有关棉花生产中的若干生理问题

一.棉花壮苗的生理基础问题要提高棉花产量,必须抓住棉花生产过程中的每一环节。棉花苗期的壮苗齐苗无疑是获致棉花高产的重要基础。壮苗齐苗是栽培管理、遗传育种和病虫害防治等综合措施的结果。从生理角度考虑壮苗齐苗问题,主要是提高棉花种子的发芽率、发芽势、加速苗期的生长势以及增强棉苗对不良环境的抵抗能力如抗病、耐低温、耐盐碱等。     

N、P施肥对塔里木河上游绿洲棉花C、N、P生态化学计量特征的影响

施肥通过外源物质的添加直接干预了农田生态系统中作物元素的运移循环过程。通过野外N、P施肥试验,测定棉花各生育期碳(C)、氮(N)、磷(P)元素含量及其生物量,分析棉株C、N、P元素的分配规律,探讨棉株对生长速率调控的内在机制,获得棉株体内N、P元素的内稳性指数,并判断其限制性元素类型。结果表明:棉花C、N、P元素平均含量分别为388.7、20.97、3.43 g/kg;棉花比生长速率与N∶P、C∶P间均存在负相关关系,棉花生长符合生长速率假说;N、P元素内稳性指数H分别在1.02—5.28、1.01—4.55范围内。叶片N∶P可表征植物限制性元素类型,棉花最大生长速率所对应的叶片N∶P为13,是判断限制元素的标准;综合棉花生长速率和内稳性指数研究可知研究区棉花生长受到N、P元素的共同限制,同时,在生长前期更易受P元素的限制,生长后期更易受N元素的限制。     

转Bt+CpTI基因棉花对根际土壤细菌及氨氧化细菌数量的影响

转基因棉花对根际土壤微生物的影响在转基因作物风险评估中具有重要意义。【目的】通过研究转基因棉花根际微生物群落变化来评估转基因棉花的生态风险。【方法】以转Bt+CpTI基因抗虫棉(SGK321)及非转基因亲本棉花石远321(SY321)根际土壤总细菌和氨氧化细菌为研究对象,分别在种植前和棉花的不同生长时期(蕾期、花期、铃期和絮期)取样。采用微滴数码PCR方法对土壤中总细菌16S rRNA和氨氧化细菌的功能基因amoA基因进行定量分析。【结果】结果发现两种棉花根际土壤中的总细菌数量随棉花生长的不同时期没有显著差异。但是对氨氧化细菌的定量结果表明随棉花不同生长时期,两种棉花根际土壤中的氨氧化细菌数量均发生显著变化,但变化趋势不同:在蕾期,SY321和SGK321根际土壤中的氨氧化细菌数量分别增加了4倍和2倍;在花期,SY321根际氨氧化细菌与蕾期相比显著降低至5.96×105copies/g dry soil,而SGK321根际氨氧化细菌则显著增加至1.25×106copies/g dry soil;在铃期,SY321根际氨氧化细菌显著增加至1.49×106copies/g dry soil,而SGK321根际土壤中氨氧化细菌数量没有发生显著变化;絮期两者均表现为降低,但差异显著。与非转基因棉花相比,转基因棉花根际土壤中的氨氧化细菌变化相对较为平缓。【结论】这表明氨氧化细菌数量既受棉花生长时期的影响,同时也受转基因棉花的影响,转基因棉花通过影响氨氧化细菌的数量减缓氨的转化速度,这在一定程度上有利于植物生长。     

过量表达棉花液泡H+-ATPase C亚基基因促进酵母细胞伸长和提高盐胁迫耐受性

棉花液泡H -ATPase在纤维细胞的伸长过程中具有重要作用,能够通过对纤维细胞膨压的调节而介导细胞的极性膨大.拟南芥液泡H -ATPase C亚基(DET3)具有调节液泡H -ATPase活性,进而调控细胞伸长的作用.为了快速鉴定棉花液泡H -ATPase C亚基基因(GhDET3)的功能和推测其在棉花纤维生长中的作用,作者构建了GhDET3的酵母表达载体pREP5N( ).GhDET3,并进行了裂殖酵母的遗传转化.结果表明,在酵母细胞中过量表达GhDET3基因,能够促进酵母细胞的伸长和提高酵母细胞对NaCl和高pH的耐受性,说明GhDET3对液泡H -ATPase的活性有重要影响,由此推测GhDET3基因与棉花纤维细胞的伸长生长具有密切关系.     

转BT+ CPTI基因抗虫棉的种植对土壤根际反硝化菌丰度和多样性影响

摘要:【目的】为评价转基因棉花的种植对根际土壤反硝化细菌丰度和多样性的影响,【方法】以转Bt + CpTI 基因抗虫棉(SGK321)及非转基因亲本棉花石远321(SY321)根际土壤反硝化细菌为研究对象,分别在种植前和棉花的不同生长时期(蕾期、花期、铃期和絮期)取样。采用实时荧光定量PCR方法和末端标记限制性片段多态性(T-RFLP)技术对土壤中反硝化细菌的功能基因nosZ基因进行定量和多样性分析。【结果】结果发现随棉花不同生长时期两种棉花根际土壤中的反硝化细菌丰度均发生显著变化,但变化趋势不同。转基因棉花根际土壤反硝化细菌从种植前的3.12×106 copies/g dry soil一直增加到铃期的2.81×107 copies/g dry soil,增加了8倍。非转基因棉花根际土壤反硝化细菌丰度变化受生长周期影响更为显著,表现为蕾期增加,花期降低,铃期又增加的趋势。典范相关及部分典范相关分析反硝化细菌多样性结果表明其多样性受环境因素pH、硝酸根浓度以及棉花生长时期(蕾期和花期)影响最为显著,但此外棉花品种也起到了非常重要的作用,【结论】反硝化细菌的丰度和多样性既受棉花生长时期的影响,同时也受棉花品种的影响,转基因棉花通过调节根际土壤中的pH 和硝酸根浓度,来影响其多样性和丰度。转Bt + CpTI基因抗虫棉的种植增加了土壤pH,从而导致根际土壤反硝化细菌的多样性和丰度增加。     

不同密度棉花粉蚧种群对扶桑生长的影响

棉花粉蚧Phenacoccus solenopsis Tinsley是我国一种重要外来入侵害虫.关于该害虫入侵发生对作物的危害程度一直是关注的重要方面.本文通过定量接种虫量的方法,研究了棉花粉蚧初孵若虫不同初始密度(50头/株、100头/株、200头/株、400头/株、800头/株)下扶桑苗生长规律.结果植株生长表明,...     

转Bt基因棉花主要抗虫黄酮类化合物时空动态的HPLC分析

棉花植株中的黄酮类化台物是重要的抗病虫害物质。运用高效液相色谱技术,对转Bt基因棉花主要抗虫黄酮类化合物的种类、含量和时空动态进行了初步探讨。结果表明,棉花组织中主要抗虫黄酮类化台物(包括异斛皮苷、芳香苷和槲皮素等)能够用HPLC方法检测并进行定量;异树皮苷、芳香苷和树皮素的含量均以花瓣中最高,花萼、苞叶和棉铃中较少;棉花生长中后期顶端嫩叶中抗虫黄酮类化合物的含量明显高于苗期．不同组织不同生长期的主要抗虫黄酮类化合物含量有一定的差异,所起的抗虫作用也有所不同．     

转Bt + CpTI基因棉花对根际土壤细菌及氨氧化细菌数量的影响

摘要:转基因棉花对根际土壤微生物的影响在转基因作物风险评估中具有重要意义。【目的】通过研究转基因棉花根际微生物群落变化来评估转基因棉花的生态风险。【方法】以转Bt + CpTI基因抗虫棉(SGK321)及非转基因亲本棉花石远321(SY321)根际土壤总细菌和氨氧化细菌为研究对象,分别在种植前和棉花的不同生长时期(蕾期、花期、铃期和絮期)取样。采用微滴数码PCR方法对土壤中总细菌16S rRNA和氨氧化细菌的功能基因amoA基因进行定量分析。【结果】结果发现两种棉花根际土壤中的总细菌数量随棉花生长的不同时期没有显著差异。但是对氨氧化细菌的定量结果表明随棉花不同生长时期,两种棉花根际土壤中的氨氧化细菌数量均发生显著变化,但变化趋势不同:在蕾期,SY321和SGK321根际土壤中的氨氧化细菌数量分别增加了4倍和2倍;在花期,SY321根际氨氧化细菌与蕾期相比显著降低至5.96×105 copies/g dry soil,而SGK321根际氨氧化细菌则显著增加至1.25×106 copies/g dry soil;在铃期,SY321根际氨氧化细菌显著增加至1.49×106 copies/g dry soil,而SGK321根际土壤中氨氧化细菌数量没有发生显著变化;絮期两者均表现为降低,但差异显著。与非转基因棉花相比,转基因棉花根际土壤中的氨氧化细菌变化相对较为平缓。【结论】这表明氨氧化细菌数量既受棉花生长时期的影响,同时也受转基因棉花的影响,转基因棉花通过影响氨氧化细菌的数量减缓氨的转化速度,这在一定程度上有利于植物生长。     

转基因抗草甘膦棉栽培地生存竞争能力

【目的】针对我国研发的具有自主知识产权的转EPSPS基因抗除草剂棉花,研究其环境适应和生存竞争能力,以评价其环境安全性,为其生产应用提供依据。【方法】试验在河南安阳中国农业科学院棉花研究所试验农场中进行。以转基因(EPSPS)抗草甘膦棉为试验品种,受体材料和中棉所49为对照品种,在正常管理模式下,对棉花的营养生长、生殖生长、产量因子及纤维品质等指标进行比较。【结果】转基因抗草甘膦棉花在苗期、现蕾期、花铃期和吐絮期的株高均低于受体材料,但差异不显著;花铃期,转基因抗草甘膦棉花每株花蕾数比受体材料少3.58个,差异达到显著水平;但在吐絮期其单株铃数比受体材料多1.1个,且其产量比受体材料高91.4 kg·hm~(-2);转基因抗草甘膦棉花的纤维品质也有一定程度的改善。同时,转基因抗草甘膦棉花上述各项生长指标、产量及纤维品质等均与对照品种中棉所49相当。【结论】转基因抗草甘膦棉花在栽培地环境下可正常生长,未对农业生产造成明显的负面影响和风险。     

转RRM2基因棉生长势和产量及对棉田节肢动物群落的影响

为了评估新型转基因棉花的育种价值, 评价其对棉田生态环境安全性的影响, 2012-2013年连续2年以新型转RRM2基因棉花(Gossypium hirsutum)为材料, 以其亲本‘中棉所12’为对照, 系统研究了棉田节肢动物群落的结构与组成、群落特征参数及其季节性动态变化, 同时结合气候条件分析比较了转基因棉花和非转基因棉花的生长势和产量构成因素。结果表明: 相同年份新型转RRM2基因棉田昆虫群落、害虫亚群落和天敌亚群落的结构与组成、多样性指数、均匀度指数、优势集中性指数及棉花生长期相对丰度动态变化均与对照无显著差异; 与2012年相比, 2013年转基因棉田和非转基因棉田节肢动物群落、棉花生长及产量构成因素的各项指标总体上呈下降趋势; 转基因棉田和非转基因棉田优势天敌功能团动态均滞后于优势害虫功能团, 因此棉花生长前期应适时防治棉花害虫。     

连作对棉花抗枯萎病生理生化特性的影响

连作障碍引起棉花的产量和品质下降,严重制约着我国棉花产业的可持续发展。枯萎病作为典型的土传真菌病害,一直是困扰我国棉花生产的两大病害之一。研究采用室内盆栽试验,通过接种棉花枯萎病菌,研究不同连作年限(0、5、15a)土壤对棉花生长状况及体内超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、过氧化物酶(POD)活性、可溶性蛋白和丙二醛(MDA)含量的影响,进而探讨其对棉花抗枯萎病性能的影响。研究结果表明:与非连作土壤相比,连作土壤显著影响棉花的生长,导致棉花幼苗鲜重、主根长、株高降低,SOD和CAT活性降低,可溶性蛋白和丙二醛(MDA)含量升高,抗病品种中棉38的POD活性无显著变化,但耐病品种南农10号的POD活性明显提高。说明连作降低了棉花对枯萎病菌的抗氧化酶反应,加重了棉花的膜质过氧化程度,进而降低了棉花对枯萎病的抗性。     

转Cry1Ac+Cry2Ab棉花生长势及其对棉田节肢动物物种丰富度的影响

【背景】转基因棉花在商业化种植之前,必须评价其环境安全性。其中新型棉花材料的生存竞争能力和对物种丰富度的影响是评价的重要内容。【方法】以转Cry1Ac＋Cry2Ab基因棉为试验材料,转Cry1Ac棉花中棉所41和非转基因棉花中棉所49为对照品种,分别于2014年5~9月对棉花株高、主茎叶片数、叶绿素含量、比叶面积、果枝数、蕾铃数等生长参数进行比较,同时对二代、三代和四代棉铃虫发生期棉田物种丰富度进行系统调查。【结果】转Cry1Ac＋Cry2Ab棉花的生长势与转Cry1Ac棉花和非转基因棉花基本相当,没有表现出明显的竞争优势;产量构成参数在成铃和脱落等方面比非转基因棉表现出良好的优势。对棉田节肢动物物种丰富度的影响表明,转Cry1Ac＋Cry2Ab棉花对靶标害虫棉铃虫具有良好的控制效果,对主要刺吸性害虫棉蚜、棉蓟马、烟粉虱、绿盲蝽与天敌龟纹瓢虫、草间小黑蛛、草蛉和小花蝽等的种群丰富度在个别时期有所影响,但总体上与转Cry1Ac棉田和非转基因棉田没有显著性差异。【结论与意义】转Cry1Ac＋Cry2Ab棉花无竞争优势,但目标性状优势较好;对棉田节肢动物物种丰富度无明显影响。研究结果为新型转Cry1Ac＋Cry2Ab棉花对棉田环境安全方面的研究进一步补充了内容,为转基因棉花的环境安全评价提供科学数据。     

核桃叶水浸提液对棉花生长及棉花枯萎病菌的化感效应

研究了不同浓度核桃叶水浸提液对棉花种子萌发、幼苗生长及对棉花枯萎病菌菌丝生长的化感效应。结果表明, 不同浓度核桃叶水浸提液对棉花种子萌发、幼苗生长及棉花枯萎病菌菌丝生长均体现出抑制效应, 且抑制作用整体随着浸提液浓度的增高而逐渐增强。浸提液对棉花种子发芽势、发芽指数的影响要大于对发芽率的影响, 20 mg·mL^–1以上浸提液浓度处理的棉花种子发芽势与发芽指数显著(P<0.05)降低, 而30 mg·mL^–1 的浓度下对种子发芽率的抑制仍不显著。浸提液浓度大于20 mg·mL^–1 时, 棉花幼苗根的生长及根系活力开始受到强烈抑制, 当浸提液浓度大于30 mg·mL^–1时, 幼苗总叶绿素含量显著降低, 导致幼苗的鲜、干重减少。同时, 在高浓度浸提液胁迫下(>30 mg·mL^–1), 还会造成棉花植株体内MDA 含量急剧增高。不同浓度浸提液对棉花枯萎病菌菌丝的生长均有一定的抑制作用, 40 mg·mL^–1 浓度浸提液的抑菌率达到最高, 为47.9%。     

不同施氮量和分施比例对棉花幼苗生长和水分利用效率的影响及其根源ABA调控效应

研究了分根交替供水(APRI)条件下不同施氮量(高氮HN 200kg/hm~2、中氮MN 120kg/hm~2和低氮LN 80kg/hm~2)和分区氮肥施用比例(1:3,2:2和0:4)处理下,经历干旱胁迫后棉花幼苗(品种:汴棉5号)株高、茎粗、根冠生物量、气体交换参数、水分利用效率(WUE)、总根长和根系表面积以及根源脱落酸(ABA)含量的变化。以期进一步明确根源ABA对棉花幼苗生长和WUE调控的生理生态效应。结果表明:施氮量和氮肥分施显著增强了干旱条件下根源ABA对棉花幼苗生长和WUE的调控作用,但根源ABA对氮利用效率无显著影响。高氮处理下棉花幼苗生长受到干旱的影响最小,具有最好的生长状态和最大的根源ABA含量,但其WUE最低;而低氮处理下的棉花幼苗生长最弱但具有最大的WUE。无论施氮量为何,0:4施氮比例棉花幼苗在干旱条件下生长最弱,1:3施氮比例幼苗则生长最好,且具有最大的WUE和根源ABA含量、根系总长度和表面积;2:2和1:3施氮比例的棉花幼苗在根冠生长和叶面积上未表现出明显的差异;0:4和1:3施肥比例的棉花幼苗在气孔导度、蒸腾速率、WUE和根源ABA含量上差异不明显。因此,施用氮肥以及适当施肥比例能够诱导根源ABA产生更强的信号作用,调控棉花幼苗减少水分消耗、维持更好的根系形态(根长和表面积以及细根比例的维持和增长)和光合能力来维系干旱条件下植株更好的生长和更高的WUE,尤其1:3施肥比例下。虽然干旱条件下低氮耦合1:3施氮比例具有最大的WUE,但中氮耦合1:3施氮处理可以在得到最高生物量的同时得到较高的WUE,同时做到高产、省水和节约氮肥。     

棉花喷施核酸(DNA)效果探讨

在棉花的不同生长期采用不同浓度的脱氧核糖核酸（DNA）溶液喷施叶面,测试施用DNA对棉花生长及其产量的影响。结果表明：现蕾斯喷施促进营养生长明显,但对棉花产量影响较小;盛花期喷施对营养生长和生殖生长均有促进,棉花产量提高幅度大;浓度为1‰的DNA溶液比浓度为0．5‰的对棉花产量的提高作用大。结论：在棉花生长的盛花时期,叶面喷施‰浓度的DNA溶液,能明显促进其生长发育和产量的提高。     

亏缺灌溉对棉花生长和水分利用效率的影响研究进展

棉花是世界上最主要的农作物之一。随着全球水资源的日益紧张,灌溉用水将成为限制棉花生产的主要因素。亏缺灌溉是一种低于作物正常腾发量的灌溉方式,可以在保证棉花产量和品质的前提下提高水分利用效率,是一种有效的节水灌溉方式。本文综述了亏缺灌溉对棉花生长和水分利用效率的影响。亏缺灌溉可以通过促进棉花由营养生长向生殖生长转化,降低棉花株高、叶面积、总生物量,从而提高收获指数、茎粗和水分利用效率。最后,综合现有的研究,结合棉花生产实际,提出亏缺灌溉应用推广建议,以期为旱区棉花可持续发展提供理论指导。     

转Bt基因棉田与常规棉田节肢动物群落多样性的比较研究

研究了在棉花生长的早期、中期和后期转Bt(bacillus thuringiensis)基因棉和常规棉两种棉田的节肢动物群落、害虫亚群落和天敌亚群落多样性。结果表明,GK-12未防治区的节肢动物群落多样性指数和害虫亚群落的多样性指数在棉花生长前期和后期要高于泗棉3号未防治区;GK未防治区的天敌亚群落多样性指数在棉花生长后期高于泗棉3号未防治区,在棉花生长的早期和中期,两者的大小没有表现出显著性差异。对影响棉田生态系统3种多样性指数的因子的方差分析表明,棉花品种和化学防治措施的共同作用是影响棉田生态系统节肢动物群落和天敌亚群落多样性指数的主要因子。     

不同外源酚酸化感物质组合对棉花种子萌发和幼苗生长的化感效应

为阐明不同外源酚酸类化感物质组合对棉花种子萌发及幼苗生长发育的化感效应, 选择在棉花连作30年土壤中检测到的对-羟基苯甲酸(P-HA)、香草醛(VA)、阿魏酸(FA)3种酚酸类化感物质, 以田间自然状态下含量为处理浓度研究对棉花种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明: 3种酚酸化感物质对棉花种子萌发和幼苗生长有显著影响。对种子萌发有促进作用, 对幼苗生长有抑制作用,对幼苗生理酶活性有着不利影响。两种或两种以上化感物质混合时比一种酚酸化感物质对棉花的作用效果小, 说明对羟基苯甲酸、香草醛和阿魏酸三者之间存在拮抗效应。P-HA对VA和FA存在着抵消作用, 3种化感物质组合之间的拮抗效应与化感物质的浓度和作用效果密切相关。     

转基因抗虫棉根系分泌物对棉花黄萎病菌生长的影响

转基因抗虫棉的抗病性下降已成为制约我国棉花生产的重要因素之一.以转基因抗虫棉及其亲本非转基因棉花对照为材料,研究转基因抗虫棉根系分泌物对棉花黄萎病菌孢子萌发和菌丝生长的影响,并对其根系分泌物中氨基酸及糖类的组成和含量进行了测定.结果表明：与亲本非转基因棉相比,2种转基因抗虫棉对棉花黄萎病菌的抗性下降,转基因抗虫棉的根系分泌物对黄萎病菌孢子萌发和菌丝生长均具有促进作用.与亲本常规棉中23相比,转基因双价抗虫棉中41根系分泌物中多了甲硫氨酸和赖氨酸,并且天冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、酪氨酸的含量显著升高.泗棉三号与单价抗虫棉GK12的根系分泌物中虽然含有相同的氨基酸组分,但GK12的根系分泌物中酪氨酸、缬氨酸、亮氨酸的含量显著下降.中41根系分泌物中检测出4种糖类,而中23中仅检测出葡萄糖.抗虫棉GK12和泗棉三号根系分泌物中都检测出4种糖类,但其含量差异明显.     

具有疾病的棉铃虫—棉花SIS模型分析

棉铃虫是棉花蕾铃期重要钻蛀性害虫,也是中国棉区蕾铃期害虫的优势种,近年为害十分猖獗,给棉花生产带来了巨大的损失.由于棉铃虫依附于棉花生长,所以研究棉花与棉铃虫之间的依存制约关系对棉铃虫的防治有着重要意义.本文研究易感棉铃虫、感染疾病的棉铃虫和棉花之间的关系,构建"棉铃虫—棉花"的具有疾病的SIS模型,研究了系统的正平衡点和基本再生数R_0,利用了Hurwitz定理证明了正平衡点处渐进稳定性,通过构造Liapunov函数和Dulac定理说明了正平衡点的全局稳定性.数值模拟的结果也说明了所得结论的合理性,同时得出了当R_0 1时,棉铃虫和棉花的数量达到平衡.