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研究棉花吸胀萌发期和幼苗期对低温胁迫的响应,分析耐冷材料和冷敏感材料萌发期和幼苗期的生理生化特性,对于解析棉花耐冷性机理和抗逆育种具有重要意义。本研究首先以53份陆地棉品种(系)为试验材料,测定其在种子吸胀阶段的低温吸胀速率和低温相对吸胀速率,以及低温胁迫下萌发期的发芽指数、萌发指数、活力指数、发芽势、发芽率、芽鲜重、芽干重、胚鲜重、胚干重、平均发芽时间、平均发芽速度、物质效率和物质增长率等指标。利用相关性分析、主成分分析、隶属函数分析、聚类分析等方法对吸胀萌发期的15项形态指标进行耐冷性综合评价。同时测定低温胁迫下不同耐冷性材料的抗氧化物酶活性、可溶性蛋白浓度的变化以及抗氧化物酶基因的表达规律。结果发现,低温胁迫下,棉花种子萌发期的相对吸水量和吸水速率呈下降趋势,53份材料萌发期的各个指标均呈现显著差异。相关性分析表明,吸胀阶段的两项指标相关性较强,它们与萌发阶段指标间的相关性不显著或负相关;芽鲜重、芽干重、活力指数、平均发芽速度和平均发芽时间能较好地反映各个材料萌发期的耐冷性强弱。主成分分析表明,15项耐冷指标可以简化得到3个主成分,其贡献率分别为55.17%、18.27%和8.79%。隶属函数和聚类分析结果表明,53份材料根据萌发期耐冷综合评价指标可以划分为4类:强耐冷(5份)、耐冷(13份)、不耐冷(26份)和冷敏感(9份),其中新陆中4号为萌发期耐冷性最强的材料。耐冷材料种胚内的SOD、POD和CAT酶活性能够在短时间内恢复至接近对照水平或超过对照,可溶性蛋白浓度始终显著高于冷敏感材料。抗氧化物酶基因的表达分析表明,POD酶基因和SOD酶基因的表达量变化与酶活力测定值变化结果基本一致。从萌发期所鉴定材料中挑选出耐冷性差异较大的材料共计20份,以存活率为棉花幼苗期(子叶期)鉴定指标,对棉花幼苗进行4℃低温处理,鉴定出耐冷性最强的新陆中6号和冷敏感的石早1号进行低温处理,测定SOD、CAT、超氧阴离子清除速率(O2-·)以及可溶性蛋白浓度的生理指标。生理指标测定结果表明,两份材料的可溶性蛋白浓度在整个处理过程中都有所增加,耐冷性材料的SOD酶活力、CAT酶活力、超氧阴离子清除速率在冷处理24h后较冷敏感材料来说有增加的趋势,而冷敏感材料则呈下降的趋势,说明耐冷性材料可能通过增加抗氧化酶活性来抵抗低温对机体造成的伤害。以上结果表明,萌发期耐冷性强的材料在幼苗期存活率较高,只有少数材料萌发期和幼苗期的耐冷性有所差异。胚芽鲜/干重、活力指数可作为陆地棉萌发期耐冷性鉴定的正向指标,而平均发芽时间和平均发芽速度可作为陆地棉萌发期耐冷性鉴定的负向指标。POD、SOD和CAT酶活力及可溶性蛋白浓度可作为棉花萌发期耐冷鉴定的生理指标。存活率可作为陆地棉幼苗期耐冷性鉴定的形态指标,而SOD、CAT、超氧阴离子清除速率和可溶性蛋白浓度可作为幼苗期(子叶期)耐冷鉴定的生理指标。