十个叶绿体蛋白编码基因RNA编辑位点的测定及分析

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。

植物叶绿素缺失突变体分子机制研究进展

植物叶绿素缺失突变体在自然界中广泛存在,是研究叶绿素形成和叶绿体发育等代谢途径的良好材料.该文主要从分子层面上阐述了叶绿素缺失突变体产生的原因,如叶绿素合成受阻、叶绿体光合蛋白合成或输入受阻、叶绿体RNA转录物未被编辑、过量光损伤和卟啉循环各物质之间的相互抑制,并归纳了近年来鉴定出来的一些叶绿素缺失突变基因,简要介绍了叶绿素和叶绿体之间的关系以及叶绿素缺失突变体的应用.

不同基因型棉花地上部干物质积累对氮素的响应

选取有代表性的3个棉花品种(美国抗虫棉33B、常规棉中棉所12和抗虫杂交棉中棉所46),在大田试验条件下测定不同施氮处理下(0、90、180、270、360kg.hm-2)的叶面积指数(LAI)、地上部干物质量和植株氮浓度的动态变化。运用指数线性生长模型对棉花地上部干物质积累过程进行模拟,并用幂函数模拟棉花氮稀释效应。结果表明:(1)棉花地上部干物质增长过程可以用指数线性模型模拟,模型参数能较好地反映基因型和氮肥处理对地上部干物质积累的影响。(2)棉花地上部氮浓度随干物质的增长而降低,模型能较好地反映不同基因型棉花氮素吸收能力的差异。(3)通过对棉花地上部干物质增长和氮稀释效应的模拟分析,认为田间最佳施氮水平为180kg.hm-2,过量施氮对3个棉花品种的干物质积累和地上部植株氮素吸收增加无明显影响。