我国棉花株型性状遗传育种研究进展

株型育种对提高棉花产量和纤维品质意义重大,是作物遗传育种的重要组成部分,因此株型遗传育种一直受育种者的关注。棉花是重要的纤维和油料作物,棉花株型育种研究已经引起重视,尚待进一步深入。本文综述棉花株型遗传育种在我国的研究进展,介绍株型性状研究的理论发展过程以及棉花株型性状遗传的主要研究内容,并对棉花株型的育种措施进行展望,旨在为棉花株型性状遗传育种研究提供参考。

非生物胁迫调控甜菊糖苷合成的研究进展

甜叶菊是一种新型糖源植物,其叶片富含的甜菊糖苷受多种非生物胁迫影响。本文从水分胁迫、温度胁迫、盐碱胁迫和重金属胁迫4个方面切入,综述国内外近十年来关于非生物胁迫对甜菊糖苷形成和积累的影响,探讨甜菊糖苷响应非生物胁迫的可能机制,并对未来研究提出可行性建议,指出需要加强甜菊糖苷耐非生物胁迫的分子机制研究、甜菊糖苷对共胁迫的响应机制研究和非生物胁迫与甜菊糖苷积累的全生育期研究。本综述旨在为非生物胁迫调控甜菊糖苷积累提供理论依据,为甜叶菊抗性机理研究、选育培育抗性新品种以及优质高产栽培提供理论参考。

生物有机肥防控甜叶菊叶斑病研究初报

为研究生物有机肥缓解甜叶菊连作病害的作用机制,在发病高峰期对连作田甜叶菊叶斑病病情进行调查,分析增施有机肥对甜叶菊叶斑病的防控效果。结果表明,连作加重生育中后期甜叶菊叶斑病的发生,发病率和病情指数随土壤连作年限增加而显著上升;增施有机肥显著降低甜叶菊植株发病率和病情指数,其中生物有机肥效果好于普通有机肥,连作时间越长防治效果越显著。因此,有机肥尤其是生物有机肥能够显著减轻甜叶菊连作田病害的发生,生产中宜选择在首年种植时即施用生物有机肥,从而达到促生抑病的效果。

长期连作对甜叶菊植株养分及糖苷含量的影响

为探明长期连作对甜叶菊生长及其糖苷积累的影响,以连作2年为对照,研究连作8年后甜叶菊的生长指标、养分含量及甜菊糖苷含量变化。结果表明:长期连作显著降低株高、茎粗及分枝数,其中株高和茎粗分别比连作2年下降21.84%和35.81%,分枝数比连作2年减少2.2个;连作8年后单株茎、叶干质量仅为连作2年的40.95%和42.32%;除硼元素外,长期连作显著改变植株氮、磷、钾、钙、镁、锌、铜、铁和锰元素的含量,但连作8年后单株养分积累量整体呈下降趋势,各种元素单株养分积累量茎叶总计连作8年比连作2年降低16.42%~77.27%;连作8年丰富了叶片中糖苷组分并显著增加甜菊糖苷的相对含量,连作2年和连作8年的糖苷总含量分别为8.50%和16.30%,但主要糖苷组分STV和RA的单株积累量仍显著低于连作2年,连作8年STV和RA占总苷含量分别比连作2年降低4.98、7.94个百分点,RC增加1.29个百分点;单株积累量STV和RA分别比连作2年减少39.06%和32.87%。综上,连作不利于甜叶菊生长,抑制植株养分和叶片糖苷积累,但对微量糖苷组分有一定的改善作用。

陆地棉钾转运体基因GhHAK5的序列特征及表达分析

KUP/HAK/KT钾转运体基因家族对植物吸收钾离子发挥重要作用,鉴定和克隆棉花的钾转运体基因,对于改良棉花的钾吸收特性,提高棉花的产量和品质具有重要意义。基于已测序的陆地棉基因组序列,本研究通过同源克隆的方法鉴定到陆地棉钾转运体基因GhHAK5,并以陆地棉品种百棉1号为材料对其CDS序列进行扩增。结果表明,GhHAK5基因的CDS全长为2451 bp,编码816个氨基酸,分子量和等电点分别为91.23 k D和8.15。GhHAK5蛋白具有KUP/HAK/KT家族基因的保守结构域"K-trans"(Pfam02705)和标志性序列GXXXGDXXXSPLY,并具有11个跨膜区。在进化上,GhHAK5蛋白与拟南芥AtHAK5亲缘关系最近,其次是与水稻的OsHAK5,它们同属Cluster I进化簇。亚细胞定位结果显示,GhHAK5是一个定位于质膜的蛋白,这与其主要作为钾转运子参与K+吸收的功能是一致的。GhHAK5基因在根中表达量最高,在茎、叶、花瓣、纤维和花萼中表达量很低,且其表达受外界低钾环境诱导。本研究结果为进一步了解GhHAK5基因的功能及培育钾高效棉花品种奠定了基础。

陆地棉蔗糖转运蛋白基因家族的鉴定及表达分析

蔗糖转运蛋白(SUT)在蔗糖从“源”到“库”的运输与分配过程中发挥着重要作用。该研究基于最新公布的陆地棉基因组数据,利用生物信息学和荧光定量PCR等方法,对陆地棉SUT基因家族进行全基因组鉴定,并对他们的表达特性进行系统分析。结果显示:(1)在陆地棉基因组中,共鉴定到18个GhSUT基因(GhSUT1-GhSUT18),他们不均匀地分布在陆地棉11条染色体上。(2)GhSUT蛋白间序列一致性很高,均具有11~12个跨膜结构域,且都定位于质膜。(3)进化关系分析表明,陆地棉GhSUT蛋白主要分布在双子叶植物特有的SUT1亚组,以及单、双子叶植物共有的SUT2亚组和SUT4亚组,其中SUT1亚组成员最多,包含8个GhSUT基因。(4)位于同一亚组的GhSUT基因具有相似的内含子-外显子分布模式,不同亚组间GhSUT基因内含子/外显子数目差异很大。(5)转录组分析表明,GhSUT基因在表达水平上存在差异,GhSUT1和GhSUT10在被检测的组织不表达,GhSUT5、GhSUT14、GhSUT7和GhSUT16在被检测的组织表达量较低,其他GhSUT基因在被检测的组织具有较高的表达水平;另外,GhSUT基因的表达具有组织特异性,其中GhSUT2和GhSUT11主要在“源”和“库”器官中表达,GhSUT6和GhSUT15主要在“库”器官中表达,而GhSUT9和GhSUT18主要在纤维中表达。(6)荧光定量PCR分析表明,GhSUT2在“源”和“库”器官中均具有较高的表达水平,GhSUT6主要在“库”器官包括根、花瓣、纤维和茎中表达,在“源”器官(叶片)中表达量很低;GhSUT18主要在纤维中特异性高表达,在其他组织表达量很低。研究表明,实验验证结果与转录组分析结果相对一致。该研究结果为进一步研究SUT家族基因的功能提供了重要的基因信息,并为棉花产量的提高和纤维品质的改良奠定了理论依据。

陆地棉种子快速老化的活力变化研究

为探讨棉花种子老化过程中活力的变化规律,以百棉1号为试验材料,用50%甲醇人工加速老化方法处理棉花种子,经不同时间处理后,测定指标包括发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、苗高和鲜重。结果表明,甲醇处理能够使种子劣变,导致种子老化,50%甲醇对于棉花种子的老化的影响在0~2h变化不大,3h之后随着时间延长,其老化程度迅速加大。

陆地棉钾转运体基因GhHAK5启动子的克隆与功能分析

KUP/HAK/KT钾转运体基因的转录调控是植物响应低钾胁迫的一项重要机制。克隆和分析棉花钾转运体基因的启动子,不仅有助于了解其表达模式及调控机制,对于改良棉花的钾吸收特性也具有重要意义。陆地棉钾转运体基因GhHAK5是一个在根中特异性高表达的基因,其表达受低钾胁迫诱导,目前关于该基因启动子的功能还不清楚。本研究以陆地棉品种百棉1号为材料,通过PCR方法对GhHAK5上游2000bp启动子片段(pGhHAK5)进行克隆,并通过转化拟南芥、GUS组织定位和低钾诱导表达特性分析来研究其功能。结果表明, pGhHAK5除具有TATA-box和CAAT-box等基本顺式作用元件外,还含有多个响应于光、逆境胁迫、植物激素和生物钟等的顺式作用元件。pGhHAK5与雷蒙德氏棉pGrHAK5在重要调控元件的数量和位置分布上具有较高的一致性,均具有5个参与根特异性表达调控的元件(ATAAAAT)和1个参与低钾条件下转录调控的ARF转录因子结合位点(TGTCNN)。GUS组织化学染色结果显示,转基因拟南芥幼苗的叶脉和胚轴维管束组织染色较深,根系染色较浅;成熟期转基因拟南芥植株的根、叶脉和花萼维管束组织染色较深,茎和荚皮染色较浅,表明pGhHAK5驱动的GUS主要在拟南芥成熟的根和地上部维管束组织中表达。进一步低钾诱导表达特性分析表明, PGhHAK5驱动的GUS在拟南芥幼苗幼嫩根中的表达很弱,且其表达不受低钾胁迫诱导而增强,表明PGhHAK5可能是一个主要在成熟根中具有功能的低钾诱导型启动子。转录组分析和荧光定量PCR结果表明, GhHAK5主要在成熟的根中表达,且其表达受发育时期的影响,该结果与pGhHAK5驱动的GUS在拟南芥根中的表达结果一致。本研究结果有助于深入了解GhHAK5表达调控的分子机制,并为棉花钾吸收效率的提高及钾高效棉花品种的培育提供理论依据。

一氧化氮参与水杨酸对玉米幼苗根系抗旱性的调控

采用10%聚乙二醇6000(PEG6000)模拟干旱胁迫,研究内源一氧化氮(NO)在水杨酸调控新单29幼苗根系抗旱性中的作用。结果表明:与对照相比,干旱胁迫显著提高了玉米幼苗根系NO、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛(MDA)、过氧化氢(H_2O_2)含量及根冠比,显著降低了地上生物量;与单独干旱胁迫处理相比,水杨酸显著提高了玉米幼苗根系NO、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量及根系生物量、根冠比,显著降低了MDA、H_2O_2含量;NO清除剂则可以显著降低干旱和水杨酸诱导的NO的产生与脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量,同时显著降低地上生物量、根系生物量及根冠比,并使MDA、H_2O_2含量显著升高,从而逆转干旱和水杨酸的上述效应。由上述结果可知,NO参与水杨酸对玉米幼苗根系抗旱性的调控。

不同生态环境条件下棉花“三桃”性状与皮棉产量的关系

以172份陆地棉骨干品种(系)为材料,在黄河流域棉区的河南新乡和西北内陆棉区的新疆石河子2个不同的生态环境下,对棉花"三桃"(伏前桃、伏桃、秋桃)性状与皮棉产量进行了相关、通径和回归分析。结果表明,不同环境条件下"三桃"性状与皮棉产量的相关程度存在差别。河南新乡伏桃、秋桃与皮棉产量呈极显著正相关,伏前桃与皮棉产量呈显著负相关;新疆石河子伏桃与皮棉产量呈极显著正相关,伏前桃、秋桃与皮棉产量呈微弱正相关。不同环境条件下"三桃"性状对皮棉产量的贡献不尽一致。2个生态环境中伏桃对皮棉产量的正向直接作用均最大,伏前桃对皮棉产量均为正向直接作用,但差别较大,秋桃对皮棉产量的作用最小。回归分析进一步明确了河南新乡可以通过增加伏桃提高皮棉产量,新疆石河子可以通过增加伏桃和伏前桃提高皮棉产量。研究结果为协调棉花早熟性与产量之间的关系,指导棉花生态穿梭育种提供了理论依据。

小麦BNS雄性不育基因连锁群分析和主效QTLs初步定位

为初步定位小麦温敏雄性不育系BNS中与不育相关的QTL及其所属连锁群,用BNS及其完全保持系郑麦366的F2为作图群体,建立自交结实率和花粉可育率两个表型BSA池,选用均匀分布在小麦染色体上的710个SSR分子标记,在BSA池中筛选连锁标记,并进行QTL定位,同时用连锁标记引物在BNS DNA中重扩增,扩增产物序列在小麦基因组中进行比对,验证标记所属染色体并分子定位。结果表明,在2对BSA池中共筛选到12个连锁标记,涉及8个连锁群。单标记分析发现,5个连锁标记(Xwmc396、Xwmc517、Xbarc55、Xwmc332和Xwmc752)与不育QTL紧密连锁。用区间分析法分析发现,有2个主效不育QTL,分别为2B染色体上的qBS1(紧密连锁Xwmc332和Xbarc55)和7B染色体上的qBS2(紧密连锁Xwmc396和Xwmc517)。两个主效QTL的LOD值均大于5,贡献率均大于13%,且显性效应均大于加性效应。

高产、优质棉花新品种百棉15的选育及栽培技术要点

百棉15是河南科技学院育成的高产、优质棉花新品种,2016年6月通过河南省农作物品种审定委员会审定。2011—2012年河南省春棉品种区域试验结果,籽棉、皮棉、霜前皮棉产量分别为3 580,1 449.8,1 297.5kg/hm^2,分别较对照鲁棉研28增产7.6%、8.8%、8.6%。2013年河南省常规春棉生产试验结果,籽棉、皮棉、霜前皮棉产量分别为3 945.0,1 551.0,1 471.5kg/hm^2,分别比对照鲁研棉28增产8.1%、8.1%、9.9%。高抗枯萎病、耐黄萎病;生育期110~122d,霜前花率94.9%。

高产、优质、广适棉花新品种百棉985

百棉985是河南科技学院育成的高产、优质、广适棉花新品种,2015年通过国家农作物品种审定委员会审定。2010—2011年参加黄河流域棉区中熟常规品种区域试验,籽棉、皮棉、霜前皮棉的单产依次比对照品种中植棉2号增产10.9%、13.3%和14.0%,均居同期参试品种第1位;2012年参加生产试验,籽棉、皮棉、霜前皮棉单产依次比对照品种中植棉2号增产8.7%、11.0%和11.9%,均居同期参试品种第1位。抗性鉴定,耐枯萎病,耐黄萎病,抗棉铃虫。

麦后直播高密度短季棉有效铃空间分布

以15万株/hm2高密度麦后直播的不同短季棉品种为对象,调查清水和棉太金处理下棉花单株有效铃的产量性状和空间分布。结果表明,单株有效铃数、棉铃质量、衣分、籽指分别为5.4~7.4个、4.0~4.2 g、34.7%~37.9%、10.3~11.7 g;1至6台果枝的籽棉产量、有效铃数分别占单株总籽棉产量、有效铃数的78.1%~92.2%、79.3%~92.1%;果枝第1节位籽棉产量、有效铃数分别占总籽棉产量、有效铃数的78.1%~85.4%、76.7%~85.1%。由结果可知,麦后直播棉在栽培管理上应着重利用第1~6台果枝和果枝第1节位铃。

Artificial miRNA调控甘蓝型油菜芥酸的研究

芥酸是重要的工业原料,主要来源是甘蓝型油菜种子,为调节甘蓝型油菜种子内芥酸含量,针对甘蓝型油菜芥酸合成过程中的关键酶基因Bnfad2设计特异性amiRNA,并构建种子特异表达载体,转化高芥酸甘蓝型油菜品种MY15和低芥酸甘蓝型油菜品种LEA01,并对转化植株T_0种子脂肪酸进行分析。结果表明,转化的高芥酸甘蓝型油菜芥酸的增加最高达到5.12%,最低2.11%;而转化的低芥酸品种,最高仅为0.45%,最低只有0.16%,而且所有转化低芥酸材料的芥酸含量都小于1%;同时转化种子内油酸的含量得到了明显的提高,最低为4.99%,最高达到了10.71%,亚油酸降低的幅度十分明显,最大降幅达到17%。表明amiRNA技术可以通过影响脂肪酸合成过程中特定基因的表达,有效改变种子内脂肪酸的组成,从而改变其营养结构,提高营养价值,进一步提高油菜种子的附加值。本研究为运用amiRNA技术调节油菜脂肪酸组成和改变其营养结构提供了一定理论依据。

留叶枝条件下不同种植密度百棉1号的棉铃空间分布

以百棉1号为材料,研究了在留叶枝条件下,产量、纤维品质和棉铃空间分布随种植密度（1.5万、3.0万、4.5万、6.0万、7.5万株/hm2）的变化.结果表明,随着种植密度增加,单位面积子棉产量先增加后降低,3.0万～6.0万株/hm2种植密度范围内差异不显著,达4 502.5～4 732.7 kg/hm2,整株纤维品质无显著变化;主茎和叶枝的铃数、铃重亦均随着种植密度的增加而显著降低,其中叶枝的下降幅度大于主茎;主茎铃数和子棉产量占整株比例均随着种植密度的增加显著增加,叶枝则相反;叶枝铃数和子棉产量空间分布与主茎相似,试验密度范围内,以中下层（1～10台果枝）和内围（1～2果节）为主体,叶枝中下层和内围子棉产量分别为整株叶枝的90.9％～95.3％和88.0％～95.9％,主茎中下层和内围子棉产量为整个主茎的81.9％～92.9％和75.7％～96.3％.

一种小型棉种硫酸脱绒机

针对棉花育种试验用种量一般较少,浓硫酸脱绒人工操作程序繁琐,且具有一定的危险性的问题,河南科技学院与新乡市红旗区江河机械厂在多年不断研究、探索中,研制出了1种小型棉花种子脱绒设备。本装置具有结构紧凑,操作简单,进料出籽一条龙作业,一次性完成自动加酸,酸加热、酸温自动控制、搅拌、脱绒和清洗操作,机器轻便、灵活、机构合理,而且清理方便、易操作。经过多次试验,棉种残酸率<0.15%,残绒率<0.27%,发芽率≥95%。本设备自动化程度高,有效地解决了人工脱绒的各种弊端。

激素蘸根对棉花裸苗移栽后的生理影响

为解决陆地棉裸苗移栽易死苗,缓苗期长的问题。试验以百棉1号为材料,采用不同激素的不同浓度蘸根处理,研究缓苗成活期的棉苗成活率、叶片的叶绿素含量、超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶的活性。结果显示:IBA、IAA和NAA的处理明显提高棉苗的成活率。5种激素处理均可以提高叶片的叶绿素b的含量,叶绿素a/b值在0.1～1.0 mg/L之间,且随激素处理浓度增大而减小;IBA、NAA、IAA三种激素蘸根能明显增加叶片SOD酶活性;IBA、GA、KT适宜浓度增加POD酶活性效果较好;适宜量GA和NAA处理可以引起CAT酶活性显著性上升。激素蘸根可以影响棉花裸苗移栽的成活率及其幼苗叶片的抗氧保护酶活性,适宜的激素浓度酶活性高,不同激素对不同酶活性影响效果不同。

国审百棉985丰产和稳产性及产量构成因素分析

百棉985为河南科技学院育成的国审转基因抗虫棉品种,2010~2012年国家区域试验和生产试验结果表明,该品种的丰产性和稳产性好、适应性强、增产潜力大。在30300~60000株/hm^2种植密度下,该品种主要产量构成因素中,以单铃重对产量的作用最大,其次是衣分、单株铃数,种植密度最小。在生产实践中,应在合理密植的基础上(30300~60000株/hm^2)稳铃重、争株铃、促衣分,方能更好地发挥该品种的增产潜力。

植物学实验课程改革的探索与实践

实验教学是教学过程的重要环节,针对植物学实验课程授课过程中存在的一些实际问题,从实验项目和内容、实习方式、创新试验、教学手段改革等方面进行了探索和研究,通过实验课程改革旨在提高课堂教学效果,积极提高学生的实验技能及培养学生的科研创新能力。