温光胁迫影响棉花纤维加厚发育及纤维比强度形成的生理生态机制研究

温光作为一个复合因子共同影响棉花的产量与品质形成，以往的研究多在单因素下进行，难以衡量温光变化对棉花的直接影响。我们在国家自然科学基金"低温影响不同基因型棉花纤维加厚发育及纤维比强度形成的生理机制研究"(30571095，2008年结题)中发现，棉花品种存在纤维素累积与纤维比强度形成低温敏感性差异，花铃期低温寡照是影响纤维比强度形成的主要生态因子。本研究选择2类低温敏感性品种为材料，以棉花分期播种再遮荫试验为基础，把温光变化相结合，研究棉纤维加厚发育期纤维素生物合成相关物质变化和酶活性对温光变化的响应，明确纤维加厚发育期对温光变化敏感的相关酶，并深入研究其基因表达特性的差异，确定温光胁迫引起不同低温敏感性棉花纤维素累积速率与纤维比强度差异显著的一个或几个关键酶，并对所确定的关键酶在2类低温敏感性品种间进行活性差异比较和同功酶谱系差异分析，以进一步明确其在棉纤维比强度形成过程中的作用。

选取低温敏感(苏棉15号)、弱敏感(科棉1号)棉花品种于2010-2011年在江苏南京设置“播种期+花铃期遮荫”试验，耦合低温与弱光变化，研究花铃期温光胁迫影响纤维发育的生理生态机制。研究结果揭示了纤维发育相关物质和酶活性变化、关键酶基因表达特征对低温弱光的响应及与纤维品质的关系；探明了强、弱势铃纤维发育酶活性响应温光胁迫的差异，确定了对温光变化敏感的关键酶，并分析了其同工型基因表达差异；揭示了温光变化影响棉铃对位叶蔗糖代谢和关键酶同工型基因表达差异的生理与分子机制。上述结果为探索不同低温敏感性品种纤维品质的调控途径提供了依据。主要研究结果如下：.①播种期、花铃期遮荫分别通过降低棉纤维发育期日均最低温形成“低温”、降低群体光合有效辐射形成“弱光”而影响纤维发育。低温弱光耦合效应显著大于低温或弱光的单因子效应。.②铃重、铃数分别是对低温、弱光响应最为敏感的产量因素，比强度(Str)、马克隆值(Mik)分别是对弱光、低温响应最为敏感的品质性状，低温弱光对铃重、衣分、纤维长度(Len)、Mik的互作效应显著，对Str的互作效应不显著。.③蔗糖、β-1,3-葡聚糖和纤维素是介导纤维发育响应低温弱光胁迫的关键物质，低温弱光下纤维蔗糖利用效率降低、纤维中碳向胼胝质转化增多而向纤维素转化减少，纤维素累积速率和含量降低，Str降低。.④β-1,3-葡聚糖合酶、β-1,3-葡聚糖酶、蔗糖合成酶(SuSy)和酸式蔗糖酶(Inv)介导Len对低温弱光胁迫的响应，弱光下纤维β-1,3-葡聚糖合酶基因表达峰值提前，β-1,3-葡聚糖酶基因表达峰值延后，延长胞间连丝关闭时间，增加Len；低温弱光下SuSy和酸式Inv活性降低，Len变短。SuSy、酸/碱式Inv、磷酸蔗糖合成酶(SPS)和纤维素合成酶是介导Str响应低温弱光胁迫的关键酶，低温弱光下纤维快速加厚期SuSy和酸/碱式Inv活性的升高、SPS活性的降低以及GhCesA基因的下调表达均不利于纤维素合成，Str降低。.⑤棉花弱势铃纤维发育酶活性和蔗糖转化率(Tr)受低温弱光的影响较强势铃更为显著。SPS、SuSy是介导纤维发育的关键酶，SPS2决定不同品种对低温弱光响应的差异，SusyC介导不同品种对弱光响应的差异，SusyD和SusyB共同介导不同品种对低温响应的差异。.⑥低温或弱光下棉铃对位叶净光合速率(Pn)和Tr降低