基于国内外大豆品种比较的中国大豆品种改良路径探索

我国的大豆生产落后于世界大豆主产国,从品种角度看,存在着单产水平低、油分含量低等问题。本文对主产国大豆品种研发应用情况以及美国大豆品种发展趋势进行分析,明确了美国在大豆种质的资源研究、育种技术研发、品种特性鉴定以及环境因素研究等方面对于大豆品种研发的促进作用。通过对中美大豆品种特性的全面比较分析,明确我国大豆品种在单产、含油量、种植密度等方面的差距,提出了快速提升我国大豆品种产量和品质的路径,即通过对高油大豆资源进行表型精准鉴定,研发全基因组选择、转基因等高效育种技术,聚合产量和其他优异性状,创制优异大豆种质,设计培育高油高产突破性品种,以期为中国大豆品种改良研究提供参考。

大豆巢式关联作图(NAM)群体构建及花色和种皮色遗传分析

巢式关联作图(Nested Association Mapping,NAM)群体在作物学遗传与育种研究中具有广泛的应用。本研究在前期大豆种质资源评价基础上,利用35份不同地区来源的代表性种质与中豆41(公共母本)杂交,构建了一套大豆NAM群体。PCA和聚类分析发现,不同亲本组合的RIL群体基本聚在一起,显示出清晰的遗传结构。利用该NAM群体亲本间花色和种皮色具有显著差异的RIL群体进行全基因组关联分析,定位到1个主要位点qFC13-1与花色显著关联,该位点与W1位点重合;定位到12个位点与种皮色显著相关,其中9个位点为3种以上方法共定位,3个位点为2种方法共定位,包括4个已知位点和8个新位点。研究结果表明,构建的NAM群体适于进行大豆相关性状遗传分析,为大豆复杂性状的遗传解析和育种实践提供了良好的基础材料。

BSA-Seq结合RNA-Seq技术挖掘大豆叶片提前黄化衰老基因

大豆产量与其生殖生长的持续时间呈正相关,延缓其开花后叶片的衰老,提高其生理功能,有利于增加植物的粒重。叶片黄化是植物衰老的显著特征之一。关于在大豆鼓粒后期叶片黄化的研究鲜见报道。本研究对鼓粒后期叶片提前黄化突变体ly和野生型ofc杂交组合进行遗传分析,结果表明,大豆鼓粒后期叶片提前黄化性状受单隐性核基因控制。通过BSA-Seq在19号染色体得到一个2.23Mb的初定位区间,经开发标记图位克隆后将区间缩短至1.75 Mb,区间内有219个基因,再结合RNA-Seq分析,得到了区间内12个候选基因,其中有4个SNP变异基因和8个差异表达基因。本研究结果为大豆鼓粒后期叶片黄化衰老基因的克隆奠定了基础。

麦草畏室内生测方法建立及大豆对麦草畏耐受性分析

室内生物测定是植物对除草剂等化学物质耐受性鉴定的一种常用筛选方法,已广泛应用于大豆、稗草、棉花等植物对草甘膦、氯嘧磺隆等除草剂的耐受性研究,但麦草畏的室内生物测定方法和大豆对麦草畏耐受性相关研究尚未见报道。本研究以麦草畏对催芽大豆下胚轴伸长抑制率为评价指标,结合回归方程曲线分析和抑制中浓度分析,建立了大豆对麦草畏耐受性室内生物测定方法,确定以300μg/L麦草畏筛选浓度作为大豆室内生物测定临界筛选浓度。利用该方法对35份源自微核心种质的大豆品种进行鉴定,结果表明,随麦草畏浓度增加,不同品种对麦草畏的耐受性存在显著差异,大豆品种对麦草畏的耐受性降低,从中筛选出对麦草畏耐受性较高的大黄豆-1和什邡螺丝豆。本研究结果为培育抗麦草畏品种的亲本选配以及后代选择提供了理论依据、材料和技术支撑。

基于近红外光谱的大豆茎秆化学组分含量检测模型构建与应用

【目的】大豆茎秆化学组分(纤维素、半纤维素、木质素和粗纤维等)与其茎秆抗倒伏能力密切相关,但由于目前大豆茎秆化学组分检测多采用传统的化学分析技术,测定过程操作复杂、耗时耗力、成本昂贵且易造成环境污染,不适合大规模育种应用,因此,通过构建一套低成本、快速、科学、无污染的大豆茎秆化学组分检测方法,为大豆种质资源茎秆组分分布规律及其与大豆生长习性和倒伏性关系的研究提供方法基础。【方法】通过建立一套基于近红外光谱检测技术的大豆茎秆化学组分检测模型,并利用该模型对大豆种质资源茎秆中的中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)和粗纤维(crude fiber,CF)等化学组分进行检测分析,通过方差分析、多重比较和小提琴图分析,明确大豆茎秆CF含量与其生长习性及抗倒伏性之间的内在关系。【结果】基于构建的大豆茎秆化学组分近红外光谱快速检测模型对茎秆NDF、ADF和CF组分检测数值的校正相关系数(RC)均在0.90以上。利用16份模型外大豆茎秆样本对模型的有效性进行验证发现,常规化学检测与该模型检测结果之间无显著性差异(P>0.05)。利用该模型对2017年和2018年种植的393份大豆茎秆CF含量及其生长习性之间的关系进行分析,结果表明,大豆茎秆CF含量符合正态分布规律,在CF含量50.00%以上的材料中,2年数据均表现出直立型(91.67%和86.14%)显著高于蔓生型(8.33%和13.86%),表明大豆茎秆CF含量与其生长习性呈极显著正相关(P<0.01)。【结论】构建的近红外光谱模型具有低成本、快速高效、无污染的特点。此外,茎秆中CF含量高的大豆品种植株具有更强的抗弯曲度,可作为大豆抗倒伏育种亲本筛选的重要指标。

不同大豆基因型对农杆菌敏感性研究及优异种质筛选

大豆遗传转化一直是植物基因工程领域的难点之一,受体品种对农杆菌的敏感程度以及不同农杆菌菌株对靶组织的侵染能力是影响转化效率的主要因素。本研究利用GUS组织瞬时表达技术,比较了4个农杆菌菌株对靶组织子叶节的侵染能力差异,同时利用筛选到的侵染能力最强的菌株评估了33个不同受体基因型对农杆菌的敏感性。结果表明,超毒农杆菌菌株Ag10对靶组织的侵染能力最强,优于其他3个菌株;地方与野生大豆种质在农杆菌侵染后GUS的平均瞬时表达效率显著高于选育品种。此外,通过鉴定筛选出6个对农杆菌敏感性较高的受体材料,其对农杆菌的敏感性优于前人报道的敏感材料Peking,为大豆高效遗传转化体系的建立和新型转化受体的开发提供了参考。

一种简便大豆原位转基因方法研究

以萌发大豆幼苗顶芽为外植体,经纵切及农杆菌侵染后种植到大田中,转化植株用除草剂进行表型鉴定,存活植株进行PCR验证,并分析目的基因EPSPS在T2代转基因植株中的遗传情况;总计获得草铵膦涂抹表型鉴定阳性T0植株75株,草甘膦喷雾鉴定阳性T1植株65个,PCR测序阳性T1植株6个,PCR测序检测转化效率为0.14%;获得T2代PCR阳性植株52个,初步证明目的基因EPSPS能在子代中遗传;该方法能有效解决基因型依赖及再生植株困难等问题,缩短转化周期,为根癌农杆菌阶段的大豆遗传转化体系的优化与改良提供了参考。

共表达G2EPSPS和GAT基因增强转基因大豆植株对草甘膦耐受性

草甘膦(Glyphosate),是全球范围内应用最广、销售量最大的除草剂,草甘膦处理后的新叶黄化和莽草酸积累现象是草甘膦作用于植物最显著的标志性药害症状,同时存在于常规大豆和商业化抗草甘膦转基因大豆中,继而直接影响植株的光合生物量和产量。当前,已商业化的抗草甘膦转基因大豆仍以单独利用草甘膦抗性基因CP4EPSPS或草甘膦降解基因GAT为主。以我国具有自主知识产权的草甘膦抗性基因G2EPSPS和草甘膦降解基因GAT为研究对象,利用优化的农杆菌介导大豆转化技术创制共表达G2EPSPS和GAT基因转基因植株。

超声波与表面活性剂协同处理显著提高农杆菌介导大豆遗传转化的抗性丛生芽率和瞬时表达效率

大豆是世界上种植最广泛的转基因作物。然而经器官发生途径再生植株难和基因型依赖严重等限制性因素导致大豆遗传转化困难、转化效率低。抗性不定芽率和瞬时表达效率是体现再生效率和转化效率的重要指标。以中黄10号和Jack为受体,比较了超声波与表面活性剂协同处理及单因素处理对抗性不定芽形成和瞬时表达效率的影响。

基于全基因组重测序技术鉴定转基因大豆插入位点的方法

明确的插入位点及其旁侧序列是转基因材料进入生物安全评价更高阶段的必要条件。传统的插入位点鉴定方法以基于已知外源序列的PCR扩增技术为基础,主要有TAIL-PCR和Genome walk ing等。大豆是一个古四倍体农作物,近75%的基因以多拷贝或复杂拷贝的形式存在,因此,传统的以PCR为基础的插入位点鉴定方法在转基因大豆中工作效率并不高。

中职英语教材文化因素分析——以外研社版《英语(基础模块)》第一册为例

本文以新课标的文化定义、张占一的知识文化和交际文化的文化分类为依据,对中职教材《英语(基础模块)》第一册文化因素进行分析,希望帮助英语教师更好地理解教材中的文化内容。

大豆品种分枝数分级标准探索

大豆分枝与株型及其产量关系密切。大豆品种资源分枝数的表型鉴定对提高其利用效率具有重要指导意义。为了探索黑龙江大豆品种在北京异地种植条件下的分枝数,本研究以来源于我国东北生态区的49份大豆品种为材料,于2011年和2012年采用随机区组试验,在45 cm行距条件下,株距分别设置25 cm、15 cm和5 cm,研究品种的分枝数及对种植密度的敏感性。结果表明,不同品种的分枝数存在极显著差异,并且各品种对种植密度的敏感程度不同。根据分枝数目将参试品种分为少分枝、中等分枝和多分枝3类;根据分枝数与种植密度的相关系数将参试品种分为不敏感、低度敏感、中等敏感和高度敏感4类。本研究为参试材料在不同株型优良品种培育中的利用提供了理论依据,也为大豆种质表型鉴定提供了参考。

抗草甘膦栽培大豆种质挖掘及抗性生理研究

利用田间试验结合生物化学分析研究了不同的栽培大豆品系对草甘膦的抗性,试验结果显示:在草甘膦有效剂量为0.31~0.92 kg·hm^(-2)时,不同栽培大豆品种对草甘膦抗性存在明显差异,在草甘膦剂量为0.92 kg·hm^(-2)时,石豆1号存活率为100%,表现了较高的抗性,8份材料的存活率为4%~48%,表现出一定的抗性;44份材料表现敏感,存活率为0。试验研究了抗性材料石豆1号、中抗材料Williams和敏感材料中黄35对草甘膦的生理生化反应的差异,结果表明:随着草甘膦处理剂量的增加和处理时间的延长,石豆1号莽草酸含量、叶绿素含量和超氧化物歧化酶(SOD)相对活性没有明显变化。而Williams和中黄35的莽草酸含量和SOD相对活性明显升高,叶绿素含量明显降低。结果表明草甘膦(浓度0.92 kg·hm^(-2))处理下,不同抗性栽培大豆叶片中莽草酸含量有明显差异,处理5~14 d时敏感材料叶片中莽草酸含量保持较高水平,因此栽培大豆叶片莽草酸含量可以作为判断其对草甘膦抗性高低的主要生理指标之一,而SOD的活性和叶绿素含量可以作为判断栽培大豆对草甘膦抗性的辅助生理指标。

大豆百粒重稳定QTL qSW20-1定位及对产量和品质的影响

籽粒重量是大豆产量构成的关键因素之一,克隆主要数量性状基因座(QTL)中控制种子重量的关键基因对提高大豆产量具有重要意义。本研究以齐黄34×东生16构建的325个重组自交系(RIL)为材料,利用SLAF-seq构建了高密度遗传连锁图谱,总图距为2945.26 cM,平均图距为0.47 cM,结合3个环境百粒重表型,检测到11个与百粒重相关的QTL。其中,环境稳定的QTL为qSW20-1,可解释9.73%~18.10%的表型变异。该QTL的大粒等位基因可显著增加单株粒数和单株粒重,但对蛋白含量和脂肪含量2个品质性状无不利影响,区间大小为435.42kb,包含36个基因,通过基因注释和表达模式分析,预测5个候选基因。本研究结果为大豆增产基因挖掘和分子设计育种奠定了坚实的基础。

高油酸低脂氧合酶(FAD-LOX)多基因编辑大豆优异种质创制

大豆是植物油和蛋白质的主要来源。不饱和脂肪酸的含量是影响植物油品质的主要因素,油酸是不饱和脂肪酸中含量最丰富的成分之一,具有较强的氧化稳定性和热稳定性。增加油酸的含量可以提高大豆油的耐储存性,也有利于人体健康。GmFAD2-1A和GmFAD2-1B是大豆编码脂肪酸去饱和酶,调控油酸向亚油酸转化的关键基因。脂氧合酶是大豆种子中的抗营养因子之一。它在酶促氧化的条件下产生豆腥味,限制了大豆产品的应用。为满足不同人群的需要和降低加工成本,有必要培育无脂氧合酶的突变品系。大豆中GmLOX基因(包括GmLOX1、GmLOX2、GmLOX3)编码脂氧合酶。脂氧酶也能催化亚油酸氧化生成脂质氢过氧化物,然后形成豆腥味。因此,降低亚油酸的含量有助于减少豆腥味的形成。同时编码脂氧酶也能延缓豆油的酸败。本研究利用CRISPR/Cas9对中吉602的GmFAD2-1A、GmFAD2-1B、GmLOX1、GmLOX2和GmLOX3基因进行编辑。通过农杆菌介导的大豆遗传转化,在T2代分离到7个具有不同等位变异的优异新种质。与中吉602相比,突变体种子中脂氧合酶活性显著降低,油酸含量提高至81.7%~83.5%。本研究为有效开发大豆种质资源以满足不断变化的市场需求提供了新材料。

大豆茸毛突变体的鉴定及相关基因表达分析

茸毛是大豆的重要形态性状,对其自身的生长发育有着重要作用,也与百粒重等诸多农艺性状相关,因此对大豆茸毛的研究显得尤为重要。本研究从大豆EMS突变体库中筛选到4个茸毛发育异常的突变体,分别是短茸毛突变体ddsp1,无茸毛突变体ddsp2,茸毛部分空瘪突变体ddsp3和茸毛完全空瘪突变体ddsp4。扫描电镜观察结果表明这些突变体中茸毛的长度或形态等都发生了明显的变化,同时突变体的籽粒大小、百粒重等也发生了明显的改变。选取了10个可能与大豆茸毛发育相关的同源基因,分别是参与正调控茸毛发育起始的基因GL1、GL2、GL3和TCL1,参与核内复制负调控的基因RBR1、SIM、KAK和SPY以及参与核内复制正调控的基因CPR5和RHL,通过qRT-PCR分析了这10个基因在4个茸毛突变体和野生型中的表达情况。结果表明,控制茸毛发育起始的基因除了GL1和GL2分别在突变体ddsp2和ddsp4中显著下调表达之外,其余控制茸毛发育起始的基因均显著上调或无显著变化。参与核内复制负调控的基因中,除了RBR1基因只在突变体ddsp1中显著上调表达之外,SIM、KAK和SPY在这4个突变体中的表达水平均显著升高。而参与核内复制正调控的基因CPR5和RHL在4个突变体中的相对表达量均显著增加。本研究通过对茸毛相关基因的表达分析,为进一步挖掘控制大豆茸毛发育的基因以及研究基因的作用机理和调控模式奠定了基础。

大豆红色种皮的色素鉴定和基因定位

【目的】揭示种子发育过程中种皮花青素(anthocyanin)的含量变化以及导致泰兴矮脚红(TXAJH)红色种皮的主要花青素成分;定位控制花青素合成积累的关键基因,为深入了解红色种皮形成的调控机制奠定基础。【方法】利用超高效液相色谱串联质谱(ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,UPLC-ESI-MS/MS)检测黄色种皮大豆绥农14(SN14)和红色种皮大豆TXAJH不同发育阶段种皮的花青素成分与含量,分析与种皮颜色变化密切相关的花青素成分;利用SN14和TXAJH杂交构建的重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)群体进行分离群体分组混合分析(bulked segregant analysis,BSA),初步定位红色种皮相关基因的候选区域,在此基础上,结合标记连锁分析缩小候选区间并预测红色种皮候选基因;最后通过qRT-PCR验证候选基因的表达情况。【结果】检测SN14和TXAJH 4个发育阶段的种皮,共发现12种花青素。在成分上,总花青素的聚类分析表明,TXAJH与SN14之间以及TXAJH显色前后之间的种皮花青素组成均存在明显差异。在含量上,种子发育过程中,SN14种皮花青素的含量逐渐下降,而TXAJH种皮的含量迅速升高并保持稳定,种皮显色后,二者的花青素含量呈现极显著差异,在成熟阶段,TXAJH种皮花青素的含量是SN14的200倍以上。矢车菊素-3-O-葡萄糖苷(Cyanidin-3-O-glucoside,Cy-3-glu)、芍药花素-3-O-葡萄糖苷(Peonidin-3-O-glucoside,Pn-3-glu)和牵牛花素-3-O-葡萄糖苷(Petunidin-3-O-glucoside,Pt-3-glu)是导致TXAJH种皮呈现红色的重要原因。BSA-seq关联分析将红色种皮基因的候选区间定位于第8染色体上,长度为8.66 Mb。利用27个多态性标记进行连锁分析得到10种单倍型,最终将候选区间缩小至702 kb。该区间中在亲本间存在非同义变异的基因共37个,其中,Glyma.08g059900编码MYB转录因子,Glyma.08g061300和Glyma.08g063900编码bHLH转录因子,它们可能参与花青素的生物合成调控;Glyma.08g062000编码花青素还原酶1,可以将花青素转化为原花青素(proanthocyanidin,PA)。基因表达分析结果表明,候选基因和花青素生物合成途径相关基因在SN14与TXAJH中的表达模式相似,均为前者低于后者。种皮花青素主要成分与候选基因表达水平的关联分析结果显示二者之间存在极强的相关性。【结论】SN14与TXAJH的种皮花青素组成存在差异,TXAJH红色种皮呈现红色可能是Cy-3-glu、Pn-3-glu和Pt-3-glu积累的结果。预测Glyma.08g059900、Glyma.08g061300、Glyma.08g062000和Glyma.08g063900为红色种皮候选基因,其中Glyma.08g059900、Glyma.08g061300和Glyma.08g063900可能对花青素生物合成途径的多个基因产生调控作用。

大豆微核心种质资源抗旱性评价

抗旱性是大豆在干旱胁迫下高产稳产的重要生态性状,筛选耐旱种质资源提高新品种的抗旱能力,是保障大豆高产稳产的重要途径之一。以大豆微核心种质为研究对象,采用大豆成株期抗旱性鉴定方法,利用海南冬季干旱少雨的气候特点,系统调查了干旱对163份不同大豆资源的株高、主茎节数、单株荚数和单株粒数等4个农艺性状的影响。再利用加权隶属函数分析和聚类分析的方法,对163份微核心种质的抗旱性进行综合评价。结果表明,供试的163份大豆微核心种质可划分为5个抗旱等级,并鉴定出高抗旱(1级)种质4份(ZDD02159、ZDD10430、ZDD13560和ZDD16874)、抗旱(2级)种质14份、中抗旱(3级)种质52份、敏感(4级)种质74份以及高敏感(5级)种质19份。这些研究结果和抗旱种质的挖掘,为利用资源拓宽遗传基础,培育抗旱大豆新品种和抗旱基因发掘与功能研究提供了参考。