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为解决 Bt 棉花早衰影响产量和品质的问题，研究人员开展了 Bt 棉花早衰机制及控制措施的研究。结果表明早衰由源库、根冠生理失衡等导致，可通过遗传育种和农艺措施缓解。该研究为转基因作物可持续应用提供了有价值的见解。
Bt 棉花自 1997 年商业化种植以来，在我国的种植面积不断扩大，到 2018 年已覆盖 95% 的棉花种植区域。这本是棉花种植领域的一大喜事，可部分 Bt 棉花品种却出现了早衰现象，就像人未老先衰一样，这一问题给棉花的纤维产量和品质带来了极大挑战，产量损失可达 10% - 30%。早期，人们认为这是 Bt 基因捣的鬼，但后续研究发现并非如此。为了弄清楚 Bt 棉花早衰的真正原因，并找到有效的解决办法，山东省农业科学院的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Journal of Cotton Research》上。
研究人员采用了多种研究方法。在遗传育种研究中，运用杂交试验和基因编辑技术，如通过将 Bt 棉花与非 Bt 棉花杂交利用杂种优势，以及借助 CRISPR/Cas9 等技术对相关基因进行编辑 。在农艺措施研究方面，通过设置不同施肥处理、调整播种时间和种植密度、开展去除早期果枝等田间试验，探究其对棉花早衰的影响。
研究结果如下：
- Bt 棉花早衰的机制：最初，人们认为 Bt 基因表达的毒素会影响棉花的营养吸收和生长，还觉得 Bt 棉花对缺钾特别敏感，可后来发现 Bt 棉花在钾利用方面和非 Bt 棉花并没有明显差异。实际上，导致 Bt 棉花早衰的关键因素是源库关系失衡和根冠分配失调。Bt 棉花结铃多，对同化物的需求大，但大量的棉铃会减少光合产物向根部的分配，影响根系发育，使得源库关系变得不合理。而且，棉铃过多还会破坏根冠关系，限制根系生长和养分吸收，最终引发早衰。
- 影响 Bt 棉花早衰的因素：
- 遗传因素：一些 Bt 棉花品种由于自身特定的遗传组成和生理反应，更容易出现早衰。比如，某些基因型的棉花根系活力较弱，养分转运效率低，在压力环境下就更容易衰老。
- 环境因素：干旱、高温、养分失衡（尤其是缺钾）等环境压力，会干扰棉花的正常生理过程，加速其衰老。同时，植物体内的激素平衡也很重要，像乙烯和脱落酸会促进衰老，而细胞分裂素则能延缓衰老。
- 栽培管理因素：施肥不合理、种植密度过低、作物管理不到位等栽培措施，也会影响 Bt 棉花早衰的发生和严重程度。比如，过量施氮会导致营养生长过旺，影响生殖发育；钾肥不足会加剧养分失衡，加速棉花衰老。
- 应对 Bt 棉花早衰的策略：
- 遗传育种策略：利用杂种优势，将 Bt 棉花与具有良好源库关系的非 Bt 棉花杂交，培育出的 F1代杂交种具有更强的抗早衰能力和更高的产量。虽然由于制种劳动力需求大，杂交种后来逐渐被类似性状的自交种取代，但杂种优势利用仍是增强 Bt 棉花抗逆性和产量潜力的有效方法。借助基因编辑技术，从野生棉花或相关植物中引入抗早衰的优良基因，能培育出具有更强抗虫性和延迟衰老特性的新品种。例如，将 IPT 基因转入易早衰的陆地棉品种，可延迟衰老，提高皮棉产量和纤维品质；编辑乙烯合成或信号传导相关基因，能有效延缓棉花叶片和植株的衰老。
- 农艺措施策略：合理施肥，平衡氮、磷、钾和微量元素的施用，多施有机肥，有助于改善土壤肥力，促进根系发育，延缓棉花衰老。及时打顶和去除早期果枝，可以调节棉花的生长，优化源库关系，防止早衰，但要注意保留一定数量的营养枝，以增强棉花的抗早衰能力。调整播种日期，适当延迟播种并增加种植密度，能使棉花生长阶段更协调，提高光合效率，减少早衰的发生。深耕和秸秆还田可以改善土壤结构，增强土壤保水保肥能力，为根系生长创造良好环境，从而提高棉花的抗逆性，延缓衰老。
研究结论表明，Bt 棉花早衰是一个受遗传、生理和环境等多种因素影响的复杂问题。源库关系失衡和根冠动态变化异常是导致早衰的主要原因。通过合理的农艺措施，如科学施肥、适时打顶、调整播种时间和种植密度、加强土壤管理等，以及遗传育种手段，如杂种优势利用和基因编辑，可以有效缓解 Bt 棉花早衰问题。这一研究为提高 Bt 棉花的抗逆性和生产力提供了全面的解决思路，对 Bt 棉花及其他转基因作物的可持续发展具有重要意义，为农业生产中更好地利用转基因技术提供了理论依据和实践指导。
