高產(chǎn)雜交棉F1 與雙親的光合性能及相關(guān)基因表達(dá)比較

唐麗媛，李興河，王海濤，張素君，蔡 肖，劉存敬，張建宏

(河北省農(nóng)林科學(xué)院 棉花研究所/農(nóng)業(yè)部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/國(guó)家棉花改良中心河北分中心，河北 石家莊 050051)

棉花是重要的經(jīng)濟(jì)作物，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位［1］。在當(dāng)前棉花種植面積持續(xù)下降的形勢(shì)下［2］，充分利用雜種優(yōu)勢(shì)［3-6］育成強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交棉，可有效提高棉花產(chǎn)量。

棉鈴發(fā)育85% 以上所需能量來(lái)自棉鈴對(duì)位葉［10］，是產(chǎn)量形成的主要源器官，而光合作用是作物產(chǎn)量形成的根本來(lái)源，是所有生理進(jìn)程的基礎(chǔ)［11-12］，對(duì)植株產(chǎn)量及品質(zhì)的形成至關(guān)重要［13］，且能夠穩(wěn)定遺傳［14-15］，因此通過(guò)優(yōu)勢(shì)雜交種棉鈴對(duì)位葉的光合生理特性分析可解析其產(chǎn)量形成，但棉花上針對(duì)棉鈴對(duì)位葉進(jìn)行光合生理特性的研究還較少［16］。光合作用是受多基因和蛋白精細(xì)調(diào)控的復(fù)雜性狀，隨著分子生物學(xué)飛速發(fā)展，目前該研究不再只局限于生理指標(biāo)測(cè)定，而通過(guò)基因表達(dá)、基因組學(xué)等現(xiàn)代分子手段解釋不同作物的雜種優(yōu)勢(shì)機(jī)制［17-18］。光合機(jī)構(gòu)的形成由核質(zhì)基因共同編碼，其中核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）是決定碳同化速率的關(guān)鍵酶，也是光呼吸中不可缺少的加氧酶，由8 個(gè)大亞基和8 個(gè)小亞基組成［19］，Rubisco 小 亞 基（Rubisco smaller subunit, RbcS）由核基因組編碼，大亞基（Rubisco larger subunit,RbcL）由葉綠體基因組編碼［20］，在光合作用調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中起著重要作用，但其基因表達(dá)在棉花中的報(bào)道不多。本研究以高產(chǎn)雜交棉‘冀1518’［21］及雙親為試驗(yàn)材料，比較其棉鈴發(fā)育各時(shí)期棉鈴對(duì)位葉的光合性能指標(biāo)差異，分析光合相關(guān)基因表達(dá)特征，從光合性能層面解析雜交棉‘冀1518’獲得高產(chǎn)的生理機(jī)制，以期為今后更好的利用雜種優(yōu)勢(shì)定向創(chuàng)制新種質(zhì)、培育高產(chǎn)雜交種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以高產(chǎn)雜交棉‘冀1518’［21］及雙親為試驗(yàn)材料，母本為‘冀228’［22］，父本為‘冀567’，材料均由河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所提供。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018—2019 年在河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所石家莊小安舍試驗(yàn)站進(jìn)行，供試土壤為砂壤土，地力均勻，前茬作物為棉花。2018 年4 月25日播種，5 月14 日移栽；2019 年4 月23 日播種，5月13 日移栽。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置3 次重復(fù)，小區(qū)面積7.1 m×6 m，行距0.75 m，株距0.25 ～0.30 m，將每小區(qū)一半作為田間取樣區(qū)，一半作為調(diào)查、測(cè)產(chǎn)區(qū)。小區(qū)周圍設(shè)置保護(hù)行。田間管理同一般試驗(yàn)田管理。

1.3 取樣

本研究以棉鈴對(duì)位葉為研究對(duì)象，棉花盛花期對(duì)植株中部第6 ～8 果枝的1 ～2 果節(jié)在開(kāi)花當(dāng)天掛牌標(biāo)記［10］，分別取開(kāi)花后0DPA(Days post anthesis)、10DPA、20DPA、30DPA、40DPA 共5個(gè)時(shí)期棉鈴對(duì)位葉，每個(gè)時(shí)期取10 片，經(jīng)液氮速凍保存于- 80℃冰箱待測(cè)相關(guān)酶活性及基因表達(dá)。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 光合數(shù)據(jù)及葉綠素含量測(cè)定 對(duì)標(biāo)記的棉鈴對(duì)位葉自開(kāi)花當(dāng)日起每隔10 d 測(cè)定光合性能指標(biāo)，測(cè)定時(shí)間與取樣時(shí)間同步，0DPA ～40DPA 分5個(gè)時(shí)期完成測(cè)定。于晴天北京時(shí)間9:00—12:00 用Li6400 便攜式光合測(cè)定儀，測(cè)定各材料對(duì)應(yīng)葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr），為減小環(huán)境中自然條件不穩(wěn)定造成的誤差，使用內(nèi)置人工光源和葉室控溫裝置，并開(kāi)啟空氣干燥器，光照強(qiáng)度設(shè)置為1 200 umol/(m2·s)，葉室溫度設(shè)為30 ℃固定值［16］，當(dāng)光合速率數(shù)值在設(shè)置的光照強(qiáng)度和葉室溫度條件下穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)小區(qū)測(cè)5 片葉，取平均值；同時(shí)用日本產(chǎn)SPAD-502 型葉綠素計(jì)測(cè)定該葉片葉綠素含量，每個(gè)小區(qū)測(cè)5 片葉，取平均值。

1.4.2 水分利用效率和羧化效率 利用測(cè)定光合數(shù)據(jù)計(jì)算水分利用效率（WUE，）和羧化效率（CE），作為衡量光合特性指標(biāo)。WUE=Pn/Tr［23］；CE=Pn/Ci［24］。

1.4.3 超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶酶活及丙二醛含量測(cè)定 分別采用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司試劑盒測(cè)定超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）酶活和丙二醛（MDA）含量。

1.4.4 葉面積測(cè)定和棉鈴調(diào)查 每調(diào)查區(qū)選擇連續(xù)5 株生長(zhǎng)一致的棉株，在盛花期（7 月25 日）、結(jié)鈴盛期（8 月20 日）和吐絮期（9 月20 日）對(duì)棉株果節(jié)數(shù)、脫落數(shù)進(jìn)行調(diào)查，并測(cè)定各果節(jié)對(duì)位展開(kāi)葉最大葉面積。

1.4.5 雜種優(yōu)勢(shì)計(jì)算 應(yīng)用雜種優(yōu)勢(shì)率和超親優(yōu)勢(shì)率度量雜種優(yōu)勢(shì)程度。雜種優(yōu)勢(shì)率（中親優(yōu)勢(shì)率）=（雜交種性狀值-父母性狀本均值）/父母本性狀均值×100%［16］，＞0 為正向優(yōu)勢(shì)，＜0 為負(fù)向優(yōu)勢(shì)；超親優(yōu)勢(shì)率=（雜交種性狀值-高值親本性狀值）/高值親本性狀值×100%［25］。

1.4.6 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素測(cè)定 于吐絮期調(diào)查各小區(qū)農(nóng)藝性狀，計(jì)算單株鈴數(shù)；待棉鈴成熟自然吐絮風(fēng)干后，每小區(qū)收獲10 株進(jìn)行單株籽棉產(chǎn)量測(cè)定；收獲中部50 個(gè)棉鈴稱重后計(jì)算單鈴重；收獲測(cè)產(chǎn)區(qū)全部籽棉，經(jīng)混合取樣后考種軋花計(jì)算衣分及皮棉產(chǎn)量。

1.4.7 葉片光合相關(guān)基因表達(dá)測(cè)定 使用普洛麥格（北京）生物技術(shù)有限公司試劑盒提取不同時(shí)期葉片樣品的總RNA，利用Takara PrimeScript? RT reagent Kit 反轉(zhuǎn)錄合成第1 鏈cDNA，以第1 鏈cDNA 為 模 板 在CFX96 定 量PCR 儀（Bio-Rad，USA）上進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR（qRT-PCR）。查找光合相關(guān)基因［19,26］，使用Primer Premier 5.0設(shè)計(jì)特異引物（表1），蘇州金唯智生物科技有限公司合成引物。按照北京艾德萊生物科技有限公司2×Sybr Green qPCR Mix 推薦的反應(yīng)體系進(jìn)行PCR擴(kuò)增。每個(gè)樣品設(shè)置3 次生物學(xué)重復(fù)，以陸地棉組蛋白基因Histone3為內(nèi)參基因，采用2-△△CT法分析基因相對(duì)表達(dá)量。

表1 光合相關(guān)基因的引物Table 1 Photosynthetic genes primer sequences

1.5 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)使用Excel2010 軟件進(jìn)行處理，計(jì)算兩年均值及標(biāo)準(zhǔn)差，使用DPS15.1 對(duì)各性狀指標(biāo)進(jìn)行方差分析，以最小差數(shù)法（LSD 法）進(jìn)行多重比較，使用SigmaPlot 14.0 及R 語(yǔ)言作圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 ‘冀1518’產(chǎn)量雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)

對(duì)‘冀1518’及雙親主要產(chǎn)量性狀（表2）分析，‘冀1518’2 年產(chǎn)量性狀均表現(xiàn)出了顯著的雜種優(yōu)勢(shì)。

表2 ‘冀1518’及雙親主要產(chǎn)量性狀Table 2 Main yield traits between ‘Ji1518’ and its parents

2 年平均，‘冀1518’單株籽棉產(chǎn)量比兩親本分別高21.46%、8.64%，群體皮棉產(chǎn)量比兩親本分別高28.37%、12.42%，與父母本均呈顯著差異，表現(xiàn)出較強(qiáng)的超親優(yōu)勢(shì)；產(chǎn)量構(gòu)成因素中，‘冀1518’的平均鈴重、衣分及單株鈴數(shù)均表現(xiàn)出超親優(yōu)勢(shì)，單株鈴數(shù)（11.25%）＞衣分（2.70%）＞鈴重（1.25%），其中衣分和單株鈴數(shù)與雙親差異達(dá)顯著水平。

2.2 ‘冀1518’及雙親單株棉鈴對(duì)位葉相關(guān)性狀表現(xiàn)

對(duì)‘冀1518’及雙親單株棉鈴對(duì)位葉相關(guān)性狀（表3）分析發(fā)現(xiàn)，‘冀1518’總果節(jié)數(shù)比父本少但差異不顯著，而顯著多于母本，其所對(duì)葉面積同樣比父本小但差異不顯著，而顯著大于母本；‘冀1518’的成鈴率、單株成鈴對(duì)位葉總?cè)~面積和平均棉鈴葉面積均高于雙親，表現(xiàn)出4.92%～21.16%的超親優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明‘冀1518’在實(shí)際成鈴及有效光合產(chǎn)物生產(chǎn)方面具有超親優(yōu)勢(shì)。

表3 ‘冀1518’及雙親單株棉鈴對(duì)位葉相關(guān)性狀Table 3 Subtending leaf of cotton boll related traits per plant between ‘Ji1518’ and its parents

2.3 ‘冀1518’及親本不同時(shí)期棉鈴對(duì)位葉光合性能差異

分析‘冀1518’及親本棉鈴對(duì)葉位光合性能指標(biāo)的反應(yīng)如圖1 所示。

圖1 ‘冀1518’及親本棉鈴對(duì)葉位光合性能指標(biāo)分析Fig.1 Analysis of photosynthetic properties of subtending leaf of cotton boll between ‘Ji1518’ and its parents

Pn隨棉鈴增大呈逐漸降低趨勢(shì)，‘冀1518’Pn整個(gè)棉鈴發(fā)育階段均高于雙親，20DPA ～40 DPA與父母本差異均達(dá)到顯著水平，其中20DPA、30DPA超親優(yōu)勢(shì)率均達(dá)23.53%以上；Gs隨棉鈴發(fā)育逐漸降低，Gs在棉鈴發(fā)育前期（0DPA ～10DPA）介于母本和父本之間，自20DPA 均高于雙親，但僅在40DPA 與母本差異顯著；Ci在棉鈴整個(gè)發(fā)育階段呈單峰曲線趨勢(shì)，3 個(gè)材料均在30DPA 達(dá)到最高值，‘冀1518’在20DPA 低于雙親且與父本差異顯著，其他時(shí)期各材料間差異均不顯著；Tr在棉鈴發(fā)育階段整體呈逐漸下降趨勢(shì)，‘冀1518’在10DPA 極顯著低于雙親，而其他各時(shí)期值多介于雙親間且與雙親差異不顯著。

2.4 ‘冀1518’及親本不同時(shí)期SPAD、WUE 及CE 分析

SPAD在整個(gè)棉鈴發(fā)育階段呈逐漸下降趨勢(shì)(圖2)，‘冀1518’與雙親始終無(wú)顯著差異，雜種優(yōu)勢(shì)不明顯；WUE隨棉鈴發(fā)育未見(jiàn)明顯的一致性規(guī)律，其中‘冀1518’在10DPA ～30DPA 保持較高的水分利用率，顯著高于雙親，超親優(yōu)勢(shì)達(dá)24.25% ～42.89%，0DPA 和40DPA 與母本差異不顯著且在40DPA 低于母本；CE 整體呈下降趨勢(shì)，‘ 冀1518’ 整 個(gè) 時(shí) 期 高 于 雙 親， 表 現(xiàn) 出9.09% ～30.93%的超親優(yōu)勢(shì)，與母本在20DPA、40DPA 差 異 顯 著， 與 父 本 在0DPA ～20DPA、40DPA 差異顯著，3 個(gè)材料在30DPA 無(wú)顯著差異。

圖2 ‘冀1518’及親本棉鈴對(duì)葉位葉綠素含量(SPAD)、水分利用率(WUE)及羧化效率(CE)分析Fig.2 Analysis of SPAD, WUE and CE of subtending leaf of cotton boll between ‘Ji1518’ and its parents

2.5 ‘冀1518’及親本不同時(shí)期葉片細(xì)胞保護(hù)酶活性差異

圖3 分析表明，SOD和POD活性均呈單峰曲線，SOD活性中‘冀1518’和父本在20DPA 達(dá)到峰值，‘冀1518’高于雙親并與母本差異顯著，其他時(shí)期值均介于雙親值之間，‘ 冀1518’在10DPA ～40DPA 的 葉 片SOD活 性 表 現(xiàn) 為0.02%～12.83%的中親優(yōu)勢(shì)；3 個(gè)材料的POD活性0DPA ～20DPA 均較低，在30DPA 迅速達(dá)到峰值，‘冀1518’在各時(shí)期均高于雙親值，表現(xiàn)為16.14% ～31.34% 的 超 親 優(yōu) 勢(shì)， 在10DPA、30DPA、40DPA 與父母本均差異顯著；隨棉鈴增大，棉鈴對(duì)位葉逐漸衰老受損，‘冀1518’及其雙親MDA含量持續(xù)升高，‘冀1518’MDA含量及變化與母本相似，增長(zhǎng)速率較慢且自30DPA 以后MDA含量顯著低于父本，整個(gè)時(shí)期表現(xiàn)為-0.57%～-26.62%的負(fù)向優(yōu)勢(shì)。以上結(jié)果表明，‘冀1518’為棉鈴發(fā)育提供主要營(yíng)養(yǎng)的對(duì)位葉，在棉鈴發(fā)育階段尤其是中后期（30DPA ～40DPA），葉片細(xì)胞保護(hù)酶生理活性高而細(xì)胞損傷慢，因此葉功能期較雙親延長(zhǎng)。

圖3 ‘冀1518’及親本棉鈴對(duì)葉位超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）和丙二醛（MDA）分析Fig.3 Analysis of SOD, POD and MDA of subtending leaf of cotton boll between ‘Ji1518’ and its parents

2.6 ‘冀1518’及親本光合生理性能相關(guān)指標(biāo)的相關(guān)性分析

對(duì)各時(shí)期棉鈴對(duì)位葉光合生理性能相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析，結(jié)果如圖4 所示，‘冀1518’與雙親的各項(xiàng)指標(biāo)間相關(guān)性及其顯著程度大致相同，Pn與Gs、Tr、SPAD、CE均呈極顯著正相關(guān)，在一定范圍內(nèi)各指標(biāo)變化一致，而與MDA、SOD、POD均呈顯著以上水平負(fù)相關(guān)，說(shuō)明隨光合速率降低，葉片走向衰老，細(xì)胞保護(hù)酶開(kāi)始活躍并發(fā)揮作用；Gs與Tr、SPAD、CE均呈極顯著正相關(guān)；Tr與SPAD、CE均呈極顯著正相關(guān)，與WUE呈顯著負(fù)相關(guān)；SPAD與CE呈極顯著正相關(guān)。不同的是‘冀1518’的Ci與Tr、CE顯著負(fù)相關(guān)，Ci與WUE、WUE與SOD極顯著正相關(guān)，而在親本中相關(guān)性均不顯著；‘冀1518’的SOD與POD正相關(guān)未達(dá)顯著水平，而在親本中極顯著正相關(guān)。

圖4 ‘冀1518’與雙親棉鈴對(duì)位葉光合生理性能指標(biāo)的相關(guān)性分析Fig.4 Correlation analysis of photosynthetic physiological properties of subtending leaf of cotton boll of ‘Ji1518’ and its parents

2.7 ‘冀1518’棉鈴對(duì)位葉光合生理性能雜種優(yōu)勢(shì)分析

‘冀1518’棉鈴對(duì)位葉光合生理性能各項(xiàng)指標(biāo)的雜種優(yōu)勢(shì)率和超親優(yōu)勢(shì)率統(tǒng)計(jì)表明（圖5），Pn，CE和POD在棉鈴發(fā)育的各個(gè)時(shí)期均具有較強(qiáng)的超親的雜種優(yōu)勢(shì)；Gs，WUE各時(shí)期為正 向 優(yōu) 勢(shì)， 且Gs在20DPA ～40DPA、WUE在10DPA ～30DPA 為 超 親 優(yōu) 勢(shì)；Ci在40DPA 前 均表現(xiàn)為負(fù)向優(yōu)勢(shì)，40DPA 是轉(zhuǎn)為超親優(yōu)勢(shì)；MDA在開(kāi)花當(dāng)日表現(xiàn)為正向優(yōu)勢(shì)，之后整個(gè)時(shí)期表現(xiàn)為負(fù)向優(yōu)勢(shì)；SOD與MDA相反，在開(kāi)花當(dāng)日表現(xiàn)為負(fù)向優(yōu)勢(shì)，之后各時(shí)期均表現(xiàn)為正向優(yōu)勢(shì)，并在20DPA ～30DPA 表現(xiàn)出較低的超親優(yōu)勢(shì)；Tr在10DPA 時(shí)負(fù)向優(yōu)勢(shì)，其余時(shí)期為正向優(yōu)勢(shì)；SPAD在10DPA 和30DPA 時(shí)表現(xiàn)為負(fù)向優(yōu)勢(shì)，其余時(shí)期為正向優(yōu)勢(shì)，但超親優(yōu)勢(shì)不明顯。可見(jiàn)，‘冀1518’棉鈴對(duì)位葉的雜種優(yōu)勢(shì)隨棉鈴開(kāi)始就已體現(xiàn)，并隨棉鈴發(fā)育進(jìn)程推進(jìn)而更加顯著，尤其Pn，CE、POD和WUE的雜種優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)最為明顯。

圖5 ‘冀1518’棉鈴對(duì)位葉光合生理性能的雜種優(yōu)勢(shì)分析Fig.5 Heterosis analysis of photosynthetic physiological properties of subtending leaf of cotton boll in ‘Ji1518’

2.8 棉鈴對(duì)位葉光合相關(guān)基因表達(dá)分析

本研究選取陸地棉中Rubisco 的大、小亞基各1 個(gè)基因及活化酶（Rubisco activase, RCA）基因進(jìn)行表達(dá)量測(cè)定。圖6 隨著棉鈴對(duì)位葉衰老，‘冀1518’與雙親的RbcL基因表達(dá)迅速下調(diào)，至30DPA ～40DPA 表 達(dá) 量 均 極 低，0DPA ～20DPA棉鈴對(duì)位葉各時(shí)期在‘冀1518’中表達(dá)量顯著高于雙親；‘冀1518’與雙親的RbcS基因表達(dá)量均呈緩慢下降趨勢(shì)，其中在‘冀1518’與母本中表達(dá)量?jī)H在10DPA、40DPA 差異顯著，而在各時(shí)期與父本均差異顯著； RCA 基因在‘冀1518’和母本中先上調(diào)表達(dá)，在20DPA 達(dá)到峰值后下降，父本則呈現(xiàn)持續(xù)下調(diào)的趨勢(shì)，在‘冀1518’中的表達(dá)量在0DPA ～20DPA 未表現(xiàn)優(yōu)勢(shì)表達(dá)，在中后期30DPA ～40DPA 則超親表達(dá)。

圖6 ‘冀1518’及親本棉鈴對(duì)葉位光合相關(guān)基因表達(dá)分析Fig.6 Relative expression analysis of photosynthetic genes of subtending leaf of cotton boll between ‘Ji1518’ and its parents

3 討論與結(jié)論

較大的葉片光合面積為作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供基礎(chǔ)［13］，并主要影響對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)最大的鈴數(shù)、鈴重等［27］。本研究‘冀1518’產(chǎn)量構(gòu)成各因素中平均鈴重、衣分及單株鈴數(shù)均表現(xiàn)出超親優(yōu)勢(shì)，單株鈴數(shù)＞衣分＞鈴重；‘冀1518’單株總果節(jié)數(shù)和葉面積表現(xiàn)雜種優(yōu)勢(shì)但均較父本低而顯著高于母本，說(shuō)明‘冀1518’和父本均具有較強(qiáng)成鈴潛力；‘冀1518’在實(shí)際成鈴率和有效成鈴對(duì)位葉葉面積均表現(xiàn)了明顯的超親優(yōu)勢(shì)，并最終獲得超親優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)量，說(shuō)明提高有效果節(jié)數(shù)和有效葉面積，更有利于棉株群體產(chǎn)量發(fā)展，是棉花取得高產(chǎn)的重要因素，這與前人研究結(jié)果一致［28-29］。棉鈴對(duì)位葉是棉鈴發(fā)育的主要源器官，對(duì)棉鈴發(fā)育貢獻(xiàn)最大，其生理代謝狀況直接影響棉鈴生物量的積累［10］。本研究‘冀1518’棉鈴對(duì)位葉在主要發(fā)現(xiàn)光合指標(biāo)中表現(xiàn)出顯著雜種優(yōu)勢(shì)，具有更強(qiáng)的光合能力，整個(gè)時(shí)期尤其是中后期表現(xiàn)出高凈光合速率、低胞間CO2濃度、高氣孔導(dǎo)度、高羧化效率和高水分利用率。研究與Dong 等［30］的研究結(jié)果一致，高光合能力的雜交種在產(chǎn)量上較雙親常規(guī)種表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。

進(jìn)一步探索高產(chǎn)雜交棉F1具有高光合能力的原因，發(fā)現(xiàn)隨棉鈴開(kāi)始發(fā)育，雖然基因RbcL、RbcS隨棉鈴對(duì)位葉衰老均下調(diào)表達(dá)，但‘冀1518’中基因RbcL在各時(shí)期表達(dá)量均表現(xiàn)出超親優(yōu)勢(shì)，RbcS呈超親優(yōu)勢(shì)或正向優(yōu)勢(shì)，RCA在30DPA ～40DPA表現(xiàn)出超親優(yōu)勢(shì)。復(fù)雜的光合基因網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的同時(shí)，葉片激發(fā)細(xì)胞保護(hù)酶活性從而減緩細(xì)胞衰老損傷速率，‘冀1518’棉鈴對(duì)位葉SOD和POD活性自10DPA 后均表現(xiàn)出雜種優(yōu)勢(shì)，尤其POD活性整個(gè)時(shí)期具有超親優(yōu)勢(shì)，有效的抑制了MDA的增長(zhǎng)。

但與葛勇等［16］研究認(rèn)為葉綠素含量表現(xiàn)明顯的雜種優(yōu)勢(shì)以維持高效率的光合作用結(jié)果不同，本研究中‘冀1518’葉綠素含量在整個(gè)時(shí)期與雙親差異不顯著，并未表現(xiàn)或只在某些時(shí)期表現(xiàn)微弱的雜種優(yōu)勢(shì)，在‘冀1518’棉鈴光合生產(chǎn)效率顯著的雜種優(yōu)勢(shì)中未起到關(guān)鍵作用，這可能是由于‘冀1518’雙親自身葉功能均較好，雖然葉綠素與光合速率呈極顯著正相關(guān)，但這一性狀在本研究材料中所起到的雜種優(yōu)勢(shì)作用不顯著。因此，‘冀1518’在雜合基因調(diào)控下，具有較大的葉片光合面積，棉鈴對(duì)位葉通過(guò)Rubisco 和Rubisco 活化酶等光合相關(guān)基因的表達(dá)保持較高活力，使棉鈴對(duì)位葉光合能力強(qiáng)，同時(shí)細(xì)胞保護(hù)酶的雜種優(yōu)勢(shì)延緩葉片衰老，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)快，光合產(chǎn)物積累多，為棉鈴提供豐富的養(yǎng)分。這是‘冀1518’表現(xiàn)出產(chǎn)量雜種優(yōu)勢(shì)的主要原因。本研究為進(jìn)一步探索雜種優(yōu)勢(shì)機(jī)理提供依據(jù)，為后續(xù)利用雜種優(yōu)勢(shì)培育高產(chǎn)雜交棉品種提供參考。