作物种质资源学理论框架与发展战略

作物种质资源是保障全球粮食安全和绿色发展的基础资源,是农业科技原始创新与现代种业发展的物质基础。作物种质资源学是以栽培植物起源中心理论、遗传变异的同源系列定律和作物及其种质资源与人文环境及社会发展的协同演变学说为基础,依托遗传多样性、遗传完整性、遗传特异性与遗传累积性技术体系,研究作物及其野生近缘植物多样性与利用的科学,涵盖作物种质资源调查、保护、评价、研究、创新与共享服务的理论、技术、管理及其体系。本文构建了作物种质资源学理论框架,对基本概念和特征特性进行了界定,并提出了作物种质资源学的发展战略。

作物基因组学与作物科学革命

作物科学的发展对于世界粮食的增产起着重要的作用。本文回顾了第一次绿色革命的历史。通过比较中国与国际上矮化育种时间、矮源的来源以及同期主要绿色革命国家产量的提高幅度,证明中国应该是第一次绿色革命的策源地与发起国之一。包括"中国绿色革命"、杂交水稻等成果在内的中国作物科学研究成果对中国及世界作物生产作出了突出的贡献。当前中国的作物生产面临着严峻的挑战。第一次绿色革命之后的数十年间,中国小麦等主要粮食作物遗传改良年增长仅为0.7%—0.9%,远低于1.7%的需求;肥水利用效率仅为发达国家的1/3;机械化程度虽有较大的提高,但与发达国家相比仍有较大差距;农产品品质不能满足人们的需求,食品安全存在较大问题。鉴于上述情况,目前迫切需要开展一场以"更高产、更高效、更优质、更环保"为主要目标的新的绿色革命。尽管传统的作物科学对作物生产作出了巨大的贡献,但事实证明,仅靠传统的作物科学难以完成新的绿色革命重任。作物基因组学是当前生物科学领域发展最为迅速的一门新兴学科。当前大多数作物基因组测序已经完成,标志着作物科学已经进入基因组时代,为基于基因组学的作物科学研究奠定了基础。基因组学的发展正在促进作物科学在以下4个方面取得重要进展:(1)促进作物种质资源核心种质构建、重要农艺性状基因的克隆与种质资源的开发与利用,推动种质资源变异组学科的形成;(2)促进作物育种理论与育种方法的重大突破,推动育种基因组学的形成与发展;(3)推动环境条件与栽培措施影响基因表达调控的影响机制研究,一批受环境因素调控的基因将被发现,促进栽培学研究向栽培基因组学的方向发展;(4)迅速提高特色作物的研究水平,缩小作物间研究差距。当前是作物科学发展史上前所未有的高速发展时期,种质资源变异组学、育种基因组学与栽培基因组学的发展将引起作物科学的革命,并将由此引发新的绿色革命。文中分析了中国当前在研究队伍的组织、研究题目与研究材料的选择与研究成果的转化等方面存在的问题,并提出了解决方法及发展方向。

植物基因组学与种质资源新基因发掘

种质资源是基因的载体,如何从种质资源中发掘出新的目标基因是21世纪植物育种所面临的最大挑战之一。近年来,随着植物基因组学的迅猛发展,新的基因发掘方法和技术不断涌现,新基因发掘也产生了各种新的思路和策略。笔者在回顾基因发掘历史的基础上,对中国的新基因发掘现状和问题进行了分析,并针对各种基因发掘方法和策略进行了评述,提出了开展新基因发掘的发展方向。

小麦新品系宛原50-2矮秆基因的染色体定位

宛原50—2是一个株高比常用矮源矮,农艺性状较好的新品系.通过21个单体系F_1、F_2的株高和F_2的赤霉酸反应及测交分析,发现该品系携带有4对或4对以上的矮秆基因.其中Rht lS位于染色体4B上;Rht8和Rht9分别位于染色体2D和7B上;一对可能通过诱变产生的对赤霉酸不敏感的矮秆基因,暂命名为Rht(Wan),位于染色体4D上.

小麦F_1单体标记性状的研究

单体分析是小麦基因定位的最常用方法。迄今已命名的300多个小麦基因,多数是采用单体分析方法进行基因定位的。在单体的后代中大约有3/4的单体株和1/4的二体株,通常需镜检根尖或花粉母细胞染色体将单体株与二体株区分开。镜检鉴定需仪器设备及熟练的技术,而且工作量大。所以自单体分析方法问世以来,国内外学者均希望能找出一些明显的表型性状,作为单体株的标记性状,以取代繁重的镜检鉴定工作,但迄今为止进展甚微。

应用植物基因组学的理论与方法开发我国丰富的作物种质资源

作物种质资源是作物育种的基础.它的发掘与利用在本世纪50、60年代曾引发了一场举世闻名的“绿色革命”.然而进入80年代以来,作物育种的水平却未因种质资源收集保存份数的巨增而取得大的进展,反而出现了徘徊不前的状况.分析发现这主要是由于育种亲本遗传基础狭窄所致.因此如何高效持续地友掘利用种质资源中的优良基因,是目前迫切要解决的一个重要的科学问题.基因组学的创立为解决这一科学难题创造了机遇,同时也使种质资源的竞争在基因水平上变得更加激烈,展开了一场世界性“基因大战”.文章就植物基因组学如何促进种质资源基因研究与开发进行了综述,并提出了发掘我国丰富作物种质资源中优异基因的策略与建议.

小麦的抗叶锈病基因及抗源

叶锈可能是世界上为害最严重的小麦病害,也是我国小麦的一种主要病害。在许多小麦生产国家,品种的抗叶锈病能力直接关系到品种的兴衰,关系到品种的更新换代。由于叶锈病菌的生理小种变化复杂,因此要不断地培育新的抗病品种,这就需要丰富的叶锈抗源。小麦叶锈的抗病基因符号为Lr(leaf rust),1946—1988年,世界上正式命名的抗叶锈基因共有35个。

小麦抗黄矮病的基因及抗源

小麦上的大麦黄矮病是由大麦黄矮病毒(BYDV)引起的。大麦黄矮病不仅侵染小麦和大麦,还能侵染燕麦、玉米等谷类作物,是世界上谷类作物主要病害之一。近年来大麦黄矮病对小麦的危害面积逐渐扩大,危害程度日趋严重。这种现象引起了小麦工作者的极大关注。大麦黄矮病毒是由蚜虫传播的。根据蚜虫的种类,大麦黄矮病毒至少有5种类型。由麦长管蚜(Macrosikphum avenae)

小麦抗白粉病基因及抗源

小麦半矮秆品种的推广以及由之而来的肥水用量的加大,使小麦的产量有了大幅度的提高,但同时也使白粉病的为害程度日趋严重,流行地区日趋扩大。目前,白粉病已成为小麦高产稳产的一大障碍。实践证明,培育抗病品种是防治白粉病的一项经济有效的措施,广开抗源则是抗病育种的基础。

小麦抗条锈病基因及其抗源

条锈是小麦的主要病害之一,在小麦生产区常有流行。抗锈育种是防治锈病最经济有效的途径。品种的抗性受其基因控制。抗条锈基因符号为Yr（yellow rust）,迄今已正式命名的抗条锈基因共16个,研究这些基因的来源及特性,将有助于我们广开抗源。Yr1早期基因符号为Lo Lupton（1962）用7个品种配制双列杂交,根据F1。

小麦D基因组框架图绘制及其应用展望

粗山羊草(Aegilops tauschii)是普通小麦D基因组的供体。D基因组的加入,增强了小麦的适应性,改善了小麦的品质,使其成为世界第一大粮食作物。简要介绍了D基因组的结构,重点探讨了基因组测序结果如何用于小麦的基因发掘、资源的多样性与单倍型研究、品种改良、比较基因组学以及进化与多倍体研究。最后提出了对我国小麦基因组研究的建议。

第四届全国小麦基因组学及分子育种大会在南京召开

第四届全国小麦基因组学及分予育种大会于2013年8月17日至19日在南京召开。本次会议由中国作物学会主办，国家小麦改良中心等8个国家与部门重点实验室协办，南京农业大学承办。

“绿色革命”与特异种质资源

本世纪六十年代,由于小麦、水稻上半矮秆抗病品种的育成和推广以及与之相适应的栽培措施的运用,使世界粮食产量有了大幅度的提高,并由此对世界经济产生了较大的影响.这一世界性的粮食生产的大飞跃被称之为"绿色革命"."绿色革命"迄今已有廿年左右的历史了.由于人口的持续增加和耕地面积的逐年减少,粮食问题仍然是我国和许多第三世界国家面临的一个严峻问题.今天我们来回顾总结"绿色革命"的经验,将会使我们得到一些有益的启示.

中国小麦品种资源Glu-1位点组成概况及遗传多样性分析

分析了 5 12 9份中国小麦初选核心种质样品HMW GS的组成情况 ,其中地方品种 345 9份、育成品种(系 ) 16 70份。这些材料作为初级核心种质基本代表了保存在国家长期库中的普通小麦种质资源的遗传多样性 ,覆盖了中国小麦栽培的 10大生态区。总体来看 ,在Glu A1、Glu B1和Glu D13个位点上的主要等位变异分别为null、7+8和 2 +12。育成品种中 1、7+9、14 +15、5 +10和 5 +12亚基 (对 )的频率比地方品种有很大的提高。在Glu 1位点上 ,地方品种与育成品种的遗传丰富度差异甚微 ,但育成品种的遗传离散度指数却显著高于地方品种。在 3个位点中 ,Glu B1位点的多样性最丰富 ,其次为Glu D1位点 ,Glu A1位点的多样性最差。从生态区来讲 ,地方品种变异类型最丰富的 3个大区是黄淮冬麦区、西北春麦区和西南冬麦区 ;选育品种最丰富的 4个大区是西南冬麦区、黄淮冬麦区、长江中下游冬麦区和北部冬麦区。由于广泛的引种、杂交、选择以及亲本选配中的偏爱 ,造成许多生态区遗传离散度指数高低与遗传丰富度出现相矛盾的现象 ,这点在长江中下游冬麦区材料中表现尤为突出。育成品种与地方品种间遗传分化系数分析表明 ,现代引种和杂交育种使我国小麦品种“群体”遗传组成和结构发生了质的变化。

SSR荧光标记和银染技术的比较分析

应用多重PCR简单重复序列 (SSR)荧光标记分析技术和常规的SSR银染技术 ,对北方冬麦区 4 5 1份材料 (中国小麦初选核心种质的一部分 )进行分析 ,用相同材料和引物 ,对这两种方法的检测效果进行评价。用 2 4对引物扩增 ,银染法共检测出 2 35个等位变异 ,每个位点检测到的等位变异为 3～ 2 0 ,平均为 9 8个 ,多态性信息指数PIC为 0 2 2～ 0 93,平均 0 74 ;而荧光标记可检测到 312个等位变异 ,每个位点检测到的等位变异为 4～ 2 4 ,平均为 13 0个 ,PIC为 0 32～0 97,平均 0 75。荧光技术较银染方法在每个位点上多检测到 3个等位变异 ,检测效果更为理想 ,更适于进行遗传多样性分析和研究 ;对两种方法的费用和工作效率做了初步分析 ,表明完成 5 0 0 0× 78个反应在费用基本持平的情况下 ,微卫星荧光标记技术的检测效率显著高于银染法 (7 8倍 )。同时对微卫星荧光标记技术中低成本、高通量多重PCR体系的建立及Genescan 3 7、Genotyper 3 7软件数据分析中出现的一些具体问题进行了探讨。

冬小麦-夏玉米“双晚”种植模式的产量形成及资源效率研究

为了进一步明确黄淮平原冬小麦晚播、夏玉米晚收的"双晚"增产及资源高效的效应,选用2个中熟冬小麦品种和2个中晚熟夏玉米品种,于2006—2008年先后在河南温县和焦作进行大田试验,研究作物群体物质生产、产量形成参数定量指标及光温资源的分配利用。结果表明,冬小麦晚播产量降低不明显,夏玉米晚收产量显著提高747～2700kghm?2,"双晚"周年产量21891～22507kghm?2,比对照提高442～2575kghm?2。冬小麦晚播平均叶面积指数、每平方米穗数和穗粒数降低,但平均净同化率、收获指数和粒重提高达5%显著水平;夏玉米晚收平均叶面积指数、收获指数、生育期天数和粒重均显著提高。"双晚"栽培优化了周年资源分配,提高生育期与光、温资源变化的吻合度,其生产效率分别提高2.22%～10.86%和0.47%～11.56%。小麦和玉米品种的遗传类型是影响"双晚"栽培技术的关键。因此,选用小麦晚播早熟高产和玉米长生育期晚熟品种,通过有效调节资源配置,将小麦冗余的光温资源分配给C4高光效作物玉米,是提高周年高产高效的重要途径。

用EST-SSRs研究小麦遗传多样性

小麦EST-SSRs是从小麦ESTs序列(表达序列标签)中开发的一种新型SSR标记。研究采用35对小麦EST-SSRs标记检测了 96份小麦材料的遗传多样性。结果表明,这些小麦EST-SSRs引物均可获得清晰的预期产物,共检测到129个等位变异,其中87.6%有多态性,大多数引物有2～4个等位变异;其中部分引物可用于普通小麦及其近缘种属的亲缘关系研究,并可根据特征带谱鉴定部分小麦品种;在相似系数为0.745的水平可将人工合成双二倍体小麦材料和一般小麦品种区分开来。与基因组SSR标记相比,EST-SSRs这种新型分子标记来源于表达基因,将其用于小麦遗传研究可直接反映相关基因在不同小麦品种间的表达差异。

几种全长cDNA文库构建方法比较

全长cDNA文库是高效、大规模获得基因全序列信息的一条有效途径,尤其是对基因组庞大、近期内尚不能进行全基因组测序的生物来说,是一条开展功能基因组研究的重要途径。文章对几种全长cDNA文库的构建方法进行了概述,对各种方法的原理及优缺点做了分析、比较,并结合实验室的结果,重点介绍了Cap-trapper法在小麦全长cDNA文库中的应用及文库中全长基因比例判定方法。

小麦种质资源醇溶蛋白指纹图谱数据库的初步建立及应用

利用ISTA的A-PAGE标准方法,初步建立了我国小麦的主要栽培品种、古老地方品种及国外引进品种共90份材料的标准醇溶蛋白指纹图谱数据库,并利用该数据库对90份供试材料进行了遗传多样性分析及聚类分析,共发现有75条相对迁移率不同的醇溶蛋白谱带,且出现频率不同,表明醇溶蛋白指纹图谱具有丰富的遗传多样性.