陆地棉矮秆品种陆矮1号的矮化形态与机理及其遗传特性研究

摘要

棉花是我国最重要的经济作物之一。在棉花生产中，棉花株高不仅是重要的农艺性状，而且还是大田群体构成和棉田生态结构的主要影响因子。通过对棉花株高的调控来塑造理想株型和构建合理的群体结构，是棉花栽培和品种改良的重要任务。但当前棉花生产中往往只注重通过化学调节剂和人工调节等栽培措施来控制棉花株高，而忽略了品种的改良，尤其忽略了矮秆品种的选育。随着社会和环境的和谐发展，对棉花无公害、高效、节本生产的要求越来越突出，因而在不借助化学或人工调控措施的前提下，通过品种改良，培育矮秆或半矮秆的棉花新品种以构建合理的群体结构，提高光热资源利用率和棉花生产潜力，达到既能节本省工，又避免因施用化学调节剂而引起的环境污染，还可防止对化学调控技术和品种特性缺乏正确认识，或人工调控措施不恰当而造成的减产和品质下降均具有十分重要的意义。 本文通过对陆地棉矮秆品种陆矮1号(湖南农业大学棉花研究所选育)的形态特征、矮化机理、生理生化特点和遗传特性的比较研究，揭示了棉花株高的主要控制因素和形成的原因，可为棉花株型育种和栽培调控提供参考依据。 主要研究结果如下： (1) 陆矮1号是一个典型的矮秆品种，吐絮期株高比对照遗传标准系TM-1和97004H分别矮91.0％和72.5％，矮秆性状稳定，且中上部叶片较小，果枝较短，纵横比例较为协调，成铃集中，单株成铃12-18个，表现早熟。 (2) 导致陆矮1号株高矮化的时期是生长的中后期。陆矮1号苗期主茎生长速度及节间分化速度与对照品种基本一致，现蕾后陆矮1号株高增长速度减慢，停止生长时间早。盛花期后伸长节间基本固定，表现为有限生长习性。 (3) 不同品种主茎形态比较研究发现，陆矮1号株高极显著低于对照是由节数减少和节间缩短共同引起，但以节间缩短影响更大，尤其是主茎中上部节间缩短特别明显。陆矮1号主茎节间总数比正常株高品种TM-1和97004H分别少21.2％和14.4％，而主茎节间的平均长度分别缩短57.6％和50.7％。 (4) 形态解剖和显微观察表明，陆矮1号主茎节间较短主要是由于细胞数量减少所引起的。陆矮1号花铃期主茎倒1-倒6各节间皮层及髓部薄壁细胞均较对照TM-1排列疏松，节间纵向总细胞数明显少于对照，而皮层和髓部细胞大小均无显著差异。 (5)形态解剖和显微观察显示陆矮1号主茎次生生长开始早，次生木质部和次生韧皮部、木栓形成层的发生均比TM-1早，且节间维管系统发育进度较对照快，各节间皮层及髓部细胞开始快速伸长和停止伸长的部位也较对照离顶端更近。一般陆矮1号主茎节间发育进度约比对照TM-1早1-2个节间。说明次生生长的过早过快发育对主茎顶端分生组织的生长分化有显著的影响，而这种影响导致了陆矮1号节数的增多和各节内细胞数目的减少，进而使得株高的增长受到限制。 (6)对陆矮1号顶芽激素含量分析表明，促进生长的激素含量较少，而抑制生长的激素含量相对较多，从而抑制了陆矮1号株高的增长。陆矮1号在株高建成的主要时期，同时也是陆矮1号株高与对照出现差异的时期，顶芽的GA<,3>和IAA含量均低于对照TM-1及(TM-1×陆矮1号)F<,1>，特别是株高增长最快的盛蕾期，分别只有TM-1和F<,1>顶芽GA<,3>含量的28.37％和31.04％，初蕾期也只有TM-1的68.4％。盛蕾期以后虽然陆矮1号顶芽的ABA含量与其它品种一样急剧减少，但与TM-1和F<,1>相比仍相对较高，盛蕾期、初花期、盛花期分别比TM-1高26.7％、32.4％、132.5％，比F<,1>高129.1％、87.5％、37.4％。 (7)以激素对株高增长的促进率[(激素处理株高增加量-对照株高增加量)/对照株高增加量×100％]为指标来判断陆矮1号对激素的敏感性。陆矮1号对外源赤霉素的反应敏感性显著强于高秆品种TM-1及其杂种F<,1>，在100mg/g浓度时，外源赤霉素对陆矮1号株高的促进率达到102.1％。ABA显著抑制陆矮1号、TM-1、F1株高的增长，尤其是较高浓度(40mg/L)ABA，抑制率(负向促进率)达到极显著水平。IAA和KT对陆矮1号和高秆对照及其杂种F1的株高的增长表现为低浓度促进，高浓度抑制。几种外源激素混合使用时，ABA能大幅度抵消GA<,3>的促进作用，而IAA、KT的影响效果均不显著。从试验结果分析，可初步认为陆矮1号为GA<,3>敏感型。 (8)陆矮1号功能叶总叶绿素含量与97004H及TM-1无显著差异，但其光合速率却显著低于97004H及TM-1；可溶性糖、淀含量都低于97004H及TM-1。陆矮1号叶片光合速率和可溶性糖及淀粉含量较低是矮秆基因作用使棉株体内激素失衡导致的结果，而不是导致矮秆的原因。 (9)陆矮1号矮生性表现为数量性状遗传，从225对引物中筛选出1对与其矮生性连锁的SSR标记BNL3034，经单标记方差分析，该标记对矮秆的贡献率为17.11％。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章综述

1棉花株高性状研究进展

1.1棉花株高的建成

1.2株高与棉花经济性状的关系

1.3棉花株高的影响因素

1.4棉花矮秆资源和矮化育种

2作物矮秆性状的研究进展

2.1矮秆性状在农作物育种中的应用

2.2作物的矮秆基因及其对农艺性状的影响

2.3矮秆性状遗传特性

2.4作物矮秆的形态和细胞学特征研究

2.5激素与矮秆性状的关系

3矮秆基因的分子标记与克隆

4本研究的目的与意义

第二章陆矮1号的形态及生长发育特征

1材料和方法

2结果与分析

2.1陆矮1号的形态特征

2.2不同品种株高的动态变化分析

2.3不同品种生育期和结铃性状比较

3小结与讨论

3.1陆矮1号矮化发生的时期

3.2株高差异发生部位及形态变化

3.3陆矮1号的株型特点

第三章陆矮1号主茎的细胞学特征研究

1材料与方法

2结果与分析

2.1主茎节间细胞大小与伸长速度

2.2不同节间茎解剖结构比较

3小结与讨论

3.1棉花主茎节间细胞数目和大小与节间长度的关系

3.2节间结构与节间长度和主茎高度

3.3关于细胞和节间伸长的速度

第四章陆矮1号激素含量及株高对激素的反应

1材料与方法

1.1试验材料

1.2试验方法

2结果与分析

2.1内源激素含量动态变化

2.2不同浓度外源激素对株高的影响

2.3外源激素互作对陆矮1号株高的影响

3小结与讨论

3.1陆矮1号植株矮化与内源激素含量

3.2陆矮1号内源激素含量变化动态

3.3关于陆矮1号对激素的敏感性的评价指标

3.4陆矮1号对外源激素的反应敏感性

第五章陆矮1号光合特性与糖代谢

1材料与方法

2结果与分析

2.1叶绿素含量

2.2光合性能

2.3非结构碳水化合物含量

3小结与讨论

3.1株高与光合作用

3.2株高与糖代谢

第六章陆矮1号矮生性遗传及SSR分子标记研究

1材料与方法

2结果与分析

2.1矮秆陆地棉品种陆矮1号的遗传分析

2.2棉花陆矮1号矮生性基因的SSR标记分析

3小结与讨论

3.1陆矮1号矮秆性状的遗传规律

3.2陆矮1号棉矮生性的SSR标记

全文总结

1主要研究结果

2本研究的特色及创新之处

参考文献

附录

致谢

作者简历