高温逆境对陆地棉雄性生殖系统的影响

气温变化对农业生产的影响重大。长江流域持续高温天气出现在7月中旬至8月中旬，而此间棉花正处于开花和座铃的高峰期，容易遭受高温逆境胁迫，对棉花的正常生理生长产生不利影响。棉花花期遭受高温逆境胁迫时，不少品种大面积座铃率降低，产量减少，损失严重。尽管一些其它的措施在一定程度上减轻了高温的影响，但是筛选棉花耐高温新种质，选育耐高温新品种，是目前稳定棉花产量的重要措施。
　　 首先筛选出简便有效检测花粉活力的方法。以杂交种南抗3号的父本南农R101为材料，利用人工气候室，设置30℃/24℃（日温/夜温）和40℃/34℃（日温/夜温）两个温度，连续3天处理棉花初花期的植株，分别利用花粉原位萌发法、离体萌发法、联苯胺-甲萘酚染色法、I2-KI染色法等4种方法检测高温胁迫处理后的棉花花粉活力。花粉原位萌发法、离体萌发法、联苯胺-甲萘酚染色法、I2-KI染色法等4种方法均能有效测定30℃/24℃处理的花粉的活力，测定的花粉活力均在80％以上。与离体萌发法相比，联苯胺-甲萘酚染色法、I2-KI染色法测定经过高温胁迫处理后的花粉活力值偏高。花粉原位萌发法能最真实、自然反映花粉在柱头上的萌发情况，但是不能统计花粉萌发率。花粉离体萌发法简便、有效，最适用于检测经过高温胁迫处理后的花粉活力。
　　 利用人工气候室，模拟高温逆境，整体处理棉花植株，通过38天连续检测花粉活力，比较杂交棉南抗3号父母亲本与杂种一代之间的耐高温性差异，发现杂种一代和其母本亲本的耐高温性明显高于父本，这也表明杂种一代的耐高温性存在明显优势，为以后利用杂种优势来培育耐高温棉花品种提供依据，以及选择合适的杂交组合亲本对抗逆性杂种优势育种至关重要。
　　 通过石蜡切片技术，对小孢子发育过程遭遇高温逆境后，细胞学结构发生的变化进行了观察。结果表明，小孢子发育过程中，有两个时期对极端高温逆境敏感，一个是孢原细胞期至小孢子释放早期，另一个阶段是单核晚期至双核早期。小孢子发育的各个时期遭受高温逆境后，小孢子的细胞学结构发生了异常变化，结果表明，花粉母细胞减数分裂过程和小孢子的有丝分裂过程遭遇高温逆境后，分裂过程不正常，甚至停滞。绒毡层遭遇高温逆境后发生的异常变化，主要包括绒毡层细胞之间排列疏松，提前降解。四分小孢子和单核早期小孢子外形凹陷。这些细胞学结构上的异常改变导致成熟花粉功能的改变，没有活力。
　　 通过实验室模拟高温逆境与田间调查花粉活力和花器官性状相结合的手段，对11个品种进行了耐高温品种筛选，结果表明，泗棉4号、湘杂棉3号父本、05C3对高温的耐受性较其它的品种高。苏棉22、抗除草剂、苏新棉06-1三个品种表现出对高温逆境极度敏感。最终发现，品种之间对高温耐受性的不同，不仅表现在花粉活力上，还表现在柱头长度/雄蕊群长度、花丝长度以及花药开裂程度。田间遭遇高温天气后，与感高温品种相比，耐高温品种表现出花粉活力高、花柱伸长短、花丝伸长长、花药大多数开裂等性状。通过石蜡切片技术研究花药的结构，观察结果表明，不开裂花药中的花粉粒缺少内容物，花药壁加厚，开裂花药中的花粉粒内容物充实，花药壁比不开裂花药的花药壁薄。这些结果也成为耐高温品种的筛选依据。