棉花（Gossypium spp.）不仅是天然的纤维来源,也是重要的粮食作物。棉籽中含有高质量的油和蛋白质,但因同时含有对人和单胃动物有毒害作用的棉酚毒素,其综合利用受到很大程度的限制。比克氏棉（G.bickii,G₁G₁）、澳洲棉（G.australe,G₂G₂）、纳尔逊氏棉（G.nelsonii,G₃G₃）等原产于澳洲的野生二倍体棉种具有一种特殊的子叶色素腺体延缓形成性状,即在休眠种子中无色素腺体,随着种子萌发逐渐形成色素腺体并合成棉酚。这一性状的存在使得棉籽中的油脂和蛋白质能够被充分利用,同时也保留了植株的天然抗虫性状,为实现棉籽综合开发利用、提高植棉效益提供了全新思路。但野生二倍体棉种与四倍体栽培棉种的染色体组亲缘关系较远,杂种育性低,选育难度较大。有学者指出,可将野生二倍体棉种与二倍体栽培种杂交多倍化后获得的异源四倍体作为中间种质材料,实现子叶色素腺体延缓形成这一宝贵性状的转育与利用。本研究将A染色体组的草棉（G.herbaceum,A₁A₁）与G染色体组的澳洲棉杂交,通过秋水仙素诱导处理进行染色体加倍,成功创制了[A₁A₁G₂G₂]异源四倍体种质。对该异源四倍体进行形态学观察、细胞学鉴定及花粉活力测定以明确杂种的真实性及其作为育种中间材料的可行性。同时研究其色素腺体形成与棉酚合成的特点及相关基因的表达情况,并与亚洲棉（G.arboreum,A₂A₂）与比克氏棉杂交成的[A₂A₂G₁G₁]异源四倍体作对比分析,以探究子叶色素腺体延缓形成这一特殊性状的遗传机制和分子机理。主要研究结果如下:（1）通过远缘杂交及染色体加倍技术成功创制了[A1A1G2G2]异源四倍体种质。2012年,以红星草棉为母本与澳洲棉杂交,收获4粒种子,其中3粒正常发芽,最终成活2株,成活的两株F₁植株高度不育。随后用不同浓度的秋水仙碱溶液处理,最终于2016年加倍成功,获得[A₁A₁G₂G₂]异源四倍体种质。（2）对[A₁A₁G₂G₂]异源四倍体进行形态学观察。观察发现,异源四倍体材料在杂交和多倍化后性状发生明显变化,半数性状表现为双亲的中间形态。减数分裂观察结果表明,二倍体杂种的染色体多以单价体的形式存在,说明两个亲本染色体亲缘关系远、同源性差,是杂种F₁不育的主要原因。染色体加倍后花粉母细胞减数分裂正常,染色体大量联会成二价体,形成正常四分孢子。花粉形态观察及染色鉴定结果亦表明,异源四倍体的花粉活力较高,育性得到恢复。（3）对[A₁A₁G₂G₂]异源四倍体进行色素腺体密度与大小统计。结果表明,[A₁A₁G₂G₂]异源四倍体的休眠种子及成熟植株各主要器官表面遍布色素腺体,是典型的有色素腺体棉,而[A₂A₂G₁G₁]异源四倍体的成熟种子表面观察不到色素腺体,当种子吸胀萌发24 h时才逐渐形成肉眼可见的色素腺体。组织切片结果显示,[A₁A₁G₂G₂]异源四倍体的休眠种子中存在成熟的色素腺体腔结构,而[A₂A₂G₁G₁]异源四倍体的休眠种子中则只有色素腺体原结构,当种子萌发至20 h时才形成色素腺体腔。以上结果表明,新创制的[A₁A₁G₂G₂]异源四倍体材料没有保留子叶色素腺体延缓形成性状,说明这一特殊色素腺体发育模式的遗传机制因供体不同而不同。（4）对[A1A1G2G2]异源四倍体种子萌发过程中及成熟植株各主要器官中的棉酚含量进行测定。结果表明,[A₁A₁G₂G₂]异源四倍体是典型的有酚类型,在其休眠种子、萌发不同时间的种子及各主要器官中均可检测到棉酚。而[A₂A₂G₁G₁]异源四倍体则为典型的种子低酚、植株有酚品种。以上研究结果进一步表明,[A₁A₁G₂G₂]异源四倍体未保留子叶色素腺体延缓形成性状,其休眠种子及成熟植株均为有色素腺体类型且含有棉酚。同时[A₂A₂G₁G₁]异源四倍体因保留了特殊的色素腺体发育模式,子叶中棉酚的动态积累与低酚棉品种类似,在休眠种子中因无色素腺体而导致棉酚无法积累。（5）对[A₁A₁G₂G₂]异源四倍体种子萌发过程中色素腺体形成与棉酚合成相关基因的表达谱进行分析。结果表明,在[A₁A₁G₂G₂]异源四倍体中,色素腺体形成基因GoPGF的表达模式与草棉一致,萌发0 h和4 h时相对表达量较高。而在[A₂A₂G₁G₁]异源四倍体的休眠种子中,该色素腺体形成基因的表达水平很低,接近于父本比克氏棉。随着种子萌发,表达水平逐渐上升。棉酚合成相关基因的定量结果表明,[A₁A₁G₂G₂]异源四倍体的种子萌发至24 h时棉酚合成相关基因大量表达,而[A₂A₂G₁G₁]异源四倍体的休眠种子及萌发4 h的种子中各基因的表达量非常高,两者表达情况差异较大。