發(fā)布時間：2020-08-28 20:49

　　 棉花是世界性的重要經(jīng)濟作物和紡織工業(yè)主要原料。中國是世界產(chǎn)棉和用棉大國,棉花產(chǎn)業(yè)對發(fā)展國民經(jīng)濟和保障人民生活具有重要的意義。但21世紀(jì)以來,隨著大量高產(chǎn)轉(zhuǎn)Bt基因棉花品種投入使用,棉花早衰現(xiàn)象日益突出,嚴(yán)重影響了棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的進一步提高。棉花早衰是葉片衰老的表現(xiàn)形式之一,深入研究揭示棉花衰老及其調(diào)控機制,實現(xiàn)棉花正常成熟,對提高棉花產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要的理論和實踐意義。庫源關(guān)系影響棉花衰老和成熟,庫源比是庫源關(guān)系的重要指標(biāo)。棉株的正常生長發(fā)育需要一個相對協(xié)調(diào)的庫源系統(tǒng)來維持,由于自身原因(遺傳因素)或外界脅迫(人工或環(huán)境)使庫源比變化,棉株體內(nèi)衰老相關(guān)基因差異表達,會引起早衰等異常熟相�；诖�,本研究選擇遺傳背景相同,而庫源比和葉片衰老快慢不同的兩個棉花品系(衰老慢的L系和衰老較快的E系)為材料,于2014～2016年在大田種植,相繼開展了以下研究:一是比較研究了兩個棉花品系的衰老表現(xiàn)(熟相)和庫源比,揭示了庫源比與葉片衰老的關(guān)系;對兩個棉花品系不同衰老時期的葉片進行了表達譜測定,發(fā)現(xiàn)了大量棉花衰老差異表達基因,明確了部分葉片衰老相關(guān)基因的表達模式;其中包括一個ABA受體基因GhPYL8,從兩品系中克隆了GhPYL 基因,發(fā)現(xiàn)了兩品系來源的GhPYL8基因存在3個核苷酸突變,導(dǎo)致了 1個氨基酸位點的突變;利用VIGS基因沉默技術(shù)分別在兩品系中沉默了GhPYL8基因,初步研究了 GhPYL8基因的功能。二是通過蕾期人工去除棉株基部2～4個果枝改變庫源比,從庫源關(guān)系、激素平衡、衰老相關(guān)基因表達等方面進一步揭示了庫源比調(diào)控葉片衰老的機制。主要結(jié)果和結(jié)論如下:1.庫源比不同是兩個棉花品系衰老差異的重要原因(1)兩個供試棉花品系庫源比不同。自蕾期開始,E系庫源比一直高于L系,且中后期差異更大。其中,在播種后110和125 d,E系庫源比分別比L系高 61.5%和 21.6%。(2)兩個棉花品系葉片衰老快慢差異顯著。雖然兩品系主莖功能葉葉綠素含量都是先升高后降低,但兩者之間差異顯著。在播種后110和125 d,E系葉片葉綠素含量比L系分別低23.5%和19.2%,光合速率(Pn)分別低29.3%和29.9%,丙二醛(MDA)含量則分別高42.4%和51.0%。在播種后95、110和125 d,E系葉片脫落酸(ABA)含量比L系分別高11.9%、10.9%和7.8%;細胞分裂素類物質(zhì)(CTKs)含量則分別低10.5%、10.3%和8.2%。(3)兩個棉花品系葉片衰老的差異與一系列相關(guān)基因差異表達有關(guān)。在播種后88和106 d進行兩個棉花品系葉片表達譜測定。結(jié)果表明,兩個棉花品系葉片衰老過程中差異表達基因主要富集在光合作用、大分子代謝和植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑等。兩個棉花品系葉片衰老過程中發(fā)現(xiàn)大量差異表達的轉(zhuǎn)錄因子基因,其中包括34個WRKY和28個NAC轉(zhuǎn)錄因子基因。隨著棉花葉片逐漸衰老,有32個WRKY和23個NAC轉(zhuǎn)錄因子基因在E系和L系中均上調(diào)表達,說明WRKY和NAC轉(zhuǎn)錄因子可能在棉花葉片衰老中起重要作用。隨著棉花葉片進一步衰老,大部分脫落酸、茉莉酸、水楊酸和赤霉素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相關(guān)基因上調(diào)表達,而大部分細胞分裂素、油菜素內(nèi)脂和生長素相關(guān)基因下調(diào)表達。實時熒光定量PCR結(jié)果表明,隨著棉花葉片衰老,主莖功能葉中ABA降解基因(CYPA707A)逐漸降低,但ABA合成基因(NCED)表達量逐漸升高,說明ABA可能參與促進棉花衰老。(4)GhYL8基因調(diào)控棉花葉片衰老。表達譜鑒定到3個衰老上調(diào)表達的ABA受體基因(GhPYL),但這3個PYL基因在E系中的表達量均低于L系,暗示這3個PYL基因可能與兩品系衰老差異有關(guān)。利用病毒誘導(dǎo)的基因沉默技術(shù)(VIGS)分別在兩品系中分別沉默了其中PYL8基因(GhPYL8),發(fā)現(xiàn)黑暗處理下,GhPYL8基因沉默棉苗葉片葉綠素含量增加,MDA含量降低,延緩了暗處理下的葉片衰老,說明GhPYL8基因參與調(diào)控棉花衰老。GhPYL8基因克隆發(fā)現(xiàn)該基因在兩個品系間存在3個位點的堿基差異。進一步分析發(fā)現(xiàn),只有L系GhPYL8基因的第223位堿基突變導(dǎo)致產(chǎn)生了氨基酸的改變,深入研究L系GhPYL8基因突變對棉花衰老的調(diào)控作用,有助于揭示兩品系間衰老差異的機制。2.去早果枝降低了庫源比并延緩了棉花葉片早衰(1)去早果枝降低了兩個棉花品系的庫源比。兩年試驗結(jié)果皆表明,去早果枝顯著降低了兩個棉花品系的庫源比。其中,在去早果枝后50和65 d,L系去2個早果枝(LR2)的庫源比較未去早果枝的對照(LR0)降低了 10.1%和17.4%,去4個早果枝(LR4)降低了 53.7%和34.8%;E系去2個早果枝(ER2)的庫源比較未去早果枝的對照(ERO)降低了 42.4%和5.7%,去4個早果枝(ER4)降低了 80.1%和 16.4%。(2)去早果枝顯著延緩了兩個棉花品系主莖功能葉的衰老。在去早果枝后65 d,LR2處理的葉片葉綠素含量和光合速率分別比LRO提高了 8.5%和11.6%,丙二醛(MDA)含量則降低了 7.8%;LR4的葉片葉綠素含量和光合速率分別提高了 10.5%和19.6%,MDA含量則降低了 14%。ER2處理的葉片葉綠素含量和光合速率分別比ERO提高了 5.8%和12.1%,MDA含量則降低了 7.9%;ER4處理的葉片葉綠素含量和光合速率分別提高了 19.8%和25.1%,MDA含量降低了18.4%。在去早果枝后50和65 d,LR2處理的葉片ABA含量分別比LRO降低了 7.2%和10.1%,LR4葉片ABA含量分別降低了 13.7%和15.6%。ER2處理葉片ABA含量分別比ERO降低了 15.9%和13.3%,ER4葉片ABA含量分別降低了 25.1%和31.5%。在去早果枝后50和65 d,LR2處理的葉片iP+iPA含量分別比LRO提高了 7.4%和12.9%,LR4葉片iP+iPA含量分別提高了 10.4%和16.3%。ER2處理的葉片iP+iPA含量分別比ERO提高了 8.5%和12.1%,ER4葉片iP+iPA含量分別提高了 13.2%和11.1%。在去早果枝后50和65 d,LR2處理的葉片JA含量分別比LRO降低了 6.8%和9.1%,LR4葉片JA含量分別降低了 12.1%和13.5%。ER2處理葉片的JA含量分別比ERO降低了 13.7%和11.7%,ER4葉片JA含量分別降低了 20%和24%。(3)去早果枝延緩葉片衰老是衰老相關(guān)基因的差異表達所致。去早果枝后5～65 d,LR2和LR4主莖功能葉中葉綠素合成蛋白基因GhLHCB表達量分別上調(diào)1.18～1.65和1.21～2.35倍;ER2和ER4主莖功能葉中GhLHCB表達量分別上調(diào)1.15～9.4倍和1.21～10.7倍。在去早果枝后65 d,LR2主莖功能葉中ABA合成關(guān)鍵基因NCED2、NCED5和NCED9表達量分別下調(diào)39%、17%和69%,LR4中分別下調(diào)75%、87%和95%;ER2主莖功能葉中ABA合成關(guān)鍵基因分別下調(diào)95%、8%和74%,ER4分別下調(diào)75%、36%和63%。在去早果枝后50 d,LR2主莖功能葉中CYP70741、CYP707A2和CYP707A4的表達量分別上調(diào)1.2,1.2和4.1倍,LR4主莖功能葉中分別上調(diào)1.3,2.0和9.1倍;ER2主莖功能葉中CYP707A1、CYP707A2和CYP707A4的表達量分別上調(diào)3.5、1.6和1.1倍,ER4主莖功能葉中分別上調(diào)了 2.8、16.6和1.5倍。在去早果枝后50 d,LR2主莖功能葉中JA合成關(guān)鍵基因LOX、AOS和AOC表達量分別下調(diào)57%、78%和98%,LR4中分別下調(diào)78%、91%和98%;ER2主莖功能葉中JA合成關(guān)鍵基因LOX、AOS和AOC表達量分別下調(diào)56%、26%和27%,LR4中分別下調(diào)76%、42%和67%。在去早果枝后35和65 d,與未去早果枝對照相比,去早果枝后LOX、AOS和AOC表達量同樣都是下調(diào)表達。(4)去早果枝對棉花產(chǎn)量的影響因基因型和所去果枝數(shù)而異。2015年和2016年,LR2的籽棉產(chǎn)量分別比未去早果枝的對照降低8.7%和6.4%,LR4降低了 15%和12%;而ER2的籽棉產(chǎn)量分別比未去早果枝的對照增加10.2%和6.3%,ER4 降低了 5.7%和 11.7%。2015年和2016年,LR2的鈴重分別比LR0增加了 6.8%和11.9%,鈴數(shù)降低了降低14.5%和16.2%;LR4鈴重增加了 3%和11.1%,鈴數(shù)降低了 15.9%和20.6%。ER2的鈴重分別比未去早果枝的對照增加14.9%和8.9%,鈴數(shù)降低了4.1%和2.3%;ER4鈴重增加了 22.7%和8%,鈴數(shù)降低了 31.7%和11.7%。LR2和LR4的收獲指數(shù)比LR0分別降低了 7.2%和11.2%;ER2的收獲指數(shù)與LR0相當(dāng),ER4收獲指數(shù)降低了 9.8%。LR2和LR4首次花比重比未去早果枝的對照分別降低了 17.9%和47%;ER2的首次花比重與對照相當(dāng),ER4則降低了37.9%。綜上所述,兩個棉花品系的庫源比以及中后期主莖功能葉葉綠素含量、光合速率和葉片MDA含量存在顯著差異,表明兩個棉花品系葉片衰老快慢不同,葉片衰老的差異與庫源比不同有關(guān)。表達譜數(shù)據(jù)分析表明,不論衰老慢還是衰老快的棉花品系,衰老均導(dǎo)致葉綠素降解,光合作用相關(guān)基因下調(diào)表達,同化能力下降;而大分子代謝能力增強,異化能力增強。兩個品系棉花衰老過程中大量激素相關(guān)基因發(fā)生差異表達,其中包括大量ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因。沉默GhPYL8基因延緩暗處理下棉苗衰老,說明GhPYL8基因正調(diào)控棉花衰老。兩品系間GhPYL8基因的表達差異和L系GhPYL8基因的突變可能與兩品系間衰老差異有關(guān)。去早果枝降低了兩個棉花品系的庫源比,中后期主莖功能葉葉綠素含量、光合速率顯著提高、葉片MDA含量則顯著降低,進一步證實降低庫源比顯著延緩棉花衰老。去早果枝觸發(fā)棉株內(nèi)葉綠素合成蛋白基因GhLHCB、ABA合成關(guān)鍵基因和JA合成關(guān)鍵基因等衰老相關(guān)基因的差異表達,內(nèi)源激素ABA和JA降低、iP+iPA含量增加,葉片葉綠素含量和光合速率提高,MDA含量降低,從而延緩了葉片衰老。E系去2個早果枝通過延緩葉片衰老獲得正常熟相,籽棉產(chǎn)量增加8.3%,E系去4個早果枝和L系去2或4個早果枝皆導(dǎo)致晚熟,顯著減產(chǎn),說明通過去除早果枝改變庫源比雖然是調(diào)節(jié)棉花庫源關(guān)系和抑制葉片衰老的有效手段,但葉片衰老延緩并不意味著一定增產(chǎn),只有庫源比恰當(dāng)、庫源關(guān)系協(xié)調(diào),實現(xiàn)正常熟相才能增產(chǎn)。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S562
【部分圖文】：

邐Ｄａｙｓ邋ａｆｔｅｒ邋ｐｌａｎｔｉｎｇ邐Ｄａｙｓ邋ａｆｔｅｒ邋ｐｌａｎｔｉｎｇ逡逑圖２－６兩個品系庫源比（單位葉面積載鈴量）變化，逡逑Ｆｉｇ．邋２－６邋Ｄｙｎａｍｉｃｓ邋ｏｆ邋ｄｒｙ邋ｍａｓｓ邋ｏｆ邋ｆｒｕｉｔｉｎｇ邋ｐａｒｔｓ邋（ｓｑｕａｒｅｓ，邋ｆｌｏｗｅｒｓ，邋ａｎｄ邋ｂｏｌｌｓ）邋ｐｅｒ邋ｌｅａｆ邋ａｒｅａ邋（ＢＬＬＡ）逡逑ｏｆ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｍａｉｎ－ｓｔｅｍ邋ｌｅａｆ邋ｏｆ邋ｔｗｏ邋ｃｏｔｔｏｎ邋ｌｉｎｅｓ逡逑４圖中ａ為２０１４年數(shù)據(jù)，ｂ為２０１５年數(shù)據(jù)，ｃ為２０１６年數(shù)據(jù)。圖中＊表示在Ｐ＝０．０５水平下數(shù)值差異顯著。逡逑３４逡逑

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1 CHEN Yuan;J T Cothren;CHEN De-hua;Amir M H Ibrahim;Leonardo Lombardini;;Ethylene-inhibiting compound 1-MCP delays leaf senescence in cotton plants under abiotic stress conditions[J];Journal of Integrative Agriculture;2015年07期

2 孔祥強;羅振;李存東;董合忠;;棉花早衰的分子機理研究進展[J];棉花學(xué)報;2015年01期

3 王家寶;王留明;姜輝;趙軍勝;陳瑩;高明偉;王秀麗;董合忠;;高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)型棉花品種魯棉研28號選育及其栽培生理特性研究[J];棉花學(xué)報;2014年06期

4 董合忠;毛樹春;張旺鋒;陳德華;;棉花優(yōu)化成鈴栽培理論及其新發(fā)展[J];中國農(nóng)業(yè)科學(xué);2014年03期

5 王濤;孔祥強;宋迎;董合忠;;NaCl脅迫對棉花葉片衰老特征的影響及其生理學(xué)機制[J];棉花學(xué)報;2014年01期

6 代建龍;盧合全;李振懷;段留生;董合忠;;鹽脅迫下施肥對棉花生長及氮素利用的影響[J];應(yīng)用生態(tài)學(xué)報;2013年12期

7 Xiao-Yuan Wu;Ben-Ke Kuai;Ji-Zeng Jia;Hai-Chun Jing;;Regulation of Leaf Senescence and Crop Genetic Improvement[J];Journal of Integrative Plant Biology;2012年12期

8 ;Dominant Gene cplsr1 Corresponding to Premature Leaf Senescence Resistance in Cotton (Gossypium hirsutum L.)[J];Journal of Integrative Plant Biology;2012年08期

9 王德鵬;楊國正;童軍;唐浩月;周曉彬;王強;;棉花鉀營養(yǎng)特性研究進展[J];中國棉花;2011年10期

10 孔祥強;董合忠;;濱海鹽堿地棉花熟相調(diào)控技術(shù)及其機理[J];棉花學(xué)報;2011年05期

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本文編號：2808141