摘 要：以高衣分染色體片段導(dǎo)入系IL-10-1以及背景親本陸地棉遺傳標(biāo)準(zhǔn)系TM-1和供體親本海島棉H7124為試驗(yàn)材料，用掃描電鏡觀察了纖維初始發(fā)育的特征，測(cè)定了單粒種子成熟纖維總重量、纖維平均長(zhǎng)度、單位長(zhǎng)度纖維重量和纖維總根數(shù)并分析了IL-10-1高衣分形成的原因。掃描電鏡觀察的結(jié)果表明，纖維突起啟動(dòng)的早晚與基因型關(guān)系密切，纖維伸長(zhǎng)起始的早晚與衣分關(guān)系密切，較早的纖維伸長(zhǎng)啟動(dòng)有利于高衣分的形成。高衣分導(dǎo)入系IL-10-1單粒種子成熟纖維總質(zhì)量、纖維平均長(zhǎng)度、單位長(zhǎng)度纖維質(zhì)量和纖維總根數(shù)均極顯著高于TM-1。相關(guān)性分析和通徑分析結(jié)果證明：纖維總質(zhì)量、單位長(zhǎng)度纖維質(zhì)量和纖維平均長(zhǎng)度與衣分關(guān)系密切。因此，材料較早的啟動(dòng)纖維突起和開始纖維伸長(zhǎng)利于優(yōu)良品質(zhì)和高衣分的形成。

關(guān)鍵詞：衣分；纖維初始發(fā)育；掃描電鏡；衣分形成

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（2012）10-0025-06

衣分是指籽棉中纖維重量占籽棉重量的百分率，是棉花纖維產(chǎn)量的三要素之一。纖維產(chǎn)量與纖維的發(fā)育密切相關(guān)。棉纖維是由胚珠外珠被表皮細(xì)胞發(fā)育成的一種單細(xì)胞結(jié)構(gòu)，其發(fā)育過程包括四個(gè)階段：纖維細(xì)胞的分化啟動(dòng)（initiation）、纖維細(xì)胞的伸長(zhǎng)或初生壁的合成（cell elongation）、次生壁的合成（cell wall deposition）與沉積以及脫水成熟。每個(gè)時(shí)期各有特點(diǎn)，但它們之間并沒有截然的區(qū)分界限，并存在某些重疊現(xiàn)象[1～3]。在開花當(dāng)天至開花后3 d突起的纖維細(xì)胞發(fā)育成有紡紗價(jià)值的長(zhǎng)絨（lint），開花后4～10 d突起的纖維細(xì)胞發(fā)育成短絨（fuzz）。Li等研究發(fā)現(xiàn)開花當(dāng)天的纖維突起密度和開花后1 d的纖維伸長(zhǎng)密度均與衣分和衣指正相關(guān)，與鈴重和籽指負(fù)相關(guān)。棉花纖維的初始發(fā)育與分化過程與纖維產(chǎn)量性狀衣分、籽指關(guān)系密切[4]。棉花纖維的初始發(fā)育與分化對(duì)衣分的形成具有重要的意義。

單粒種子成熟纖維總質(zhì)量、纖維平均長(zhǎng)度、單位長(zhǎng)度纖維質(zhì)量、纖維總根數(shù)是構(gòu)成衣分的4個(gè)重要性狀[5]，這4個(gè)性狀對(duì)于研究不同衣分材料纖維的分化和發(fā)育機(jī)理以及衣分的形成具有重要的意義。

染色體片段導(dǎo)入系（CSILs），又稱染色體片段代換系（CSSLs），是通過高代回交結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇建立的一套覆蓋全基因組的、相互重疊的染色體片段代換群體[6]。染色體片段導(dǎo)入系具有片段單一、背景一致、遺傳穩(wěn)定等特點(diǎn)，能夠大大降低甚至消除供體材料遺傳背景的影響[7]。

試驗(yàn)以高衣分染色體片段導(dǎo)入系IL-10-1和背景親本TM-1、供體親本H7124為材料，排除了遺傳背景對(duì)研究結(jié)果的干擾，對(duì)纖維初始發(fā)育過程超微結(jié)構(gòu)的差異進(jìn)行了掃描電鏡觀察和比較，并研究了單粒種子衣分相關(guān)性狀與衣分的關(guān)系，旨在揭示IL-10-1高衣分的形成原因，為研究棉花高衣分的形成機(jī)理提供借鑒和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2011年4月底在德州種植陸地棉遺傳標(biāo)準(zhǔn)系TM-1、海島棉H7124，以及根據(jù)2009、2010兩年鑒定結(jié)果選擇的表現(xiàn)穩(wěn)定的高衣分導(dǎo)入系IL-10-1。IL-10-1為兩條片段的導(dǎo)入系，一條導(dǎo)入片段位于A10染色體0.0～12.8 cM位置，另一條導(dǎo)入片段位于D10染色體0.0～12.4 cM位置[8]。每個(gè)材料種植5行，行長(zhǎng)10 m，田間管理同常規(guī)大田。在8月上旬將開花前1 d 的蕾用線扎住花冠，使其自交，并掛牌標(biāo)記開花日期以備按日齡采樣。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 衣分、衣指、籽指的測(cè)定 2011年10月，分別收取相同材料第一果枝第一、二果節(jié)正常成熟棉鈴30個(gè)，重復(fù)3次，置于網(wǎng)袋中曬干，用皮輥軋花機(jī)軋花，分別測(cè)定衣分、衣指、籽指。用SAS 8.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

1.2.2 纖維初始發(fā)育時(shí)期胚珠的掃描電鏡觀察以及纖維突起、伸長(zhǎng)密度研究 在8月上旬開花盛期9時(shí)，用鑷子剝?nèi)?個(gè)材料第一果枝第一、二果節(jié)開花前1 d、開花當(dāng)天、開花后1 d、開花后2 d、開花后3 d棉鈴，在冰盒上用鑷子剝?nèi)∨咧?，每個(gè)處理剝?nèi)?0～30粒，置于3%磷酸戊二醛緩沖液中0～4℃固定2 h以上，再經(jīng)pH 7.4的磷酸鹽緩沖液（PBS緩沖液）沖洗，餓酸（H2OsO4）固定，PBS緩沖液沖洗，乙醇梯度脫水，醋酸異戊酯置換，CO2臨界點(diǎn)干燥，離子濺射噴金鍍膜，最后在JSM-6610LV （Hitachi，Japan） 掃描電鏡下觀察并照相。

1.2.3 單粒種子成熟纖維總質(zhì)量、平均纖維長(zhǎng)度、單位長(zhǎng)度纖維質(zhì)量和纖維總根數(shù)的測(cè)定 2011年10月，分別收取相同材料第一果枝第一、二果節(jié)正常成熟棉鈴，用于測(cè)定單粒種子纖維總質(zhì)量、平均纖維長(zhǎng)度、單位長(zhǎng)度纖維質(zhì)量和纖維根數(shù)，每個(gè)材料測(cè)10粒種子取平均值用于分析。平均纖維長(zhǎng)度的測(cè)定采用中段稱重法[9]。用Y171型纖維截取器（上海第七紡織機(jī)械廠）截取1 cm纖維段，用JN-A型精密扭力天平（上海第二天平儀器廠）稱重，并數(shù)其纖維根數(shù)計(jì)算單位長(zhǎng)度纖維質(zhì)量。

FN（根）=FW×103/（X×Y）

式中FN為胚珠纖維總根數(shù)（根）；FW為纖維總質(zhì)量（mg）；X為胚珠纖維平均長(zhǎng)度（mm）；Y為單位長(zhǎng)度纖維質(zhì)量（μg/mm）。數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 衣分、衣指、籽指表現(xiàn)

3個(gè)材料在衣分、衣指、籽指上表現(xiàn)出顯著差異，高衣分導(dǎo)入系IL-10-1的衣分、衣指均表現(xiàn)穩(wěn)定且極顯著高于背景親本TM-1

2.2 纖維初始發(fā)育時(shí)期胚珠的掃描電鏡觀察以及纖維突起、伸長(zhǎng)密度

2.2.1 開花前1 d、開花當(dāng)天和開花后1 d的纖維突起 在開花前1 d，僅有H7124胚珠表面出現(xiàn)纖維突起，纖維突起呈點(diǎn)狀分布于脊突處。TM-1和IL-10-1未出現(xiàn)纖維突起，僅有分散的氣孔存在。說明纖維突起啟動(dòng)的早晚可能與基因型關(guān)系密切。

開花當(dāng)天，TM-1、H7124和IL-10-1胚珠表皮細(xì)胞均開始出現(xiàn)纖維突起，纖維突起呈小的半球形，顏色明亮，而非纖維突起的細(xì)胞顏色較暗且比較平滑。

開花后1 d，TM-1、H7124和IL-10-1突起呈圓球形并由脊突向珠孔端擴(kuò)散，脊突和合點(diǎn)端突起較密集，珠孔端開始出現(xiàn)稀疏的纖維突起，顯示即將進(jìn)入伸長(zhǎng)期。 IL-10-1在脊突處已經(jīng)出現(xiàn)明顯的纖維伸長(zhǎng)，纖維伸長(zhǎng)也是從脊突開始，延伸到合點(diǎn)和胚珠中部，最后到達(dá)珠孔端，而TM-1和H7124胚珠均為開始出現(xiàn)纖維伸長(zhǎng)，說明胚珠較早啟動(dòng)纖維伸長(zhǎng)利于高衣分的形成。

2.2.2 開花后2 d和開花后3 d的纖維伸長(zhǎng) 開花后2 d，TM-1、H7124和IL-10-1胚珠表面除珠孔端外纖維均開始伸長(zhǎng)，突起擴(kuò)散到珠孔端，但珠孔端纖維仍未開始伸長(zhǎng)。

開花后3 d，TM-1、H7124和IL-10-1胚珠被伸長(zhǎng)的纖維緊密包裹。同TM-1相比，H7124纖維最長(zhǎng)。

2.3 TM-1、H7124和IL-10-1成熟纖維特征分析

2.3.1 衣分構(gòu)成性狀考察結(jié)果 由表2可知， IL-10-1單粒種子成熟纖維總質(zhì)量、平均長(zhǎng)度、單位長(zhǎng)度質(zhì)量、總根數(shù)均極顯著高于TM-1，H7124纖維平均長(zhǎng)度極顯著高于TM-1。

2.3.2 衣分構(gòu)成性狀與衣分、衣指、籽指的相關(guān)性分析 由相關(guān)性分析結(jié)果可知，單粒種子成熟纖維總質(zhì)量、纖維平均長(zhǎng)度、單位長(zhǎng)度纖維質(zhì)量和纖維總根數(shù)與衣分、衣指表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系，與籽指表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系。纖維平均長(zhǎng)度和纖維總質(zhì)量與衣分的相關(guān)系數(shù)最大，分別為0.975和0.899；纖維總根數(shù)與衣分的相關(guān)系數(shù)最小，為0.773。

2.3.3 衣分構(gòu)成性狀對(duì)衣分的通徑分析 由表4可知，衣分構(gòu)成性狀對(duì)衣分的直接通徑系數(shù)大小依次為：纖維總質(zhì)量>單位長(zhǎng)度纖維質(zhì)量>纖維平均長(zhǎng)度>纖維根數(shù)。

纖維總質(zhì)量對(duì)衣分的通徑系數(shù)最高，為0.9841，通過其他各性狀對(duì)衣分的間接通徑系數(shù)除通過纖維根數(shù)產(chǎn)生負(fù)向作用外，其他皆表現(xiàn)為正向作用，說明纖維總質(zhì)量與衣分密切相關(guān)，較高的纖維總質(zhì)量決定較高的衣分值。

單位長(zhǎng)度纖維質(zhì)量對(duì)衣分的直接通徑系數(shù)為0.2583，通過其他各性狀對(duì)衣分的間接通徑系數(shù)除通過纖維根數(shù)產(chǎn)生負(fù)向作用外，其他皆表現(xiàn)為正向作用，說明較高的單位長(zhǎng)度纖維質(zhì)量對(duì)高衣

①、②：H7124開花前1 d胚珠表面出現(xiàn)點(diǎn)狀纖維突起（①：脊突；②：合點(diǎn)）；③、④：TM-1、IL-10-1開花前1 d胚珠表面僅有分散著的氣孔存在（③：TM-1；④：IL-10-1） ；⑤、⑥、⑦、⑧：開花當(dāng)天H7124胚珠表面纖維突起密度大于TM-1（⑤：H7124胚珠表面；⑥：TM-1胚珠表面；⑦：H7124脊突；⑧：TM-1脊突）；⑨：開花當(dāng)天高衣分材料IL-10-1；⑩：開花后1 d IL-10-1珠孔端出現(xiàn)稀疏纖維突起；、：開花后1 d TM-1圓球狀纖維突起（：TM-1胚珠表面；：TM-1脊突）；、、：開花后1 d高衣分材料IL-10-1脊突處出現(xiàn)纖維伸長(zhǎng)； 、：開花后2 d TM-1、高衣分導(dǎo)入系IL-10-1珠孔端纖維細(xì)胞突起但未開始伸長(zhǎng)； ：開花后3 d TM-1胚珠被伸長(zhǎng)的纖維緊密包裹；、：開花后3 d TM-1，H7124胚珠表面纖維長(zhǎng)度比較（：TM-1；：H7124）

纖維初始發(fā)育掃描電鏡觀察結(jié)果分的形成具有重要的作用。

纖維平均長(zhǎng)度對(duì)衣分的直接通徑系數(shù)為0.2045，其他各性狀對(duì)衣分的間接通徑系數(shù)除通過纖維根數(shù)產(chǎn)生負(fù)向作用外，其他皆表現(xiàn)為正向作用，說明纖維平均長(zhǎng)度在高衣分的形成中起著重要的作用，這與相關(guān)性分析的結(jié)果基本一致。

纖維總根數(shù)與衣分的直接通徑系數(shù)為-0.5747，其他各性狀對(duì)衣分的間接通徑系數(shù)均表現(xiàn)為正向作用，說明纖維總根數(shù)與衣分相互拮抗，較多的纖維總根數(shù)不利于高衣分的形成。

注：X1：纖維總質(zhì)量；X2：纖維平均長(zhǎng)度；X3：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度纖維質(zhì)量；X4：纖維根數(shù)。決策系數(shù)R2=0.999。3 討論

前人對(duì)棉花纖維初始發(fā)育與分化已有很多報(bào)道[10～13]，但主要側(cè)重于陸地棉或者棉種間[5，14～17]，很難排除遺傳背景的干擾。本研究以可以視為近等基因型的染色體片段導(dǎo)入系為材料，有利于排除與纖維發(fā)育無關(guān)的遺傳背景的干擾，探索纖維發(fā)育的本質(zhì)性機(jī)理。

徐楚年等[16]對(duì)陸地棉、海島棉、中棉及草棉4個(gè)栽培種開花前后的胚珠進(jìn)行掃描電鏡比較觀察，發(fā)現(xiàn)其胚珠在表皮細(xì)胞突起部位的先后和突起時(shí)間并沒有區(qū)別。Wendy等[15]對(duì)來自不同基因組A1、A2、AD1、AD3、C1、D3、D5、F1的野生和栽培棉品種的纖維發(fā)育比較，發(fā)現(xiàn)其纖維分化的起始時(shí)間也無明顯差別。董合忠等[17]對(duì)大田生長(zhǎng)的陸地棉和海島棉等7個(gè)品種的纖維分化進(jìn)行比較研究證明，纖維突起時(shí)間和開花當(dāng)天F/E（胚珠上下午內(nèi)細(xì)胞數(shù)與胚珠表皮細(xì)胞總數(shù)的比值）因種和品種而異。李成奇等[14]通過對(duì)陸地棉、海島棉、亞洲棉以及非洲棉的4個(gè)栽培種開花前后胚珠比較觀察，發(fā)現(xiàn)除亞洲棉外其他3個(gè)棉種均在開花前1 d出現(xiàn)纖維細(xì)胞突起，開花后1 d開始纖維伸長(zhǎng)，認(rèn)為纖維突起時(shí)間與所用材料有關(guān)。

本研究發(fā)現(xiàn)僅H7124在開花前1 d出現(xiàn)纖維突起，陸地棉和與高衣分導(dǎo)入系IL-10-1在開花前1 d均未出現(xiàn)纖維突起，開花當(dāng)天才開始出現(xiàn)纖維突起，說明纖維突起啟動(dòng)的早晚因基因型和品種不同而異。在開花后1 d僅IL-10-1脊突開始出現(xiàn)纖維伸長(zhǎng)，說明纖維伸長(zhǎng)時(shí)間早晚與衣分關(guān)系密切，或者說在開花后1 d較早的出現(xiàn)纖維伸長(zhǎng)促進(jìn)了導(dǎo)入系高衣分的形成。從開花當(dāng)天、開花后1 d和開花后2 d各棉種胚珠4個(gè)部位的纖維發(fā)育狀況來看，脊突處纖維最長(zhǎng)且密度最大，合點(diǎn)端和胚珠中部次之，珠孔附近纖維最短且數(shù)目最少。研究還發(fā)現(xiàn)，開花后3 d，各材料胚珠表面纖維迅速伸長(zhǎng)，胚珠被伸長(zhǎng)的纖維緊密包裹。同TM-1相比，H7124纖維最長(zhǎng)、最細(xì)，也已反映出海島棉具有優(yōu)良品質(zhì)的潛質(zhì)。

劉繼華等[5]綜述了棉纖維發(fā)育與產(chǎn)量及品質(zhì)的關(guān)系，提出單粒成熟種子纖維總質(zhì)量、纖維平均長(zhǎng)度、單位纖維長(zhǎng)度質(zhì)量、纖維總根數(shù)為構(gòu)成衣分的4個(gè)重要性狀。本研究發(fā)現(xiàn)IL-10-1單粒種子成熟纖維總質(zhì)量、纖維平均長(zhǎng)度、單位長(zhǎng)度纖維質(zhì)量、纖維總根數(shù)均極顯著高于背景親本TM-1。H7124纖維平均長(zhǎng)度極顯著高于TM-1，反映了IL-10-1高衣分的特點(diǎn)和H7124優(yōu)良品質(zhì)的特點(diǎn)。4個(gè)構(gòu)成衣分的性狀中，纖維總質(zhì)量、單位長(zhǎng)度纖維質(zhì)量和纖維平均長(zhǎng)度和與衣分的直接通徑系數(shù)均表現(xiàn)正效應(yīng)，而纖維根數(shù)與衣分的直接通徑系數(shù)表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)，說明較高的纖維總質(zhì)量、單位長(zhǎng)度纖維質(zhì)量和較長(zhǎng)的纖維平均長(zhǎng)度利于高衣分的形成。4 結(jié)論

纖維初始發(fā)育過程中，纖維突起啟動(dòng)早晚與基因型有關(guān)，而纖維伸長(zhǎng)早晚與衣分和品質(zhì)具有密切關(guān)系，纖維伸長(zhǎng)較早的材料利于形成高衣分。較高的纖維總質(zhì)量、單位長(zhǎng)度纖維質(zhì)量和較長(zhǎng)的纖維平均長(zhǎng)度利于高衣分的形成，而較多的纖維根數(shù)不利于高衣分的形成。這為棉花纖維分化與發(fā)育和高衣分的形成提供了理論依據(jù)。

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