高品质陆地棉纤维发育的生理特点研究

摘要

试验于2006-2007年在山东农业大学科技示范园大田内进行。选用高品质陆地棉鲁324(由山东省农科院原子能所选育,纤维比强度26.5cN/tex,ICC标准)和渝棉1号(由西南农大育成,纤维比强度25.7cN/tex,ICC标准),普通陆地棉品种为鲁棉研18号(纤维强度在23.2cN/tex,ICC标准)为材料。主要对高品质陆地棉和普通陆地棉品种叶片生理特性与棉铃和棉纤维发育特性进行了研究,旨在揭示高品质陆地棉纤维品质形成机理,为提高棉花品质和高强纤维品种选育提供理论依据。主要研究结果如下： 1.高品质陆地棉叶片生理特性 高品质陆地棉与普通陆地棉主茎叶、果枝叶光合速率均随叶龄增加逐渐下降。普通陆地棉L18上部主茎叶光合速率显著高于324和YM-1;下部主茎叶光合速率显著高于324,与YM-1差异不显著。高品质陆地棉324、YM-1上部果枝叶的光合速率叶龄15天时高于L18,其余叶龄期均低于L18;下部果枝叶的光合速率各时期均低于L18。 3 品种下部主茎叶与果枝叶ETR和ψPS II均表现为先升高后降低的趋势,上部表现为逐渐下降的趋势。高品质陆地棉ETR明显高于L18,说明高品质陆地棉减少了叶片非辐射能量的耗散,使叶片把所捕获的光能较充分地用于光合作用。下部主茎叶叶龄15天时ψPS II表现为YM-1>L18>324,叶龄达30天时3品种差异不大,叶龄30天后高品质陆地棉高于L18。上部主茎叶ψPS Ⅱ在叶龄15天时3品种差异不大,15天后高品质陆地棉324和YM-1ψPS Ⅱ高于普通陆地棉L18。果枝叶ψPS Ⅱ总体变化趋势与主茎叶相似。chla、chlb和chl(a+b)含量普通陆地棉L18均明显高于高品质陆地棉324和YM-1。L18叶片光合速率高,与其有较高光合色素含量相对应。 主茎叶与果枝叶中可溶性总糖、蔗糖含量以324最高,YM-1次之,L18最低。高品质陆地棉主茎叶和果枝叶蔗糖含量迅速升高与纤维素快速累积阶段时期一致,说明在纤维素迅速累积阶段,叶片可为纤维素的合成提供充足的初始底物。高品质陆地棉主茎叶和果枝叶蔗糖磷酸合成酶(Sucrose Phosphate Synthetase,SPS)活性均高于普通陆地棉,说明其蔗糖合成能力强。 高品质陆地棉主茎叶与果枝叶SOD活性随着叶龄增加呈现先升高后降低的趋势；普通陆地棉L18主茎叶SOD活性表现为先下降,后升高,再下降的趋势,而果枝叶呈一直下降的趋势。高品质陆地棉POD活性以324为最高,YM-1次之,L18最低。3品种主茎叶中MDA含量随着叶龄的增大不断增加。主茎叶MDA含量表现为324>L18>YM-1。上、下部主茎叶MDA含量变化趋势一致。果枝叶中MDA含量叶龄15天时3品种差异不大,30天后MDA含量表现为L18>324>YM-1,上、下部果枝叶MDA含量变化趋势表现一致。 2.高品质陆地棉单铃重及其构成因子 高品质陆地棉单铃重、单铃棉籽重、单铃铃壳重、单铃纤维重、单粒棉籽纤维重均高于普通陆地棉,表现为YM-1>324>L18。而最终单根纤维重量表现为L18>YM-1>324。 3.高品质陆地棉纤维发育相关物质和有关酶活性 在棉铃发育过程中,铃壳可溶性总糖、蔗糖含量均呈先下降后上升再下降的趋势变化,最高峰值都出现在铃龄14天,第二个峰值出现时间不同,下部铃壳出现在铃龄35天,上部铃壳出现在42天。3品种比较,上、下部铃壳中可溶性总糖含量均以324为最高,L18次之,YM-1最低。铃龄35天左右是纤维次生壁加厚发育的关键时期,上部铃壳在此时期可溶性总糖、蔗糖含量较低,可能是其纤维品质值低的原因之一。 高品质陆地棉324、YM-1纤维中的可溶性总糖含量,在铃龄14天时大于L18,21天后低于L18,上、下部棉铃棉纤维表现趋势一致。棉纤维中蔗糖含量在棉纤维发育14天时达到高峰,而后随纤维素的大量合成,蔗糖含量迅速降低。高品质陆地棉在棉纤维发育14天内蔗糖含量高于普通陆地棉,28天后其蔗糖含量又低于普通陆地棉,说明在纤维发育前期,高品质陆地棉蔗糖贮存较多,为以后的次生壁发育提供了充足的初始底物。 Logistic 方程模拟表明,高品质陆地棉纤维素快速累积期长,累积速率平缓,最终纤维素含量高。高品质陆地棉纤维次生壁加厚发育时期蔗糖合成酶(Sucrose Synthetase,SS)活性高,蔗糖降解能力强,大量蔗糖被降解用于合成纤维素的直接底物尿苷二磷酸葡萄糖(UridineDiphosphate Glucose, UDPG),且酶活性迅速增加时期与纤维素快速累积期相吻合。普通陆地棉品种L18 SS活性较低,限制了棉纤维次生壁加厚过程中纤维素的合成,进而影响棉纤维品质。铃龄21天前,棉纤维SPS活性呈下降趋势,可能受纤维发育前期较高蔗糖含量的反馈抑制：铃龄21天后,纤维蔗糖含量已处于较低水平,而此期SPS活性开始上升,合成的蔗糖被用于纤维素的合成。高品质陆地棉棉纤维SPS活性,在铃龄35天前高于普通陆地棉,而后低于L18,这可能是造成品种间棉纤维品质差异的重要原因。 324和YM-1纤维保持着较高的IAA含量,有利于促进纤维的发生和伸长,为获得较高的纤维重量和长度奠定基础。普通陆地棉L18 ABA含量的第一个峰值比高品质陆地棉峰值出现时间有所提前,这可能与L18纤维次生壁加厚发育较早有关。324和YM-1的ABA含量相对较高对实现初生壁到次生壁发育的转变具有促进作用。324与YM-1的GA3含量在铃龄7-14天时均大于L18,而铃龄21-35天两品种GA3含量却与此相反,GA3含量高有利于棉铃体积的增大。3品种上、下部棉铃ZR含量均呈单峰曲线变化,峰值出现在铃龄35天。除铃龄35天外,高品质陆地棉上、下部棉铃ZR含量均高于普通陆地棉。YM-1和324比较,下部棉铃棉纤维324>YM-1,而上部则相反。以上结果说明,纤维中激素含量影响了棉纤维伸长和加厚的生理活性,从而影响了纤维品质性状。 4.高品质陆地棉纤维品质形成特点 高品质陆地棉棉纤维长度、强度、马克隆值和成熟度的形成特征与普通陆地棉有较大的差异。高品质陆地棉324和YM-1棉纤维快速伸长期延长,最大棉纤维长度大于普通陆地棉；3.2mm隔距比强度显著大于普通陆地棉；最终马克隆值与成熟度均显著低于普通陆地棉。上部棉铃棉纤维最终长度、强度、马克隆值和成熟度均低于下部棉铃。 5.高品质陆地棉籽仁成分研究 棉籽仁可溶性总糖、蔗糖含量在铃龄28-42天时迅速降低,到铃龄49天时,略有回升,随后又下降。普通陆地棉L18可溶性总糖、蔗糖含量高于高品质陆地棉,324与YM-1之间差异不大。不同果枝部位间表现趋势基本一致。高品质陆地棉324与YM-1棉籽仁可溶性总糖与蔗糖含量低,说明其成熟较好。与L18比较,324与YM-1的脂肪含量较低,YM-1与324之间差异不大。铃龄28天时,蛋白质含量表现为YM-1>L18>324,铃龄28天后其蛋白质含量明显低于324和YM-1。铃龄35天前下部蛋白质含量324低于YM-1,35天后高于YM-1;上部蛋白质含量324均低于YM-1。

目录

论文说明：英文缩略表

声明

摘要

1引言

1.1目的意义

1.2国内外研究现状

1.2.1高品质陆地棉纤维的概念

1.2.2棉铃发育及纤维品质形成过程中有关生理指标的变化

1.2.3棉纤维素的沉积规律和超分子结构与纤维品质的形成

1.2.4基因型与棉纤维发育和品质形成的关系

2材料与方法

2.1试验设计

2.2取样方法

2.3测定项目与方法

2.4统计分析

3结果与分析

3.1高品质陆地棉与普通陆地棉纤维品质差异

3.2高品质陆地棉叶片生理特性

3.2.1高品质陆地棉叶片光合速率的动态变化

3.2.2高品质陆地棉叶片荧光动力学参数的变化

3.2.3高品质陆地棉叶片光合色素的变化

3.2.4高品质陆地棉叶片中可溶性总糖和蔗糖含量的变化

3.2.5高品质陆地棉叶片中SPS活性的变化

3.2.6高品质陆地棉叶片中衰老酶活性与MDA含量的变化

3.2.7高品质陆地棉叶片中可溶性蛋白含量的变化

3.3单铃构成因子的变化

3.3.1单铃重

3.3.2单铃棉籽重

3.3.3单铃铃壳重

3.3.4单铃纤维重

3.3.5单粒棉籽纤维重

3.3.6单根纤维重量

3.4高品质陆地棉纤维品质形成生理基础

3.4.1高品质陆地棉铃壳中可溶性总糖、蔗糖含量变化

3.4.2棉纤维发育过程中可溶性总糖、蔗糖含量变化

3.4.3高品质陆地棉纤维发育过程中纤维素累积特征值

3.4.4高品质陆地棉纤维中SS、SPS活性的变化

3.4.5高品质陆地棉纤维激素含量变化

3.5高品质陆地棉纤维发育过程中纤维品质动态变化

3.5.1纤维长度动态变化

3.5.2 3.2mm隔距比强度动态变化

3.5.3马克隆值动态变化

3.5.4成熟度动态变化

3.6棉籽发育过程中籽仁成分的变化

3.6.1棉籽仁可溶性总糖含量

3.6.2棉籽仁蔗糖含量

3.6.3棉籽仁脂肪含量

3.6.4棉籽仁蛋白含量

4讨论

4.1高品质陆地棉叶片生理特性

4.2高品质陆地棉铃重及其构成因子

4.3高品质陆地棉纤维中相关物质和酶活性变化

4.4高品质陆地棉纤维品质形成特点

4.5高品质陆地棉棉籽仁成分分析

5结论

5.1高品质陆地棉棉铃发育规律与纤维品质形成特性

5.2高品质陆地棉叶片生理特性

5.3高品质陆地棉铃壳、棉籽仁糖含量与纤维素合成的关系

5.4高品质陆地棉纤维中蔗糖含量及酶活性的变化

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况