花铃期短期土壤渍水影响棉纤维发育及主要品质性状形成的生理生态机制研究

在品种遗传性较为优化的背景下，环境生态和栽培因素对棉花产量与品质的作用日益凸显。花铃期短期土壤渍水和干旱在我国长江、黄河流域棉区发生频率高，严重影响棉花产量与品质的形成。本项目以花铃期短期土壤渍水试验为基础，从"纤维素生物合成过程中的物质变化- - 纤维次生壁特性（纤维素沉积量和沉积速率）- - 纤维品质形成"的关系出发，研究棉纤维素生物合成过程中相关物质和酶活性动态变化特征对土壤水分变化的响应，及与纤维产量和主要品质性状形成的关系，筛选出对土壤渍水敏感的纤维发育相关酶，并深入研究其基因表达特性，确定土壤水分变化引起纤维次生壁特性和纤维品质差异显著的关键酶，并对所确定的关键酶在不同土壤渍水水平下进行活性差异比较和同功酶谱系分析，进一步明确其在纤维品质形成中的作用，揭示花铃期短期土壤渍水影响纤维发育与品质形成的生理生态机制，为生产上规避因花铃期季节性土壤渍水对纤维品质的影响提供理论依据。

以0-20 cm土壤相对含水量(75±5)%为对照，设置花铃期短期土壤渍水（渍水3、6、9、12 天）试验，研究土壤渍水影响棉铃对位叶和纤维发育及产量品质形成的生理生态机制，为探索缓解因花铃期涝渍引起的低产劣质问题提供依据。研究结果如下：.（1）棉铃对位叶发育.①土壤渍水抑制棉花下、中部果枝铃及其对位叶发育，中部果枝棉铃对位叶蔗糖代谢受渍水影响最大、下部次之，净光合速率Pn下降，铃重降低，籽棉产量降低；渍水对上、顶部果枝铃对位叶发育有补偿效应，渍水6天时补偿效果最明显。.②棉铃对位叶蔗糖含量和Rubisco、cy-FBPase活性对渍水最敏感，SuSy和SPS次之，渍水6-9天是其蔗糖代谢活跃的临界渍水期，此时SuSy和SPS活性增幅最大；SuSy是渍水后棉铃对位叶蔗糖分解的关键酶，其高活性利于铃重提高；上、顶部果枝因渍水的补偿作用棉铃对位叶蔗糖含量升高，但蔗糖转化率仍较低，表明渍水对铃重形成的胁迫不可逆；较低的棉铃对位叶Pn、蔗糖转化率和Rubisco初始活性是渍水后铃重降低的主要原因。.（2）棉纤维发育.①纤维长度主要受蔗糖代谢调控，比强度受蔗糖、纤维素和β-1,3-葡聚糖含量的共同作用。随渍水期延长，蔗糖含量降低导致纤维细胞膨压降低，纤维长度变短；棉株下、中、上部果枝纤维蔗糖含量和蔗糖转化率降低，β-1,3-葡聚糖含量升高，纤维素最大累积速率降低，抑制纤维素合成与累积，比强度降低；顶部果枝纤维β-1,3-葡聚糖含量降低，最小蔗糖含量升高，比强度稳定增加持续期延长，比强度升高（渍水6天最高）。.②纤维蔗糖含量降低所形成的膨压下降及蔗糖酶在10DPA表达量下调是渍水后纤维变短的主要原因。渍水后棉株下、中和上部果枝纤维素合成受阻，Expansin、β-1,4-葡聚糖酶和XET随渍水期延长表达量上调，两者的共同作用导致比强度降低；渍水后顶部果枝纤维中较高的最小蔗糖含量延长了比强度形成的稳定持续期，比强度升高。