棉铃对位叶"源"能力形成响应高温胁迫的生理机制研究

Cotton growth is sensitive to environment temperature. As days-last high temperature weather outbreaks more and more frequently in cotton growth season, high temperature stress will be a major natural disaster in cotton cultivation. About 90% carbonhydrates of the boll is provided by the leaf subtending the boll. Therefore, under the greenhouse effects aggravating background, theoretical discoveries on the mechanisms for the response of cotton growth to high temperature stress will make great contributions to cotton breeding and corresponding cultivation techniques development. Based on the theory that source capability of the leaf subtending boll is not only relating to its photosynthesis ability but also relating to its restore and recall ability of the carbonhydrates, this research will focus its study on the changes of carbonhydrates relating to the source capability and its difference in different genotype cultivars. The changes of the activities for the enzymes mediating carbonhydrates restoring and recalling, the changes of the enzymes' isoforms and the express characters of the genes encoding the enzymes will also be detailed analyzed. Thus, this research will elucidate the physiolgical mechanism of the leaf source capability in responding to high temperature stress, and the findings would be helped to develop effective techniques to alleviate high temperature stress in cotton cultivation and would be useful in themal-stress tolerant cotton screening.

棉生长对温度反应极为敏感，随着花铃期短期持续高温气象条件爆发日趋频繁，短期高温胁迫势将成为影响我国棉花高产、稳产、优质的重要自然灾害之一。棉铃发育所需90%左右的碳由其对位叶所提供。因此，棉铃对位叶"源"能力响应高温胁迫的研究可为全球温室化背景下棉花良种良法的形成提供重要理论支撑。本研究拟从"棉铃对位叶源能力不仅体现在其光合能力的强弱，还体现在其对过剩光合产物的暂时储存能力和其在有效光合不足时对储存物质的再调动和输出能力"的理论基础出发，以纤维发育耐高温能力差异显著的棉花品种为材料，通过研究高温胁迫后不同基因型棉花棉铃对位叶中："源"能力形成相关物质含量及其变化幅度的差异；介导淀粉和可溶性糖相互转化的主要相关酶活性变化的差异；高温胁迫前后相关酶谱变化的差异，明确不同基因型棉花耐高温能力差异形成的生理基础，为棉花抗高温棉花品种选育及高温抗逆栽培技术的形成提供理论依据。

按照申请书进度计划，课题组于2015.1-2018.12以高温敏感性显著差异棉花品种SC-15和PHY370WR为材料，在南京农业大学采用盆栽结合温室和人工气候室处理相结合的方法，基于作物表型变化差异分析、生理指标比较分析及分子生物学手段，在棉铃主要形成期开展了“棉铃对位叶"源"能力形成响应高温胁迫的生理机制研究”，主要研究进展如下：.1 不同基因型棉花“源”能力形成响应高温胁迫的关键时间区间研究。. 基于叶片“源”能力相关主要生理指标净光合速率、ROS变化、糖类物质含量和相关酶活性变化分析发现：短期高温胁迫会导致棉铃对位叶内正常的生理活动遭到破坏，花后10天到20天左右是棉花棉铃对位叶“源”能力响应高温胁迫的关键时间窗口。.2 介导不同基因型棉花“源”能力形成响应高温胁迫的关键生理过程研究。. 通过多项与源能力形成相关生理指标的测定并比较其变化与耐高温能力的相关性发现，耐高温品种叶片生理上具有如下优势：1.高温胁迫阶段，耐高温品种光合速率下降慢，高效光合时间相对更长，胁迫解除后，耐高温品种胁迫恢复速度更快，恢复程度更高；2.棉铃对位叶比叶重变化较小；3.胁迫后早衰不明显；4.光合产物蔗糖更多分配在淀粉和蔗糖而不是纤维素及为蛋白质和氨基酸提供碳架上；5.叶片将淀粉转化为蔗糖为库器官提供碳源的能力以及蔗糖的运出能力上。.3 不同基因型品种源能力响应高温胁迫差异的分子机制研究。. 通过iTRAQ、label-free和蛋白质双向电泳+质谱分析技术，结合RT-PCR及前述激素测定技术可以发现：蔗糖代谢过程和激素信号的变化的差异（主要是ABA、ZR、IAA）是耐高温品种耐高温能力较敏感性品种抗逆能力高的重要分子途径。. 研究认真按项目申请书计划进行，执行过程中无重大变更。项目计划培养博士研究生3名、硕士研究生3名、核心刊物发表论文3-6篇，其中Sci论文至少2篇。实际培养博士研究生3名、硕士研究生5名；已发表标注SCI论文3篇，另有1篇SCI文章已在修改中（minor revision）、1篇SCI文章已投稿在审、1篇SCI论文正在撰写中。..