魯棉研21號高產穩產生理特性研究

摘 要:以生產上大面積推廣的4個不同類型的轉基因抗蟲棉品種為材料，比較并進而研究了常規轉Bt基因抗蟲棉魯棉研21號的生理特性。結果表明:與其它同類品種相比，魯棉研21號葉綠素含量較高，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，激素類物質代謝協調。這些特點為其高產、穩產、廣適奠定了生理基礎。

關鍵詞:魯棉研21號; 葉綠素;碳氮代謝;抗氧化酶;內源激素

中圖分類號:S562.01文獻標識號:A文章編號:1001-4942(2010)02-0039-05

轉Bt基因常規棉品種魯棉研21號高產穩產的生物學特性我們已做了系統研究[1]。本試驗以生產上大面積推廣的不同類型抗蟲棉品種——雜交棉魯棉研15號、轉雙價基因常規抗蟲棉中棉所41和新棉99B為對照，進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號高產高效栽培提供借鑒和依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

田間試驗于2006、2007年在山東棉花研究中心試驗站(臨清)進行。試驗田土質砂壤，肥力中上，排灌水條件良好。魯棉研21號、魯棉研15號均由本中心提供，中棉所41、新棉99B分別由中國農業科學院棉花研究所和冀岱公司提供。

1.2 試驗設計和田間管理

試驗采用隨機區組排列，重復4次，6行區，行長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，按預定株距人工點播。第3片真葉展開后定苗，每穴留健壯棉苗1株，使所有小區達到預定密度。栽培管理按高產棉田要求進行。

1.3 測定項目與方法

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，室內測定葉綠素、可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白質、內源激素、丙二醛含量及抗氧化酶SOD、POD活性等指標。室內測定使用Tu-1901型雙光束紫外可見分光光度計。葉綠素用丙酮—乙醇等量混合法提取，測定645、663 nm處的吸光值，計算葉綠素a 和b 的含量及總量;苯酚法測定可溶性糖和淀粉含量;考馬斯亮藍G-250法測定可溶性蛋白含量;SOD活性測定以其抑制氮藍四唑(NBT)光反應50 %為一個酶活單位;POD活性用愈創木酚法測定，以OD470 每分鐘增加0.1為一個酶活單位;MDA 測定用硫代巴比妥酸法，測定532 nm處的吸光值，計算含量;激素含量用酶聯免疫吸附法(ELISA) 測定，由中國農業大學化控中心協助完成。統計分析中方差分析檢驗用DPS ( Data Process System)數據處理系統處理。

2 結果與分析

2.1 葉綠素含量分析

作物葉片中葉綠素含量的多少，既顯示作物的生長狀況，又是作物與環境發生物質能量交換的重要條件，與植株光合能力、發育階段和氮素狀況密切相關，是評價植物長勢的有效手段之一[2]。如表1所示，魯棉研21號苗期、初花期和盛鈴期葉綠素含量高于其它3個品種，蕾期、盛花期4個品種間差別不大，吐絮期低于新棉99B，而高于其它兩個品種，說明魯棉研21號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胞壁的主要營養物質，其含量高低反映了植株的碳代謝狀況。表2結果表明，在棉花生長發育過程中，各品種可溶性糖含量整體趨勢是先增高后降低。以初花期含量最高，盛花期下降趨勢較大，這是由于初花期后快速成鈴，可溶性糖大量向棉鈴轉移，以滿足棉鈴體積的增大和內部物質積累的需求。魯棉研21號在苗期、盛花期、吐絮期可溶性糖含量高于其它3個品種。同樣，各品種淀粉含量也呈現出由低到高再變低的趨勢。魯棉研21號在蕾期和初花期葉片淀粉含量高于其它3個品種。

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

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

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個品種SOD含量均呈逐漸升高的趨勢。苗期至初花期，魯棉研21號低于魯棉研15號而高于中棉所41和新棉99B;盛花期、盛鈴期魯棉研21號含量最高，魯棉研15號次之。

4個品種的POD活性在生長發育前期較低，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號活性較強。

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物，由圖3可以看出，從苗期至吐絮期，各品種整體趨勢是MDA含量逐漸增高。盛花期以前，魯棉研21號 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 內源激素變化

各品種IAA含量整體趨勢是蕾期至盛花期逐漸升高，盛花期達到高峰，后逐漸下降(表4)。初花期魯棉研21號 IAA含量高于其它3個品種，蕾期、盛花期和盛鈴期低于魯棉研15號，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。

一般認為，ABA促進葉片衰老和脫落[3]。本研究各品種ABA含量整體趨勢是蕾期至吐絮期逐漸升高，品種間亦有較大差異。魯棉研21號在蕾期、初花期和盛鈴期ABA含量都是4個品種中最低的，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]，在棉花開花期向結鈴期轉變時，高水平的ABA可以調節酸性磷酸酶的活性，促進蔗糖向葡萄糖的轉化，有利于同化物及儲存物的輸出并向生殖器官分配，促進同化物在棉鈴中的積累，加快棉鈴的發育。魯棉研21號盛花期的ABA高含量可能與其集中開花成鈴特性有直接關系。

3 討論與結論

3.1 葉綠素含量是葉片功能期持續時間長短的重要標志之一，同時反映了單位葉面積的光合單位數與體內含氮水平，可衡量植株光合作用能力強弱和衰老程度[5]，紀從亮等(2000)[6]、 孫紅春等(2007)[7]研究證實，后期葉綠素含量較高的品種能形成更多的經濟產量。本研究表明，魯棉研21號與其它品種相比，葉綠素含量較高，到盛鈴期仍高于其它3個品種，說明其具有較強的光合同化能力，且葉片功能期較長，有利于干物質的積累，最終形成較高的生物產量和經濟產量。

3.2 前人研究認為，棉花可溶性糖含量的增高是花芽分化的內在條件，如碳水化合物積累較少，則不利于生殖生長[7]，纖維素快速積累的時期與可溶性糖迅速下降的時期相吻合[8]，田曉莉等(2000)[9]研究證實，棉花在蕾期氮代謝比較旺盛。本研究各品種碳、氮代謝的總體趨勢與前人的研究結果相一致。與其它兩個常規棉品種相比，魯棉研21號在各生育階段均有著較高的可溶性蛋白質含量，而且可溶性糖含量自蕾期就上升快、總量大，維持時間也較長，這與該品種開花前快速生長、干物質積累量大的特點相吻合，為集中開花成鈴奠定了物質基礎。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物供給，使其能持續集中、大量成鈴，上中下部結鈴均勻。

3.3 較高的SOD活性對防止膜脂過氧化、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號在多數時期的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號甚至高于雜交棉魯棉研15號，這說明魯棉研21號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細胞傷害的重要保護酶，在葉片生長的一定階段內，POD 活性越高，葉片的抗衰老能力越強[10，12]。魯棉研21號在盛花期以后，POD值升高明顯，反映了其生長發育后期抗活性氧能力強的生理特點。丙二醛(MDA)是膜脂過氧化的最終分解產物，對細胞膜具有傷害作用，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之一。本研究表明，魯棉研21號在生長發育的中、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、大田生產表現抗逆性強的特點相吻合。

3.4 激素是以系統的方式調控植株的生長發育[13]。郭立平等(2005)[14]推測雜交種的產量優勢，特別是在鈴數與鈴重上的優勢，可能與IAA 和ABA 的含量變化有關，并認為皮棉產量與IAA含量呈顯著正相關。本研究結果，雜交棉魯棉研15號 IAA含量高于其它3個品種，與郭立平的研究結果相一致。前文[1]報道，魯棉研21號具有類似于雜交棉的生長發育特點，前期生長發育快、干物質積累量大，這與該品種盛鈴期前高水平的IAA含量是密不可分的。

參 考 文 獻:

[1] 李汝忠，趙逢濤，王宗文，等. 魯棉研21號高產穩產的生物學特性研究[J].棉花學報，2009，21(3):230-235.

[2] 姚 霞， 吳華兵， 朱 艷，等.棉花功能葉片色素含量與高光譜參數的相關性研究[J].棉花學報，2007，19(4):267-272.

[3] 李伶俐，楊青華，李 文.花幼鈴脫落過程中IAA、ABA、MDA 含量及SOD、POD 活性的變化[J].植物生理學報，2001，27(3):215-220.

[4] Akemi O，Akashi H.Promotion of ethylene biosynthesis in peach mesocarp discs by auxin[J]. Plant Growth Regulation，2002，36:209-214.

[5] 張守仁.葉綠素熒光動力學參數的意義及討論[J].植物學通報，1999，16(4):444-448.

[6] 紀從亮，俞敬忠，齊友良，等.棉花高產品種源庫流特點研究[J].棉花學報，2000，12(6):298-301.

[7] 孫紅春，馮麗肖，謝志霞，等.不同氮素水平對棉花不同部位——鈴葉系統生理特性及鈴重空間分布的影響[J].中國農業科學， 2007，40(8):1638-1645.

[8] 過興先，曾 偉，蘇玉蘭.棉葉光合產物的積累和輸出及其與夜溫和纖維發育之關系[J].作物學報，1997，17(2):115-122.

[9] 田曉莉，楊培生，王保民，等.轉Bt基因抗蟲棉中棉30的碳氮代謝特征[J].棉花學報，2000，12(4):172-175 .

[10]喻樹迅，宋美珍，范術麗，等.雙價轉基因抗蟲棉中棉所45 的豐產性及生理特性研究[J].棉花學報，2007，19(3):227-232.

[11]宋美珍，喻樹迅，范術麗，等. 早熟不早衰短季棉品種(系) 及其雜交后代抗氧化酶系統活性變化[J].棉花學報，2006，18(3):63-64.

[12]耿軍義，張香云，崔瑞敏，等.雜交棉冀棉18 號一代、二代的SOD 和POD 活性及生理生化機制研究[J].華北農學報，2002，17(4):96-99.

[13]朱中華，段留生，馮雪梅，等.內源激素對小麥葉片衰老調控的系統分析[J].作物學報，1998，24(2):176-181.

[14]郭立平，邢朝柱，苗成朵，等. 棉花強優勢雜交種中棉所29、38、39 及其親本的生理生化特性研究[J].棉花學報，2005，17 (5):314-315.