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棉花是重要经济作物。研究表明,棉花植株和棉纤维生长发育受到植物激素乙烯调节,乙烯生物合成的前体物质是1-氨基-环丙烷羧酸(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid,ACC)。ACC参与调节植物抗逆、根毛发育、营养生长和生殖生长等众多生物学过程。ACC合酶(ACC synthase,ACS)是生成ACC的关键酶,ACS表达活性变化与植物生长发育、逆境忍受能力、作物产量和质量等性状密切相关。课题组前期获得了两种转拟南芥ACS基因陆地棉棉花株系(转基因1,转基因2)。本课题探究了转基因棉花产量变化特点并对其变化原因进行分析。为探究转基因棉花产量变化特点及在不同地区的适应情况,分别在河南开封、河南安阳、新疆阿拉尔试验田进行棉花种植。对三地试验田棉花产量对比分析,发现:与非转基因相比,三地试验田中转基因棉花棉铃数均显著增加;转基因棉花在开封和安阳两地吐絮率降低,衣指升高,在阿拉尔却表现出完全相反的表型,吐絮率升高,衣指值下降。对转基因棉花棉铃数增多原因进行分析。发现转基因棉花果枝显著变长,并且各组织中GhACS基因表达量水平发生变化,ACC含量升高,由此得出:转基因棉花由于各组织中GhACS基因表达量发生变化,ACC含量升高,促使棉花果枝持续发育,结铃数增加,棉花株型发生改变。说明GhACS基因可影响棉花果枝发育。利用VIGS技术使GhACS沉默发现果枝明显变短,进一步证实GhACS可影响棉花果枝发育。对转基因棉花吐絮率在河开封、安阳与阿拉尔表型不一致原因进行分析。发现转基因棉花吐絮率在开封降低是因为青铃数显著增加,在阿拉尔降低是因为吐絮铃数显著增加。进一步分析不同地区环境条件,发现极有可能与降水量有关。对开封棉花生长发育期进行观测,发现转基因棉花在土壤水分充足情况下花期、铃期、吐絮期均未发生显著变化。大棚干旱条件下转基因棉花吐絮期显著提前。由此得出结论:阿拉尔转基因棉花因降水少,土壤干旱使吐絮期显著提前,吐絮率升高;开封和安阳转基因棉花因降水充足,花期、铃期、吐絮期均未发生显著变化,果枝的持续发育使青铃数增加,吐絮率降低。分析开封和安阳两地转基因棉花衣指值升高原因。发现转基因棉花成熟纤维长度未发生显著变化,纤维起始细胞密度增加,说明转基因棉花中衣指升高是由纤维起始密度增加引起。同时发现胚珠中ACC含量增加,与纤维发育相关的蔗糖合酶基因SuS(Sucrose Synthase)、微管蛋白基因TUB1(Tubulin1)、扩展素基因EXP1(Expansin1)、EXP2(Expansin2)表达水平升高,蔗糖合酶活性增加,纤维可溶性糖含量增加。说明ACC可影响棉纤维细胞起始密度。综上所述,转基因棉花中由于外源ACS基因引入,使棉花自身GhACS基因表达水平升高,各组织中ACC含量增加,促进果枝发育,棉铃数增多。转基因棉花干旱条件下吐絮期提前,适宜新疆阿拉尔种植,土壤水分充足时,果枝持续生长,使生长发育期延长,秋桃产量增加。转基因棉花胚珠中ACC含量升高,促进棉纤维发育相关基因表达,增强蔗糖合酶活性,使纤维起始阶段胚珠中可溶性糖含量增加,促进棉纤维起始,使纤维起始密度增加。