CRISPR/Cas9编辑MeHNL基因创制低生氰糖苷木薯

【目的】木薯(Manihot esculenta Crantz)中含有潜在毒性的生氰糖苷,其食用安全性受到影响且导致加工成本增加。因此,利用生物技术开展低生氰糖苷木薯的培育具有重要意义。【方法】利用CRISPR/Cas9技术对木薯醇氰酶基因MeHNL进行了编辑。该基因编码催化生氰糖苷分解的α-羟基腈裂解酶,编辑靶点位于第1个外显子上,通过农杆菌介导的稳定转化获得了27株阳性植株。【结果】测序分析显示,其中26个株系被编辑,编辑效率高达96.3%。编辑类型主要包括碱基的插入和缺失,少数为碱基替换和大片段缺失。氰化物检测试剂盒染色和HPLC测定分析表明,编辑株系中的氢氰酸和生氰糖苷含量均显著降低。与非编辑植株相比,编辑植株的叶片细长,暗示了MeHNL可能对木薯的生长发育产生影响。【结论】利用CRISPR/Cas9技术获得了低氰化物的木薯种质,为开展生氰糖苷代谢影响木薯生长发育的研究提供了材料。

华南6号木薯的选育

华南6号木薯(ManihotesculentaCrantz.cv.M.SC6)是从OMR33-10品系自然杂交种F1无性系后代中选育而成的。其块根产量约35000kg/hm2,比现推广品种华南205增产50%,比华南201增产48%;块根干物率为40.5%,淀粉质量分数为32.4%,分别比华南205高2.5%和2.3%。

木薯饲用型品种的筛选

通过正交试验法，对现有的木薯优良品系进行对比，以筛选出适宜于刈割的饲用型新品种以及对应的配套栽培技术。试验结果表明：木薯新品系ＺＭ９０３６和ＺＭ８６３９在块根产量、茎叶产量、茎叶粗蛋白产量以及抗风能力等主要特性方面均相当或超过对照种华南２０５，可进一步示范推广。植后４－８个月对植株进行刈割则对块根产量造成较大的影响，在这段时间里摘顶时间越早对块根产量的影响越大。但通过刈割可大大提高木薯嫩茎叶和粗蛋白的产量，同时可大大增强植株的抗风能力。

国内外木薯科研发展概况

综合介绍了国内外木薯的生产和科研发展情况

木薯种质花期观察和亲和力的初步研究

主要概述了我国木薯种质的开花习性，同时对不同时段授粉的稔实率，不同种质作为亲本的稔实率进行了统计分析。结果表明．在１２：３０～５：３０的时间范围内进行杂交授粉均获得正常的结实率；不同种质作为父本．它们的广义亲和力均无明显差异．也就是说不同的种质正常的花粉均具有广泛的亲和性；不同的种质作为母本．其稔实率呈极显著差异．从而说明了它们的广义亲和力有很大的差异．其中稔实率最高的种质是文昌红心．其次为ＳＭ６１０－２和ＣＭ４０４Ｏ－１．稔实率均达４０％以上．是理想的母本材料。

木薯新品种华南124的主要特点及其繁殖推广的方法和途径

本文介绍木薯新品种华南124的主要特点,通过该品种在我国木薯主产区的试种推广情况,探讨其加速繁殖和进一步推广的方法和途径,提出一些建议和看法。

超声波辅助提取木薯皮活性物质工艺

木薯皮乙醇提取物同时具有抗乙酰胆碱酯酶(AChE)和抗丁酰胆碱酯酶(BuChE)的活性,为了能充分提取和利用其抗胆碱酯酶活性物质,研究了超声波提取木薯皮活性物质的工艺。通过单因素试验和Box-Behnken Design法设计的响应面优化试验确定了超声波辅助乙醇提取木薯皮中抗胆碱酯酶活性物质的最优工艺条件,并比较了超声波提取与传统溶剂浸提的提取效果。试验结果表明:超声波辅助乙醇提取木薯皮中抗胆碱酯酶活性物质的最优工艺条件为:乙醇体积分数为95%,超声波功率550W,提取时间90min,提取温度60℃,液料比12mL/g,在此工艺条件下,木薯皮活性物质的平均得率为8.97%,质量浓度为0.5mg/mL时的AChE抑制率为54.62%,BuChE抑制率为45.7%;影响木薯皮活性物质得率的4个主要因素的显著程度排列顺序为:超声波提取功率>提取温度>提取时间>液料比;与传统溶剂浸提法相比,超声波提取法具有提取速度快,得率高,提取物活性好,溶剂用量少等明显优势。

长期施肥对木薯农艺性状、鲜薯产量和淀粉质量分数的影响

1992-2003年12 a间,对2个木薯品种(华南205和华南124),进行氮、磷、钾和火烧土等4种肥料各4个不同施肥水平组成共16个施肥配方的试验,研究了长期施肥对木薯农艺性状、鲜薯产量和淀粉质量分数的影响.结果表明:淀粉质量分数与收获指数呈显著正相关,鲜薯产量与株高、茎径及单株结薯数呈极显著正相关,单株结薯数与株高、茎径呈极显著正相关,株高与茎径呈极显著正相关.并列出它们的相关回归方程.推荐木薯最佳N,P2O5,K2O的施肥质量配比为2～4∶1∶2～4,其中,N,P2O5,K2O的施肥质量配比在连作初期以2∶1∶2为佳,而连作后期则以逐渐过度为4∶1∶4为佳.

华南8号木薯及其四倍体诱导株系叶片蛋白质组及叶绿素荧光差异分析

【目的】通过对华南8号木薯及其四倍体诱导株系叶片差异蛋白质及叶绿素荧光参数的分析,在蛋白质水平上揭示两者叶片存在的差异以及其与光合效率间的关系。【方法】通过木薯嫩叶、根尖染色体压片及流式细胞观察对华南8号四倍体诱导株系进行鉴定,采用双向电泳技术分离叶片蛋白质,Delta 2D软件分析差异蛋白质并通过质谱技术鉴定,利用Western blot技术对部分差异蛋白质进行验证;采用95%乙醇直接提取法测定叶绿素含量,并用Imaging-Pam测定叶绿素荧光动力学参数。【结果】染色体压片及流式细胞结果均显示,诱导得到SC8多倍体株系为四倍体株系;得到的13个差异蛋白质点中上调表达12个,下调表达1个;经质谱技术成功鉴定到12个,其功能涉及碳代谢及能量代谢、光合作用、抗氧化、蛋白质代谢调控等;1个下调表达的蛋白质未得到成功匹配,其中参与光合作用的蛋白质占46.2%;四倍体株系叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素均显著升高;叶绿素荧光参数,包括Fo、ΦPSII、qP、NPQ和ETR均显著升高;【结论】参与碳代谢及能量代谢、光合作用等途径相关蛋白质表达水平的上调;叶绿素含量及叶绿素荧光参数的升高;表明四倍体株系叶片PSII反应中心捕光能力强、光化学转化效率高,从而提高了叶片的光合速率。

利用SRAP标记构建18个木薯品种的DNA指纹图谱

利用SRAP标记,选用36对多态性较好的引物组合,对18个木薯品种进行分析鉴定,扩增出320个位点,其中多态性位点235个,多态性比率达73.4%,平均每对引物组合可产生8.9个位点和6.5个多态性位点;235个多态性位点采用非加权组平均法(UPGMA)进行聚类分析,以遗传相似系数0.734为阈值,可将18份供试材料分为4组;选用2对多态性引物Me1-Em5和Me24-Em10,初步构建了18份木薯品种的指纹图谱,根据条带的有无转换为0、1二进制编码形成数字指纹,每个品种拥有唯一的数字指纹区别于其他品种,置信概率达到99.999%。结果表明,采用SRAP标记建立的指纹图谱适用于木薯品种的分类和鉴定。

木薯皮总香豆素活性物质超声波提取工艺优化

为了能充分提取和利用木薯皮香豆素活性物质,研究了超声波提取木薯皮总香豆素的工艺。通过单因素试验和Box-Behnken响应面设计优化试验确定了超声波辅助乙醇提取木薯皮中总香豆素活性物质的最优工艺条件,并比较了超声波提取与传统溶剂浸提的提取效果。试验结果表明:超声波辅助乙醇提取木薯皮中总香豆素活性物质的最优工艺条件为:乙醇体积分数95%,超声波功率550 W,提取时间90 min,提取温度60℃,液料比12 mL/g,在此工艺条件下,木薯皮提取物的总香豆素平均质量比为2.48 mg/g。影响总香豆素含量的4个因素的显著程度依次为:超声波功率、提取温度、提取时间、液料比。与溶剂浸提法(提取时间360 min,液料比16 mL/g,总香豆素2.14 mg/g)相比,超声波提取法具有提取速度快、总香豆素含量高、提取物活性好、溶剂用量少等明显优势。

木薯害虫普查及其安全性评估

为适应中国木薯产业的可持续发展需要,于2008～2009年间对木薯害虫、害螨在中国华南地区的分布、危害进行普查,并对2种国家检疫性毁灭性害虫、害螨进行了风险评估和5种主要害虫、害螨对木薯产业及本地生态经济的影响进行了分析。结果表明,海南、广西、广东共查获木薯害虫、害螨36种,其中害虫33种,害螨3种,并在国内首次发现木薯单爪螨和螺旋粉虱危害木薯,朱砂叶螨、蔗根锯天牛、白蛴螬在国内木薯种植区大面积严重发生与危害;木薯单爪螨、螺旋粉虱对木薯均属于高度危险有害生物;目前,木薯害虫、害螨已成为中国热区木薯产业能否可持续发展的重要限制因子之一,对木薯产业及本地生态经济的潜在影响与威胁十分严重。

ICP-MS测定木薯生产副产物的矿质元素和有害重金属元素

木薯是我国广泛种植的热带作物，其块根富含淀粉，近年来常被用来生产燃料乙醇，是热门的生物质能源作物。木薯生产的同时产生了茎叶皮等大量副产物，长期以来被看成是废弃物，得不到充分的利用。木薯生产副产物含有很多营养成分，可以开发成高附加值的食品。采用ICP-MS技术对木薯生产副产物的矿质元素和有害重金属元素进行了研究，表明其含有丰富的人体必需矿质元素，大量元素的含量从高到低是K〉Ca〉P〉μg〉S〉Mn〉Zn〉Na〉Fe〉B〉Cu，尤其Fe，Mn，Zn和B含量达到10～800 μg·g^-1（DW，干重），微量元素Mo，Co，Se和Ge的含量均在0.01～0.2 μg·g^-1（DW）。除了上述有益矿质元素以外，副产物中重金属元素含量均达到国家标准，只是茎皮中Pb含量稍微偏高，达到2.19 μg·g^-1（DW）。

木薯幼苗叶绿素含量及光合特性对盐胁迫的响应

为研究盐胁迫对不同基因型木薯幼苗叶绿素含量及光合特性的影响,本研究采用水培法对4个木薯品种进行盐胁迫,利用SPAD-502测定胁迫5 d内叶片相对叶绿素含量,LCpro-SD光合仪测定光合特性参数。结果显示:10 g/L Na Cl胁迫降低了4个木薯品种叶片中相对叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率,且均在胁迫5 d时达到最低值;胞间CO2浓度均呈先下降后上升的趋势,在胁迫5 d时达到最大值。由光合特性参数的变化得出随着盐胁迫时间的延长,光合速率下降的原因逐渐由气孔限制转向非气孔限制,叶绿素含量及光合特性参数的变化与木薯基因型抗性密切相关。

中国木薯产业化的发展研究与对策

木薯有适应性强和生物产量高等优点,是新兴的热带作物产业,自中国加入WTO和东盟“10+3”后,面临着巨大的机遇和挑战。经调研,近5年,世界木薯的收获面积、单产、总产和进出口贸易均增长较快,由于中国木薯产品远不能满足国内需求,迅速成为木薯干片和淀粉的最大进口国。此外,中国化石能源紧缺,发展替代能源势在必行。目前,用木薯加工淀粉和能源酒精,其品质和经济效益优过玉米和甘蔗等原料,较好促进华南地区的社会和经济发展。同时,存在木薯的科研推广基础差,良种良法面积少,加工原料缺口过半,深加工和治污技术滞后等困境。因此,中国木薯产业化的发展对策,就是加强政府、政策和资金的支持力度,强化木薯的选育种、高产生理生化、深加工和治污等研究,及大力扩种和普及良种良法等。

低温胁迫对木薯幼苗叶片转化酶及可溶性糖含量的影响

以华南124(SC124)、华南8号(SC8)和阿根廷7号(ARG7)3个木薯品种为材料,研究在持续低温胁迫下木薯幼苗叶片转化酶活性(SAI,NI)及可溶性糖含量的变化。结果表明:可溶性酸性转化酶(SAI)在木薯耐寒品种中(ARG7)活性较高;低温胁迫均能提高3个品种木薯中SAI酶的活性,但是在耐寒品种ARG7中表现为稳定提高。中性转化酶(NI)在木薯耐寒品种中(ARG7)活性较高,低温胁迫也能提高3个木薯品种中的NI酶活性,而NI酶活性均表现为短期提高。初步推断,SAI活性与木薯的抗寒存在一定的正相关。低温胁迫后3个木薯品种叶片蔗糖、还原糖和可溶性总糖的含量均升高,且抗寒品种ARG7叶片的还原糖、蔗糖和可溶性总糖含量极显著高于SC124和SC8。

国内外栽培木薯(Manihot esculenta Crantz)种质资源表型多样性分析

以国内外不同地理来源的228份木薯资源为材料,通过评价植株15个茎和块根的描述型表型性状及7个与产量相关的数量性状,初步了解其表型遗传多样性,为种质资源创新利用、针对性地引种和育种亲本选配提供理论参考。结果表明,国内外不同地理来源木薯资源描述型性状频率分布较一致,多以张开型、三分叉、30°~45°分枝角度、主茎内皮浅绿色居多,块根性状以表皮粗糙、外皮淡褐色、内皮乳黄色、肉质白色资源居多;数量性状多样性指数为1.895~2.073,描述型性状多样性指数为0.435~1.889,表明228份木薯资源遗传多样性丰富,且数量性状存在较大程度变异(8.91%~44.60%),国内资源块根直径极显著高于国外资源,国外资源干物率极显著高于国内资源,说明国内外资源的块根直径和干物率具有明显的遗传差异,利用现有资源可能选育出产量高、品质好的品种。两步聚类分析将参试资源明显划分为两大类群,类群Ⅰ主要特征为株型张开、分枝角度中等偏大,群体不整齐,主茎较粗,薯块产量较高资源;类群Ⅱ为株型紧凑直立型、分枝角度小,群体整齐,主茎较细,薯块干物率较高资源。在今后的育种工作中,可选择同类资源中表型差异互补的种质为亲本,聚合优良性状,以达到育种期望目标。

木薯种质对朱砂叶螨的抗性评价

在建立切实可行的木薯抗螨性评级标准的基础上,对国家木薯种质资源圃227份核心木薯种质进行抗朱砂叶螨的抗性评价,并探讨抗、感性稳定的8份木薯种质对朱砂叶螨生长发育与繁殖的影响。结果表明:227份被评价的核心木薯种质中对朱砂叶螨高抗的种质2份,抗性种质4份,中抗种质116份,感性种质87份,高感种质18份;抗性木薯种质对朱砂叶螨的发育与繁殖具有显著的影响,取食高抗种质C1115和缅甸种叶片后朱砂叶螨雌雄成螨均不能存活,与取食高感种质ZM9066、CM1210-10、瑞士F21和BRA900相比,取食抗性种质哥伦比亚4D和PII167后,朱砂叶螨的发育历期显著延长,平均每雌螨产卵量显著减少,后代卵的孵化率显著降低,雌、雄成螨寿命均显著缩短。本研究结果为深入开展木薯抗螨性机理、抗螨种质的挖掘及其利用研究提供了理论基础。

优质鲜食木薯新品种华南9号

1品种来源及生物特性 华南9号木薯是中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所从1990年开始，利用海南地方收集的木薯优良单株，经无性系多代评选而育成的品种。于2005年作为饲料和鲜食作物，通过全国牧草品种审定委员会审定，登记为华南9号。其株型紧凑，株高适中，顶端分枝角度小，分枝较短，株型呈伞状，一般分叉3～4个，顶端嫩茎绿色，成熟老茎外皮黄褐色，内皮浅绿色。顶端未展开叶为浅红色，裂片披针形，暗绿色，叶柄紫红色，叶节密。结薯多而集中，掌状平伸，浅生，薯块大小均匀，薯外皮褐色粗糙，内皮乳黄色，肉质黄色，薯形圆锥形。早熟，植后7个月可收获；高产，一般亩产可达2t；淀粉含量高，块根干物质含量40％左右，淀粉含量30％～33％；低毒，HCN含量30．5ppm，优质，可鲜食：适应性强，有较强的耐肥、耐瘠、抗风、抗旱、抗寒、抗病等适应性。适宜热带和南亚热带地区栽培。

良好操作规范的木薯栽培技术

制定了木薯生产的气候土壤条件、品种选择、种植、施肥、病虫草害防治、防灾减灾、收获、种茎贮藏和记录等技术规范要求,适用于生产木薯的农场,使木薯生产全过程符合农业良好操作规范(GAP)的要求。