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【目的】棉花营养液漂浮育苗是一种新型的育苗技术,但棉花根系对水生环境的适应机理尚不清楚。作者从根系的结构、蛋白质组学以及关键基因表达等方面研究棉花根系的适应机理。【方法】以基质育苗为对照,用透射电镜和光学显微镜观察营养液漂浮育苗不同苗期棉苗主根尖的超微与显微结构,以蛋白质双向电泳技术分析营养液漂浮育苗3叶1心期棉苗水生根的蛋白质差异,并用实时荧光定量PCR技术进行营养液漂浮育苗不同苗期棉苗水生根以及3叶1心期棉苗不同部位关键基因即乙醇脱氢酶基因与烯醇酶基因的表达验证。【结果】营养液漂浮育苗棉苗主根中各个时期均出现了通气组织。漂浮育苗的皮层薄壁细胞体积较小。漂浮育苗棉苗主根的韧皮部生长基本正常,而木质部生长出现弱化,其导管直径明显比对照小,导管占中柱的比例也比对照小。1叶1心期,漂浮育苗棉苗主根尖细胞中出现酚类物质。2叶1心期,漂浮育苗的主根尖皮层细胞之间存在明显的细胞间隙。3叶1心期,漂浮育苗的主根尖中出现淀粉粒。4叶1心期,漂浮育苗棉苗的主根尖中出现含晶细胞,同时,细胞中出现明显的质壁分离现象。分析漂浮育苗条件下3叶1心期棉苗的水生根与对照根系蛋白质双向电泳的结果,总计28个差异蛋白被鉴定出来,28个差异蛋白包括20个非冗余蛋白。对这些蛋白进行功能分类,主要涉及新陈代谢、细胞结构、细胞防卫、能量代谢、蛋白质合成、细胞生长等,涉及的主要代谢途径为:糖酵解、乙醇发酵、三羧酸循环等途径。营养液漂浮育苗棉苗水生根中的乙醇脱氢酶2a基因从2叶1心期至5叶1心期与对照相比均有显著差异。水生根中1叶1心期至4叶1心期相对表达量呈上升趋势,4叶1心期至5叶1心期呈急剧下降趋势,在3叶1心期漂浮育苗棉苗水生根中的乙醇脱氢酶2a基因相对表达量与漂浮棉苗茎、叶相比有显著差异。营养液漂浮育苗棉苗水生根中的烯醇酶基因从1叶1心期至4叶1心期的相对表达量比对照均有显著差异,其相对表达量从1叶1心期至5叶1心期呈逐渐下降的趋势,在3叶1心期漂浮育苗棉苗水生根中的烯醇酶基因相对表达量与漂浮棉苗茎、叶相比有显著差异。【结论】在营养液漂浮育苗环境下,棉苗水生根通过根系结构及基因表达的变化来适应水生环境,是棉花对水生环境适应机理。