棉花早衰群体根系生长特征及“根—冠”关系的生理机制

With the production and application of transgenic insect-resistant cotton, aggravating premature senescence in cotton, has become an important factor in restricting the development of cotton production. The coordination of root-crown is closely related to premature senescence in cotton,but the report about the characteristics of root-reason during cotton aging process has rarely been seen. In this project, cotton root characteristics research will be carried out under the nitrogen stress condition during plants aging process. Selecting Bt-transgenic cotton varieties which are widely used in production as the material in cotton division of a representative field in the Huanghe valley. The main content of the project includes four aspects as below: (1) Root morphology and fine root longevity would be researched with CI-600 root growth monitoring system which is a world advanced equipment for root growth detection. (2) Metabolic activity of roots, i.e. physiological metabolism index in root and bleeding sap will be studied. (3) Senescence characteristics of aboveground part based on the Physiological and morphology index in monitoring cotton aging process. (4) The correlation analysis of root growth characteristics and aboveground plant senescence in cotton. This project aims to reveal the relationship of the cotton aging process in situ root growth dynamics, root metabolic activity and aboveground plant senescence characteristics. It will prove morphological and physiological characteristics of the role of root source in the aging process of cotton. The results will play an important theoretical and practical role in enriching source-sink theory and preventing cotton premature aging.

随着转基因抗虫棉的生产应用，棉花早衰现象加重，已经成为制约棉花生产发展的重要因素。"根-冠"协调性与棉花早衰密切相关，"根源"在棉花衰老进程中的生长特性鲜见报道。本项目拟以生产上大面积推广的转基因抗虫棉为材料，通过不同水平氮素处理获得不同衰老程度的棉花群体，开展以下研究：（1）采用世界上先进的微根窗根系研究设备"CI-600根系监测系统"开展根系生长形态及细根寿命的研究；（2）根系及伤流液中生理代谢指标测定，获得根系代谢活性；（3）地上部植株衰老特性，基于测定棉花衰老进程中早衰生理及形态指标；（4）棉花根系生长特征与地上部植株衰老相关性分析。本项目旨在揭示棉花衰老进程中原位根系生长动态、根系代谢活性和地上部植株衰老特征的相互关系，明确根系生长特征及"根-冠"协调性，探明"根源"形态与生理特征在棉花衰老进程中的作用。试验结果对丰富棉花源库理论、防控早衰具有重要的理论和现实意义。

1. 项目的背景.近年来，随着转基因抗虫棉的生产应用，棉花早衰现象加重，已经成为制约棉花生产发展的重要因素。根系生长状况影响植株地上部的生长，与棉花早衰存在一定相关。本研究从根系生长较多开展对棉花早衰的研究。.2. 研究内容.本文基于4个不同氮肥水平的田间试验，分析对比根钻法和微根窗观测系统法的简便性及数据准确性，研究不同氮肥水平下水平距离棉株10 cm和25 cm处的棉花根系形态及根分布、地上部形态、伤流液和主茎叶中的生理活性物质、干物质积累分配、棉花的产量品质的影响，并分析根系与地上部指标的相关性以及产量和各指标之间的相关性。 .3. 重要结果、关键数据.3.1 根钻法和微根窗法获取根系信息的方法比较：两种方法测定的根形态指标呈极显著相关关系。根钻法和微根窗法均能有效的用于棉花根系的观测，其处理间效应得到结果基本一致，且微根窗法处理间差距更明显且测定结果更精确。.3.2 氮肥促进距离棉株10cm及25cm处棉花根系的生长。中氮处理促进根系的生长及深扎，降低浅层土壤根系所占比例。根系形态和地上部植株的形态有一定的相关性，吐絮期距离植株10cm处棉花根平均直径和株高、茎粗显著相关；距离植株25cm处棉花根投影面积、根体积和茎粗显著相关。.3.3氮肥促进棉花伤流液和叶片内生理活性反应。中氮处理显著增加棉株叶片中的叶绿素含量以及棉株根系和叶片中的生理活性指标，显著降低MDA含量。并且伤流液和叶片中的生理物质很多均显著相关。说明适氮处理能促进棉花根系和地上部的代谢相关酶类合成，促进氮素吸收利用，协调碳氮代谢，缓解棉花衰老。.3.4氮肥增加棉株根系和地上部器官的干物质积累。适氮下根系干物重显著大于对照处理。适氮能促进植株根系和地上部的干物质积累，调节其干物质分配，平衡棉株的根-冠关系提高棉株的产量品质。.4. 科学意义.该研究揭示不同氮肥水平下棉花根系生长与“根—冠”生理特征的内在联系；将微根窗法运用到棉花根系研究中；研究结果丰富了棉花源库理论，对棉花早衰防控具有一定理论意义。