基于无人机多源影像数据的灌浆期人工合成小麦抗旱性评价

【目的】基于无人机多源影像及产量数据评价人工合成小麦种质的抗旱性,优选高通量抗旱性鉴定指标,发掘抗旱人工合成小麦种质资源,为加快拓展小麦抗旱遗传资源、提升旱地小麦育种水平提供技术支撑和种质材料。【方法】以80份人工合成小麦种质及对照小麦品种新春37为试验材料,在田间进行小区播种,设置干旱和灌溉2种水分处理;利用无人机搭载多光谱及热红外相机采集试验材料灌浆期多源影像进行拼接处理,通过阈值分割等方法提取各试验材料的光谱指数;利用相关性分析和主成分分析鉴选抗旱相关光谱指标,结合单指标及综合评价方法鉴定人工合成小麦种质的抗旱性。【结果】基于无人机多源影像数据提取了80份人工合成小麦种质的19种光谱指数。不同光谱指数抗旱系数与小区产量抗旱指数的相关性分析结果表明,OSAVI的抗旱系数与抗旱指数的关联度最高,NDVI、CIre和NDRE的抗旱系数与抗旱指数的关联度较高。部分光谱指数的抗旱系数间相关性较高,存在冗余信息,通过主成分分析,将19个光谱指数的抗旱系数转换为3个相互独立的综合指标,3个综合指标的贡献度分别为59.6%、12.0%和9.6%。利用加权隶属函数法聚合综合指标,通过公式计算获得各人工合成小麦种质的综合抗旱性度量值。基于抗旱指数鉴定出6份强抗旱人工合成小麦种质,基于综合抗旱性度量值鉴定出5份强抗旱种质,其中,SW004和SW009在2种方法的评价结果中均被评为强抗旱种质。基于OSAVI的抗旱系数对80份人工合成小麦种质进行抗旱性分级,分级结果与基于综合抗旱性度量值的分级结果基本一致。根据OSAVI的抗旱系数鉴定出的6份强抗旱种质中,有5份在基于综合抗旱性度量值分级中也被鉴定为强抗旱种质。【结论】基于无人机多源影像提取的光谱指数NDVI、OSAVI、CIre和NDRE,以及基于光谱指数的综合抗旱性度量值均可用于辅助鉴定小麦种质抗旱性。

小麦TabHLH112-2B基因克隆及每穗小穗数相关功能标记开发

bHLH(basic Helix-Loop-Helix)转录因子在植物生长发育过程中发挥着重要作用。本研究克隆了小麦TabHLH112-2B,该基因由7个外显子和6个内含子构成,编码444个氨基酸,在315~364位氨基酸处具有一个典型的HLH保守结构域。组织表达模式分析表明TabHLH112-2B在小麦幼苗期、拔节期、抽穗期和开花期的各个组织中均有表达,其中在叶和根中表达量较高。顺式作用元件分析发现TabHLH112-2B启动子区含有植物激素应答、胁迫响应、与分生组织发育相关的多种顺式作用元件, qRT-PCR结果显示其表达响应ABA、IAA、MeJA等植物激素和干旱、高盐、低温、高温等胁迫处理。基因组序列多态性分析检测到启动子区域的2个SNP,分为2种单倍型。根据SNP-682开发分子标记并进行关联分析,发现该标记与干旱、高温等多种环境下的每穗小穗数显著相关,Hap-2B-2为每穗小穗数多的优异单倍型。研究结果为培育高产广适小麦新品种的分子标记辅助育种提供了优异基因资源和技术支撑。

小麦E3泛素连接酶基因TaSINA-3A与多种环境下的株高和千粒重相关

E3泛素连接酶SINA(seven in absentia)家族参与植物的生长发育、免疫共生并响应逆境胁迫。本研究克隆了位于小麦染色体3A上的TaSINA-3A基因,其基因组序列长度为3897 bp,其中启动子区为2001 bp,基因序列为1896 bp,编码244个氨基酸,在50~91位氨基酸处有一个RING(really interesting new gene)保守结构域。RT-qPCR结果显示,TaSINA-3A基因在小麦的各个发育阶段的不同组织中均有表达。序列多态性分析表明,在TaSINA-3A的启动子区存在33个SNP(single nucleotide polymorphism)位点,编码区有4个SNP位点。基于启动子区的变异位点SNP-159、SNP-418和SNP-1286开发分子标记,扫描小麦自然群体,并与表型性状进行关联分析。结果表明,标记CAPS-159与多种环境下的株高和倒二节长显著相关,SNP-159-C是倒二节较短的矮秆等位变异,标记dCAPS-418分别与多种环境下的穗长和千粒重显著关联,SNP-418-A是长穗、高千粒重的优异等位变异;TaSINA-3A负调控穗和籽粒的发育,TaSINA-3A的表达可能受到MYC转录因子的抑制;在我国小麦育种进程中SNP-418-A受到正向选择,在育成品种中的频率逐步增加,但尚未充分利用。研究结果为深入探讨小麦株高、倒二节长及产量的形成机制提供参考,并为培育高产稳产广适新品种提供了基因资源。

小麦脱镁叶绿酸a加氧酶基因家族鉴定及其响应衰老特征分析

脱镁叶绿酸a加氧酶(PaO)基因编码叶绿素降解过程中的关键酶。为了解小麦(Triticum aestivum L.)TaPaOs基因家族特征及其在衰老过程中发挥的作用,本试验利用已发布的小麦及其他物种的全基因组信息对TaPaOs家族成员的基因特性进行分析,并利用实时荧光定量PCR(qRT-RCR)技术初步分析其功能。结果表明:在小麦中共发现18个TaPaOs家族成员,分布在15条染色体上,其编码蛋白均具有亲水性,且大多数为不稳定蛋白,亚细胞定位预测均位于叶绿体中;18个TaPaOs家族成员启动子区包含大量响应元件,其中光响应元件(G-Box)和ABA响应元件(ABRE)最多。分析TaPaOs在不同组织中的表达模式发现,其家族成员表达模式为叶>茎>根,大多数家族成员在ABA诱导衰老、黑暗诱导衰老以及自然衰老时上调表达,尤其是TaPaO_(2)、TaPaO5及TaPaO6,可作为小麦衰老研究的重点关注基因。这些研究结果为进一步研究TaPaOs基因家族的功能奠定基础。

8个水稻品种的条纹叶枯病抗性特征

利用强迫饲毒、集团接种、非嗜性测验、抗生性测验的方法研究与分析了8个抗条纹叶枯病水稻品种对条纹病毒和介体灰飞虱的抗性,发现不同水稻抗性品种的抗性特征并不完全相同。IR36、Kasalath、窄叶青8号、道人桥、DV85既抗条纹病毒又抗介体灰飞虱,对条纹叶枯病所表现的抗性是条纹病毒和介体灰飞虱抗性共同作用的结果;爱知97和KentaNakan抗条纹病毒,但不抗介体灰飞虱,对条纹叶枯病所表现的抗性是品种对条纹病毒的抗性;而IR24对条纹病毒和介体灰飞虱仅表现中等抗性。

水稻抗条纹叶枯病数量性状座位分析

为探明水稻品种窄叶青8号抗条纹叶枯病的数量性状座位,构建了窄叶青8号/武育粳3号F2群体的分子图谱,采用人工接种和田间自然接种两种鉴定方法,以病情指数比率为表型值,对每个F2单株衍生的F2∶3家系进行了抗条纹叶枯病鉴定。整个群体的病情指数比率均呈偏向于抗性亲本的连续性分布,表明条纹叶枯病抗性受数量性状基因的控制。进一步的QTL分析发现,两种鉴定方法所检测到的QTL完全不同,人工接种(强迫饲毒)方法仅检测到1个抗性基因位点qSTV7,其增强抗性的等位基因来源于窄叶青8号,而田间自然接种方法检测到2个抗性基因位点qSTV5和qSTV1,其增强抗性的等位基因分别来源于窄叶青8号和武育粳3号,暗示抗性亲本窄叶青8号可能携带耐病毒基因和抗灰飞虱基因,而感病亲本武育粳3号经遗传重组后,其抗性基因也得以表现。比较前人研究结果,发现检测到的QTL为新的抗条纹叶枯病基因位点,这些基因不同于抗条纹叶枯病主基因Stvb-i,可为防止单一基因广泛使用造成的遗传脆弱性,提供新的抗性基因资源。

水稻条纹病毒和介体灰飞虱抗性的QTL分析(英文)

水稻品种Kasalath高抗条纹病毒和介体灰飞虱.为剖析不同抗性类型基因之间的关系，利用回交重组自交系群体Nipponbare/Kasalath//Nipponbare分析了对条纹病毒和介体灰飞虱抗性的数量性状基因座.结果在第11染色体S2260～G257标记区间检测到1个与条纹病毒抗性相关的QTL（qSTV11）,LOD值为9.2,贡献率为35.79%;在第3染色体R1618～C595和R2170～C1135标记区间各检测到1个与介体灰飞虱抗性相关的QTL（qSBPH3-a,qSBPH3-b）,LOD值和贡献率分别为3.12和2.96,11.69%和11.36%,表明条纹病毒和介体灰飞虱抗性由不同基因所控制,而且两者之间不相关.此外,还分别检测到两对与条纹病毒和介体灰飞虱抗性相关的上位性QTL,暗示水稻对条纹病毒和介体灰飞虱的抗性受主效和上位性QTL的共同影响.进一步分析发现SSR标记BJ11-8与qSTV11紧密连锁,为分子标记辅助选择高抗条纹叶枯病水稻品种提供了基础.

水稻品种IR24抗条纹叶枯病相关QTL的检测

为探明籼稻品种IR24是否携有新的抗条纹叶枯病基因,利用衍生于Asominori/IR24的重组自交系(RIL)群体和以Asominori为遗传背景IR24插入片段的染色体片段置换系(CSSL)群体,进行抗条纹叶枯病相关QTL的检测。利用疫区田间自然条件鉴定的方法,在RIL群体中共检测到4个控制条纹叶枯病的QTL,分别位于第3、5、7、11染色体上(qSTV3、qSTV5、qSTV7、qSTV11),其中qSTV3、qSTV7和qSTV11增强抗性的等位基因来自抗性亲本IR24。采用图示基因型比较法,在CSSL群体中将4个抗条纹叶枯病相关基因位点分别定位在染色体片段置换系CSSL4、L17、L39、L61、L62的IR24插入片段上。对比分析RIL群体和CSSL群体的分子连锁图谱,发现qSTV3所在的标记区间与CSSL17的IR24片段相吻合,qSTV7所在的标记区间与CSSL4的杂合片段、CSSL39的IR24片段相吻合,qSTV11所在的标记区间与CSSL61的IR24片段以及CSSL62的杂合片段相吻合,表明确实存在这3个位点。与前人的研究结果相比较,发现位于第3染色体上的qSTV3区域存在抗刺吸性害虫的基因簇,是一个表达稳定的抗灰飞虱基因座;位于第7染色体上的qSTV7不同于已报道的抗性基因座,表明IR24携有新的抗性基因,这些基因不同于主基因Stvbi-,为防止广泛使用单一基因而造成的遗传脆弱性提供了新的抗性基因源,并且为利用分子标记辅助选择,聚合不同抗性基因培育抗性稳定的条纹叶枯病抗性品种创造了条件。

六倍体小黑麦灌浆期抗旱性分析

采用盆栽在六倍体小黑麦灌浆期控水模拟干旱,分析干旱对各个农艺性状指标的影响,然后采用模糊隶属函数与抗旱系数相结合的方法对品种灌浆期的抗旱性进行综合分析,再利用灰色关联度分析各个形态指标与抗旱性的关系,结果表明:(1)灌浆期水分胁迫下所有品种都表现出株高降低,穗长变短,单株粒重、千粒重下降,每穗总小穗数、主茎穗粒数减少,而且与对照之间达差异显著或极显著;(2)品种“Tornado”对灌浆期干旱具有强的抗性,可作为今后小麦抗旱育种的种质资源;(3)单株粒重、主茎穗粒数、千粒重与抗旱性关联度大,可作为灌浆期抗旱形态指标。

水稻抗条纹叶枯病遗传育种研究

水稻条纹叶枯病在中国的大流行,给部分省份造成了巨大的经济损失,因此进行水稻抗条纹叶枯病遗传育种研究具有十分重要的意义。在此,笔者概述了水稻抗条纹叶枯病基因资源的筛选与利用、水稻品种抗条纹病毒和抗介体灰飞虱之间的关系、水稻条纹叶枯病抗性基因定位以及转条纹病毒基因工程水稻研究进展,着重讨论了水稻抗条纹叶枯病遗传育种研究存在的问题和今后的研究方向。

山西小麦品种资源醇溶蛋白组成的遗传变异

利用A-PAGE技术,比较分析了近40年来山西小麦育成品种、外引品种和山西地方品种在醇溶蛋白组成上的差异,从而揭示山西小麦品种醇溶蛋白的遗传变异。结果表明:山西育成品种与外引品种比地方品种醇溶蛋白谱带数目分别增加了2.1和1.5条。在70条迁移率不同的谱带中,26条在育成品种和外引品种中出现频率明显高于地方品种,23条明显降低,其余的21条变化规律不明显;分区来看,与地方品种比较,育成品种ω区谱带数目及谱带出现频率的增减变化最大,其次是γ区,β和α区变化最小。同时发现16.5和19.1为双联带,12.9、15.71、7.8为三联带,二者都在ω区但总不同时出现。对3种类型品种的遗传差异分析发现,地方品种间的平均遗传距离明显大于其他2类品种;聚类分析也发现,大多数地方品种、山西育成品种和外引品种总是各自分别聚在同一亚类,表明地方品种与山西育成品种和外引品种之间编码醇溶蛋白的基因位点存在较大差异,同时也说明近40年来山西育成品种之间、外引品种之间醇溶蛋白的遗传变异水平不高。

棉花四元杂种F_1不育性的研究

对四元杂种 [(亚洲棉×比克氏棉 )× (陆地棉×夏威夷棉 ) ]F1的形态性状、花粉母细胞减数分裂情况进行研究 ,结果表明 ,F1变异最大的是花 ,遗传了比克氏棉的红花基部有紫红大斑的性状。花粉母细胞在减数分裂时 ,大多染色体不能联会配对 ,而以单价体的形式存在 ,并且染色体在后期 向两极分开的时候 ,形成了染色体“桥”。末期 形成的 4分孢子数占 1 9.58%,其中 4个基本一样大的仅占 6.2 9%,因而形成的花粉粒大多没有生活力 。

小麦抗白粉病分子育种研究进展

介绍了小麦抗白粉病基因的遗传特点,综述了小麦抗白粉病基因的分子标记及其辅助育种以及基因克隆的研究现状,并分析了存在的问题及解决途径。

棉花[(亚×比)×(陆×褐)]种间杂种的研究

对 [(亚洲棉×比克氏棉 )× (陆地棉×黄褐棉 ) ]种间杂种的形态性状和细胞学进行了研究。结果表明 ,四元杂种F1的叶片性状主要受父本的影响 ,苞叶与萼片属中间类型 ,花部变异最大 ,既受父本的影响 ,也受母本的影响。四元杂种F1在减数分裂时 ,染色体配对极不正常 ,大多以单价体的形式存在 ,且分裂不同步 ,最终导致形成的四分孢子不正常或形成多分孢子 ,这是四元杂种F1不育的主要原因。

不同肥料因子对中国黍稷蛋白质脂肪含量影响的研究

通过对4213个中国黍稷品种研究，蛋白质含量在10．32％－17．37％之间，平均含量为14．03％。脂肪食量在1．02％－5．45％之间，平均含量为上切％。在每667m2施肥量0－80kg范围内，蛋白质、脂肪含量随着氛、磷、钾肥施用量的增加而增加。

三元杂种及回交后代的遗传性状和细胞学研究

三元杂种 [陆地棉× (亚洲棉×比克氏棉 ) ]的回交后代 BC4F1 发生疯狂分离 ,在各个性状上都表现出特殊的变异类型 ,在育性上分离出三种类型 :可育株 ,部分可育株 ,不育株。对这三种类型和三元杂种 F1 花粉母细胞减数分裂的观察表明 ,三元杂种 F1 及回交后代的不育株减数分裂表现异常 ,大多染色体不能联会配对 ,以单价体的形式存在 ,且有落后染色体、三价体、四体环的出现 ,在末期形成了不正常的四分孢子和多分孢子 ,这是不育的主要原因 ;部分可育株 ,大部分染色体联会配对成棒状二价体 ,个别为单价体 ;可育株染色体配对正常 。

棉属三染色体组(A、D、G)杂种的细胞遗传学研究

对棉属 A、D、G三个染色体组合成的三元杂种 [陆地棉× (亚洲棉×比克氏棉 ) ]及反交和回交后代 ,四元杂种 [(亚洲棉×比克氏棉 )× (陆地棉×夏威夷棉 ) ]进行了细胞学研究。结果表明 ,三元杂种 F1以及回交后代 BC4 F1分离出的不育株、四元杂种 F1不育的主要原因是花粉母细胞减数分裂异常 ,主要表现为 :大部分染色体为单价体 ,仅有少量配对成二价体 ,后期 两极分配不均匀 ,出现多极分离现象 ,并有落后染色体出现。末期出现大量多分孢子和不正常的四分孢子 ,从而不能形成正常的花粉粒。三元杂种回交后代 BC4 F1中的部分可育型 ,花粉母细胞进行减数分裂时 ,大部分染色体都能联会配对 ,仅个别为单价体 ,因而形成的花粉粒仅部分正常。 BC4 F1的可育型花粉母细胞进行减数分裂时 ,染色体配对正常 ,表明育性恢复 ,结实正常。此外 ,四元杂种花粉母细胞进行减数分裂时 ,在后期 形成了染色体“桥”

陆地棉、亚洲棉与比克氏棉杂种F_1及回交后代的育性研究

三元杂种 [(亚洲棉×比克氏棉 )×陆地棉 ]及其反交的回交后代在性状上发生疯狂分离 ,在育性上分离出 3种类型 :可育型、不完全可育型、不育型。对这 3种类型及三元杂种F1减数分裂及其花粉的形成过程观察表明 ,三元杂种F1及回交后代的不育型 ,不育的根本原因在于减数分裂中期染色体不能正常配对 ,引起部分染色体滞后及染色体不均等分配 ,从而产生多分孢子和微核 ,最终导致不育花粉的产生 ;不完全可育型 ,大部分染色体联合配对成二价体 ,仅个别为单价体 ,这些单价体在后期随机向两极分离 ,产生的二分孢子有的正常 ,有的不正常 ,进而形成的花粉粒仅个别正常 ;可育株染色体配对正常 。

亚洲棉、比克氏棉和海岛棉三种杂种回交后代的育性研究

本文对〔(亚×比 )×海〕① 三种杂种回交后代BC4F1 花粉粒的形态及其在人工培养基上的萌发率 ,以及授粉 2 4h、48h后有花粉管的胚珠数进行了研究 ,并与海岛棉自交做比较 ,结果发现BC4F1 的花粉粒 59 3%都是不正常的 ,因而在人工培养基上的萌发率仅达 8 1 % ,约是海岛棉花粉粒萌发的 1 /4。而且有花粉管的胚珠数 ,授精后 2 4h为 2 0 4% ,48h为 32 9% ,约是海岛棉自交的1 /2。此外还对其植株进行了调查 ,从育性角度上讲可分为三种类型 :可育株 (2 6 7% )、不完全可育株 (2 6 7% )、不育株 (46 7% )。这说明了尽管A、G、(AD)染色体组间亲缘关系甚远 ,杂种高度不育 ,但用多次回交的育种技术 。

棉花四元杂种[(亚×比)×(陆×夏)]F_1的性状遗传及细胞学研究

对棉属A ,D ,G 3个染色体组合成的四元杂种 [(亚×比 )× (陆×夏 ) ]F1的植物形态性状和花粉母细胞减数分裂染色体行为进行了观察。结果表明 ,杂种F1变化最大的是花器 ,遗传了比克氏棉的红花基部有紫红大斑的性状 ;减数分裂染色体的构型为 2n =52 =35.62Ⅰ +6.13Ⅱ +0 .38Ⅲ+0 .12Ⅳ ,并且染色体在后期Ⅰ向两极分开的时候 ,出现了染色体“桥’