摘 要:以生產(chǎn)上大面積推廣的4個(gè)不同類型的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種為材料，比較并進(jìn)而研究了常規(guī)轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉魯棉研21號(hào)的生理特性。結(jié)果表明:與其它同類品種相比，魯棉研21號(hào)葉綠素含量較高，淀粉、可溶性蛋白含量在苗期、蕾期、初花期明顯高于中棉所41和新棉99B，抗氧化酶(SOD、POD)活性較高，激素類物質(zhì)代謝協(xié)調(diào)。這些特點(diǎn)為其高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、廣適奠定了生理基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:魯棉研21號(hào); 葉綠素;碳氮代謝;抗氧化酶;內(nèi)源激素

中圖分類號(hào):S562.01文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào):A文章編號(hào):1001-4942(2010)02-0039-05

轉(zhuǎn)Bt基因常規(guī)棉品種魯棉研21號(hào)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的生物學(xué)特性我們已做了系統(tǒng)研究[1]。本試驗(yàn)以生產(chǎn)上大面積推廣的不同類型抗蟲棉品種——雜交棉魯棉研15號(hào)、轉(zhuǎn)雙價(jià)基因常規(guī)抗蟲棉中棉所41和新棉99B為對(duì)照，進(jìn)一步探討了該品種的生理特性，以期更好地為棉花遺傳育種及魯棉研21號(hào)高產(chǎn)高效栽培提供借鑒和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

田間試驗(yàn)于2006、2007年在山東棉花研究中心試驗(yàn)站(臨清)進(jìn)行。試驗(yàn)田土質(zhì)砂壤，肥力中上，排灌水條件良好。魯棉研21號(hào)、魯棉研15號(hào)均由本中心提供，中棉所41、新棉99B分別由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所和冀岱公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和田間管理

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)4次，6行區(qū)，行長(zhǎng)9.2 m，行距0.72 m，株距0.27 m，密度5.25×104株/hm2，兩年均于4月23日播種，按預(yù)定株距人工點(diǎn)播。第3片真葉展開后定苗，每穴留健壯棉苗1株，使所有小區(qū)達(dá)到預(yù)定密度。栽培管理按高產(chǎn)棉田要求進(jìn)行。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

分別于苗期、蕾期、初花期、盛花期、盛鈴期和吐絮期取主莖功能葉，冷凍保存，室內(nèi)測(cè)定葉綠素、可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白質(zhì)、內(nèi)源激素、丙二醛含量及抗氧化酶SOD、POD活性等指標(biāo)。室內(nèi)測(cè)定使用Tu-1901型雙光束紫外可見分光光度計(jì)。葉綠素用丙酮—乙醇等量混合法提取，測(cè)定645、663 nm處的吸光值，計(jì)算葉綠素a 和b 的含量及總量;苯酚法測(cè)定可溶性糖和淀粉含量;考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定可溶性蛋白含量;SOD活性測(cè)定以其抑制氮藍(lán)四唑(NBT)光反應(yīng)50 %為一個(gè)酶活單位;POD活性用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定，以O(shè)D470 每分鐘增加0.1為一個(gè)酶活單位;MDA 測(cè)定用硫代巴比妥酸法，測(cè)定532 nm處的吸光值，計(jì)算含量;激素含量用酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA) 測(cè)定，由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)化控中心協(xié)助完成。統(tǒng)計(jì)分析中方差分析檢驗(yàn)用DPS ( Data Process System)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉綠素含量分析

作物葉片中葉綠素含量的多少，既顯示作物的生長(zhǎng)狀況，又是作物與環(huán)境發(fā)生物質(zhì)能量交換的重要條件，與植株光合能力、發(fā)育階段和氮素狀況密切相關(guān)，是評(píng)價(jià)植物長(zhǎng)勢(shì)的有效手段之一[2]。如表1所示，魯棉研21號(hào)苗期、初花期和盛鈴期葉綠素含量高于其它3個(gè)品種，蕾期、盛花期4個(gè)品種間差別不大，吐絮期低于新棉99B，而高于其它兩個(gè)品種，說明魯棉研21號(hào)在各生育階段均具有較好的葉功能。

2.2 碳氮代謝

可溶性糖和淀粉是棉花合成纖維素及細(xì)胞壁的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其含量高低反映了植株的碳代謝狀況。表2結(jié)果表明，在棉花生長(zhǎng)發(fā)育過程中，各品種可溶性糖含量整體趨勢(shì)是先增高后降低。以初花期含量最高，盛花期下降趨勢(shì)較大，這是由于初花期后快速成鈴，可溶性糖大量向棉鈴轉(zhuǎn)移，以滿足棉鈴體積的增大和內(nèi)部物質(zhì)積累的需求。魯棉研21號(hào)在苗期、盛花期、吐絮期可溶性糖含量高于其它3個(gè)品種。同樣，各品種淀粉含量也呈現(xiàn)出由低到高再變低的趨勢(shì)。魯棉研21號(hào)在蕾期和初花期葉片淀粉含量高于其它3個(gè)品種。

從可溶性糖與淀粉的總含量來看，魯棉研21號(hào)在蕾期和初花期均高于其它3個(gè)品種，盛花期相對(duì)有所降低，而到盛鈴期仍高于其它3個(gè)品種，維持在較高的水平上。

植株體內(nèi)的可溶性蛋白質(zhì)多為一些代謝酶類，其含量多少反映了植株活力的強(qiáng)弱。各品種可溶性蛋白質(zhì)含量均以蕾期最高(表3)。比較4個(gè)品種各時(shí)期可溶性蛋白質(zhì)的含量，盛花期以前，雜交棉魯棉研15號(hào)的含量最高，魯棉研21號(hào)低于魯棉研15號(hào)，但均高于中棉所41和新棉99B。盛花期和盛鈴期，魯棉研21號(hào)的可溶性蛋白含量均高于其它3個(gè)品種。表明魯棉研21號(hào)也具有較強(qiáng)的氮代謝功能，表現(xiàn)出類似于雜交種的生理代謝特點(diǎn)。

2.3 抗氧化酶活性及丙二醛含量

從圖1可以看出，從苗期至吐絮期，4個(gè)品種SOD含量均呈逐漸升高的趨勢(shì)。苗期至初花期，魯棉研21號(hào)低于魯棉研15號(hào)而高于中棉所41和新棉99B;盛花期、盛鈴期魯棉研21號(hào)含量最高，魯棉研15號(hào)次之。

4個(gè)品種的POD活性在生長(zhǎng)發(fā)育前期較低，后期較高(圖2)。初花期以前，品種間POD活性差別不大，而在盛花期以后，各品種POD活性迅速升高，魯棉研21號(hào)活性較強(qiáng)。

圖2 不同生育階段主莖功能葉POD活性

MDA是膜脂過氧化的最終分解產(chǎn)物，由圖3可以看出，從苗期至吐絮期，各品種整體趨勢(shì)是MDA含量逐漸增高。盛花期以前，魯棉研21號(hào) MDA含量較低，盛鈴期以后含量較高。

圖3 不同生育階段主莖功能葉MDA含量

2.4 內(nèi)源激素變化

各品種IAA含量整體趨勢(shì)是蕾期至盛花期逐漸升高，盛花期達(dá)到高峰，后逐漸下降(表4)。初花期魯棉研21號(hào) IAA含量高于其它3個(gè)品種，蕾期、盛花期和盛鈴期低于魯棉研15號(hào)，而高于中棉所41和新棉99B;盛鈴期以前各生育期均以新棉99B含量最低，而到吐絮期則以其含量最高。

一般認(rèn)為，ABA促進(jìn)葉片衰老和脫落[3]。本研究各品種ABA含量整體趨勢(shì)是蕾期至吐絮期逐漸升高，品種間亦有較大差異。魯棉研21號(hào)在蕾期、初花期和盛鈴期ABA含量都是4個(gè)品種中最低的，而在盛花期卻是最高的，到吐絮期低于魯棉研15號(hào)和中棉所41，而高于新棉99B(表6)。前人研究表明[4]，在棉花開花期向結(jié)鈴期轉(zhuǎn)變時(shí)，高水平的ABA可以調(diào)節(jié)酸性磷酸酶的活性，促進(jìn)蔗糖向葡萄糖的轉(zhuǎn)化，有利于同化物及儲(chǔ)存物的輸出并向生殖器官分配，促進(jìn)同化物在棉鈴中的積累，加快棉鈴的發(fā)育。魯棉研21號(hào)盛花期的ABA高含量可能與其集中開花成鈴特性有直接關(guān)系。

3 討論與結(jié)論

3.1 葉綠素含量是葉片功能期持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短的重要標(biāo)志之一，同時(shí)反映了單位葉面積的光合單位數(shù)與體內(nèi)含氮水平，可衡量植株光合作用能力強(qiáng)弱和衰老程度[5]，紀(jì)從亮等(2000)[6]、 孫紅春等(2007)[7]研究證實(shí)，后期葉綠素含量較高的品種能形成更多的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。本研究表明，魯棉研21號(hào)與其它品種相比，葉綠素含量較高，到盛鈴期仍高于其它3個(gè)品種，說明其具有較強(qiáng)的光合同化能力，且葉片功能期較長(zhǎng)，有利于干物質(zhì)的積累，最終形成較高的生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

3.2 前人研究認(rèn)為，棉花可溶性糖含量的增高是花芽分化的內(nèi)在條件，如碳水化合物積累較少，則不利于生殖生長(zhǎng)[7]，纖維素快速積累的時(shí)期與可溶性糖迅速下降的時(shí)期相吻合[8]，田曉莉等(2000)[9]研究證實(shí)，棉花在蕾期氮代謝比較旺盛。本研究各品種碳、氮代謝的總體趨勢(shì)與前人的研究結(jié)果相一致。與其它兩個(gè)常規(guī)棉品種相比，魯棉研21號(hào)在各生育階段均有著較高的可溶性蛋白質(zhì)含量，而且可溶性糖含量自蕾期就上升快、總量大，維持時(shí)間也較長(zhǎng)，這與該品種開花前快速生長(zhǎng)、干物質(zhì)積累量大的特點(diǎn)相吻合，為集中開花成鈴奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。而且，開花后到盛鈴期仍維持了較高的碳、氮代謝水平，從而保證了充足的光合產(chǎn)物供給，使其能持續(xù)集中、大量成鈴，上中下部結(jié)鈴均勻。

3.3 較高的SOD活性對(duì)防止膜脂過氧化、減輕膜傷害和植物衰老有重要作用[10，11]。本研究表明，魯棉研21號(hào)在多數(shù)時(shí)期的SOD活性高于同類品種中棉所41和新棉99B，其中盛花期、盛鈴期魯棉研21號(hào)甚至高于雜交棉魯棉研15號(hào)，這說明魯棉研21號(hào)較其它品種具有更好的抗逆性。過氧化物酶(POD)是防御活性氧或其它過氧化物自由基對(duì)細(xì)胞傷害的重要保護(hù)酶，在葉片生長(zhǎng)的一定階段內(nèi)，POD 活性越高，葉片的抗衰老能力越強(qiáng)[10，12]。魯棉研21號(hào)在盛花期以后，POD值升高明顯，反映了其生長(zhǎng)發(fā)育后期抗活性氧能力強(qiáng)的生理特點(diǎn)。丙二醛(MDA)是膜脂過氧化的最終分解產(chǎn)物，對(duì)細(xì)胞膜具有傷害作用，MDA含量的多少反映了膜損傷程度的大小[10，11]，是常用的膜脂過氧化指標(biāo)之一。本研究表明，魯棉研21號(hào)在生長(zhǎng)發(fā)育的中、前期MDA含量較其它同類品種低，這與其抗氧化酶類活性較高、大田生產(chǎn)表現(xiàn)抗逆性強(qiáng)的特點(diǎn)相吻合。

3.4 激素是以系統(tǒng)的方式調(diào)控植株的生長(zhǎng)發(fā)育[13]。郭立平等(2005)[14]推測(cè)雜交種的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)，特別是在鈴數(shù)與鈴重上的優(yōu)勢(shì)，可能與IAA 和ABA 的含量變化有關(guān)，并認(rèn)為皮棉產(chǎn)量與IAA含量呈顯著正相關(guān)。本研究結(jié)果，雜交棉魯棉研15號(hào) IAA含量高于其它3個(gè)品種，與郭立平的研究結(jié)果相一致。前文[1]報(bào)道，魯棉研21號(hào)具有類似于雜交棉的生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)，前期生長(zhǎng)發(fā)育快、干物質(zhì)積累量大，這與該品種盛鈴期前高水平的IAA含量是密不可分的。

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