糜子种质资源淀粉含量与Waxy基因等位变异分析

本研究测定了100份糜子种质资源的直链淀粉和支链淀粉含量,采用分子标记对胚乳直链淀粉合成调控基因Waxy进行基因分型,并选取不同直链淀粉含量代表种质资源进行基因测序和差异位点分析。结果表明,100份糜子种质资源直链淀粉含量变化幅度为0~22.78%,平均6.07%,直链淀粉含量低于3.7%的糯性材料占36%,完全糯性材料占24%;支链淀粉含量变化幅度为4.55%~56.73%,平均15.30%。分子标记M5/R11扩增产物能有效区分S_(0)、S_(-15)和S_(0)S_(-15)基因型;标记int5Lf/R3和M12/R12的PCR产物利用内切酶ACC I和Eco N I剪切,可鉴别出L_(C)、L_(Y)、L_(F)基因型。100份糜子种质共发现9种基因型,其中S_(0)/L_(c)数量最多,占33%,S_(-15)/L_(F)占25%,杂合型S_(0)S_(-15)/L_(F)、S_(0)S_(-15)/L_(C)、S_(0)S_(-15)/L_(Y)L_(F)各占2%。通过Waxy基因序列比对,在地方品种甘谷黑蝉背、黑糜子、庆阳饿死牛,育成品种晋黍9号、赤糜2号等种质资源中发现了大量新的SNPs位点,可用于基因功能和糜子育种材料创制研究。本研究结果为糜子分子育种工作及品质改良提供了理论依据。

不同肥料配比对糜子产量和品质的调控效应

为探明不同施肥方式对糜子营养品质、食味品质和产量的影响,于2019年在山西河曲进行试验,以河曲大红糜子为材料,选用不同配比的有机肥(羊粪)、生物菌肥、尿素和复合肥,研究不同施肥配比对糜子品质和产量的影响。结果表明:不同肥料配比对糜子产量和品质性状显著影响,复合肥和有机肥(F+Y)配施显著提高糜子籽粒产量(GY)、净光合速率(Pn)、钙(Ca)和铁(Fe)含量,显著减低直链淀粉含量(AC);相关性分析发现,籽粒产量(GY)和净光合速率(Pn)呈极显著正相关,相关系数为0.82,镁(Mg)与铁(Fe)呈极显著正相关,值为0.68,直链淀粉含量(AC)与醇溶蛋白含量(Gli)、钙(Ca)达到极显著负相关,值分别为-0.66和-0.50;主成分分析发现,糜子各性状指标分为4个主成分,分别代表糜子食味品质、营养品质、产量指标和蛋白营养品质,综合得分以复合肥和有机肥(F+Y)处理最高,并显著高于其他处理。综上所述,复合肥(187.5 kg·hm^(-2))与有机肥(1.5×10^(4)kg·hm^(-2))配施是糜子获得优质高产的主要施肥方式。

糜子淀粉结构及理化特性研究进展

由于糜子营养丰富且升糖指数低,糜子资源的开发受到越来越多的关注。现有研究表明,淀粉作为糜子的主要成分,其结构对理化特性和糜子制品的品质有极大的影响。本研究从颗粒形貌、分子结构、结晶特性3个方面对糜子淀粉的多尺度结构进行综述,并从糊化特性、热焓特性、流变特性和消化特性4个方面对糜子淀粉的理化特性进行分析,对比了粳性糜子淀粉和糯性糜子淀粉多尺度结构及理化特性的差别,探讨了糜子淀粉的结构特征与理化特性之间的关系,同时指出对糜子淀粉多尺度结构和理化特性之间关系的研究仍有不足,缺乏对不同品种糜子淀粉间多尺度结构和理化特性的系统比较等问题,以期为糜子资源的开发利用提供基础理论参考。

糜子GRF转录因子全基因组鉴定及在茎分生组织中的表达特征

为了解糜子(Panicum miliaceum L.)GRF(growth-regulating factor)基因家族成员全基因组信息及其在营养生长阶段分生组织中的表达特征,本研究通过生物信息学和转录组测序相结合的方法,分析了糜子GRF基因家族成员的染色体分布、基因结构、系统进化关系、顺式作用元件及其在营养器官茎分生组织中的表达特征。结果表明:糜子GRF基因家族包含21个成员,家族成员含有1~4个内含子和2~5个外显子,编码蛋白长度为224~618个氨基酸,等电点为4.93~9.69;PmGRF基因不均等分布于12条染色体上,除PmGRF13定位于细胞核和叶绿体外,其余均定位于细胞核。系统进化分析显示,糜子21个GRF基因分为4个亚族(A、B、C和D)。顺式作用元件分析表明,在糜子GRF基因上游2000 bp序列中,普遍存在数目不等、种类不同的参与光响应、激素响应、干旱诱导、低温和其他环境胁迫响应的顺式作用元件。对糜子高秆品种陇糜12号和矮秆品种张778拔节期节间和节部分生组织分别取样进行转录组测序及qRT-PCR分析,结果发现:PmGRF3、PmGRF12在矮秆品种张778中表达量显著高于高秆品种陇糜12号,而PmGRF4、PmGRF16和PmGRF21的表达特征与之相反;PmGRF2和PmGRF5在张778节间分生组织中的表达量显著高于陇糜12号,其余GRF基因不表达或差异表达不显著,表明PmGRF2、PmGRF3、PmGRF4、PmGRF5、PmGRF12、PmGRF16和PmGRF21等7个基因与糜子株高的形成相关。

东北春播区糜子核心种质的荧光微卫星标记鉴定

优异种质资源是糜子新品种选育和产业发展的基础。本研究以190份东北春播区糜子核心种质为材料,利用前期构建的SSR标记在5'端标注荧光,进行PCR扩增和毛细管电泳。根据毛细管电泳检测的片段有无采用“0/1”表示,利用ID Analysis4.0进行区分,使用PopGene、PowerMarker、MEGA、Structure、NTSYS进行遗传多样性分析。试验结果表明,3个荧光SSR标记组合(RYW3+RYW6+RYW28)可区分190份材料,共检测出等位变异73个,平均为24.3333;有效等位基因数(Ne)为5.4728(RYW3)~15.8922(RYW6),平均为9.6496;检出Shannon多样性指数(I)为2.0851(RYW3)~2.9457(RYW6),平均为2.4896;观测杂合度(Ho)为0.7529(RYW6)~0.9574(RYW28),平均为0.8876;期望观测杂合度(He)为0.8194(RYW3)~0.9398(RYW6),平均为0.8765;Nei’s基因多样性指数(Nei)为0.8173(RYW3)~0.9371(RYW6),平均为0.8741;多态性信息含量(PIC)为0.8656(RYW3)~0.9722(RYW6),平均为0.9198。基于UPGMA将190份资源划分为3个群组。基于Structure的遗传结构分析(K=3)将糜子核心种质分为3个类群,来源于东北地区的4个基因库(黑龙江、吉林、辽宁和内蒙古的一部分)。基于主成分分析将材料分为4个类群,与地理来源一致。利用在线二维码技术(https://cli.im/)构建了190份东北糜子核心种质的DNA分子身份证。

藜麦CqGAI基因密码子偏好性与进化分析

为了阐明藜麦CqGAI基因密码子使用特性,克隆获得藜麦CqGAI基因序列,运用CodonW、SPSS软件及EMBOSS在线程序分析藜麦CqGAI基因密码子使用偏好性,并与25种植物的GAI基因进行中性绘图、ENC分析和奇偶偏好偏差性分析。结果表明,藜麦CqGAI基因编码序列(coding sequence,CDS)全长1 782 bp,编码593个氨基酸,包含DELLA基因家族特有结构域DELLA、TVHYNP、NLS、VHIID、LHR、RVER;CqGAI基因能够迅速响应赤霉素(gibberellins,GA),在GA信号通路中起关键作用;密码子偏好性分析显示,CqGAI基因的有效密码子数(effective number of codon,ENC)、密码子适应指数(codon adaptation index, CAI)及GC含量分别为54.14、0.21和46.18%,密码子偏好性较弱,偏好以A/T结尾,有27个高频密码子。聚类分析表明,藜麦CqGAI基因与石竹目植物的亲缘关系较近。碱基组成与相关性分析发现,CqGAI基因密码子偏好性受碱基突变和选择效应影响。密码子使用频率表明,大肠杆菌与酵母菌均适用于藜麦CqGAI基因异源表达,拟南芥、烟草、甜菜均可作为藜麦CqGAI基因功能分析的遗传转化受体。以上研究结果为进一步研究藜麦CqGAI基因功能和异源表达提供了重要参考。

植物生长抑制剂对藜麦农艺性状和穗发芽抗性的影响

藜麦果实无休眠或休眠期短,成熟时云南大部分地区雨季尚未结束,在收获前期遇持续阴雨天气或在潮湿环境下易发生穗发芽现象,严重影响藜麦产量和品质。为有效地控制藜麦穗发芽,以易穗发芽的WQ6为试验材料,分别在初花期(B1)、盛花期(B2)、灌浆期(B3)分别喷施脱落酸(A1)、矮壮素(A2)、多效唑(A3)3种植物生长抑制剂,以喷施清水为对照(CK),探究不同时期喷施不同植物生长抑制剂对藜麦农艺性状和穗发芽抗性的影响。通过隶属函数法综合分析穗发芽抗性,发现各处理的穗发芽隶属函数均值都小于CK,盛花期喷施矮壮素处理的隶属函数平均值最低,穗发芽抗性最强。各处理均能极显著矮化植株、影响产量,A2B1、A1B2、A2B2、A3B2、A1B3处理能够显著增加产量。综合藜麦产量、穗发芽抗性以及抑制剂成本,在盛花期喷施200mg·L^(-1)多效唑效果最好。

基于SSR的陕西糜子种质资源的分子鉴定

为构建糜子(Panicum miliaceum L.)DNA分子身份证,试验以181份陕西糜子核心种质为材料,对课题组前期开发的糜子特异性SSR标记进行多次PCR筛选和优化后获取核心引物。基于糜子参考基因组信息,经过BLAST序列比对后将核心标记进行染色体定位。在SSR引物的5′端标注荧光(FAM/HEX),根据毛细管电泳检测的片段有无采用“0/1”表示,利用ID Analysis4.0进行区分,十进制(0~9)统计扩增片段大小构建材料字符串,用Pop Gene、Power Marker、MEGA、Structure和NTSYS进行遗传多样性分析。试验结果表明,7个荧光SSR(RYW3、RYW6、RYW37、RYW40、RYW43、RYW125和RYW146)组合可区分181份材料,不均匀的分布在5条染色体上,共检测出77个等位变异,平均为11;检出Shannon多样性指数(I)为0.8145(RYW146)~7.8254(RYW125),平均5.9076;观测杂合度(Ho)为0.2627(RYW146)~0.9506(RYW3);期望观测杂合度(He)为0.3329(RYW146)~0.8747(RYW125);Nei’s基因多样性指数(Nei)为0.3315(RYW146)~0.8722(RYW125);多态性信息含量(PIC)为0.5923(RYW146)~0.9445(RYW125),平均为0.8419。基于UPGMA将181份资源划分为3个群组。基于主成分分析将材料分为10个类群,与地理来源一致。利用在线二维码技术(https://cli.im/)构建181份陕西糜子核心种质的DNA分子身份证。

不同烤烟品种根际微生物多样性群落结构分析

【目的】分析不同烤烟品种植株根际土壤细菌及真菌群落结构,探明烤烟植株与其根际微生物的关系,为改良烟株根际微生态环境,促进烟草生产中的病虫害防治,提高烟叶品质提供理论依据。【方法】以中烟100、NC89和云烟87为试验材料,利用Illumina高通量技术,结合植株根际土壤理化性质分析不同品种烤烟植株间根际土壤微生物群落组成和多样性的差异。【结果】烟草根际微生物群落中,根际土壤细菌4个优势菌门为放线菌门、变形菌门、酸杆菌门和绿弯菌门;根际土壤真菌2个优势菌门为子囊菌门和被孢霉门。品种NC89的Alpha多样性显著高于中烟100和云烟87,说明NC89细菌多样性优于其他2个品种,有益菌Mortierella、Neocosmospora、unclassified_k_Fungi的含量高于其他2个品种。【结论】不同烤烟品种植株根际土壤中细菌群落和真菌群落的组成及多样性存在显著差异,NC89根际土壤细菌和真菌的多样性群落结构优于中烟100和云烟87。

5个黍子育成品种耐盐性鉴定

土壤盐渍化会影响农业可持续发展,造成生态失去平衡。培育耐盐植物是经济效益最大化和土壤改良效果最优的重要环节。研究旨在为黍子耐盐新品种选育提供鉴定指标,为盐碱地黍子品种的种植提供材料。以5个黍子育成品种为试验材料,基于不同浓度的中性混合盐(NaCl和Na_(2)SO_(4)),采用培养皿发芽方法,从芽鲜质量(SFW)、芽长(BL)、发芽指数(GI)、发芽势(GP)、根鲜质量(RFW)、发芽率(GR)、根长(RL)、活力指数(VI)等8项农艺性状评估材料的耐盐程度。通过分析不同盐浓度下这5个黍子育成品种发芽势和发芽率的差异,结果发现,160 mmol/L为进行盐处理的最适浓度。在该浓度下,5份材料的8项指标变异丰富,变异系数分别为168.41%、48.12%、23.13%、15.11%、32.94%、18.90%、64.37%和123.53%。对8个指标进行相关性分析、主成分分析及综合评价D值综合评价,结果发现,SFW、BL、GI、GP和RFW等5项指标可作为黍子耐盐性评价的参考指标;5份材料耐盐性从强到弱依次为晋黍7号、龙黍19号、宁糜13号、齐黍1号和龙黍9号。

77份山西黍稷DNA二维码身份证的构建

为了更好地管理黍稷资源,分辨其身份以及追溯来源,创建一个高效可行的种质资源鉴定系统十分必要。以山西省内各地77份黍稷资源为材料,用上海生工生物股份有限公司合成上游5’端加FAM (blue)荧光基团标记对77份黍稷资源进行PCR及毛细管电泳。结果发现,仅用5个标记组合(RYW3、RYW6、RYW20、RYW37和RYW40)可区分全部材料。其中,组合RYW6+RYW37可区分60份;组合RYW6+RYW20+RYW37可区分69份;组合RYW6+RYW20+RYW37+RYW40可区分73份;组合RYW3+RYW6+RYW20+RYW37+RYW40可区分全部77份。77份材料在8个位点共检出79个等位变异,每个位点检出平均为9.875个,检测到的有效等位变异(Ne)为2.675 9,Shannon多样性指数(I)为0.991 6,Nei’s基因多样性指数(Nei)为0.426 0,多样性信息含量(PIC)为0.553 3。在此基础上,利用ID analysis 4.0在线条形码生成器将对应字符串生成可扫描的条形码DNA分子身份证;利用二维码在线技术将材料基本信息转化成可扫描的二维码DNA分子身份证。

刈割对糜子生长及产量的影响

为了探明刈割对糜子生长及产量的影响,本文开展了苗期和拔节期刈割试验。结果表明,不同时期和位置刈割,糜子的根干重、秆干重、穗干重、株高、茎粗、主茎节数、叶长、叶宽、主穗长、单株分枝数、单株有效穗数和单株分蘖数均出现不同程度的变化。其中,植株6叶1心时余下基2叶刈割,糜子生长至成熟期获得的生物量最大,为本次试验中的最佳刈割时期和位置。表明在恰当的时期和位置进行刈割处理可以刺激植物体的冗余和补偿效应,达到增加糜子地上部分生物量的效果。

东北春播区糜子核心种质及其DNA分子身份证构建

本研究以500份东北春播区糜子资源为材料,利用169个SSR标记,采用UPGMA聚类分组,进行分层抽样,构建核心种质,同时应用ID Analysis 4.0软件构建分子身份证。利用等位基因数(Na)等遗传多样性衡量指标评估核心种质的遗传差异,并利用PCOA分析核心种质。结果表明,对169对SSR引物进行筛选,发现30对多态性好,利用30对SSR引物构建的糜子核心种质包含190份材料,占全部种质的38%,全部种质与核心种质的均检测出91个等位变异,保留了100%等位基因;有效等位基因数为2.2977~2.9975和2.2872~3.0173,平均值分别为2.8198和2.8297;Shannon多样性指数为0.9532~1.0990和0.9535~1.1162,平均值为1.0645和1.0667;观测杂合度为0.3434~0.8037和0.3162~0.7849,平均值为0.5399和0.5359;期望杂合度为0.5654~0.6672和0.5645~0.6707,平均值为0.6448和0.6473;Nei’s基因多样性指数为0.5648~0.6664和0.5628~0.6686,平均值为0.6441和0.6452;多态性信息含量为0.6657~0.8356和0.6493~0.8340,平均值为0.7974和0.7944。全部种质与核心种质的分子标记的相关指标进行t检验,结果无显著性差异,且PCOA分析表明核心种质与全部种质具有相似的遗传多样性和群体结构,同时发现8个SSR标记(RYW5、RYW8、RYW16、RYW28、RYW40、RYW53、RYW62和RYW67)可区分190份核心种质,构建了东北糜子核心种质的分子身份证。

黍子SRS基因家族的全基因组鉴定与表达分析

植物特异性SHI-related sequence(SRS)转录因子在调控植物生长发育、激素生物合成和胁迫反应中起着至关重要的作用。本文研究了黍子(Panicum miliaceum)SRS基因家族(PmSRS),利用生物信息学方法分析了PmSRS的结构和功能,并通过转录组数据分析SRS基因在黍子不同组织和不同成熟阶段的基因表达水平。共鉴定出13个PmSRS,根据系统发育关系分为6个亚家族,且同一亚家族中的PmSRS成员包含相似的基因结构和基序组成。发现在PmSRS基因的启动子区存在39种与植物生长发育、植物激素、胁迫及光响应相关的顺式作用元件。此外,PmSRS5、PmSRS6可能在黍子生长时期发挥主要作用。本研究提供了黍子SRS基因家族的综合信息,有助于研究SRS基因的功能,并为黍子的分子改良提供了理论依据。

生物炭添加对黄土旱区土壤水肥环境及谷子产量形成的影响

黄土旱区土壤有机质含量偏低,有限水肥资源难以高效利用。生物炭具有调节土壤孔隙环境和水肥有效性的潜力。有关生物炭调节黄土旱区土壤水肥运移,提升特色作物谷子产量的关联机制值得深入分析。为明确生物炭添加对陕北黄土旱区土壤水肥环境和谷子产量形成的影响,探讨生物炭在该地区的增产增效潜力,本研究以“晋谷21号”为材料,设置CK(0 t·hm^(-2))、C1(2 t·hm^(-2))、C2(4 t·hm^(-2))、C3(8 t·hm^(-2))、C4(16 t·hm^(-2))5个梯度的施炭处理,连续等量施炭2年,开展大田定位试验。结果表明:(1)添加适量生物炭能有效提升土壤含水量,但高施炭量不利于土壤水分的储存利用。连续施炭2年,谷子拔节期和成熟期C3土壤含水量较CK分别显著提升21.4%、30.5%,C4较C3分别降低8.83%、7.25%,但无显著差异。(2)连续2年增施生物炭,C4处理土壤pH值、有机质、氨态氮、硝态氮和速效钾含量较CK提升4.28%~29.4%;土壤速效磷含量随增施生物炭的剂量先增后减,C4速效磷含量较CK显著下降7.27%。(3)添加生物炭能有效提升谷子生物量和产量,C3施炭条件下,谷子成熟期地上部生物量较CK显著提升17.8%,谷子产量相较于CK显著提升16.9%。综上,添加适量生物炭能有效改善陕北黄土旱区土壤水肥环境,调节谷子生物量积累,促进碳水化合物转化,提升谷子产量。

适宜机械化生产的优质抗逆糜子新品种冀黍9号的选育及其配套栽培技术

针对糜子生产中倒伏严重、不适宜机械化种植的问题,以黄糜子为母本、晋黍5号为父本进行有性杂交,采用系谱法选育出糜子新品种“冀黍9号”。该品种中矮秆,主茎高140.8cm,千粒重7.9g,丰产性好,稳产性高,抗逆性强,适宜机械化生产;2 a区域试验计14点次全部增产,平均产量为2 848.5 kg/hm^(2),较对照增产18.6%;抗倒性0级,抗旱性1级,抗黑穗病2级。

黑龙江省西部地区糜子灾害类型及防治措施

糜子是重要的救灾救荒作物,也是北方旱作地区农业生产的优势作物。为深入推动黑龙江省西部地区糜子生产和产业发展,本研究针对该地区糜子种植过程中遭遇的6种主要农业气象灾害类型,进行了系统分析与评估。针对每种灾害类型对糜子生长情况的影响、采取的防治措施,以及种植管理中的关键注意事项3个方面进行梳理和总结,为农户田间防灾减灾提供理论依据,合理推进相关气象灾害预防措施,最大限度减少灾害造成的经济损失。

糜子种质资源表型比较分析

为明确内蒙古赤峰不同生态区糜子种质资源的表型差异,本研究引进特早熟区、早熟区、中熟区和晚熟区共516份糜子材料,连续两年在赤峰地区进行糜子种质资源表型鉴定及比较分析。在不同年份的田间调查中,2021年生育期相对较集中的是晚熟区的糜子品种。2022年生育期相对较集中的是早熟区的糜子品种。2021年、2022年特早熟区糜子品种均表现植株矮、茎秆细、叶片短而细,叶片数少,遗传多样性整体相对较低。2021年早熟区糜子品种植株偏低,植株茎秆粗,叶片宽且长,叶片数较少;2022年表现植株偏低,植株茎秆较细,叶片较窄,叶片数较少但叶片最长。2021年中熟区糜子品种的植株最高、茎秆较粗、叶片数最多;2022年表现植株较高、茎秆较粗且叶片短而宽。2021年晚熟区糜子品种的植株较高、茎秆较粗;2022年表现植株最高、茎秆最粗且叶片数最多。各生态区糜子品种产量性状的遗传多样性差异不大,特早熟区品种主穗重、主穗粒重的遗传多样性相对较低;早熟区品种的主穗重、草重的遗传多样性相对较高;中熟区品种主穗长度、草重的遗传多样性相对较低,千粒重的遗传多样性相对较高;晚熟区品种的主穗长度、主穗粒重的遗传多样性相对较高;千粒重的遗传多样性相对较低。特早熟区谷子品种表型性状遗传多样性整体较低;中熟区谷子品种和晚熟区谷子品种遗传多样性整体较高。

新疆糜子种质资源性状研究

通过对10份新疆糜子(Panicum miliaceum L.)种质的农艺及产量性状进行分析综合筛选,参试各材料性状间普遍存在显著性差异和相关性。在同样的种植栽培条件下,根据生育期变幅55~83 d,将XY、HBH分为超早熟材料,HP、H33、HK、HC分为早熟材料,TL、BRG分为中熟材料,TLD、WS为晚熟材料。在籽粒产量方面变幅为1905.95~4237.12 kg/hm^(2),H33产量最高。各种质间的农艺及产量性状的变异程度通过变异系数及多样性指数来表达,各种质之间的变异幅度在7.92%~43.71%,遗传多样性指数变化范围为2.22~2.57,均值为2.33。系统聚类分析,将10份材料分为籽粒高产材料、饲料高产材料、早熟材料3类。隶属函数分析对各材料综合得分D值进行排序,对选用材料进行筛选。

糜子PmLEA1基因的克隆及其在非生物逆境胁迫下的表达模式分析

LEA蛋白是一类逆境胁迫下诱导产生的蛋白,为了解糜子PmLEA1基因在逆境中的作用,从河曲红糜子中克隆出PmLEA1基因,利用生物信息学方法预测并分析PmLEA1蛋白的性质和结构特征。结果表明,糜子PmLEA1基因全长549bp,编码蛋白的分子量为17863.57Da,氨基酸数目为182个,二级结构以无规则卷曲为主,属亲水性蛋白,其蛋白序列与柳枝稷LEA蛋白序列的同源性最高,无跨膜转运信号,不是膜上受体。实时荧光定量PCR结果表明,PEG-6000、NaCl、甘露醇、ABA、GA、H2O2、IAA、MeJa、SA胁迫下的PmLEA1基因相对表达量均发生不同程度的变化;各胁迫下PmLEA1基因的相对表达量变化在根中最大,叶片次之,茎中相对变化最小,且表达量总体上呈现先升高后降低的变化趋势;PEG-6000胁迫下PmLEA1基因的相对表达量变化量大。上述结果说明,糜子PmLEA1基因参与了抗旱调控和不同激素信号传导过程。研究结果为糜子的遗传改良提供了优良的抗旱基因,并为其他禾本科作物LEA基因的挖掘提供了研究思路。