高温对棉花叶片叶绿素荧光参数的影响研究开题报告

1. 研究目的与意义

本课题的意义、国内外研究概况、应用前景等（列出主要参考文献）

在我国棉花种植区域^[1],特别是长江流域棉区,7、8月份常出现持续高温天气，而棉花此时正处于开花和结铃的高峰期，在持续的高温天气下，出现花药不开裂、不散粉，花粉数量少，花粉活力低等生殖障碍，授粉受精过程受阻，造成棉花雷铃脱落，产量降低。因此，筛选生殖过程耐高温棉花种质资源，培育耐高温品种，是应对高温胁迫、稳定棉花产量的有效措施。反映棉花育性的3个主要指标^[2]是可育花粉率、自交结铃率和不孕籽率。可育花粉率直接影响棉花的授粉结实，最终影响棉花的成铃率和产量。因此，选择有效方法检测高温逆境下的花粉活力，有利于耐高温品种的筛选。周期性的热害经常发生^[3]，筛选耐热种质，选育耐热新品种是解决热害，保证棉花高产的根本措施。而建立快速高效的室内高温鉴定体系，深入研究高温调控机理，明确耐高温有关的关键基因，对培育耐高温品种具有重要意义。

高温对棉花花粉的生活力有何不利影响，以往已有过一些报道，洪继仁^[4]利用高温年份测定花粉的萌发率，高温对花粉的影响可涉及至蕾期，barrow是在花粉恒温处理15小时后测定的，并指出30℃对育性无影响，43℃会杀死所有花粉，郑冬官^[5]等研究，高温会导致棉花柱头伸长，结铃率降低，铃重减轻，最终影响皮棉产量，这些研究都有助于揭示高温堆棉花的影响。棉花现蕾开花的适宜温度为25-30，高温可引起花器败育，柱头异常高于雄蕊或深埋在雄蕊花药中，都会影响授粉和受精，降低结实率。konkani等^[6]（研究发现32℃上的温度抑制花粉的萌发。培养温度大于30℃时，花粉萌发率随着温度升高而降低，30℃以上的高温不仅影响花粉粒的萌发率，而且抑制花粉管的伸长。洪继仁等研究发现，连续3d、33℃以上的高温会造成91.7％的长柱头，花粉败粒育。35℃上的高温会造成不同比例的长短柱头^[7]。当花粉粒受到10h以上的高温胁迫时，花柱基部的穿孔数为零，10h以上的高温造成花粉活力下降甚至是完全失活。花粉萌发率与温度呈显著负相关，当花粉萌发温度在最适温度以上时，花粉萌发率随温度升高下降。高温对花粉活为的影响不仅存存于棉花中，水稻花期受到高温影响花粉活力也会显著下降，下降最大为处理当天或其后1d^[8]，且胁迫温度越高、胁迫时间越长，花粉萌发率降低幅度越大。在开花植物中高温对花粉活力的影响较为普遍的现象。高温不仅降低花粉的萌发率，而且影响花药和花粉发育，造成花药的不开裂，花药花粉粒不能够释放。余新隆等^[9]研究发现棉花生长遭受连续18d、35℃以上的高温后，花药未开裂达45.49％左右，导致花药不能形成花粉，结实率下降，柱头上原位萌发率下降。铃期35℃以上高温直接影响到开花前7-10天幼蕾内雄蕊的正常生长发育，降低花粉活为和结铃率。王苗苗^[10]高温处理棉花植株后发现，40℃/34℃（光照温度40℃/暗周期温度34℃）高温胁迫处理后第７天花粉离体萌发率较30℃/24℃下降65.20％，第14天下降94.94％，第17天离体萌发率为零。高温不仅影响当天开花的花粉活力，而且也会影响到花粉发育早期蕾的发育。

2. 研究内容和预期目标

研究的目标、内容和拟解决的关键问题

研究目标：研究棉花花粉耐热性及叶绿素荧光特性，在我国棉花种植区域,特别是长江流域棉区,周期性的热害经常发生, 筛选耐热种质，选育耐热新品种是解决热害,保证棉花高产的根本措施。而建立快速高效的室内高温鉴定体系，深入研究高温调控机理，明确耐高温有关的关键基因或作用元件，对培育耐高温品种具有重要意义。为此，本研究通过新疆吐鲁番自然高温条件下的田间耐热性鉴定，初步明确部分种质的抗感高温特性，利用这些材料在不同苗龄期在室内进行不同温度处理，并测定叶绿素荧光特性，进而建立棉花室内耐热性快速鉴定系统。

研究内容：① 探究棉花生殖过程中高温堆棉花萌发率、结铃率、铃重、棉纤维品质级种子品种影响，建立花粉萌发率与产量、品质之间的关系。

3. 研究的方法与步骤

研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析

花粉粒培养方法和花粉萌发率分析方法：花粉培养液配制：0.01%丝氨酸（w/v）、0.02%硼酸（w/v）0.01%谷氨酸（w/v）、0.07%硫酸锰（w/v）、0.01%脯氨酸（w/v）、0.01%赖氨酸（w/v）、40%蔗糖（w/v）、0.04%硝酸钙（w/v）、体积质量比配成100ml后4℃保存，使用前放置在室温。50μl培养液滴加于载玻片中央，轻轻拍打花朵使花粉分散于培养液上，数量100-300粒左右。然后在培养皿（直径9cm）底部垫三层滤纸，加10ml无菌水。将载玻片放入培养皿中，保鲜膜封口，保鲜膜扎3个孔，保持培养皿内70%-80%的湿度，之后将培养皿放入培养箱中培养（spx-1000b-2，中国上海）3-4h。

microscope x s-215显微镜（视场：wf10/18，物镜：10/0.25，160）1010下观察，统计10个视野，每个样品统计200粒左右，花粉粒萌发标准为花粉管长度大于或等于花粉粒直径（图2-1 a、b），苯胺蓝染色后利用荧光显微镜（蓝光）观察花粉萌发（图2-1 c、d）。花粉萌发率（%）=萌发花粉粒数/总花粉粒数100%。花粉萌发率下降率=（培养温度xc的花粉萌发率培养温度30℃的花粉萌发率）/培养温度为30c的花粉萌发率100%。 花粉萌发率检测选在高温期。在下午17：00-19：00采摘每个品种相同果节处即将开放的花蕾，带回实验室后室温过夜。第二天上午8:00左右待花蕾自然开放散粉后将花粉培养于26℃、28℃、30℃、32℃、34℃和36℃恒温箱中3-4小时，每个温度三次重复。而后在显微镜下统计不同培养温度下花粉萌发率。南京六合区日最高温数据来源于中国天气网每日发布信息。

4. 参考文献

特色或创新之处

连续3天以上发生高于35C温度，且日最高温持续时间超过2小时可作为棉花产生高温胁迫的标准。性能指数P.I.可作为选择抗高温优良棉花品种的辅助指标。

5. 计划与进度安排

研究计划及预期进展

研究计划：在白天日最高温度35℃以上天气，天黑暗后1小时，在六合试验点选取棉花倒四叶为测量叶，每个品种9个重复，利用植物叶绿素效率分析仪（handy pea，hansatech，英国）分别测定fv/fm（最大光化学速率）、eto/cs（单位面积电子传递的量子产额）、dio/cs（单位面积的热耗散）、pi(abs)（吸收光能为基础的性能指数）等参数

预期进展如下