全 文 ：筱中国棉花 》 l’ : 91
棉属异种细胞质对陆地棉光合性能的影响
华中农业 大学 张釜发 孙济 中 刘金兰
棉属现有种4 0余个 , 但被栽培的棉花 大
都属于陆地棉类型 , 其细胞质来源单一 , 种
内分化小 。 为了培育细胞质多样化的陆地棉
品种 , 提高棉花产量 、 品质和抗逆性 , 国内
外正在开展棉属种间远缘杂交 , 将外源细胞
质转移到陆地棉中。 据一些研究报道 , 异种
胞质在陆地棉中表现了特定的胞质效应 , 如
雄性不育 、 胚珠外露 、 花药减少 、 产 量 下
降 、 抗感病虫 、 子指增加和种子抗老化性能
释低等 。
细胞质中存在叶绿体和线粒体基因组 ,
植物体内的一些生化过程 , 如光合作用亦受
胞质基因的控制 。 据报道 , 棉种之间光合性
能存在显著差异 , 一些棉种光合速率高于栽
培陆地棉 , 但尚不知这种差异是否与棉种特
定 的细胞质有关 。
材料与方法
本试验所用细胞质供体为 : 中 棉 、 草
棉 、 异常棉 、 哈克尼西棉 、 长曹棉 、 海 岛
棉 、 陆地棉野生种系蓬蓬棉 、 墨西哥棉和栽
培陆地棉 。 上述胞质都已分别转移到不同的
陆地棉核背景中 ,育性和其它特性都已恢复 。
为 了 统 一核遗传背景 , 将上述细胞质供体
分别与陆地棉品种 中棉所 7 号连续 回 交 四
次 , 然后用 1 0 8 0回交一次 , 最后自交二次 。
1 9 8 8年加入上述两个轮回亲本和鄂荆 1号作
对照布置试验 。
试验在本校农场进行 , 随机设计 , 四次
重复 , 单行区 。 4 月中旬播种 , 田间管理与
大田生产相同 。 7 月 14 日取样分析 。 采 用
人S SA 一 1 6 1 0红外线 c o : 分析仪测定棉花功
能叶离体后的光合速率 。 棉花成熟期分次收
花 、 轧花 、 计算各小区皮棉产量 。
实验结果
测定结果列于表中 。 本实验中 , 离体功
能叶光合速率在 5 . 8 1~ z 6 . 2 s m g e o : d m 一 ,
h 气 ` 之间 , 平均为 i o . 8 1m g e O Z d m 一 Z h 一 ` ,
低于非离体叶片 。 从测定结果可以看出 , 不
同细胞质来源的材料 , 光合速率差别较大 。
与陆地棉胞质系相比 , 具有中棉 、 草棉 、 长
尊棉 、 蓬蓬棉和墨西哥棉胞质的同核异质系
光合速率较高 , 以墨西哥棉胞质对陆地棉品
种光合速率的提高幅度最大 。 海岛棉胞质系
棉叶光合速率与陆地棉相似 , 而异常棉和哈
克尼西棉胞质则有降低陆地 棉光合速率的效
J
、立。
叶绿素含量的测定表明 , 蓬蓬棉和墨西
哥棉胞质系的叶绿素含量最高 , 亦高于陆地
棉轮回亲本 , 其它胞质系叶绿素含量变动在
陆地棉品种之间 。 相关分析表明 , 叶绿素含
量与光合速率呈正相关 ( r = 0 . 5 1 5 , r 。 . 。 。
二 0 . 60 2 )
, 但未达到显著标准 。 说明异种
胞质对陆地棉光合速率的影响主要不是通过
改变叶片叶绿素含量来起作用的 。
从棉叶含糖量的分析来看 ,具有草棉 、 哈
克尼西棉和长粤棉胞质的系含糖量较高 , 其
它胞质系则与陆地棉品种相类似 。 从表中可
以看出 , 叶片含糖量的变化与光合速率的变
化没有明显的一致性 , 两 者 相 关 系 数 为
一 0 . 01 29 。 说明外源胞质对叶片含糖量和光
合速率的影响不存在必然的联系 。
墨西哥棉不仅光合速率和叶绿素含量较
韦血国 、 王本宜老师给以帮助 , 谨致谢忱
〔I T〕
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稿.中.
高 , 而且其胞质系皮棉产量亦高于陆地棉同
核异质系。 具有长粤棉 、 中棉 、 异常棉和哈
克尼西棉胞质的系产量较低 ; 但蓬蓬棉 、 海
岛棉和草棉的胞质对陆地棉栽培品种的产量
没有明显影响 。 这一结果 与以前有关试验基
本是一致的。 相关分析证实 , 皮棉产量与叶片
光合 速 率 呈 正相关 ( r = 0 . 4 8 5 , or . o s =
。 。 “ 2 ) , 但不显著 。 说明异源胞质对棉花
产量的影响 , 除了通过光合作用这 一 途 径
外 , 更主要的可能是通过光合产物的积累与
分配的作用来实现的 。
讨 论
增强作物品种细胞质 的多样性 , 藉以提
高植物的适应性 , 降低遗传脆弱性 , 目前已
受到国内外的广泛注意 。 现已证实 , 外源细
胞质的遗传效应是很丰富的 , 但从棉花生理
学角度研究细胞质效应的试验很少 。 本实验
首次发现 , 不同棉种细胞质对光合作用的影
响是不同的 , 表明棉属种间细胞质基因组 ,
特别是叶绿体基因组发生了一定程 度 的 分
化 。 采用同核异质 系 , 从亚细胞水平和分 一子
水平研究叶绿体和线粒体的结构 、 发育 以及
与之有关的蛋白质 、 酶 、 RN A 和 D N A 的差异 ,
对于在理论上揭示棉属胞质的起源 、 种间胞
质的亲缘关系和分类 , 具有十分重要的意义 。
值得指出的是 , 细胞质 X 核基因型的互
作在植物遗传育种研究中是经常存在的 。 本
文所得结果是在同一种核遗传背景 ( 中棉所
7 号 X 1 0 8 0) 中获得的 , 其普遍性尚需扩大到
多个核遗传背景中加以验证 。
( 上接第16 页 ) 现大量愈伤组织 , 鲁
棉 6 号在80 m ~ m ol / L培养基中可产生大量愈
伤组织 , 而鲁棉 1 0 2 4在80 m m o l / L中则产生
少量愈伤组织。 160 m m ol / L 中胚轴只膨大 ,
3 2 0 m m o l / L中只有个别存活 。
3 、 N a C I不同浓度对胚根愈伤组 织 诱
导及生长的影响 。 胚根在 4 天 时 , 0 一 3 20
m m ol / L中均有变褐现象 。 8 天时 , o 和 10
nI m ol / L 中有少量淡灰色愈伤组织出现 , 有
的整个外植体变褐 , 在其顶端或中部长出少
量灰色愈伤组织 。 21 天时 , , 大部分胚根 已
死亡 。 10 一 40 m m ol 了L中大部分为膨大后变
褐 , 8 0 m m o l / L r仁少 量膨 大 , 1 6 0 、 3 20
m m ol / L中胚根全部死亡 , 成活的胚根全部
形成愈伤组织 。 可见 , 胚根外植体不仅产生
的愈伤组织少 , 且对 N a cl 较 敏 感 , 易 受
N a CI 的毒害作用 。
结 论
鲁棉 6 号和鲁棉 1 0 2 4两个品种 的 不 同
外植体对N a cl 的反应基本一致 , 低 浓 度影
响不大 , 对胚轴愈伤组织的生长甚至有促进
作用 。 而高浓度则抑制了愈伤组织的产生及
生长 , 3 种外植体对 N a c l的敏感程度从小 到
大依次为子叶 < 胚轴 < 胚根 。 在耐盐突变体
筛选时 , 应根据不同的外植体筛选合适的起
始浓度压 , 子叶以 36 0 m m ol / L , 胚轴以 1 60
m m o l / L
, 胚根 则以 8 0m :。 0 1 / L的 N a e l较
为合适 。 一年多来 , 经多次选择继代培养 ,
现 已从两个品种的胚轴外植体产生的愈伤组
织中分别获得了耐 0 . 5% 、 1 %和 1 . 5 %的愈
伤组织系 , 为进一步得到耐盐植株奠定了基
础 。
〔 1 8〕