为研究全生育期持续干旱处理对棉花生长发育和最终产量的影响，采用盆栽法，对新陆早19号、新陆早27号和新陆早54号进行轻度和中度干旱胁迫处理，在苗期、蕾期、花铃期和吐絮期测定形态学指标、生理指标和光合作用参数，收获时调查产量构成因素。结果表明：棉花的株高和茎粗随干旱胁迫的加强而下降；活性氧含量和抗氧化酶活性在不同生育期存在较大差异，相关性分析显示，活性氧含量与抗氧化酶活性间存在显著或极显著相关性，说明抗氧化酶活性随活性氧含量有规律变化，以清除体内过多活性氧，防止活性氧伤害；棉花蕾期光合作用随干旱胁迫的加强而降低，吐絮期（除新陆早27号）则随干旱胁迫加强而升高，可能由持续干旱处理使棉花生育后期所处发育阶段不同造成；干旱胁迫降低新陆早27号和新陆早54号的单株产量和纤维长度，轻度干旱胁迫对单铃重的影响较小，甚至起促进作用；棉花花铃期有4项指标与单株产量存在显著相关性，说明花铃期可能是受环境影响最大且决定最终产量的关键时期。

MYB转录因子蛋白普遍存在于植物中，在生物和非生物胁迫中发挥着重要作用。为了探讨棉花MYB转录因子的功能，采用同源克隆技术，在棉花叶片组织中克隆GhMYBPA1基因，并对其进行生物信息学和不同逆境胁迫下的表达分析。结果表明，从中棉35中成功克隆得到1个新的MYB转录因子基因GhMYBPA1（基因登录位点为XM_016869420），cDNA全长为825 bp，开放阅读框630 bp，编码210个氨基酸；生物信息学分析结果表明，GhMYBPA1蛋白分子质量为20.183 ku，N端含有2个MYB的DNA保守结合域，属于R2R3-MYB型转录因子；氨基酸同源分析发现，GhMYBPA1蛋白与来自亚洲棉GaMYB12-like同源性较高；qRT-PCR分析结果表明，GhMYBPA1在棉花根、茎、叶、花中均有表达，花中相对表达量最高，其次是叶；逆境胁迫分析表明，在受到高盐、低温和干旱处理诱导时，GhMYBPA1基因的表达量均发生了变化，推测GhMYBPA1可能在棉花非生物胁迫过程中起重要的调控作用。研究结果可为进一步开展GhMYBPA1基因功能研究奠定理论基础。

为了研究棉花中AOP2-like(GhAOP2-like)与抗旱耐盐的相关性,根据河北省农林科学院棉花研究所遗传育种研究室前期获得的蛋白质组数据,利用同源克隆法得到了GhAOP2-like的基因序列,用生物信息学方法对GhAOP2-like蛋白的理化性质、结构、亚细胞定位等进行了分析,利用qRT-PCR技术检测了GhAOP2-like的组织特异性表达以及在干旱、盐和激素处理下的表达量变化。结果显示,GhAOP2-like位于D13染色体上,CDS序列长972 bp,编码323个氨基酸。生物信息学分析发现,GhAOP2-like蛋白的分子式为C₁₆₅₄H₂₅₂₅N₄₂₉O₄₇₈S₁₉,理论等电点为5.20,不含信号肽和跨膜结构域,定位于细胞质中。聚类分析结果显示,棉花与其他物种中的AOP序列被明显分成2组,但与木槿中AOP序列关系最近。根据qRT-PCR的结果,发现GhAOP2-like在根、茎、叶和发育中的种子中都表达,但在根中表达量最高,并且在干旱、盐、GA₃、MeJA和ABA处理下上调表达,但在MeJA处理下表达变化最强烈,说明GhAOP2-like可能通过参与茉莉酸信号通路调节根系的生长从而提高陆地棉的抗逆性。

为了挖掘可用于棉花花器官或纤维发育研究的候选基因，基于已发布的陆地棉全基因组数据，利用生物信息学的分析方法鉴定了陆地棉WOX（WUSCHEL-related homeobox，WOX）转录因子基因家族，并从染色体分布、基因及蛋白理化性质、蛋白结构、多重序列比对、系统进化树和基因表达模式等方面对该基因家族的特征进行了比较分析。结果表明，鉴定到37个陆地棉WOX转录因子家族基因，命名为GhWOX1~GhWOX37。亚基因组定位结果显示，37个陆地棉WOX转录因子家族基因分布在除了A04、A06、A09、D04、D06和D09号亚基因组以外的20个亚基因组，A亚组比D亚组多1个GhWOX转录因子家族基因。多重序列比对分析棉花WOX转录因子家族成员均具有高度保守的同源异型结构域；系统进化树分析发现棉花WOX转录因子家族可以分为3个亚家族（Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类），各亚类分别含有23，7，7个GhWOX转录因子家族基因成员。对NCBI中陆地棉的EST数据库比对分析，有11个GhWOX转录因子家族成员没有可匹配的EST序列，其他26个GhWOX转录因子家族成员在棉花的根、茎、叶、花、胚珠、纤维和种子等组织和器官中广泛表达。为深入研究棉花和其他植物中WOX家族的鉴定和功能研究奠定了基础。

扩展蛋白具有松驰细胞壁和增加细胞壁柔韧性的功能。为了弄清该基因家族在雷蒙德氏棉中的特征，利用隐马尔科夫模型（HMM）在雷蒙德氏棉基因组中进行扩展蛋白家族基因成员的鉴定，获得了39个扩展蛋白基因家族成员，分布在12条染色体上。系统发育分析将其归入EXPA、EXPB、EXLA和EXLB共4个亚家族，分别含有26，4，3，6个基因。各亚家族中扩展蛋白基因具有相对多样化的基因结构；扩展蛋白基因家族在进化中经历了3次扩张；染色体片段重复是该基因家族扩张的主要方式；扩张后纯化选择占主导地位。比较棉纤维发育不同时期及叶片、花瓣的深度测序和基因芯片表达谱，发现大部分扩展蛋白基因参与了雷蒙德氏棉纤维、叶片和花瓣的生长发育，在不同的时空范围均表现出表达多样性。GrEXLA1、GrEXLA2和GrEXPA16在花瓣中优势表达，GrEXPA23和GrEXPA24在叶片中表达水平较高，推测这些基因的表达分别参与了花瓣和叶片的发育进程；其余的基因，在纤维的不同发育阶段，表现出不同的表达丰度。研究结果有助于了解棉属扩展蛋白基因家族的特征及功能，为深入剖析棉纤维发育过程中的分子调控机理提供了基础。

为了进一步了解NF-YB基因家族结构的功能，利用生物信息学手段，系统研究了陆地棉标准系TM-1基因组中NF-YB基因家族的数目、亚细胞定位、染色体分布、进化关系、基序以及组织表达情况。结果表明：TM-1基因组中共有41个NF-YB基因家族成员，它们含有相同的CBFD_NFYB_HMF结构域，大部分定位到细胞核内；41个NF-YB基因家族成员分布在19条染色体上，其中有19组成员在A亚组和D亚组中表现为直系同源基因；进化树分为Ⅰ和Ⅱ 2个小组，每个小组成员间具有相似的基序类型和排列顺序；组织表达分析则发现，在这41个NF-YB基因家族成员中，至少有24个成员可以进行表达，且表现出一定的组织特异性。

当前在NCBI中提交的来源于陆地棉的EPSPS基因有2个,随着陆地棉基因组测序结果的公布,为在陆地棉基因组中全面鉴定EPSPS基因的存在提供了便利条件。从陆地棉异源四倍体标准系TM-1基因组数据库中共搜寻获得4个EPSPS同源基因,这4个基因分别分布在A07、A12、D07和D12亚基因组。从这4个基因的核苷酸序列、氨基酸序列和基因结构的比对,构建进化树的系统发育分析以及基因的转录情况研究来看,定位在A07和D07亚基因组的2个基因属于共线性高度同源基因,定位在A12和D12亚基因组的2个基因也是相同的情况。序列比对结果表明,已经在NCBI中提交的2个EPSPS基因分别是定位在A12和D12亚基因组上的基因,研究结果为定位在A07和D07亚基因组上EPSPS基因的克隆和功能研究提供了基础理论依据。

为研究棉花秸秆还田对土壤微生物数量及酶活性的影响，于山东农业大学棉花科研基地德州市抬头寺经济开发区试验田进行试验，设棉花秸秆还田与未还田2个处理，研究连续4年棉花秸秆还田对0~60 cm土层土壤微生物数量及酶活性的影响。结果表明：棉花秸秆还田能够显著增加0~20 cm，20~40 cm，40~60 cm土层周年土壤微生物平均总数量，分别比未还田增加了19.87%，20.07%，56.15%；其中周年土壤细菌和真菌平均数量分别比未还田增加了20.91%、26.38%（0~20），20.59%、31.18%（20~40）和56.85%、32.30%（40~60），均达显著差异水平；周年土壤放线菌平均数量分别比未还田增加了4.29%，11.62%，54.00%，其中在20~40 cm和40~60 cm土层提高效果显著。棉花秸秆还田有利于提高土壤脲酶活性，0~20 cm，20~40 cm，40~60 cm土层土壤脲酶活性分别比未还田提高4.27%，13.43%和24.03%，其中对20~40 cm全部取样时期（9月除外）和除7月外40~60 cm土层其他取样时期的提高效果达显著差异水平；秸秆还田使土壤蔗糖酶活性在0~20 cm全部取样时期，除5月外20~40 cm土层其他取样时期，除8月外40~60 cm土层其他取样时期均得到了显著提高，分别比未还田提高了27.08%，46.96%，57.59%；除7，8月外，0~20 cm土层其他取样时期土壤过氧化氢酶活性在棉花秸秆还田条件下得到了显著提高，比未还田提高了8.73%，但除5，6月20~40 cm土层外，秸秆还田对20~40 cm和40~60 cm土层土壤过氧化氢酶活性的提高效果未达显著差异水平。以上结果说明持续棉花秸秆还田有利于保持和改善土壤的生物学特性。

为了揭示棉花GhTGA1与GhTGA9.2基因的生物学功能，利用RT-PCR技术，从抗枯萎病棉花品种中棉所12号中克隆了TGA转录因子基因GhTGA1与GhTGA9.2。生物信息学分析表明，2个基因开放阅读框（ORF）长分别为1 281，1461 bp，分别编码405，486个氨基酸。序列分析表明，2个基因均含有bZIP和DOG1结构域，属于bZIP亚家族TGA转录因子基因。利用实时荧光定量（qRT-PCR）技术进行表达特征分析表明，GhTGA1基因能被枯萎病菌、乙烯（ET）、茉莉酸（JA）诱导上调表达，水杨酸（SA）诱导后，在各处理时间点，该基因表达量均低于Mock，以上结果表明，GhTGA1基因可能通过参与乙烯（ET）和茉莉酸（JA）信号通路调控棉花对枯萎病的抗性；枯萎病处理后，GhTGA9.2基因在各时间点表达量均低于Mock，呈下调表达，但能被激素（ET、JA、SA）诱导上调表达。结果表明，GhTGA9.2基因可能通过激素（ET、JA、SA）途径参与胁迫应答，通过对GhTGA1与GhTGA9.2基因表达特征分析为后续研究提供基础。

为棉花生产氮肥合理运用提供理论依据，采用水培试验法，研究了不同形态氮素配比（NH₄⁺-N/NO₃^--N分别为0/100，25/75，50/50，75/25，100/0）对农大棉601的形态特征及干物质积累的影响。结果表明，随着生育时期的进行，棉花株高、茎粗、叶面积、主根长逐渐增大；随着营养液中NH₄⁺浓度的增大，棉花株高、茎粗、叶面积、干物重均呈现先增高后降低的趋势，而主根长呈现持续增长趋势。在增铵营养处理7，14，21 d时，棉苗株高分别在NH₄⁺/NO₃^-为50/50，25/75处理下最高；在增铵营养7，14，21 d时，NH₄⁺/NO₃^-为50/50的处理棉花茎粗、叶面积最大，表明增铵营养大于50%时则明显抑制了棉苗的生长。就干物质而言，总干质量、茎干质量、叶干质量均在NH₄⁺/NO₃^-为75/25处理时达到最大，但根干质量和根冠比无显著差异，表明增铵营养对棉花干物重的促进作用主要表现在地上部，而对地下部促进作用并不明显。此外，单铵处理根冠比最大，主根长最长，表明单铵处理促进了根系的生长，说明铵态氮和硝态氮对棉花地下部和地上部器官的生长发育具有不同的调控机制，混合态氮素更利于棉苗的地上部生长。

为研究棉花NAC转录因子基因GhSNAC3启动子的结构和功能，以鲁棉研32号基因组为模板，用PCR扩增的方法得到棉花基因GhSNAC3的启动子序列，利用分析网站Plant CARE、PLACER和BDGP对启动子上存在的顺式作用元件进行了预测与分析，在此基础上利用该启动子及GhSNAC3基因构建植物表达载体，并通过烟草遗传转化进一步研究启动子的转录活性。结果表明GhSNAC3启动子除含有CAAT-box等基本顺式作用元件外，还含有茉莉酸、赤霉素和脱落酸响应元件以及大量光顺式作用元件和逆境胁迫诱导相关的顺式调控元件。采用不同胁迫处理转基因烟草并进行表达分析，结果显示GhSNAC3在盐胁迫下植株根部有高水平的表达，而在茎和叶中表达量极低，表明GhSNAC3在逆境胁迫应答过程中可能具有重要功能，其启动子是一个盐诱导型启动子，具有组织特异性。研究结果为棉花NAC信号通路研究和耐盐基因工程改良提供了理论依据。

为了深入研究棉花JAZ基因在低温响应中的作用机理，利用RT-PCR方法从陆地棉中棉所36中克隆出一个低温应答基因GhJAZ1（GenBank登录号KJ562212）。全长CDS序列为810 bp，编码270个氨基酸，预测编码蛋白质的分子量为29.808 ku，理论等电点为8.33，为非跨膜蛋白。该基因编码蛋白具有一个N端NT结构域、一个TIFY结构域和一个C端Jas结构域。系统进化树分析发现，该蛋白与可可树和黄麻的亲缘关系最近。荧光实时定量PCR分析发现，GhJAZ1基因在下胚轴和根中显著高表达。此外，该基因还受到脱落酸（ABA）和茉莉酸甲酯（MeJA）的诱导表达，表达量变化趋势均为先升高后降低，但在MeJA诱导下该基因的表达量变化更明显。在低温胁迫下，不同低温耐性棉花材料中该基因的表达量变化程度也不同，耐低温品种中棉所36中GhJAZ1基因的上调表达更为显著，推测该基因参与了棉花低温胁迫防御反应。亚细胞定位显示，GhJAZ1蛋白定位于细胞核中。该研究可为进一步开展GhJAZ1基因低温响应的分子机制研究奠定基础。

为了挖掘外源硅（Si）在盐分逆境胁迫应答中的作用，探讨外源Si对盐分逆境胁迫响应机制，以棉花品种新陆早45号为供试材料，分别对其实施不同程度的盐分逆境处理（盐分（NaCl）、硅（Si）2因素随机组合，分别为盐分（NaCl：0，100，200 mmol/L）、硅（K₂SiO₃：0，262.3 mg/L），总计6个处理），研究施用外源Si后，棉花幼苗生长、渗透调节系统、活性氧、丙二醛（MDA）含量和电解质渗出率的变化，探讨外源Si缓解盐分逆境胁迫对棉花幼苗各测量指标的抑制效应及其机制。结果发现：与对照（CK）相比，随着NaCl浓度的增加，棉花幼苗叶片鲜质量、叶片干质量、茎鲜质量、茎干质量、根干质量、根冠比、根系活力、苹果酸和柠檬酸均呈下降趋势；游离脯氨酸（Pro）、过氧化氢（H₂O₂）、丙二醛（MDA）含量、电解质渗出率和氧自由基（O₂^·）产生速率均呈上升趋势；可溶性糖（SS）和游离氨基酸含量呈先上升后下降的趋势。相同浓度盐分处理施加外源硅后，棉苗生物量及渗透调节物质含量明显增加，氧自由基产生速率、电解质渗出率、过氧化氢和丙二醛含量明显减少。综合分析表明，盐胁迫对棉花幼苗生长有抑制作用，且随盐浓度的增加，其生长受抑制和渗透胁迫程度加剧，外源硅通过提高棉花幼苗渗透调节物质积累量并降低活性氧积累，缓解盐胁迫对棉花幼苗生长的抑制作用，提高棉花幼苗抗盐性。

为研究棉花CBF2基因在植物抗逆中的作用,构建了pCAMBIA1300-AtCBF2P-GbCBF2-AtCBF2T植物互补表达载体,并对拟南芥cbf2突变体进行遗传转化。以新海16 cDNA为材料,采用PCR的方法克隆4个棉花CBF2基因,同时克隆拟南芥CBF2基因启动子AtCBF2P和终止子AtCBF2T,并将这些基因与pBluescript SK载体连接,构建pBluescript SK-AtCBF2P-GbCBF2-AtCBF2T中间过渡载体,用Sac Ⅰ和BamH Ⅰ双酶切中间载体,获得AtCBF2P-GbCBF2-AtCBF2T核心片段,将此片段插入到pCAMBIA1300表达载体中,构建pCAMBIA1300-AtCBF2P-GbCBF2-AtCBF2T植物互补表达载体。以拟南芥cbf2突变体为材料,采用农杆菌介导的方法进行遗传转化,获得转棉花CBF2基因群体。获得转基因株系后,将为筛选出棉花的CBF2抗冻负调控基因及棉花抗逆分子育种奠定基础。

为了深入研究棉花精氨酸酶基因对非生物胁迫的响应以及生理功能，利用电子克隆和RT-PCR技术从棉花中获得了精氨酸酶ORF序列GhARG1，盐渍、PEG6000胁迫及ABA、SA和MeJA处理棉花幼苗，并原核表达棉花精氨酸酶基因。生物信息学分析表明，其ORF序列长度为1 023 bp，编码340个氨基酸，具有典型的精氨酸酶保守结构域。qRT-PCR技术分析表明，在叶片中该基因转录水平上受盐渍、PEG6000胁迫及ABA、SA处理的诱导，而对MeJA下调其表达。将GhARG1完整的编码序列融合到原核表达载体pCold-TF中，经过IPTG诱导及SDS-PAGE检测表明，GhARG1编码产物的分子量约为37 ku，与预期相符。pCold-GhARG1重组菌粗酶液中精氨酸酶活性是对照菌的6倍。研究表明，棉花内源性精氨酸酶基因GhARG1可能通过ABA、SA信号途径参与棉花对盐渍和干旱胁迫的响应，且其克隆表达产物具有精氨酸酶活性，为开展其生理功能研究奠定了基础。

BES1基因是植物激素油菜素内酯信号转导过程中的重要转录因子，为了解陆地棉油菜素内酯信号基因GhBESI家族，通过对陆地棉异源四倍体标准系TM-1基因组数据库的全面分析和鉴定，获得21个GhBES1基因，这些基因分布在不同的亚基因组，有9对基因在A亚组和D亚组上存在对应关系，AD亚组对应基因序列一致性高于95%。根据进化分析，21个GhBES1基因分为4个亚家族，除了亚家族Ⅲ，其他3个亚家族在拟南芥中均有对应基因；除了亚家族Ⅳ基因和亚家族Ⅱ中GhBES1-1基因外，其他GhBES1基因均有2个外显子。亚细胞定位结果表明，21个GhBES1蛋白主要定位到细胞核、细胞质等部位，其中7对基因的蛋白亚细胞定位完全一致。GhBES1基因在根、茎、叶、顶端分生组织中均有表达，但不同亚家族基因在不同组织中的表达水平存在差异。研究结果为棉花GhBES1基因家族功能的深入研究奠定了基础。

为了探讨棉花过表达SOD基因的遗传效应，利用GenBank数据库中棉花胞质SOD基因的核酸序列，设计1对特异引物，克隆了棉花胞质Cu/Zn-SOD基因，构建了植物双元表达载体；采用农杆菌介导的子叶腋芽遗传转化新技术，获得了过量表达的转基因棉花植株。利用PCR扩增报告基因和Southern Blotting证明目标基因已经整合到棉花基因组上；转基因材料T₁种子的耐盐性发芽试验表明，在NaCl胁迫下，与对照（非转基因）相比，转基因材料主根平均长度、芽平均长度和侧根平均数量均大于阴性对照，转基因植株与阴性对照相比，转基因植株叶片的MDA含量明显降低，叶绿素总量增加，脯氨酸含量略降低，SOD活性明显提高；转基因植株荧光定量PCR扩增证实目标基因在转基因材料中呈现组成性表达。在棉花中过量表达胞质Cu/Zn-SOD基因，能增加植株SOD活性，减轻盐分胁迫造成的细胞膜质过氧化，增强植株抵御盐分胁迫的能力。

通过2年大田试验，研究优化施肥对东营滨海盐渍土棉花生长及土壤养分供应能力的影响。设不施肥、农民传统施肥、优化施肥、优化施肥+有机肥4个处理。结果表明：与农民传统施肥对比，优化施肥及优化施肥+有机肥处理有效提高了棉花产量、肥料农学利用率、偏生产力；施肥改变了土壤盐基离子组成，农民传统施肥、优化施肥、优化施肥+有机肥处理Na⁺及Cl^-所占比分别减少2.29%，3.45%，6.15%，K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-有不同程度的提高；优化施肥+有机肥处理能明显提高土壤微生物和酶活性，其中脲酶、碱性磷酸酶活性分别比传统施肥和优化施肥高7.8%~17.0%和5.0%~13.3%；施肥提高了土壤速效养分，优化施肥+有机肥处理速效P和速效K含量总体处于较高水平，而N0₃^--N、NH₄⁺-N含量总体表现为传统施肥 > 优化施肥+有机肥 > 优化施肥 > 不施肥，这说明优化施肥能有效降低土壤NO₃^--N、NH₄⁺-N含量，进而NO₃^--N、NH₄⁺-N的流失风险也随之减小。采用N、K肥基施+蕾期花期2次追施的优化施肥处理，不仅减少了肥料用量，而且提高了产量，配合施用有机肥增产效果更为显著。