赵向前[1]2003年在《彩色棉的纤维色素与品质形成机理》文中提出本研究从棕色棉、绿色棉纤维中提取色素化合物，采用化学分析和紫外光谱分析，明确彩色棉纤维中色素的种类和理化特性；采用分子生物学技术，研究色素合成基因在纤维色素形成中的作用机理；对影响色素形成和品质形成的相关因子进行了探讨，分析了纤维色素形成与纤维品质相关性；同时对利用彩色棉杂种优势进行产量和品质改良研究进行了探讨。研究获得了一些初步的结果，为探讨彩色棉色素和品质形成机理带来一些信息，归纳如下： 1 色素的物质类型及理化性质 通过对棉花纤维中总黄酮和类胡萝卜素含量测定，表明彩色棉和白色棉成熟纤维中都含有类黄酮，而不存在类胡萝卜素。彩色棉纤维色素甲醇提取液通过一系列显色反应、紫外光谱分析、诊断试剂对紫外光谱吸收的影响分析，以及通过纤维色素HNO_3/乙醇提取液紫外光谱分析，结果表明棕色棉纤维色素中可能是黄酮化合物，B环上带有邻二酚羟基；绿色棉纤维色素除了黄酮化合物外，还含有3-位羟基被糖甙化的黄酮醇化合物，A、B环上都带有邻二酚羟基。 2 色素形成相关基因的表达 本研究根据拟南芥和矮牵牛中的已知色素合成基因序列设计引物，PCR扩增获得5个色素合成相关基因的特异性片段，以此5个基因片段作为探针进行Southern利Northern杂交分析。Southern杂交分析表明，苯丙氨酸解氨酶、查耳酮合成酶、查耳酮异构酶这叁个基因(探针)与棕色棉、绿色棉和白色棉的基因组DNA EcoR Ⅰ酶切产物杂交都产生杂交信号，拷贝数都只有一个；黄烷酮3-羟化酶基因只与绿色棉DNA有杂交信号，而二氢黄酮醇4-还原酶基因则与白色棉和棕色棉DNA都有杂交信号。Northern杂交表明，苯丙氨酸解氨酶基因在白色棉纤维、绿色棉纤维和棕色棉纤维中的表达分别在开花后0天到9天、开花后0天到12天和开花后0天到18天，在彩色棉纤维中表达的时间和表达的强度都大于白色棉；查耳酮合成酶基因在开花当天表达量最大，白色棉纤维中该基因表达持续到开花后9天，而在绿色棉和棕色棉纤维中表达分别到开花后12天和15天。棉花纤维中苯丙氨酸解氨酶活性与其mRNA表达基本一致，总黄酮含量的变化和CHS mRNA的表达也基本吻合。苯丙氨酸解氨酶和查耳酮合成酶基因在彩色棉纤维中的表达以及类黄酮在彩色棉纤维中的积累，证明了纤维色素为类黄酮，其合成途径和花卉类黄酮合成途径类似。 3 影响彩色棉纤维色素形成的相关因子 对影响纤维色素形成的相关因子进行分析结果表明：棕色棉和绿色棉在开花后14天内纤维苯丙氨酸解氨酶活性与成熟纤维色素含量呈正相关；开花后5天和成熟的彩色棉纤维总黄酮含量和成熟纤维色素含量达到显着或极显着相关。叁种颜色棉花纤维pH值变化规律基本一致，在纤维发育前期，pH值逐渐下降，后期pH值略有增加。绿色棉纤维的pH值最高，棕色棉纤维pH值最低，白色棉徐州142的出值则处于两者之间。彩色棉纤维出值调节纤维色素的形成，棕色棉纤维的叫值与色素含量呈现负相关；而绿色棉纤维PH值与绿色棉纤维色素含量之间都为正相关。有色棉开花后5天纤维的可溶性总糖含量和蔗糖含量与色素存在显着或极显着负相关，开花后10天绿色棉纤维的可溶性总糖含量和色素也存在显着负相关；而绿色棉、棕色棉纤维蔗糖含量与色素含量分别在开花后20天～30天和25天～30无达到显着正相关。N、P、Cu、Fe等矿质元素对色素形成也起促进作用。4影响彩色棉纤维品质形成的相关因子 有色棉纤维发育各时期PH值、可溶性总糖、蔗糖、果糖、黄酮含量与成熟纤维品质的相关性结果表明，棕色纤维发育25天、绿色纤维发育15天后的总黄酮含量与纤维长度和纤维素含量间存在显着负相关。棕色棉纤维在开花后历天、绿色棉 20天以内，纤维的 PH值对纤维长度与纤维比强度之间存在显着正相关，同时发育各阶段纤维的PH值与马克隆值存在正显着相关；在有色棉纤维发育前期蔗糖含量对纤维的马克隆值和纤维素含量存在正向作用，达显着或极显着水平，但在后期则表现为负向作用。5彩色棉纤维色素形成和品质形成的关系 纤维色素形成和品质形成是两个独立但又互相影响的过程，同时受纤维PH值、纤维含可溶性总糖、蔗糖含量等因素的调节。按照蔗糖对彩色棉纤维色素形成、品质形成的相关性，可以将棉花纤维发育分为两个阶段，在彩色棉开花后20天内，蔗糖含量对纤维品质形成的促进作用人于对色素形成的作用，蔗糖含量对纤维的马克隆值和纤维素含量存在正向作用，达显着或极显着水平，可溶性总糖含量和蔗糖含量与色素含量间存在显着或极显着负相关；而后期，绿色棉、棕色棉纤维蔗糖含量与色素含量间存在显着正相关，但对纤维素的沉积表现为负向作用。纤维中色素含量与成熟纤维品质的相关性分析结果表明，成熟纤维中色素含量与纤维的长度、比强度、马克隆值以及纤维素含量间达到显着或极显着负相关。6 以纤维颜色作为指示性状在叁系杂交棉中的利用 以彩色棉纤维的颜色作为指示性状，在叁系杂交棉的制种田，将带有指示性状的棕色棉恢复系或绿色棉恢复系按显：2比例与白色棉不育系混合种植（混播制种方式），以常规的条播?
张美玲[2]2013年在《彩色棉纤维分化发育规律与色素成分研究》文中研究说明彩色棉(Gossypium hirsutum L.)无需染色，绿色环保，具有广阔的发展前景。但是彩色棉纤维品质较差、颜色单调且不稳定，严重影响了彩色棉产品开发及产业化。本研究以不同颜色的棉花品种[棕色棉品种棕絮1号(ZX-1)和新彩棉1号(XC-1)；绿色棉品种陇绿棉2号(G-7)和绿1-4560(4560)；以及普通白色对照品种鲁棉研28(LMY28)]为材料，首先从形态学方面对纤维分化发育、色泽变化及色素沉积分布进行了观察；然后对彩色棉纤维品质形成进行了研究，并围绕彩色棉纤维品质与纤维超分子结构、纤维素含量、糖组分及矿质元素的含量和纤维发育相关酶活性的关系进行了研究；此外从代谢物水平对色素成分进行了系统研究。主要结果如下：1彩色棉纤维发育过程中纤维色泽的形成规律棕色棉ZX-1和XC-1的纤维色泽在开花后35d之前均随纤维的发育逐渐加深，开花后35~40d以及开花后55d~吐絮快速加深。而绿色棉G-7和4560的纤维色泽在开花后25～45d逐渐加深，并于开花后45d达到最大，开花后55d至吐絮变浅。2彩色棉纤维发育过程纤维色素的沉积分布规律在纤维发育过程中，ZX-1与G-7纤维色素的形成时间及在纤维内的沉积部位均存在差异。纤维色素在G-7的形成时间较ZX-1早，且沉积于纤维中腔和次生壁内层，而ZX-1仅沉积在纤维中腔内。3彩色棉纤维品质形成机理的研究3.1彩色棉纤维分化发育规律各供试品种胚珠中部的部分表皮细胞均于开花前1d开始分化；开花后当天，胚珠纤维细胞均有突起；开花后1d，纤维细胞突起增多，体积增大，其中LMY28的纤维细胞已有伸长的态势；开花后3d，纤维细胞均已伸长。除分化程度在各供试材料间差异不显着外，突起数量、发育和伸长程度，均以LMY28最优，ZX-1次之，G-7最差。3.2彩色棉纤维品质的形成各供试品种的纤维长度、3.2mm隔距比强度、成熟度和马克隆值均随棉纤维的发育呈增大的变化趋势。最终棉纤维长度、3.2mm隔距比强度、成熟度及马克隆值均表现为白色棉LMY28>棕色棉ZX-1和XC-1>绿色棉G-7和4560。3.3彩色棉纤维发育过程中超分子结构的动态变化及与纤维品质的关系各供试品种的横向晶粒尺寸均随纤维发育进程不断增大，取向参数逐渐减小(优化)，但不同品种间存在差异。彩色棉纤维的横向晶粒尺寸与3.2mm隔距比强度密切相关(r=0.8962*)，ψ角和φ角与3.2mm隔距比强度、成熟度、马克隆值呈显着负相关(r=0.9382*to0.9023*)，α角与纤维长度极显著负相关(r=0.9731**)。表明彩色棉纤维品质差与纤维发育过程中横向晶粒尺寸初始值和终止值低及取向参数终止值高，进而影响纤维3.2mm隔距比强度、成熟度、马克隆值和纤维长度有关。3.4彩色棉纤维发育过程中纤维素含量与糖组分及矿质元素含量的关系棉纤维发育过程中纤维素含量均呈“S”型曲线变化趋势。开花后25d之后，白色棉品种LMY28的纤维素含量极显着高于彩色棉品种ZX-1和G-7。果糖、葡萄糖、半乳糖、纤维二糖、N、P、K、S和Mg的含量是纤维素沉积必不可少的。表明，葡萄糖既是棉花纤维素生物合成的直接前体，又是纤维素生物合成的关键糖。彩色棉品种可能存在一种特殊机制：原本用于纤维素生物合成的碳水化合物(尤其是葡萄糖)和矿质元素(N、P、K、S和Mg)被用于纤维色素的生物合成和沉积，从而导致了纤维素含量彩色棉显着低于白色棉。3.5彩色棉纤维发育过程中相关酶活性彩色棉棉纤维发育过程中，纤维发育相关酶(蔗糖合成酶、β-1,3-葡聚糖酶、蔗糖酶、吲哚乙酸氧化酶和过氧化物酶)活性较白色棉低，影响了彩色棉纤维素的合成和沉积，进而影响了彩色棉优良纤维品质的形成。此外，棕色棉的磷酸蔗糖合成酶活性较白色棉和绿色棉高，但其纤维素含量较白色棉低，可能其磷酸蔗糖合成酶合成的蔗糖用于了纤维色素的合成，引起了纤维素的合成过程中能量的供应不足，导致彩色棉纤维素含量较白色棉低，进而影响了彩色棉优良纤维品质的形成。4彩色棉纤维色素的成分甲醇80℃索氏提取48h的色素样品，采用HPLC以甲醇:乙酸=98:2(v/v)为流动相进行分离，于285nm波长下检测分离的效果最佳。最后采用LC-MS对棕色棉ZX-1和绿色棉G-7色素甲醇提取液进行分离检测，其中棕色棉ZX-1和绿色棉G-7分别检测出7种和12种化合物，其均为黄酮类化合物。棕色棉ZX-1纤维色素经鉴定出的7种化合物分别为：无色花翠素-3-O-(β-D-吡喃葡萄糖基-(1→4)-α-L-吡喃鼠李糖苷、山奈酚3-(3''-乙酰基-α-L-呋喃阿拉伯糖苷)-7-鼠李糖苷、芦丁、槲皮素、Piscerythramine、芹菜素-7-(6''-丁烯酰基糖苷)、Pendulin。绿色棉G-7纤维色素经鉴定出的12种化合物分别为：柳穿鱼黄素-7-芸香糖甙、槲皮素-3-硫酸酯-7-α-阿拉伯吡喃糖苷、表没食子儿茶素-5,3',5'-叁甲基醚-3-O-没食子酸酯、山奈酚3-[6''-(3-羟基-3-甲基戊二酰基)葡萄糖苷]、鹰嘴豆芽素A-7-O-芸香糖苷、槲皮素3,3'-二甲基醚-4'-异戊酸、异山奈素-7-芸香糖甙、Apigenin7-(2''-glucosyllactate)、山奈酚-3-(3'',4''-双乙酰基葡萄糖苷)、槲皮素-3-木糖苷-7-葡萄糖苷、异鼠李素-3-O-β-D-2'',3'',4''-叁乙酰基吡喃葡萄糖苷、Cassiaoccidentalin A。彩色棉纤维色素成分中并不是每种成分都具有天然色泽，其中，棕色棉ZX-1纤维色素的化合物1和化合物5是无色的，其它化合物的颜色呈灰黄至黄色；绿色棉G-7纤维色素的化合物3和化合物5是无色的，其它化合物的颜色呈灰黄至黄色。彩色棉纤维色泽的表现可能依赖于纤维色素成分与纤维细胞中矿质元素的结合以及细胞质pH值的影响。
茹宗玲[3]2010年在《彩色棉纤维的超微结构和化学特性研究》文中认为天然彩色棉的研究和利用中存在的主要问题是纤维色泽较为单调,色素稳定性差,因此,彩色棉纤维色素的形成机理、色素与彩棉纤维中其它化学物质的相互关系以及色素对纤维品质的影响等成了研究的热点问题。本文对不同类型的彩色棉纤维的超微结构,纤维素和蜡质的含量、彩色棉纤维提取液的紫外光谱分析及显色反应等特性进行了研究,主要结果如下：1.彩色棉超微结构研究表明不同彩色棉种质的纤维次生壁的厚薄、纤维横切面的性状、色素在棉纤维中分布都存在较大差别,进而导致它们纤维品质的差异。绿色棉纤维次生壁最薄,纤维横切面呈“C”形弯曲度最大,纤维很细,品质较差,而棕色棉和白色棉的纤维次生壁都比绿色棉厚,在棕色棉中纤维颜色越浅,纤维次生壁就越厚,纤维横切面C字弯曲程度越低,纤维品质越好。纤维色素在彩色棉纤维中的超微结构分布情况是：在绿色棉、棕色棉甚至白色棉的初生壁中都有色素分布,不过初生壁只有1-2层,绿色棉的色素主要分布在次生壁内层5-8层细胞内,其次生壁外层5层没有色素分布；棕色棉次生壁的无色素层比绿色棉厚,色素主要集中在中腔和次生壁内壁,棕色棉纤维色泽愈浅,中腔分布的色素愈少。2.不同类型彩色棉纤维纤维素和蜡质的含量测定结果表明,不同颜色、不同品质的彩棉纤维中蜡质含量有很大的差别,绿棉蜡质含量最大,为4.65-6.81%,棕棉次之,为1.09-1.21%,白棉最小,为0.54%,同种颜色不同深浅彩棉中蜡质含量随着颜色的加深而增大。白棉纤维中纤维素含量最高,其值是92.10%。棕棉纤维中纤维素含量在88.9%-90.7%,其中S9B-12的纤维素含量较高,它的纤维素品质也是最好的,棕263纤维中纤维素的含量最低,它的品质最差。绿G88纤维的纤维素含量(81.10%)比绿4560纤维的纤维素含量(82.47%)要低。白棉纤维素含量>棕色棉纤维素含量>绿色棉纤维素含量。3.不同类型彩色棉纤维色素提取方法研究表明,超声法比蒸馏法提取效果好,而且更节省时间,可以在常温下进行,有利于保护天然有机物质的原有性质和结构；彩色棉纤维脱蜡脂后,提取效果比未脱蜡脂的提取效果较好；棕色棉的最佳提取条件是温度为50℃、溶剂为50%乙醇,棕棉纤维脱蜡脂,超声时间为1个小时；考虑到高温对天然有机物的破坏作用,则认为绿色棉的最佳提取条件是温度为50℃、溶剂为95%乙醇,绿棉纤维脱蜡脂,超声时间为1小时。4.不同类型彩色棉纤维色素提取物的紫外光谱和显色反应表明,白色棉、棕色棉、绿色棉均含有类黄酮体或其衍生物一类的天然有机物(如黄酮醇类),而且都含有多羟基酚类化合物,显示弱酸性。并且都不含有二氢黄酮类化合物。5.外界因素对彩色棉纤维色泽的影响结果表明,蒸馏水和硬度的水对彩色棉纤维色泽影响较小；对金属离子而言,普遍铁离子的影响是最大的,在高浓度铁离子的处理下,颜色都会在一定程度上加深,其中绿色纤维甚至能变成棕黑色。在彩色棉棕、绿色两大系列的比较中,棕色棉的色泽稳定性普遍较绿色棉要好。
张祥[4]2008年在《天然彩色棉品种生长生理特征及其调节研究》文中研究说明本文以天然绿色棉品种皖棉39号、棕色棉品种湘彩棉2号为材料,并以普通白色陆地棉品种苏棉9号作为对照,探讨了2个不同色彩棉品种的棉株生长发育特点、碳氮代谢的生理特征;并从棉铃、纤维品质性状与色素形成入手,研究了天然彩色棉的棉铃、纤维品质性状、纤维色素的形成特征及其密度、氮肥、生长物质和源库等调节。主要研究结果如下:1、生长发育特征与普通白色棉不同。2个不同色彩棉品种在营养生长方面表现为株高均高于普通白棉。整个生育期的平均株高日增量较大(绿色棉为1.5 cm/d、棕色棉1.38 cm/d、普通白棉1.06 cm/d),LAI增长量、最大LAI也较高,如盛铃期(8月15日)棕色棉为5.14,绿色棉为4.3,普通白棉仅为4.12;营养器官干重高,且占有的比例大。在生殖发育方面则表现为,总果节量虽较大(绿色棉为326.00万个/公顷、棕色棉331.25万个/公顷、普通白棉仅为323.20万个/公顷),但脱落率较高,棕色棉比普通白棉高21.7%,绿色棉比普通白棉高17.1%;成铃强度低,如在优质桃形成期(7/20—8/30),棕色棉品种、绿色棉品种成铃强度分别为0.37个·株~(-1)·d~(-1)和0.49个·株~(-1)·d~(-1),均低于普通白棉的0.94个·株~(-1)·d~(-1);生殖器官干重、生殖器官与营养器官干重比例较低。在棉铃发育上,天然彩色棉棉铃铃长、最大直径、铃体积、铃壳重均表现为低于普通白棉,且铃重增长持续期也短于苏棉9号。如绿色棉、棕色棉棉铃体积分别仅为对照苏棉9号的75.4%和85.3%;铃重分别比对照低0.72g和0.58g。2、碳代谢能力弱,中后期氮代谢旺盛。在氮代谢方面,2个不同色彩棉品种的叶片硝酸还原酶(NR)活性、丙酮酸转氨酶(GPT)活性、游离氨基酸、全氮含量、可溶性蛋白含量表现为在生育前期(7/20)低于苏棉9号,而中后期(8/15)高于苏棉9号。如:吐絮期(8/30),绿色棉和棕色棉功能叶中全氮含量分别比普通白色陆地棉高7.2、10.3个百分点。在碳代谢方面,天然彩色棉整个生育期功能叶中叶绿素含量、可溶性糖含量、蔗糖转化酶活性、净光合速率均低于对照白棉品种苏棉9号。如:吐絮期(8/30),绿色棉和棕色棉功能叶中可溶性糖含量分别比普通白棉低9.9、26.4个百分点。此外,2个不同色彩的天然彩色棉品种在整个生育期功能叶碳氮比均低于普通白棉品种,如盛花期(7/20),绿色棉和棕色棉分别比对照苏棉9号降低了48.2%、19.9%。3、棉纤维品质性状形成速度慢、纤维细胞相关生理活性低。棕色棉纤维长度、比强度、马克隆值、成熟度系数分别只有苏棉9号的95.5%、88.4%、89.2%、95.9%;绿色棉仅为苏棉9号的92.4%、77.4%、87.5%、92.5%。由纤维品质性状形成动态进一步表明,湘彩棉2号和皖棉39号花后10-30 d纤维长度增长速率分别为0.89 mm/d、0.85 mm/d,低于对照苏棉9号的0.98 mm/d;马克隆值、成熟度系数一直低于白棉,且差异主要在花后30 d内。由Richard方程模拟参数揭示:天然绿棉色、棕色棉纤维长度、马克隆值、成熟度系数形成的初值参数(b)、累积速率参数(K)均明显低于普通白棉,而且差异主要发生于纤维发育的前中期。纤维细胞发育过程中相关生理活性表明,与普通白色棉苏棉9号相比,2个不同色彩的天然彩色棉品种棉铃对位叶叶绿素含量(SPAD值)低,且花后30-40天叶绿素下降速率快;棉铃对位叶中蔗糖转化酶活性、铃壳和纤维中ATP酶活性、纤维中SS活性、UDPG焦磷酸化酶活性均较低,如花后20天,绿色棉叶片蔗糖转化酶活性、纤维中ATP酶分别仅为普通白棉的89.2%、42.2%。4、与棕色棉湘彩棉2号相比,绿色棉皖棉39号营养生长和生殖发育更不平衡,碳氮生理代谢协调程度更低。在氮代谢方面,绿色棉皖棉39号开花后功能叶中GPT活性、全氮含量、可溶性蛋白含量一直低于棕色棉。如:盛花期(7/20),绿色棉全氮含量比棕色棉低4.1个百分点。在碳代谢方面,绿色棉开花后功能叶中叶绿素含量、可溶性糖含量、叶片净光合速率均低于棕色棉。如:盛花期(7/20)绿色棉可溶性糖含量比棕色棉低14.1%。由碳氮比进一步表明,绿色棉皖棉39号在初花期(7/5)、盛花期(7/20)、始絮期(8/30)功能叶中C/N低于棕色棉湘彩棉2号,绿色棉分别为8.03、13.45、15.30;棕色棉分别为12.42、15.02、18.21。5、绿色棉色素含量低于棕色棉,并与内源激素ABA、GA_3诱导、色素合成相关物质及酶活性密切相关。测定表明,吐絮时,棕色棉湘彩棉2号每0.1g纤维中提取液吸光度为0.418,绿色棉皖棉39号仅为0.385。在整株纤维的色素分布上,也是绿色素的色素形成慢,含量低,如棕色棉中部内、外围纤维中色素含量分别比绿色棉高4.60、4.56个百分点。且绿色棉色素不稳定,容易分解,如绿色棉色素提取液在阳光暴晒5h后,色素吸光度下降了0.221,而棕色棉仅下降0.113。天然棕色棉花后40天纤维中ABA、GA_3含量明显高于绿色棉,如棕色棉纤维中ABA含量比绿色棉高46.77 ng·g~(-1)·fw~(-1),GA_3含量比绿色棉高137.2 ng·g~(-1)·fw~(-1),与色素含量表现一致。相关分析表明,花后40天纤维中ABA、GA_3含量分别与成熟期纤维中色素含量呈显着和极显着线性正相关(r=0.6668*、r=0.7993**),对纤维中单宁、PAL活性测定表明,天然绿色棉一直低于棕色棉,如花后10天,皖棉39号纤维中PAL活性比湘彩棉2号低30.8单位·g~(-1)·fw~(-1)·h~(-1)。这与纤维中色素含量表现一致。6、密度37500株/ hm~2、施氮量为225 kg/hm~2条件,有利于天然棕色棉合理群体的形成,提高产量和纤维品质。如该密肥条件,能有效地调节棕色棉株高和LAI增长,最终株高控制在100cm左右,最大LAI(盛铃期8/15)分别为4.17;在生殖生长方面有利于天然彩色棉棉株个体生殖器官干重的积累,促进铃数的形成,提高成铃强度、成铃率、铃重及衣分并可降低脱落率,如湘彩棉2号在此密肥水平下,脱落率为48.2%,分别比密度37500株/ hm~2、施氮量0 kg/hm~2,密度37500株/ hm~2、施氮量375 kg/hm~2水平低29.8%、23.0%;产量分别增加了24.6%、1.8%。此外,该密肥水平最有利于棕色棉湘彩棉2号纤维品质的形成及整株纤维品质的提高。如该密肥水平棉株中部纤维长度、比强度、马克隆值、成熟度系数分别比密度37500株/ hm~2、施氮量为0 kg/hm~2条件下提高了3.8%、15.8%、16.9%、15.7%;比强度、马克隆值、成熟度系数比密度37500株/ hm~2、施氮量为375 kg/hm~2条件下提高了6.4%、5.4%、1.3%。7、生长物质DPC、DTA-6、GA_3能有效协调碳氮代谢,促进棉铃发育,提高彩色棉生理活性,改善纤维品质。GA_3处理、DTA-6处理均显着的提高了天然绿色棉皖棉39号和棕色棉湘彩棉2号的棉铃体积、单铃重。如GA_3使得绿色棉体积增加4.9 cm3、棕色棉体积增加3.5 cm3;GA_3使得绿色棉单铃重增加0.78 g、DTA-6使得棕色棉单铃重增加0.58 g。DPC、DTA-6、GA_3处理均明显提高了绿色棉和棕色棉纤维长度、比强度、马克隆值、成熟度系数并且可以缩小整株纤维品质性状的差异。如皖棉39号在施用GA_3后纤维长度、比强度、马克隆值、成熟度系数分别比对照增加了2.2、26.7、5.0、8.1个百分点;棕色棉分别比对照增加了6.0、5.5、13.9、9.4个百分点。研究结果进一步表明,3种生长物质处理后棉铃对位叶叶绿素含量、蔗糖转化酶活性、纤维腺苷叁磷酸(ATP)酶活性、SS酶活性、UDPG焦磷酸化酶活性及相关激素含量明显提高。如:花后20天,绿色棉DPC、DTA-6、GA_3处理后纤维中ATP酶活性,分别比对照提高了3.10 umol·gfw~(-1)·h~(-1)、3.96 umol·gfw~(-1)·h~(-1)、6.34 umol·gfw~(-1)·h~(-1)。DPC、DTA-6、GA_3能有效的调节2个不色彩棉品种的碳氮代谢强度,并协调碳氮代谢平衡。在氮代谢方面,DPC、DTA-6、GA_3处理提高了天然彩色棉前期N代谢水平,DPC能降低了后期N代谢能力。在碳代谢方面,DPC、DTA-6、GA_3处理可以有效调节绿色棉、棕色棉在盛铃期、始絮期功能叶中碳代谢强度,提高其碳代谢能力,如:绿色棉DPC、DTA-6、GA_3处理后功能叶可溶性糖含量分别比对照提高了6.0%、20.5%和14.0%;棕色棉分别提高了12.5%、8.0%、28.5%。在碳氮代谢平衡方面,DPC、DTA-6、GA_3处理可以有效的调节天然绿色棉、棕色棉在盛铃期、始絮期功能叶中碳氮比,促进天然彩色棉生育后期生殖器官的发育。如:始絮期(8/30),绿色棉3种生长物质处理后可溶性糖与全氮比值分别提高了53.3、46.0、49.5个百分点;棕色棉分别提高了9.8、5.3、7.2个百分点。3个生长物质中以DPC、GA_3效果最为明显。8、适当去蕾有利于天然彩色棉棉铃发育、纤维品质性状改善及生理活性提高。如:绿色皖棉39号棉去除整株1/2、1/4蕾量处理单铃重分别比对照增加了1.346g、1.051g;棕色棉湘彩棉2号比对照增加了0.622g、0.313g。去蕾使得纤维品质性状改善,纤维长度、比强度、马克隆值、成熟度系数都明显增加,且以绿色棉增加幅度较大。如吐絮时,绿色棉去除整株1/2蕾量处理纤维长度、比强度、马克隆值、成熟度系数分别比对照增加了14.9、11.0、18.7、16.2个百分点;棕色棉则分别比对照增加了8.6、6.5、11.4、11.8个百分点。且去蕾后,棉铃对位叶叶绿素含量、蔗糖转化酶活性、纤维腺苷叁磷酸(ATP)酶活性、SS酶活性、UDPG焦磷酸化酶活性及相关激素含量明显提高。如:花后10天,皖棉39号去除整株1/2和1/4蕾量后棉铃对位叶中蔗糖转化酶活性分别比对照提高了36.6%、15.1%,湘彩棉2号分别比对照提高了76.1%、56.7%。9、DPC、GA_3和DTA-6、去蕾及轻度遮光均可提高天然彩色棉纤维中色素、单宁含量及PAL活性。如与各自对照相比,绿色棉、棕色棉喷施GA_3处理后成熟时纤维中色素含量分别提高了23.9和6.5个百分点;去除整株蕾数的1/2处理分别提高了54.3%和9.8%;轻度遮光处理分别提高了9.5和4.3个百分点。10、施用FeCl3可以有效增强2个不同颜色天然彩色棉品种纤维中色素的光稳定性。盛花期喷施FeCl3,可促进天然彩色棉色素含量的增加。如吐絮时,绿色棉皖棉39号、棕色棉湘彩棉2号处理分别比各自对照提高了4.4%、3.6%;此外FeCl3处理后,天然彩色棉纤维中色素稳定性有了较大幅度的提高,下降速度减慢。如在太阳光照射5h后,绿色棉皖棉39号、棕色棉湘彩棉2号纤维中色素吸光度分别下降0.061和0.062,2品种各自对照分别下降0.221和0.113。
刘松江[5]2015年在《彩色棉基于胚珠离体培养的纤维颜色变化研究》文中认为天然彩色棉是理想的绿色、环保、健康纺织原料,建立并优化棕色棉和绿色棉胚珠离体培养体系,研究渗透压调节剂、植物生长调节剂及其抑制剂和类黄酮代谢前体物质、类黄酮代谢抑制剂以及继代培养对彩色棉胚珠离体培养纤维发育和色泽的影响,为彩色棉纤维色泽相关基因的高效克隆和鉴定,进而使纤维品质、产量和色泽同步改良提供一定的理论基础和技术方法。本文以棕1-61、RT白絮、棕263、绿棉CC28和G88为材料,采用常规栽培管理方法种植,在开花当天标记棉铃,取开花后3 d的棉铃进行离体培养。基本培养基均为在BT培养基上添加10.0μmol·L-1的IAA和5.0μmol·L-1的GA3。在该基本培养基基础上,分别设置不同浓度的渗透压调节剂(甘露醇、氯化钠、氯化钾、蔗糖、铜盐)、植物生长调节剂及其抑制剂(茉莉酸甲酯与水杨酸、油菜素内酯与芸苔素唑、脱落酸与氟啶酮,乙烯与氯化钴)、蛋白合成促进剂(尿素)和质体蛋白质合成抑制剂(氯霉素)、类黄酮代谢前体物质(苯丙氨酸、阿魏酸、原花青素)及类黄酮代谢抑制剂(PAL抑制剂和4CL抑制剂)等进行处理。在离体培养30d后观察不同处理的纤维显色状况、测量纤维长度并称取胚珠鲜重、纤维干重和胚珠干重,并对不同处理的数据采用最小显着差数法或新复极差法进行多重比较。结果发现:(1)添加适宜浓度的甘露醇(30 g·L-1)、氯化钠(0.10mol·L-1)、氯化钾(0.20 mol·L-1)、蔗糖(10 g·L-1)、茉莉酸甲酯(40μmol·L-1)、尿素(5 g·L-1)、氯霉素(1mg·L-1)或者苯丙氨酸(0.10 mmol·L-1)有利于棕色棉显色,其中40μmol·L-1茉莉酸甲酯效果最好。(2)蔗糖(5 g·L-1)、Me JA(0.05μmol·L-1)、BR(0.5μmol·L-1)、阿魏酸(25μmol·L-1)有利于彩色棉纤维伸长发育。(3)尿素和氯霉素浓度越高,纤维颜色变淡,胚珠鲜重、纤维长度等均降低。(4)添加PAL抑制剂和4CL抑制剂后,棕色棉胚珠发育和色素合成均受到影响,导致纤维长度缩短,颜色变浅,同时也能影响绿色棉胚珠发育和纤维伸长。(5)棉胚珠离体培养纤维发育存在基因型差异,绿棉好于棕棉。(6)该试验所用的生长物质处理下,绿色棉显色差异不大。(7)继代培养后棕色棉和绿色棉色泽明显加深。该研究优化了棕色棉和绿色棉胚珠离体培养体系得以优化,获得了增加棕色棉色泽、棉纤维长度和棉纤维干重的培养基配方。我们得出以下结论:蔗糖为彩色棉胚珠生长和纤维发育提供了糖源和渗透环境;适宜浓度的茉莉酸甲酯、油菜素内酯或阿魏酸有利于棕色棉和绿色棉纤维伸长发育;油菜素内酯和茉莉酸甲酯存在交叉作用,油菜素内酯主要参与纤维伸长过程中,而茉莉酸甲酯可能参与棕色棉色素代谢;一定浓度的甘露醇、氯化钠、氯化钾、蔗糖、茉莉酸甲酯或苯丙氨酸有利于棕色棉色素合成;纤维色素合成与质体蛋白质代谢有关;类黄酮代谢不仅与纤维色素合成有关,还可能影响到彩色棉胚珠发育和纤维伸长。渗透压调节剂、植物生长调节剂和类黄酮前体物质对绿色棉纤维显色作用不明显。继代培养可以为彩色棉胚珠发育和纤维色素合成提供较好的生长条件。
詹少华[6]2007年在《天然棕色棉纤维色素合成机理及其SRAP分子标记》文中指出本试验主要研究天然棕色棉纤维色素的化学成分、色素的合成地点、棉纤维发育与色素合成之间关系以及棕色棉SRAP分子标记,以期为彩色棉育种提供依据和参考。本文首先系统研究了天然棕色棉纤维色素的溶解性和纯化方法,包括重结晶法、铅盐/铜盐法、纸层析法和硅胶柱层析法,设计了高效率提取棕色棉纤维色素的工艺流程,通过薄层层析等方法证实了高效率纯化方法得到的色素具有足够纯度。利用纯化色素进行化学性质鉴定、波谱测定以及生理学指标分析,推断出天然棕色棉纤维色素为缩合单宁氧化而来的醌类化合物。分析了棕色棉纤维色素的分布规律、种皮和棉纤维中棕色素、缩合单宁变化等。结果表明:(1)棕色棉种皮中色素含量高于棉纤维中色素含量;(2)棕色棉种皮细胞色素加深期早与棉纤维细胞;(3)棕色棉没有发育成纤维的种皮细胞颜色也是深棕色;(4)棕色棉纤维颜色深浅的主要原因是色素在纤维和种皮之间的分配比例不同;(5)棕色棉纤维靠近种皮一端的颜色最深;(6)种皮细胞中的缩合单宁含量高于棉纤维细胞中缩合单宁的含量;(7)在5-30 DPA期间,棕色棉的纤维细胞和种皮细胞中的缩合单宁的含量的动态走势是一致的,白色棉则不具有这一特征;(8)白色棉的种皮中存在着与棕色棉纤维中相同的色素;(9)棕色棉纤维颜色加深最快的时期在棉铃脱水成熟期,此阶段棉纤维细胞代谢的活力正在逐渐下降;(10)如果色素运输到纤维细胞中发生在25 DPA以后,就很难解释在试验中观察到的色素在棉纤维上的分布特征;(11)彩色棉纤维颜色都与种皮颜色一致,棕色棉种皮颜色是棕色,绿色棉种皮颜色是绿色。以此,推断棕色棉纤维色素的合成地点在种皮细胞中。试验结果还表明:(1)各发育时期,每一种棕色棉纤维中或种皮中缩合单宁的含量远高于白色棉,并且棕色棉纤维色素含量越高,棉纤维中或种皮中缩合单宁的含量就越高;(2)各发育时期棕色棉纤维细胞磨碎液滴加1%FeCl_3(g/g)试剂,均表现为蓝绿色,而白色棉不具有这种现象或很微弱;(3)成熟棉纤维的色素含量越高,5-30 DPA期间种皮细胞中的缩合单宁运输到纤维细胞中的效率就越高;(4)成熟棉纤维中色素的含量与20-25 DPA棉纤维中缩合单宁的含量、棉纤维中缩合单宁总平均含量极显着相关。结合化学性质鉴定的结果,说明无色的缩合单宁是棕色棉纤维色素的合成前体。以白色棉泗棉3号为对照,测定了4种棕色棉纤维各发育阶段的生化物质组分变化的规律,结果显示:白色棉40 DPA含水率、10 DPA还原糖高于棕色棉,30-40 DPA还原糖含量反而比棕色棉低,白色棉20 DPA可溶性蛋白质出现高峰期,棕色棉相应的蛋白质高峰期出现在25 DPA,白色棉纤维生长的各阶段纤维素的含量均高于棕色棉;成熟棉纤维色素的含量与10 DPA还原性糖含量、30-40 DPA纤维素含量呈负相关,达到显着水平(p＜0.05),与35DPA还原性糖含量呈正相关,达到极显着水平(p＜0.01),与15DPA纤维素含量呈负相关,达到极显着水平(p＜0.01)。比较了5种棉花基因组DNA提取方法,结果表明预处理除酚法可以明显提高棉花基因组DNA的质量。SRAP-PCR反应体系的优化的结果是:25 ml反应体系中加入25 m mol/L Mg~(2+)2.0μl-10 m mol/L dNTPs 0.5μl-DNA模板60 ng-5U/μl TaqDNA聚合酶0.2μl-10 mmol/L引物1.5μl。根据SRAP分子标记,在Jaccard相似系数0.88的水平上,可以将本试验的10个棉花品种聚为4类。系统地研究了棕、绿彩色棉棉铃生长发育动态,发现棉铃动态发育过程中,多数指标棕色棉和白色棉相接近,而绿色棉棉铃的动态发育与白色棉相差较大;棉铃长度、铃横径、种仁长度、单铃体积都是铃龄0-10天呈现直线变化,铃龄15天达到或接近最大值;纤维长度,单铃纤维干重铃龄在15天以后继续增长。根据白色棉与棕色棉杂交后代的表现型,分析了天然棕色棉纤维色素的遗传规律。自交F_2代叁种类型的数量为:深棕色类型62株、中棕色类型121株和白色类型78株,卡平方检验符合1∶2∶1的比数(p＞0.05)。亲本及杂交后代棉纤维色素含量的定量测定表明,F_2代叁种性状呈现不连续的分布,说明天然棕色棉纤维颜色的遗传方式是棕色对白色为不完全显性遗传。
严倩[7]2016年在《棉花棕色纤维基因Lc_1的图位克隆及原花色素合成和纤维棕色呈色的调控》文中提出彩色棉是一种能在纤维发育过程中合成和积累色素且成熟纤维具有天然色彩的棉花材料,是天然彩色纤维的主要来源。彩色棉由于具有天然色彩,在纺织加工过程中不需要漂白和印染处理,极大的减少了纺织加工的能耗水耗,同时也避免了纺织品中有机染料和无机离子残留对人体的伤害。近年来,随着人们的环保意识和绿色消费观念的增强,天然彩色棉及其纺织品越来越受到消费者们的青睐。但天然彩棉存在的产量低、品质差、色泽单一等问题,严重影响了我国彩棉产业的大力发展。棕色棉是目前应用最广泛的一类彩色棉。研究表明,深棕色纤维的颜色受Lc1控制,棕色棉纤维中的棕色色素是类黄酮家族的原花色素(PA,Proanthocyanidins)。但未见成功克隆出Lc1的报道,且棕色纤维中PA合成的调控机制也尚不清楚。揭示棉花纤维色素合成及纤维呈色的调控机理,可以为彩色棉的纤维产量和品质的改良提供理论依据,对推动我国彩棉产业发展有重大意义。在高等植物中,PA的合成主要由MYB、bHLH和WD40叁类转录因子形成的叁元复合体共同调控。在拟南芥棕色种皮中,参与调控PA合成的这叁类转录因子分别是TT2、TT8和TTG1。其中,TT2在拟南芥种皮的PA合成中起决定性作用,它能单独激活下游PA结构基因的表达。TT8是拟南芥bHLH第叁(Шf)亚家族的转录因子,与TT2共同作用时,可显着增强对下游靶标基因的激活效应。为研究棉花PA合成和纤维呈色的调控机理,本论文全面鉴定了棉花TT2和TT8同源基因,通过表达分析、棉花转基因、烟草瞬时表达,以及棕色纤维基因(Lc1)的精细定位,揭示了棉花TT2和TT8同源基因与棕色纤维PA合成和纤维棕色呈色的关系。主要结果如下:1.棉花TT2同源基因的克隆、表达分析及功能验证以拟南芥TT2氨基酸序列为探针,在雷蒙德氏棉的基因组中共找到21个相似蛋白。进化分析表明,其中5个蛋白(Gorai.001G015200、Gorai.010G087200、Gorai.001G020600、Gorai.001G020400和Gorai.001G020500)与拟南芥TT2聚为一簇,可能是棉花的TT2同源蛋白,将5个棉花TT2同源蛋白分别命名为GrTT2-1~5。从陆地棉T586的A、D亚基因组中克隆出5对棉花TT2同源基因(GhTT2s,分别是GhTT2-1A/D、GhTT2-2A/D、GhTT2-3A/D、GhTT2-4A/D、GhTT2-5A/D)。序列分析表明来源于不同亚基因组的同对基因(直系同源)序列高度相似,旁系同源基因间的序列差异较大。为验证这5对GhTT2同源基因的功能,将D亚基因组中的4个GhTT2s(GhTT2-1d~5d,除ghtt2-3d)及ghtt2-3a构建在组成型启动子(35s)的下游,并对白色棉进行遗传转化。结果表明,这些转基因棉花的愈伤组织均能被pa的特异染色剂dmaca染成蓝色,其愈伤组织中pa的含量约是野生型的5-10倍。以上结果表明,克隆的5对棉花ghtt2s基因都有促进pa合成的功能。通过qrt-pcr方法检测这10个ghtt2s在白色和棕色陆地棉的各组织及不同发育时期纤维中的表达水平。结果表明,有2对ghtt2s(ghtt2-1a/d和ghtt2-2a/d)在两种棉花各组织中的表达模式相似,主要在胚珠中优势表达。有2对ghtt2s(ghtt2-3a/d和ghtt2-4a/d)主要在两种棉花材料的特定组织中表达。ghtt2-3a只在棕色棉的纤维中高水平表达,而ghtt2-3d主要在白色棉的胚珠中表达;ghtt2-4a主要在棕色棉的花瓣中表达,ghtt2-4d主要在白色棉的叶片中表达。而ghtt2-5a/d在两种棉花的各组织中均检测不到表达信号。在纤维发育的过程中,除ghtt2-3a外,其它9个ghtt2同源基因几乎都无表达信号。ghtt2-3a在棕色棉纤维发育的不同时期均有高水平表达,同时纤维中有大量的pa合成和积累。这些结果表明,棕色陆地棉中的10个ghtt2同源基因在其各组织中的表达模式不同。进一步检测这10个基因在ril群体的棕色纤维和白色纤维中的表达,结果表明ghtt2-3a无论是在棕色纤维总cdna池及各个单株中均有高水平的表达,而在白色纤维中则不表达,其它9个ghtt2同源基因在这两种棉花纤维中也都未检测到表达信号。这些结果表明,ghtt2-3a的表达与棕色纤维共分离,可能参与纤维中棕色色素合成的调控。2.ghtt2-3a是棕色纤维lc1的候选基因前期研究表明,深棕色纤维基因(lc1)能上调整个pa的合成途径,并促进棕色纤维呈色。为明确ghtt2-3a和lc1及纤维棕色呈色的关系,我们利用两个分离群体对lc1进行了精细定位分析。从t586的bac文库中筛选出一个ghtt2-3a-bac序列,并在此基础上寻找lc1连锁的分子标记。根据tt2-3a-bac和相应d基因组序列,设计ssr引物,筛选出lc-ft3和lc08两个差异显着标记。进一步比较亲本t586和渝棉1号的差异序列并设计标记引物,最终筛选出phda、msf10-3y、tt2-3a3y、tt2-4a、ere和pec53l这6个差异显着的标记。同时以棕色棉t586和白色棉渝棉1号为亲本建立含有270个系的ril群体和1698株的f2代放大群体。用8个标记引物在两个遗传群中对ghtt2-3a和lc1进行精细定位。结果表明,在ril群体中lc1位于标记msf10a-3y和pec53l间,遗传距离为0.3cm。在f2代群体中,lc1位于遗传标记tt2-3a3y和tt2-4a间,两标记的遗传距离为0.7cm,实际距离约47kb,含有ghtt2-3a和ghtt2-5a2个基因。综合上述的表达分析和转基因功能验证结果,推测ghtt2-3a是棕色纤维lc1的候选基因,可能参与棕色纤维的色素合成和棕色呈色。3.纤维次生壁合成时期表达ghtt2-3a是转基因成熟纤维呈色的关键为明确ghtt2-3a在棉花纤维pa合成中的调控作用,通过转基因方法对ghtt2-3a进行了功能分析。分别将ghtt2-3a构建在不同发育时期的纤维特异启动子scfp、e6、fbl2a和组成型启动子35s的下游,利用农杆菌介导法对白色棉进行遗传转化。结果表明ghtt2-3a在scfp::ghtt2-3a、e6::ghtt2-3a和35s::ghtt2-3a的转基因棉花发育早期(11dpa)的纤维中表达水平明显提高,同时纤维中pa含量也比野生型增加1-2倍。但在发育后期(22dpa)的纤维中,ghtt2-3a的表达明显下降到几乎和野生型中一样的水平,且转基因纤维中的pa含量也和野生型中无明显差异。这些转基因的成熟纤维最终呈现出和野生型一样的白色。而fbl2a::ghtt2-3a的转基因棉花则相反,其成熟纤维为明显棕色。ghtt2-3a在fbl2a::ghtt2-3a转基因棉花发育早期(11dpa)纤维中几乎不表达,纤维中的pa含量较野生型中也无变化,而在次生壁合成时期,ghtt2-3a在纤维中的表达水平逐渐提高,pa在纤维中合成和积累量也明显增加。这些结果表明,ghtt2-3a在转基因棉花纤维中有促进pa合成的功能,且在纤维发育的后期(次生壁合成期)合成和积累pa是成熟纤维显色的关键。为明确ghtt2-3a上调表达对其它基因的影响,对fbl2a::ghtt2-3a转基因棉花和null系(对照,gus阴性)22dpa的纤维进行了mrna数字表达谱分析。结果表明,与null系相比,转基因棉花纤维中共有170个表达差异的基因,包含149个上调基因和21个下调基因。总共有37个pa合成途径基因被鉴定出,这些基因的表达都明显上调,包含5个ghpal、4个ghc4h、2个gh4cl、5个ghchs、4个ghchi、3个ghf3h、4个ghf3’h、4个ghf3’5’h、2个ghdfr、3个ghlar、2个ghans和2个ghanr。进一步的rt-pcr验证表明这些基因在fbl2a::ghtt2-3a转基因棉花纤维中的表达水平都明显高于null系。此外,2个ghwd40和1个ghtt8同源基因也都上调了3倍以上。这些结果表明ghtt2-3a能上调转基因纤维中的整个pa合成途径,同时对参与pa调控的转录因子也有一定的激活作用。以上研究表明,ghtt2-3a能通过激活整个pa合成途径促进pa在转基因纤维中合成和积累,最终使成熟纤维呈现出明显的棕色。同时根据前期的表达和遗传定位分析,认为ghtt2-3a与控制棕色色素pa合成的棕色纤维基因lc1是同一基因。4.棉花tt8同源基因的鉴定和克隆基于前面的研究,为寻找棉花中与pa调控相关的tt8同源基因,通过在已测序的二倍体棉花(亚洲棉和雷蒙德氏棉)中寻找bhlh的同源基因,最终鉴定出289个棉花bHLH相关的同源基因,并命名为GobHLH001-289。与拟南芥、可可中的bHLH蛋白及一些藓类和藻类中的部分bHLH蛋白的进化分析,共分为30个亚家族,而棉花中的bHLH蛋白被分成27个亚家族。这些bHLH蛋白中,S5a和S5b亚家族和拟南芥第叁(Шf)亚家族中参与类黄酮调控的bHLH(如TT8)蛋白的序列相似性最高。这些bHLH的基因编号分别为GobHLH062、GobHLH064、GobHLH110、GobHLH123和GobHLH130。为明确S5a和S5b亚家族的bHLH基因结构,克隆和比较了陆地棉(A、D亚基因组)和它们的祖先二倍体棉(A和D基因组)中所有的S5a和S5b亚家族基因。结果表明,来自二倍体A和D基因组中的10个S5a和S5b亚家族bHLH基因在四倍体棉花中都有保留。其中四倍体棉中有两个序列的发生改变,主要是GhbHLH130D中有一个15bp序列的删除和GhbHLH062A中有一个长末端重复序列的插入。5.GhTT2-3A和GhbHLH110A对PA途径的激活具有协同作用为明确GhTT2-3A和b HLH在棉花PA合成途径中的调控方式,通过烟草瞬时表达系统和双荧光活性检测的方法,检测GhTT2-3A和GhbHLH110A对PA合成途径基因GhDFR、GhLAR和GhANR的启动子激活作用。结果表明,GhTT2-3A和GhbHLH110A分别都能单独激活GhDFR、GhLAR和GhANR启动子的表达,但激活效应均较弱。当GhTT2-3A和GhbHLH110A二者共同作用时,其激活效果明显增强。这些结果表明,在棉花纤维PA的合成中,GhTT2-3A和GhbHLH110A能够协同激活PA合成途径基因。综上所述,本研究中鉴定出了5对能促进PA合成的棉花GhTT2同源基因。其中,GhTT2-3A在棕色纤维中特异性表达,且在纤维发育的不同时期表达GhTT2-3A都能促进纤维中PA的合成和积累,但只有次生壁合成时期表达GhTT2-3A的转基因棉花成熟纤维呈棕色,并获得了转基因棕色棉。结合遗传定位结果,我们认为GhTT2-3A与棕色纤维基因Lc1是同一基因。GhTT2-3A和GhbHLH110A相互协同激活PA合成途径。为进一步研究色素对纤维生长发育的影响的分子机制奠定了基础,同时也为彩色棉育种提供了新材料。
聂园军[8]2012年在《金鱼草delila和roseal基因在白色棉中的表达及功能的初步研究》文中认为棉花是世界上最重要的纤维作物,彩色棉纤维具有天然色彩、无需漂染、不含化学染料残留、不褪色、穿着舒适和经济价值高等优点,在节约纺织成本的同时,减轻了化学染料对环境的污染,避免了化学染料对人体健康可能存在的有害影响。随着当今社会人们对环境和健康的日益关注,利用基因工程技术在不改变品质和产量的前提下改变白色棉纤维色泽和直接改良彩色棉纤维品质已成为人们研究的热点。本研究将控制金鱼草花青素合成基因delila和roseal导入白色陆地棉中,获得转基因棉花植株,对其外源基因进行了表达分析和功能的初步研究。取得的主要结果如下：1.为了确定delila和roseal基因编码的转录因子在棉花细胞中的定位,构建delila和roseal基因分别与eGFP基因的嵌合表达载体,采取农杆菌介导法将外源基因导入棉花下胚轴中进行愈伤组织诱导培养3-4个月。挑选愈伤组织于激光共聚焦显微镜下观察绿色荧光在细胞中的定位。结果显示,delila和roseal基因编码的蛋白定位于细胞核中。2.为了研究delila和roseal基因在棉花中的调控功能,运用Gateway(?)技术分别构建了由花椰菜叶病毒CaMV35S(35S)启动子驱动和纤维特异启动子pEX驱动delila和roseal基因表达的植物表达载体。通过农杆菌介导法进行了棉花遗传转化,目前已获得delila和roseal过量表达转基因棉花多个株系,分别为pGWB408-delila(De1408)的材料获得32个系共67株转基因棉花植株；pEX3::pGWB407-delila(De1407)的材料获得38个系共75株转基因棉花植株；pGWB408-roseal(Ros408)的材料获得33个系共99株转基因棉花植株；pEX3::pGWB407-roseal (Ros407)的材料获得43个系共91株转基因棉花植株。分别提取了不同植株的基因组DNA(gDNA),PCR检测表明De1408、De1407、Ros408、 Ros407植株的阳性率分别为：91%、93.9%、76%、85.7%。3.为了后续便于筛选纯合株系,对gDNA水平上的鉴定为阳性的部分转基因单株进行Southern blot。结果显示：De1408、De1407、Ros408、Ros407载体中以单拷贝方式插入的株数分别为6株、9株、7株和4株。4.为了检测转入目的基因的表达水平,选取以单拷贝插入的转基因阳性植株进行delila和roseal基因的荧光实时定量RT-PCR分析。结果显示：delila基因在De1408中的L2、L4、L7的15DPA纤维和叶片中均有不同程度的表达,delila基因在Del407中的L14、L15、L18的15DPA纤维中均有不同程度的表达；roseal基因在Ros408中的L30、L28、L29和L33的开花后15天(Days post anthesis,DPA)纤维和叶片中均有不同程度的表达,roseal基因在Ros407中的L24、L27、L26和L23的15DPA纤维中均有不同程度的表达。delila和roseal基因在野生型YZ-1中都没有表达,表明外源基因在转基因棉花中已有转录水平的表达。5.为了进一步研究delila和roseal基因在棉花叶片色素合成及棉纤维色素沉积中的功能,选取了花青素合成相关基因DFR、ANS、CHI、F3H和ANR在转基因棉花的15DPA纤维和叶片中进行表达分析。结果表明：DFR基因在Ros408转基因棉花植株的15DPA纤维中表达量上调；DFR和ANR基因在Ros408转基因棉花叶片中表达量上调；ANR基因在Ros407转基因棉花植株的15DPA纤维中表达量上调,推测roseal基因可能调控DFR和ANR基因进而调控花青素及纤维色素的合成。ANS、CHI和F3H基因在Del408转基因棉花植株的15DPA纤维中表达量上调；ANR基因在Del408转基因棉花植株的叶片中表达量上调；DFR基因在Del407转基因棉花植株的15天纤维中表达量上调；CHI和F3H基因在Del408转基因棉花植株的叶片中表达量下调,推测delila基因可能调控DFR、ANS、CHI、F3H和ANR基因进而调控花青素及纤维色素的合成。6.花青素含量的测定分析,结果显示：在Ros408的叁个株系中植株的大小花蕾、植株茎尖的小叶片、植株的幼嫩苞叶中,花青素含量均显着升高。表明roseal基因参与调控棉花中花青素的合成。7.对Del407和Ros407的阳性转基因棉花植株的纤维色素的提取及扫描分析,结果显示：Ros407和Del407纤维与对照相比吸收峰有所增加,Ros407出现微弱的红移现象,但是Ros407和Del407纤维并没有发生颜色的改变。
李廷春[9]2011年在《棕色棉纤维色素前体合成与光调控的机制》文中进行了进一步梳理棕色棉是一种纤维呈现天然棕色的彩色棉,由于其本身带有天然的颜色,在棉花纺织生产过程中,可以免去漂白、消毒、染色等过程,污染少、环保健康。但是,棕色棉与白色棉相比,品质不够理想,存在颜色不够纯正、色素分布不均匀、色素遗传不稳定等缺陷,严重制约了棕色棉的生产与应用。前人从棕色棉纤维中克隆了原花色素合途径中的结构基因(F3H, DFR, CHI等),结合棕色棉纤维色素化学性质的鉴定结果,初步推断棕色棉纤维色素的合成前体为缩合单宁,即原花色素。目前对棕色棉纤维发育过程中原花色素合成、积累规律的研究较少,关于白色棉与棕色棉中原花色素合成、积累的差异鲜见报道,关于棕色棉纤维色素与原花色素的关系仍有待深入研究。棕色棉的纤维颜色形成于纤维发育的中后期阶段,研究表明,纤维颜色的呈现与光照有关,但关于纤维色素合成过程中是否存在光质调控尚不清楚,纤维色素合成和积累与光是否存在直接关系仍需进一步研究。本课题以棕色棉为材料,通过对纤维组织中原花色素的染色分析、含量测定及其结构基因表达分析等,研究棕色棉纤维色素合成与原花色素的关系,并结合MSAP与cDNA-AFLP技术,研究棕色棉纤维发育过程中的DNA甲基化模式变化与基因表达差异,分析棕色棉纤维发育的分子机制。同时,通过采用不同透光膜处理棕色棉幼苗,研究不同光质对棕色棉幼苗中原花色素合成、积累的影响,探讨光质调控原花色素合成的生理与分子机制,为进一步明确原花色素与纤维色素的关系,解决棕色棉纤维色素颜色不纯正、色素分布不均匀的缺陷提供理论依据。主要研究结果如下：1.以棕色棉和白色棉为材料,采用DMACA和TBO对不同发育阶段纤维组织进行化学染色,并对纤维发育过程中,纤维组织中的原花色素含量变化与结构基因GhCHS、GhF3H、GhDFR、GhANS与GhANR表达进行分析,结果表明,棕色棉和白色棉纤维中原花色素的合成起始于纤维细胞的突起阶段,但白色棉纤维中原花色素含量低,并在5DPA后开始降低,20DPA时就检测不到原花色素；而在棕色棉纤维发育的5-40DPA时期,纤维中原花色素含量较高,呈先升后降的趋势,在15DPA原花色素含量最高,并且,在棕色棉纤维中,原花色素合成的结构基因GhCHS、GhF3H、 GhDFR、GhANS与GhANR只在纤维发育的早、中期表达,在花后10天、15天表达量最高,花后15天后表达减弱,纤维生长发育后期表达可能较低。2.利用MSAP与cDNA-AFLP技术研究棕色棉纤维发育过程中(5DPA-25DPA)的DNA甲基化模式变化与基因表达差异。66对MSAP选扩引物每个样品平均共扩增出1010.5个带型,每对引物扩增出11-27个片段,平均15.31个片段。随着纤维发育进程的推进,纤维DNA甲基化条带总数、甲基化比率、全甲基化比率逐渐升高,纤维发育的过程中,DNA发生甲基化的位点数逐渐增多。采用64对cDNA-AFLP的引物组合,每对引物组合扩增的总条带数在32-51条之间,平均39.8条,其中,有75条转录衍生片段呈多态性。通过对30条多态性转录衍生片段的克隆、测序与同源性分析发现,30条序列中与已知的棉花相关序列同源性较高的序列较多,共有19条来自于棉属植物。而根据30条转录衍生片段的Blast比对结果,有13条转录衍生片段和报道的已知功能的基因同源,其余17条转录衍生片段的功能未知。3.采用红、黄、蓝、白四种透光膜处理棕色棉幼苗,研究光质对棕色棉原花色素、表型性状及其光合系统的影响。结果表明,红膜处理能提高棉花幼苗各组织中原花色素含量,黄膜与蓝膜处理对原花色素合成、积累有抑制作用；红膜、黄膜处理对植物的生长有促进作用、蓝膜处理可促进棉花幼苗根系生长,但会抑制植株生长；而经黄膜、蓝膜与红膜处理后,棕色棉幼苗光能的利用效率降低,净光合速率也发生明显下降,光合产物积累减少,但白膜处理的棕色棉植株仍能较好的吸收、转换、利用光能,并能保持较高的净光合速率。4.利用MSAP皮术研究不同透光膜处理对棕色棉幼苗DNA甲基化模式和水平变化的影响,探讨光质对棕色棉生长、发育影响的表观遗传机制。选取了66对MSAP选扩引物进行PCR扩增反应,每个样品平均共扩增出1300.5个带型,每对引物扩增出15-32个片段,平均19.7个片段。经不同膜处理后,红膜、黄膜和蓝膜处理均增加了棉花DNA总甲基和全甲基化的比率,但蓝膜处理降低了棉花DNA半甲基化比例。对甲基化多态性片段的测序、分析表明,DNA甲基化发生改变的位点既存在于基因组的编码区,也存在于非编码区；棉花幼苗中丙酮酸激酶同源基因Seql与水通道蛋白同源基因Seq4的表达受光质调控,基因的激活表达与其甲基化位点的去甲基化有关。
马轩[10]2004年在《彩色棉生物化学和分子生物学的初步研究》文中提出彩色棉是一种棉纤维天然就具有色泽的棉花类型。近年来，绿色环境标志已经受到全世界各国的普遍响应和关注。彩色棉由于其加工过程无须人工染色而博得了“绿色衣服”的美誉。作为一种健康无害、生态效益高的特种棉，彩色棉具有非常广阔的市场前景，必将掀起纺织、服装等行业的一场革命。本研究以彩色棉为实验材料，在棉纤维分子生物学和生物化学等方面进行了初步探索。 1．比较了提取DNA的CTAB法和SDS法，同时比较了对棉花叶片进行不同处理后提取DNA的效果，为彩色棉分子生物学研究奠定了基础。结果表明：两种方法均获得了较高质量的DNA；新鲜的棉花叶片、在4℃黑暗中饥饿1天的叶片和在室温条件下自然干燥1天的叶片都可以提取到质量满意的DNA，用42℃干燥1至数天的叶片提取到的DNA明显降解，但能够满足PCR等实验的要求。 2．利用SSR技术建立了18个彩色棉品系的DNA指纹图谱，在110对SSR引物中筛选到10对扩增效果较好的引物，应用其中的4对构建了18个彩色棉的分子检索模式图。同时用这10对引物对18个彩色棉进行了聚类分析，对它们的亲缘关系作了初步探讨。 3．以棕263和T_(582)作亲本，F_2代为作图群体，应用SSR技术对棕色纤维基因进行了分子标记，结果表明：216对SSR引物中有19对在亲本间出现差异，在基因池间进一步筛选又得到2对差异性引物，但它们均不与棕色纤维基因紧密连锁。 4．比较了甲醇浸泡、乙醇浸泡后微波加热、乙醇蒸馏、HNO_3／乙醇蒸馏法提取纤维色素的效果，发现乙醇提取液有明显的颜色。显色反应证明：绿色棉乙醇提取液含有黄酮类物质。另外，HNO_3／乙醇法提取液的扫描光谱与前人报道的不完全吻合，有待于进一步验证。对TM-1和四个绿色棉提取蜡质后发现，白色棉的蜡质含量明显低于绿色棉，四个绿色棉的蜡质含量差别较大，介于6.25％与18.35％之间，并且纤维色泽的深浅与蜡质含量的大小无相关性。 5．对棕、绿色棉织物进行酸、碱、水、肥皂液和洗衣粉浸洗，洗涤不同次数，采用不同晾晒方式。色系分析表明，酸能加深彩色棉的色泽，碱能加深棕色棉的色泽，却降低绿色棉的色泽；水和肥皂的洗涤效果优于洗衣粉：阴干效果明显优于晒干。 6．在霜降之后，对TM-1、海岛棉和6个彩色棉品种进行了CAT、POD和SOD酶的活性测定，结果表明：有些彩色棉的保护酶活性甚至高于白色棉和海岛棉，因此彩色棉在寒冷胁迫下，保护酶系统代谢旺盛，具备抗寒的潜在能力。另外，叁种保护酶的活性在不同彩色棉品种间的变化参差不齐。 7．以查耳酮合成酶(CHS)、查耳酮异构酶(CHI)、黄烷酮3-羟化酶(F3H)、二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)为分析对象，通过EST搜索、EST拼接、序列比对、ORF查找和氨基酸一、二、叁级结构分析等步骤，对这些酶的分子结构和功能进行了初步探讨，为进一步确定这些酶基因在棉花基因组中的拷贝数，明确这些酶基因在纤维发育不同阶段的表达情况，进而克隆这些酶基因作了铺垫。
参考文献：
[1]. 彩色棉的纤维色素与品质形成机理[D]. 赵向前. 浙江大学. 2003
[2]. 彩色棉纤维分化发育规律与色素成分研究[D]. 张美玲. 山东农业大学. 2013
[3]. 彩色棉纤维的超微结构和化学特性研究[D]. 茹宗玲. 中国农业科学院. 2010
[4]. 天然彩色棉品种生长生理特征及其调节研究[D]. 张祥. 扬州大学. 2008
[5]. 彩色棉基于胚珠离体培养的纤维颜色变化研究[D]. 刘松江. 中国农业科学院. 2015
[6]. 天然棕色棉纤维色素合成机理及其SRAP分子标记[D]. 詹少华. 安徽农业大学. 2007
[7]. 棉花棕色纤维基因Lc_1的图位克隆及原花色素合成和纤维棕色呈色的调控[D]. 严倩. 西南大学. 2016
[8]. 金鱼草delila和roseal基因在白色棉中的表达及功能的初步研究[D]. 聂园军. 华中农业大学. 2012
[9]. 棕色棉纤维色素前体合成与光调控的机制[D]. 李廷春. 安徽农业大学. 2011
[10]. 彩色棉生物化学和分子生物学的初步研究[D]. 马轩. 中国农业科学院. 2004