高粱种质资源成熟期氮效率评价及筛选

氮素作为影响作物生长发育的重要元素,是限制作物高产的重要限制因素之一。硝酸还原酶(Nitrate Reductase,简称NR)作为高等植物氮素吸收利用的限速酶,直接调节氮代谢。因此,叶片硝酸还原酶活性作为影响高粱产量的重要生理指标被用于评价氮素吸收、利用效率。本研究选取了97份不同来源的高粱材料,通过对97份高粱材料进行成熟期倒二叶和倒三叶的硝酸还原酶活性测定,为筛选高粱氮高效材料奠定基础。

高粱浅绿叶突变体sbpgl1的苗期表型鉴定

铁元素对于保持叶片颜色以及植物生长发育有着重要作用。本研究利用EMS诱变得到的浅绿叶突变体探究在养分缺乏条件下sbpgl1与BTx623之间的发育差异,发现sbpgl1在地上部分和根部的发育均变缓,同时叶片呈浅绿色。不同浓度铁元素对sbpgl1的恢复实验表明在高铁条件下可以部分恢复sbpgl1叶色。透射电镜实验证明sbpgl1叶绿体发育受到影响。本研究为探究高粱叶色基因调控提供了一定基础。

PEG-6000模拟干旱胁迫对糯高粱幼苗生理特性的影响

为了明确干旱胁迫下糯高粱幼苗的抗旱性及其对干旱的生理响应机制,并筛选出抗旱性较强的品种,以22个糯高粱品种为材料,利用聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫,对干旱胁迫下不同品种糯高粱幼苗的生长情况、抗旱性进行比较,并分析相关生理指标的变化。结果表明:与对照相比,干旱胁迫下糯高粱幼苗的株高、根长、苗鲜质量、叶片相对含水量和叶绿素含量均不同程度降低。根据抗旱性综合度量值(D值)对糯高粱苗期抗旱性进行评价,将22个糯高粱品种分为3类,其中抗旱型品种8个,中间型品种11个,干旱敏感型品种3个。干旱胁迫下糯高粱幼苗的脯氨酸含量、丙二醛含量以及超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性均较对照有所提高,抗旱能力较强的糯高粱品种脯氨酸积累量较高、丙二醛的增加量较低,而SOD和POD均保持较高的水平。综合分析,M13抗旱性最好。

内生菌BM18-2浸染对盐胁迫下饲草高粱生长与Na^(+)、K^(+)吸收和运输及饲用品质的影响

以巨大芽孢杆菌BM18-2、饲草高粱苏牧5号为材料,在土壤NaCl胁迫浓度为0、4、6、8 g/kg下,采用盆栽试验,研究了有或无BM18-2处理的苏牧5号幼苗在移栽后生长35 d,植株生长和根、茎、叶中Na^(+)、K^(+)吸收与运输及饲用品质的变化。结果表明,与无菌处理(对照)相比,内生菌BM18-2浸染可促进苏牧5号生长,显著提高有或无NaCl胁迫下根、茎、叶的干重以及盐胁迫下根中Na^(+)含量,降低茎和叶中的Na^(+)含量,显著或极显著提高根中的K^(+)含量,提高茎和叶中的K^(+)含量且土壤NaCl胁迫浓度为6、8 g/kg条件下茎、叶的K^(+)含量均显著提高。与对照BM(0)相比,内生菌BM18-2浸染处理根中的K^(+)/Na^(+)仅NaCl胁迫浓度为6 g/kg时显著提高,极显著提高了NaCl浓度≤8 g/kg胁迫下饲草高粱茎中的K^(+)/Na^(+),提高了盐胁迫下苏牧5号叶中的K^(+)/Na^(+)且NaCl胁迫浓度为4 g/kg时显著提高。NaCl胁迫下,有菌处理的选择性运输系数S_(K^(+)/Na^(+)(stem/root))是无菌处理的1.15~1.39倍,且差异极显著;无盐胁迫条件下,内生菌BM18-2浸染处理的选择性运输系数S_(K^(+)/Na^(+)(leaf/stem))比无菌处理极显著提高20.57%;土壤NaCl浓度为6、8 g/kg胁迫下S_(K^(+)/Na^(+)(leaf/stem))显著降低10.48%、12.50%。在土壤NaCl胁迫浓度≤8 g/kg条件下,BM18-2可显著提高苏牧5号的粗蛋白含量、可溶性糖含量和粗饲料分级指数。本研究结果可以为耐盐牧草-巨大芽孢杆菌联合改良海涂和种养结合提供支撑,为牧草专用微生物菌提供实践依据。

高粱类缺钾症状种质矿质元素含量分析及基因定位

钾元素是植物三大重要养分元素之一,是作物稳产、高产的重要保障。钾吸收利用的分子机制在其他植物诸如水稻、拟南芥中有较深入的研究,但在高粱中基本不清楚。本研究通过连续3年的田间观察从国际高粱核心种质资源中发现1份叶尖褐变逐渐坏死的类缺钾症状种质。对该份特异资源,笔者首先开展表型性状分析,该类缺钾症状种质在苗期叶片与其他品种如BTX623并无明显差异;后期叶尖、叶片边缘逐渐出现褐色斑点,特别是拔节后,褐色斑点增多,到开花后逐渐出现坏死,而且老叶不论是褐色斑点还是叶片坏死较比新叶更严重,结合其类缺钾的表型,推测可能是可移动矿质元素分布改变所造成的。而不同位置叶片矿质元素含量分析结果表明,钾、镁和钙这3个矿质元素在新老叶片中积累模式与BTX623有明显差异。遗传分析结果表明,该性状受2个隐性基因控制。通过与BTX623组配F 2定位群体,通过挑选极端表型个体,高通量测序并进行群分离分析(BSA),最终将该性状控制基因定位于第4条染色体上。通过SNP index的方法,关联到868个SLAF标记,共定位到1个区域,关联区域大小约为7.61 Mb,其中预测有885个基因。共定位到14个热点区域,热点区域大小约为2.88 Mb,其中有317个基因。研究结果为高粱钾吸收、转运与利用的分子机制研究提供了基础数据。

施氮量对3个极早熟高粱品种干物质积累及籽粒品质的影响

为探明不同用量氮素对春播早熟区极早熟高粱的干物质积累、氮素积累及籽粒品质的影响,本试验采用裂区设计,以氮素施用量为主处理,以龙杂19、龙杂20和齐杂722品种为副处理,设置0(N0)、60(N60)、120(N120)、180(N180)、240(N240)、300(N300)kg/hm^(2)共6个施氮水平,研究不同施氮量对不同品种高粱植株干物质积累、氮素积累和籽粒淀粉、单宁及氮、磷、钾含量的影响。结果表明,施用氮肥可有效提高3个品种高粱干物质和氮素积累量,不同生育时期达到较高干物质积累量的施氮量分别为五叶期120~240 kg/hm^(2)、拔节期120~180 kg/hm^(2)、开花期120~240 kg/hm^(2)、成熟期300 kg/hm^(2);各阶段干物质积累量表现为开花期-成熟期>拔节期-开花期>五叶期-拔节期>出苗期-五叶期。同时,不同生育时期达到较高氮素积累量的施氮量分别为五叶期120~240 kg/hm^(2)、拔节期180 kg/hm^(2)、开花期和成熟期240 kg/hm^(2);各阶段氮素积累量表现为拔节期-开花期>开花期-成熟期>五叶期-拔节期>出苗期-五叶期。籽粒淀粉和单宁含量随施氮量增加呈降低趋势,其中,施氮处理后的单宁含量显著低于不施氮处理。施氮肥后籽粒氮含量显著增加,但磷钾含量无显著变化。

低温胁迫对不同胚乳类型高粱幼苗的影响

为了研究低温胁迫对不同胚乳类型高粱幼苗的影响,选用胚乳中不含玻璃质的高粱材料RN005和RN109,含有玻璃质的高粱材料RB104和RB142,分析高粱籽粒主要成分差异,以及常温下的吸水性,并进行25℃常温和4℃低温处理,通过比较高粱幼苗株高、苗鲜质量、可溶性糖含量、脯氨酸含量以及SOD、POD、CAT活性的变化,研究低温对不同类型高粱幼苗的影响。结果表明,不同胚乳类型高粱籽粒直链淀粉含量有显著差异,RN005和RN109直链淀粉含量较低,RB104和RB142直链淀粉含量较高。吸水性与直链淀粉含量成反比,RN005和RN109吸水性较强,RB104和RB142吸水性较差。低温处理7 d,与对照相比,高粱幼苗株高和鲜质量显著降低,RB104和RB142降低幅度较小,表现出较强的耐低温能力;RN005和RN109降低幅度较大,耐低温性较差,高粱幼苗耐低温性可能与种子吸水性有关,单位时间内吸水量越多越易受低温影响。同类型高粱幼苗在相同温度处理下,各生理指标的变化趋势相似。在低温处理3 d,2种类型高粱生理指标差异最为显著,RB104和RB142的可溶性糖含量、脯氨酸含量、SOD活性、POD活性、CAT活性均显著高于RN005和RN109。

不同高粱品种碳代谢相关酶、SPS基因表达的比较分析

为探讨不同高粱品种碳代谢相关酶的活性和SPS基因相对表达量的差异,以辽粘3号、辽杂11号、辽糯12号、辽杂53号4个高粱品种为试验材料,分别测定苗期、拔节期、抽穗期、成熟期高粱叶片和抽穗期、成熟期高粱籽粒碳代谢相关酶(SS、SPS、SSS、ADPG-ppase、UDPG-ppase)的活性,并比较分析4个高粱品种叶片及籽粒SPS基因表达的差异,探究它们之间的关系,从生理和基因角度选育出具有优良品质的高粱品种。分析结果发现,抽穗期、成熟期辽粘3号高粱叶片的SS、SPS、SSS、UDPG-ppase活性最高,显著高于其他3个高粱品种;成熟期辽粘3号高粱籽粒的SS、SPS、SSS、ADPG-ppase、UDPG-ppase活性也显著高于其他品种;对4个高粱品种的SPS基因表达量进行分析发现,苗期、抽穗期、成熟期辽粘3号高粱叶片的SPS基因表达量均为最高,抽穗期、成熟期高粱籽粒SPS基因表达量表现为辽糯12号>辽粘3号>辽杂53号>辽杂11号。综上所述,辽粘3号高粱品种叶片和籽粒在各个时期的碳代谢相关酶活性比较高,并且苗期、抽穗期、成熟期辽粘3号高粱叶片SPS基因相对表达量也相对较高,辽粘3号高粱籽粒SPS基因相对表达量仅次于辽糯12号,所以辽粘3号高粱品种可作为高粱生产中的首选品种,对筛选高质量的高粱品种具有重要的指导意义。

外源物质对低温胁迫条件下高粱种子萌发的影响

为筛选低温胁迫条件下促进高粱种子萌发的最佳外源物质及其浓度配比,本试验分别用不同浓度芸苔素内酯(EBR)、水杨酸(SA)、赤霉素(GA_(3))、褪黑素(MT)、硫酸锰(MnSO_(4))、硅酸钾(K_(2)SiO_(3))处理高粱种子,研究其对低温胁迫下高粱种子萌发及幼苗生长的影响。结果表明,适宜浓度的外源物质引发高粱种子可增强其萌发期及幼苗期的抗低温胁迫效应。利用隶属函数法建立的综合评价体系,可量化并较为全面地评价低温胁迫下供试外源物质不同浓度引发种子萌发、幼苗生长的抗低温胁迫效应。利用综合得分D值进行聚类分析,将6个不同浓度外源物质组成的25个处理分为3类,其中第1类处理综合分值为0.4268~0.7244,得分最高的3个处理依次是M3、E3和S3。具体表现为,0.030μmol·L^(-1)EBR处理(E3)种子相对发芽势和相对发芽指数最大,0.50 mmol·L^(-1)MT(M3)、1.0 mmol·L^(-1)SA处理(S3)均能有效促进种子萌发和幼苗生长,以0.50 mmol·L^(-1)MT处理效果最佳。

高粱骨干系株高基因Dw1、Dw2、Dw3检测与评价

高粱产业亟需利用矮化基因实现轻简栽培。株高适当降低,增强抗倒性已成为高粱育种的重要方向。目前已确定了Dw1、Dw2、Dw3和Dw44个非连锁独立位点矮化基因,其中Dw1、Dw2和Dw3基因已成功克隆,但其在我国高粱骨干系中的分布情况尚不明确。试验利用PCR结合一代测序技术,检测了40份高粱骨干种质资源Dw1、Dw2和Dw3的基因型。发现了纯合dw1/dw1基因型材料34个;纯合dw2/dw2材料2个;纯合dw3/dw3基因型材料27个;“三矮”基因型材料dw1/dw1;dw2/dw2;dw3/dw3一份(编号30052);初步明确了Dw1、Dw2和Dw3基因在骨干系中的分布情况。表型关联分析结果表明,在供试的40个品系中,dw1可能对高粱株高降低的贡献较大;dw2作用不明显;Dw3/Dw3纯合型株高略高。试验鉴定评价了高粱骨干系中的株高基因,为矮化育种提供了分子生物学依据,“三矮”基因型材料30052可用于进一步Dw4基因定位研究。

高粱F_(2)群体株型性状的主成分分析和综合评价

为选育高粱理想株型突破性新品种,对以恢复系7037和矮四为亲本构建的F_(2)分离群体的7个株型相关性状进行综合评价。结果表明:F_(2)群体中7个株型性状的变异丰富,不同性状间相关关系复杂,群体中显著或极显著的相关关系比率为52.4%。通过主成分分析均确定了4个公共因子,其中株高因子为株型的主要影响因子,依据综合评价得分,在82份材料中筛选出8个株型优异的后代品系。根据聚类分析将82份材料划分为3个类群,其中类群Ⅰ中的35份材料具有较高的育种价值。该研究为高粱的理想株型育种提供了理论依据,并为株型突破性新品种的选育提供了重要的材料基础。

盐分胁迫对高粱生长与生理特征的影响及耐盐调控机理研究进展

土壤盐渍化严重威胁农业的可持续发展与粮食安全,提高作物的耐盐性开展盐碱地高产栽培至关重要。阐明盐分胁迫影响作物的生理机制是开展作物耐盐生产的基础。高粱(Sorghum bicolor L.)为重要的粮食、饲草和能源作物,具有一定的耐盐能力,在盐碱地的开发利用中应用潜力巨大。综述盐分胁迫对高粱种子萌发过程与萌发生理、根系形态构建与生理活性、植株生长与抗逆生理代谢等的影响,总结种子引发、氮肥运筹、外源生长调节物质等减轻高粱盐分胁迫的调控途径与生理机制,绘制盐分胁迫对高粱生长与生理特征的影响及耐盐调控机理的网络图,并讨论存在的问题及今后的研究重点,以期对高粱等作物的耐盐机理与耐盐调控机制获得新认识,进而为耐盐作物品种的选育和耐盐栽培技术的构建提供参考。

蜡熟期粒用高粱和甜高粱糖锤度和糖组分差异分析

为了探究粒用高粱和甜高粱茎秆不同节间糖锤度以及糖组分变化趋势,选择1份粒用高粱(BTx623)和3份甜高粱(8R554:农家种、Rio:常规种、辽甜1号:杂交种)测定蜡熟期自地面以上所有节间的糖锤度,糖锤度最高节间分别测定葡萄糖、果糖和蔗糖含量。结果表明,粒用高粱和甜高粱不同节间糖锤度基本呈现先增加后降低的趋势且糖锤度峰值均出现在茎秆的上部或中上部。粒用高粱不同节间糖锤度差异较小,而甜高粱不同节间之间差异较大。辽甜1号葡萄糖含量显著低于粒用高粱BTx623,而其他甜高粱葡萄糖、果糖和蔗糖均显著高于BTx623,糖积累最多且增幅范围最大的为蔗糖。

甜高粱高光效种质的筛选和生理生化指标的比较

以72份甜高粱种质为材料,研究了其抽穗期光合生理特性,并选取早中晚熟不同类型高光效种质,分析比较其与对照叶片的叶绿素含量、PEP羧化酶活性等生理生化指标,以及株高、茎秆汁液含糖锤度、单株鲜重、叶面积指数等生长性状指标,同时对各指标间的相关性进行了分析。结果表明:甜高粱种质间净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)差异极显著,变异系数分别为30.47%、29.98%、39.86%、66.21%;相关分析表明,生物产量与抽穗期Pn、Gs达极显著相关,与Tr达显著相关。早中晚熟高光效种质基本表现出叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)、总叶绿素(Chl)、总氮含量(LNCa)、总蛋白含量(TP)、PEPC羧化酶活性(PEP)、叶面积指数(LAI)显著高于低光效对照。抽穗期净光合速率与Chl呈极显著相关,与Chl a、Chl b呈显著相关,与LNCa、TP、PEP正相关程度较高。新疆甜高粱种质具有丰富的光合生理多样性。除继续将抽穗期叶片Pn作为选择指标外,Gs、Tr、Chl、Chl a、Chl b、PEP、LNCa、TP可作为甜高粱高光效育种的生理生化指标。

高粱叶片比叶重的变化与产量关系的研究

高粱籽粒灌浆期功能叶片比叶重呈下降变化。低产品种下降最快，中产品种次之，高产品种下降最慢（旗叶低、中、高产品种比叶重下降速率分别为２９５，２０２和１２７ｍｇ／（ｄｍ２·ｄ）；上数第二叶片比叶重下降速率分别为２８３，１８２和１８２ｍｇ／（ｄｍ２·ｄ）。高粱籽粒灌浆期功能叶片比叶重与单株产量呈正相关关系，并随着灌浆的时间进程，其相关程度越密切。

抗生素对高粱愈伤组织诱导和生长的影响

用羧苄青霉素等抗生素进行抑菌试验,以羧苄青霉素和头孢霉素的抑菌效果较好.头孢霉素对高梁愈伤组织的毒性表现出比羧苄青霉素大.浓度低于500mg/L羧苄青霉素对高梁愈伤组织的生长起促进作用;而分化率随着羧苄青霉素浓度的提高而下降.在农杆菌介导高梁遗传转化时,选用羧苄青霉素是合适的,浓度以250mg/L为宜.高梁愈伤组织对潮霉素的反应比卡那霉素更敏感,高梁不同基因型愈伤组织对卡那霉素和潮霉素的反应在褐化(死亡)率上表现不同.在以潮霉素作为抗性筛选标记时,选择压以50～75mg/L为宜.

高粱叶片光合作用特性的研究

用 Ｆ Ｑ 型 Ｃ Ｏ２ 分析仪测定了高粱叶片的光合作用特性，并对核质杂种与双亲叶片的光合作用和叶绿素含量进行了 比较测定。主 要结果是：①长 成的高粱 功能叶片净 光合速率（ Ｃ Ｏ２） 的 变化范围 在２１２ ～３８５ μｍｏｌ／（ ｍ ２·ｓ） 之间。品种或遗传类型间具有显著性（ Ｐ＜ ００１） 差异。②高粱叶片光合作用的低温补偿点为４ ℃～６ ℃。此后，光合作用随着温度的增加呈线性增加，在３５ ℃～３６ ℃达到最大值后开始下降，光合作用的高温补偿点为４５ ℃～４８ ℃。呼吸作用也随着温度的增加而增加，在４５ ℃时达到最高值。此后，再增加温度呼吸作用下降。③高粱叶片光合作用的光补偿点为４０ ～８０ μ Ｅ／（ ｍ ２·ｓ） ，光饱和点为１ ０００ ～１ ３００ μ Ｅ／（ ｍ ２·ｓ） 。光补偿点在所测温度范围内均表现为随着温度的增加而增加。光饱和点也随着温度的增加而增加，在３５ ℃～３６ ℃以上时，光饱和点开始下降。在２０ ℃～３５ ℃的温度范围内均可测得较高的表现量子产额和光合与呼吸的比值。④核质杂种叶片的光合作用和叶绿素含量与双亲叶片基本一致，但表现高产特性的１０ 个核质杂种叶片却表现为较高的光合作用和叶绿素含量。⑤核质杂种叶片的光合作?

褐藻胶寡糖对高粱种子萌发及幼苗生理特性的影响

褐藻胶寡糖(Alginate-Derived Oligosaccharide,ADO),作为信号分子参与植物的许多生长发育调控活动。褐藻胶寡糖在促进植物生长等方面的研究已引起了人们的广泛关注。用不同浓度褐藻胶寡糖处理高粱种子,研究褐藻胶寡糖对高粱种子萌发及幼苗生理活性的影响。结果表明:较低浓度的褐藻胶寡糖均能促进种子萌发和幼苗生长;能够促进高粱叶片合成叶绿素;能够提高根系活力;不同褐藻胶寡糖浓度对高粱种子α-淀粉酶和β-淀粉酶活性影响不同。0.0625%浓度的褐藻胶寡糖浸种处理对于提高根系活力、提高幼苗叶绿素含量影响最明显;0.125%浓度的褐藻胶寡糖浸种处理有利于提高高粱幼苗发芽率、淀粉酶活力,苗高和根长也表现出最大优势。表明低浓度的褐藻胶寡糖有利于提高植物幼苗的抗性。研究为褐藻胶寡糖在农业生产应用等方面提供一定的科学依据。

高粱不同器官生长对NaCl胁迫的响应及其耐盐阈值

用砂基培养研究高粱不同器官生长对NaCl胁迫的响应及其耐盐阈值。NaCl胁迫下，独角虎和糖高粱均表现为生长叶叶鞘鲜重下降最大，其次是生长叶叶片、成熟叶叶鞘和叶片变化最小。长期胁迫单株叶片数及叶面积也明显下降。相同胁迫情况下，糖高梁的生长抑制明显大于独角虎。独角虎和糖高粱耐盐阈值分别为135和82mmol／LNaCI。以上结果表明独角虎耐盐能力明显大于糖高粱。讨论了不同器官生长抑制的机制。

碳酸钠胁迫对甜高粱种子萌发和幼苗期生理特性的影响

以甜高粱品种"能饲Ⅰ号"为试验材料,研究了甜高粱种子萌发期和幼苗期对Na2CO3胁迫的生理响应。结果表明:在不同浓度Na2CO3胁迫下发芽率、发芽势、活力指数、胚根长度和胚芽长度与对照相比差异均显著。在Na2CO3胁迫浓度低于30 mmol/L时,对甜高粱幼苗根系活力的提高具有一定的促进作用;随Na2CO3胁迫浓度的增加,丙二醛、脯氨酸含量呈上升趋势,且当其浓度增加到100 mmol/L时,脯氨酸含量急剧上升,表明脯氨酸在甜高粱抵抗盐碱胁迫方面发挥重要作用。而SOD比活力随Na2CO3胁迫浓度的增加呈现逐渐下降的趋势。