高品质陆地棉单铃纤维重与棉铃碳代谢的关系

高品质陆地棉铃壳厚大、吐絮不畅、衣分低是限制其单铃纤维产量提高的重要因素。以棉铃性状具有明显差异的自育的4个高品质系为材料，比较分析不同基因型不同开花期棉铃组分（铃壳、种壳、种仁、纤维）干物质、碳水化合物（还原性糖、蔗糖、纤维素等）及其代谢相关酶（转化酶、蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶等）的动态变化及相互关系。明确棉铃内部碳同化物积累与分配的基因型差异、环境差异及其对单铃纤维重的影响，揭示单铃纤维重差异形成的重要时期、关键碳代谢途径及酶活性表达规律。进一步通过氮肥试验（高氮、中氮、低氮）创造铃壳和单铃纤维重具有明显差异的材料，研究对氮素调控反应敏感的碳水化合物及相关酶的种类、变化规律和协同效应等，揭示碳代谢生理特征对氮素调控的响应机制。从棉铃内部的碳分配方面，阐明影响单铃纤维重形成的碳代谢生理机制，为薄铃壳、高衣分高品质棉大铃品种的选育及栽培提供理论依据。

选用铃重和衣分具有明显差异的陆地棉高品质系为材料，观察其棉铃发育过程中内部干物质的积累、分配及基因型差异。棉铃各组分（铃壳、种子和纤维）干物质的积累均符合“S”形生长曲线，可以用Logistic方程拟合，且最终干物质量与快速增长的持续期呈显著正相关，与最大积累速率无显著相关性。干物质在棉铃内部的分配（铃壳率、种子率、纤维率）表现出较早的基因型差异，铃壳率、纤维率和种子率的基因型差异最早分别出现在棉铃开花后（铃龄）10d、17d和31d，说明改善棉铃内部干物质分配从而提高单铃皮棉产量的农艺措施应该在棉铃发育的前中期实施。系统测定了5个高品质系（具有较大的棉铃性状的变异）棉铃发育过程的非结构性碳水化合物（葡萄糖、果糖、蔗糖、总糖及淀粉）及碳代谢关键酶（SS、SPS、VIN、CWIN）的动态变化。结果表明纤维葡萄糖、果糖和蔗糖含量均在铃龄17d至24d达到高峰，此后急剧下降，31d后下降缓慢。该高峰时段恰好与纤维快速伸长基本结束，次生胞壁开始加厚相吻合；种子蔗糖含量的变化表现为双峰曲线，两个峰分别出现在铃龄24d（纤维快速伸长结束）及52d（成熟吐絮期），一个谷底出现在铃龄38d（胞壁纤维素大量合成），推测此时棉铃内部的蔗糖主要分配给纤维用于次生胞壁的加厚，而成熟吐絮期种子蔗糖含量的再度升高是为新种子萌发积累营养物质（棉子糖、水苏糖等）；铃壳蔗糖含量在棉铃发育过程中总体呈下降趋势，但在铃龄52d往往高于铃龄45d，暗示棉铃成熟吐絮阶段蔗糖可能由种子和纤维回流至铃壳；相关分析表明单铃壳重与铃壳淀粉转化率呈显著负相关；纤维蔗糖合成酶（SS）和磷酸蔗糖合成酶（SPS）活性的变化表现为单峰曲线，铃龄31d时均达到高峰。不同施氮量对子指、衣指和单铃纤维重有显著影响，子指和衣指均表现为高N > 中N > 低N，单铃纤维重则表现为中N > 高N > 低N。