發(fā)布時(shí)間：2020-10-21 15:56

　　 棉花具有復(fù)雜的分枝模式,包括葉枝和果枝。由于葉枝對(duì)主莖及果枝生長(zhǎng)存在抑制效應(yīng),且葉枝結(jié)鈴率和鈴重較低,纖維品質(zhì)較差。因此,人工去葉枝一直作為我國(guó)棉花精耕細(xì)作栽培管理技術(shù)的重要內(nèi)容。進(jìn)入新時(shí)代,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)村勞動(dòng)力向城市轉(zhuǎn)移,人工去葉枝等農(nóng)藝措施難以實(shí)行,探索人工整枝的替代措施勢(shì)在必行。研究和實(shí)踐皆發(fā)現(xiàn),提高密度(密植)顯著抑制棉花葉枝生長(zhǎng)發(fā)育,可以替代人工去葉枝,但迄今對(duì)其機(jī)理尚不明確。棉花葉枝生長(zhǎng)發(fā)育受多種因素的影響和調(diào)控,其中,環(huán)境變化會(huì)引起激素合成代謝相關(guān)基因的差異表達(dá)及激素含量的改變,從而影響葉枝生長(zhǎng)。NAC基因轉(zhuǎn)錄因子家族作為植物所特有,參與調(diào)控植物器官發(fā)生與分枝、逆境脅迫響應(yīng)等過(guò)程,在水稻及擬南芥中過(guò)表達(dá)NAC基因顯著影響植株的分蘗或分枝。因此,深入研究密度對(duì)棉花葉枝生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控機(jī)理以及MAC基因的功能,對(duì)有效調(diào)控葉枝發(fā)育具有重要意義。為此,本文開(kāi)展了以下3個(gè)方面的試驗(yàn)研究:一是密度試驗(yàn)。于2015～2016年在大田設(shè)置低、中、高(分別為3、6、9萬(wàn)株/hm2)三種密度處理,比較研究了不同密度棉花葉枝生長(zhǎng)發(fā)育和結(jié)鈴狀況,以確定不同種植密度對(duì)棉花葉枝生長(zhǎng)發(fā)育的效應(yīng);對(duì)不同密度下棉花主莖葉和葉枝葉的光合作用,主莖頂和葉枝頂激素合成代謝相關(guān)基因表達(dá)與激素含量變化進(jìn)行了測(cè)定分析,以揭示密度調(diào)控葉枝生長(zhǎng)發(fā)育的機(jī)制。二是遮蔭試驗(yàn)。由于密度增加引起的遮蔭主要發(fā)生在棉株下部,因此2017～2018年在大田條件下蕾期通過(guò)遮陽(yáng)網(wǎng)對(duì)葉枝進(jìn)行遮蔭,研究了葉枝遮蔭對(duì)葉枝生長(zhǎng)、葉片光合、激素合成代謝相關(guān)基因表達(dá)和激素含量變化的效應(yīng),探究葉枝遮蔭是否通過(guò)與密植相同(似)的機(jī)制抑制葉枝生長(zhǎng),以進(jìn)一步揭示密植調(diào)控葉枝生長(zhǎng)的機(jī)制。三是GhNAC4功能研究。利用該基因的特異性引物和聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)從棉花葉片中克隆得到GhNAC4基因。通過(guò)VIGS技術(shù)在棉花中瞬時(shí)沉默GhNAC4基因,并在陸地棉及擬南芥中過(guò)表達(dá),探究GhNAC4基因在調(diào)控植物分枝以及抗逆中的功能。主要結(jié)果和結(jié)論如下:1.高密度通過(guò)相互遮蔭減少葉枝葉光合作用阻礙光合產(chǎn)物積累,同時(shí)抑制光信號(hào)受體phyB基因表達(dá),改變下游激素合成轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因的表達(dá)和激素含量抑制棉花葉枝生長(zhǎng)(1)高密度顯著抑制葉枝生長(zhǎng)。高密度下葉枝干重與總干重的比值及葉枝數(shù)目均顯著低于低密度處理。其中,在播種后125 d,與低密度相比,高密度棉花葉枝干重與總干重的比值降低了95.0%,葉枝數(shù)目減少了67.3%。(2)高密度顯著降低棉花葉枝葉光合作用。在播種后1 10和125 d,與低密度相比,高密度棉花葉枝葉凈光合速率(Pn)分別降低76.4%和83.7%;RuBP羧化酶活性分別降低28.1%和33.2%;葉綠素含量分別減少62.8%和68.6%;可溶性糖含量分別減少25.8%和26.4%;淀粉含量分別減少44.4%和40.0%。(3)高密度改變棉花主莖頂激素合成、轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因的表達(dá)和激素含量,同時(shí)通過(guò)抑制葉枝頂光受體phyB基因的表達(dá),抑制下游激素合成、轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因的表達(dá)及其激素含量。密度增加提高了棉花主莖頂生長(zhǎng)素合成、轉(zhuǎn)運(yùn)及細(xì)胞分裂素合成關(guān)鍵基因的表達(dá)及其相應(yīng)的激素含量。在播種后110和125 d,與低密度相比,高密度主莖頂生長(zhǎng)素合成關(guān)鍵基因GhYUC5表達(dá)量分別增加62.5%和43.7%,生長(zhǎng)素轉(zhuǎn)運(yùn)基因GhPIN1表達(dá)量分別增加34.1%和21.5%,細(xì)胞分裂素合成關(guān)鍵基因GhIPT3表達(dá)量分別增加79.7%和82.9%;相應(yīng)的生長(zhǎng)素含量分別增加43.9%和3 1.3%,細(xì)胞分裂素含量分別增加29.7%和38.6%。與主莖頂不同,密度增加抑制編碼光信號(hào)受體基因phyB的表達(dá),抑制下游生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素合成轉(zhuǎn)運(yùn)關(guān)鍵基因的表達(dá)及其相應(yīng)激素含量,同時(shí)促進(jìn)編碼獨(dú)腳金內(nèi)酯受體D14基因及獨(dú)腳金內(nèi)酯含量抑制葉枝生長(zhǎng),其中,在播種后1 10和125 d,與低密度相比,高密度棉花葉枝頂GhphyB基因的表達(dá)量分別降低52.3%和62.3%;生長(zhǎng)素合成關(guān)鍵基因GhYUC5表達(dá)量分別降低65.8%和57.0%,生長(zhǎng)素轉(zhuǎn)運(yùn)基因GhPIN1的表達(dá)量分別降低61.4%和60.6%,GhPIN 的表達(dá)量分別降低86.1%和72.7%,細(xì)胞分裂素合成關(guān)鍵基因GhIPT3的表達(dá)量分別降低63.8%和66.8%,而編碼獨(dú)腳金內(nèi)酯受體的基因GhD14的表達(dá)量分別增加57.1%和57.8%。同時(shí),密度增加抑制糖合成關(guān)鍵基因GhCYFBP的表達(dá),在播種后125 d,與低密度相比,高密度葉枝頂GhCYFBP基因的表達(dá)量減少了67.3%。與相關(guān)基因表達(dá)相對(duì)應(yīng),葉枝頂生長(zhǎng)素含量分別減少45.3%和27.9%,細(xì)胞分裂素含量分別減少38.3%和25.7%,赤霉素含量分別減少23.1%和38.2%;油菜素內(nèi)酯含量分別減少28.8%和21.5%;而獨(dú)腳金內(nèi)酯含量分別增加25.3%和31.2%。2.葉枝遮蔭顯著降低葉枝光合生產(chǎn),通過(guò)抑制光敏色素受體基因phyB的表達(dá),改變下游激素合成轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因表達(dá)及其激素含量,通過(guò)與密植基本相同的機(jī)制抑制葉枝生長(zhǎng)(1)遮蔭顯著抑制葉枝生長(zhǎng)。在播種后55、62和69 d,與對(duì)照相比,遮蔭棉花葉枝數(shù)目分別減少54.2%、53.6%和56.2%;葉枝長(zhǎng)度分別減少40.8%、75.8%和88.8%;葉枝干重與總干重比值分別降低94.9%、89.7%和91.3%;而果枝干物重分別增加了2.0%、1 8.5%和30.8%。(2)遮蔭降低棉花葉枝葉光合作用。在播種后55、62和69 d,與對(duì)照相比,遮蔭棉花葉枝葉凈光合速率(Pn)分別降低了42.7%、86.3%和96.4%;RuBP羧化酶的活性分別降低了 23.7%、29.1%和28.0%;葉綠素含量分別減少46.7%、44.1%和82.0%;可溶性糖含量分別減少74.3%、48.9%和51.7%;淀粉含量分別減少80.0%、58.7%和86.0%。而葉枝遮蔭顯著促進(jìn)棉花主莖葉光合產(chǎn)物積累,與對(duì)照相比,在播種后55、62和69 d,主莖葉凈光合速率(Pn)分別增加12.2%、15.1%和12.2%;RuBP竣化酶的活性分別增加13.2%、5.4%和9.8%;葉綠素含量分別增加10.0%、16.2%和18.4%;可溶性糖含量分別增加21.1%、19.2%和22.5%;淀粉含量分別增加12.3%、37.4%和38.1%。(3)遮蔭通過(guò)減少棉花葉枝頂光受體phyB改變下游激素合成、轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因的表達(dá)及其相應(yīng)的激素含量。在播種后55、62和69 d,與對(duì)照相比,遮蔭葉枝頂編碼光敏色素B蛋白的基因GhpyB的表達(dá)量減少了 26.5%、32.7%和56.1%;生長(zhǎng)素合成關(guān)鍵基因GhYUC5表達(dá)量分別減少79.1%、86.4%和91.2%;生長(zhǎng)素轉(zhuǎn)運(yùn)基因GhPIN1的表達(dá)量分別減少55.5%、76.1%和81.9%;GhPIN5的表達(dá)量分別減少23.6%、77.1%和82.2%;細(xì)胞分裂素合成關(guān)鍵基因GhIPT3的表達(dá)量分別減少41.5%、94.2%和92.9%;而編碼獨(dú)腳金內(nèi)酯受體的基因GhDI4的表達(dá)量分別增加111.7%、32.7%和56.1%,同時(shí),遮蔭抑制糖合成關(guān)鍵基因GhCYFBP的表達(dá),在播種后55、62和69 d,與對(duì)照相比,遮蔭后葉枝頂GhCYFBP基因的表達(dá)量減少了 87.7%、88.6%和96.3%。與相關(guān)激素合成、轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因的表達(dá)量相對(duì)應(yīng),遮蔭棉花葉枝頂生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素和油菜素內(nèi)酯的含量顯著降低,在播種后55、62和69 d,與對(duì)照相比,遮蔭棉花葉枝頂生長(zhǎng)素的含量分別減少33.8%、19.7%和40.8%;細(xì)胞分裂素含量分別減少19.3%、12.6%和24.1%;油菜素內(nèi)酯的含量分別減少24.6%、26.2%和27.8%;而獨(dú)腳金內(nèi)酯的含量分別增加21.5%、30.5%和28.6%。3.棉花GhNAC4雖然不直接參與調(diào)控?cái)M南芥分枝,但正向調(diào)控棉花的抗旱耐鹽性和負(fù)調(diào)控葉片衰老(1)通過(guò)Blastp同源比對(duì)分析不同物種的NAC2蛋白氨基酸序列發(fā)現(xiàn),GhNAC4基因的編碼區(qū)全長(zhǎng)為1041 bp,且該基因編碼的蛋白與擬南芥AtNAC2蛋白序列的相似度高達(dá)79.2%。(2)在野生型擬南芥中過(guò)表達(dá)棉花GhNAC4基因,并對(duì)穩(wěn)定遺傳的陽(yáng)性純合株系進(jìn)行表型分析發(fā)現(xiàn),與野生型相比,GhNAC4基因過(guò)表達(dá)后擬南芥的分枝數(shù)目及抽薹時(shí)間沒(méi)有差異,且GUS染色結(jié)果顯示該基因啟動(dòng)子在植株分生組織內(nèi)沒(méi)有表達(dá),說(shuō)明GhNAC4基因不能直接調(diào)控?cái)M南芥分枝的生長(zhǎng)發(fā)育。但正常生長(zhǎng)3個(gè)月后轉(zhuǎn)基因植株蓮座葉的衰老延緩,同時(shí)植株對(duì)鹽、旱逆境脅迫的抗性顯著增強(qiáng),說(shuō)明GhNAC4基因可能參與調(diào)控?cái)M南芥葉片衰老及植株對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)。GUS染色結(jié)果表明,GhNAC4基因啟動(dòng)子的表達(dá)活性受到鹽和干旱的誘導(dǎo),說(shuō)明該基因啟動(dòng)子為脅迫誘導(dǎo)型啟動(dòng)子;觀察GhNAC4蛋白在洋蔥表皮細(xì)胞內(nèi)的亞細(xì)胞定位發(fā)現(xiàn),GhNAC4蛋白在植物細(xì)胞的細(xì)胞核上。(3)在棉花內(nèi)分析GhNAC4基因在不同逆境脅迫誘導(dǎo)下的表達(dá)水平。qRT-PCR結(jié)果表明,棉花葉片和根中GhNAC4基因的表達(dá)水平不僅受到鹽、干旱逆境脅迫的影響,同時(shí)還受H2O2和ABA等耐逆信號(hào)的誘導(dǎo),說(shuō)明GhNAC4基因在調(diào)控植物對(duì)不同逆境脅迫響應(yīng)過(guò)程中具有重要地位。(4)利用VIGS技術(shù)在棉花中沉默GhNAC4基因后發(fā)現(xiàn),植株抗旱耐鹽性顯著降低。GhNAC4基因沉默增加VIGS棉花對(duì)鹽和干旱脅迫的敏感性,說(shuō)明GhNAC4基因在調(diào)控棉花耐逆抗旱性中起正向調(diào)控作用�？傊�,本文探究了密植對(duì)棉花葉枝生長(zhǎng)發(fā)育的抑制效應(yīng),揭示了其生理及分子機(jī)制,并通過(guò)葉枝遮蔭發(fā)現(xiàn)遮蔭通過(guò)與密植相似的機(jī)制抑制葉枝生長(zhǎng),進(jìn)一步證實(shí)基部光照不足是密植抑制葉枝生長(zhǎng)的主要生態(tài)因子。雖然NAC基因調(diào)控水稻及擬南芥植株的分蘗或分枝,但未見(jiàn)源于棉花的GhNAC4基因直接參與植物分枝調(diào)控,不過(guò)發(fā)現(xiàn)GhNAC4基因負(fù)調(diào)控植物衰老并正向調(diào)控抗旱耐鹽性。本研究為有效控制葉枝生長(zhǎng)提供了重要依據(jù)和參考。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S562
【部分圖文】：

表２－１熒光定量ＰＣＲ引物??Ｔａｂｌｅ?２－１?Ｐｒｉｍｅｒｓ?ｕｓｅｄ?ｆｏｒ?ｑＲＴ－ＰＣＲ?ａｎａｌｙｓｉｓ??Ｇｅｎｅ?ｎａｍｅ／Ｇｅｎｅ?ＩＤ?Ｆｏｒｗａｒｄ?ｐｒｉｍｅｒ?（５，－?３，）?Ｒｅｖｅｒｓｅ?ｐｒｉｍｅｒ?（５，－?３＇）ｐ－ａｃｔｉｎ?／ＦＪ５６０４８３．１?ＧＡＴＴＣＣＧＴＴＧＴＣＣＡＧＡＡＧＴＣＣＴ?ＴＡＣＧＧＴＣＴＧＣＡＡＴＡＣＣＡＧＧＧＡ??Ｄ／４／ＸＭ０１６８９９１２８．１?ＡＡＴＣＣＧＡＣＴＡＣＧＡＡＡＡＣＴＧＧＡＣＡ?ＡＧＣＡＣＡＧＣＡＡＧＧＡＡＣＴＣＡＧＧＡＴ??ＰＩＮ１?／ＮＭＯＯ?１３２７４６４．１?ＧＧＡＡＡＧＣＧＧＡＡＧＧＡＣ?ＡＴＡＧＡＡＧ?ＧＣＡＴＡＧＴＴＴＴＧＧＧＣＴＴＧＣＣＡＴ??／ＰＨ／ＸＭＯ?１７７７４４７０．１?ＴＣＣＴＡＡＴＧＧＧＡＧＣＧＡＣＴＧＧ?ＴＣＣＧＴＴＧＣＣＧＴＧＡＡＡＴＣＴＧ??／ＶＷ?／ＸＭＯ１６８４６１１８．１?ＡＴＡＡＴＴＣＣＡＧＣＡＣＴＧＧＣＴＣＡＣＡＴ?ＣＴＡＣＧＡＧＴＧＴＧＧＴＴＧＡＡＡＧＧＧＴＧ??ＰｈｙＢ?／ＸＭＯ１６８７６１７１．１?ＣＡＣＡＧＧＡＧＧＧＣＴＴＡＧＧＧＴＴＧＡ?ＧＧＴＧＧＡＴＣＴＡＧＧＴＧＡＴＧＡＴＧＴＴＣＡＴ??Ｋｆ；Ｃ５／ＸＭ０１７７８８６４５．１?ＧＡＡＣＴＡＡ?ＡＧ?ＡＡＣ?ＡＣＴＣＡ?ＡＧＧＧ?ＡＡ?Ａ?ＡＣ?ＡＡＧＧＡＡＣ?ＡＴＴＧＣＴＧＣＧＧＴＡＴＣ??ＣＹＦＢＰ?／ＸＭＯ?１６８６４１３０．１?ＴＧＧＡＡＧＣＡＴＧＧＴＡＧＣＴＧＡＴＧＴＣＣ?ＴＴＴＴＴＣＣＣＴＴＣＡＧＣＡＧＣＡＴＡＧＡＧＴＧ??２．２結(jié)果??２．２．１密度對(duì)稀花株型的影響??大田種植模式下，花期三種種植密度的棉花株型

?ＨＨＢ??■畫(huà)??圖２－２低（３株／ｍ２）、中（６株／ｍ２）、高密度（９株／ｍ２）下的棉花株型??Ｆｉｇ．?２－２?Ｐｌａｎｔ?ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ?ｕｎｄｅｒ?ｌｏｗ?（３?ｐｌａｎｔ／ｍ２），?ｍｏｄｅｒａｔｅ?（６?ｐｌａｎｔ／ｍ２）?ａｎｄ?ｈｉｇｈ?（９?ｐｌａｎｔ／ｍ２）??ｐｌａｎｔ?ｄｅｎｓｉｔｙ??２．２．２密度對(duì)棉花葉枝生長(zhǎng)發(fā)育的影響??２０１５年大田試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，播種后１２５?ｄ?（ＤＡＳ），與低密度下棉花葉枝相比，??高密度下棉花葉枝數(shù)目及葉枝干重與總干物重的比值分別減少了?６７．３％和??９７．０％。表明高密度下棉花葉枝的生長(zhǎng)發(fā)育受到顯著抑制。??２０１６年的數(shù)據(jù)顯示出相同變化規(guī)律。１２５?ＤＡＳ，與高密度相比，低密度下棉??花葉枝數(shù)目和葉枝干重與總千物重的比值分別減少了?７２．１％和８９．２％?（圖２－３）。??８０?１?—６—?＾?—Ｏ＇—?６?？０??ａ??ｉ?Ｍ．沈ｂ?＾０１６?＾??Ｕ?／??處?ｉ４ｌ’?ｙ?“?ｙ?’＞?－４—？??廣?－?＊??１?：０．?一一－［?？■?－?？．．．??３?〇］?．．．?，??８?ｎ??￡?ｂ??１?６?＇?Ａ?ｉ??｜?

Ｄａｙｓ?ａｆｔｅｒ?ｓｅｅｄｉｎｇ?Ｄａｙｓ?ａｆｔｅｒ?ｓｃｃｄｎｇ??圖２－５?２０１５？２０１６年低（３株／ｍ２）、中（６株／ｍ２）、高（９株／ｍ２）密度下棉花主莖頂丨ＡＡ??（ａ）和?ＣＴＫｓ?（ｂ）含量??Ｆｉｇ．?２－５?Ｄｙｎａｍｉｃｓ?ｏｆ?ａｕｘｉｎ?（ＩＡＡ）?（ａ）?ａｎｄ?ｃｙｔｏｋｉｎｉｎｓ?（ＣＴＫｓ）?（ｂ）?ｃｏｎｔｅｎｔｓ?ｉｎ?ｍａｉｎ－ｓｔｅｍ?ｔｉｐｓ?ｕｎｄｅｒ??ｌｏｗ?（３?ｐｌａｎｔ／ｉｎ：）．?ｍｏｄｅｒａｔｅ?（６?ｐｌａｎｔ／ｍ２）?ａｎｄ?ｈｉｇｈ?（９?ｐｌａｎｔ／ｍ２）?ｐｌａｎｔ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｉｎ?２０１５?ａｎｄ?２０１６??２．２．５密度對(duì)棉花葉枝頂內(nèi)源激素含置的影響??與主莖頂內(nèi)源激素含量的變化趨勢(shì)相反，高密度下棉花葉枝頂生長(zhǎng)素、細(xì)胞??４６??
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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李婷;密植和遮蔭抑制棉花葉枝生長(zhǎng)發(fā)育的機(jī)制及GhNAC4基因功能的研究[D];山東大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2850324