‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组特征及密码子使用偏好性分析

【目的】分析‘怀玉山’高山马铃薯Solanum tuberosum var.cormosus‘Huaiyushan’叶绿体基因组特征及密码子使用偏好性,为开展‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组密码子优化、叶绿体基因组改造,探索物种进化和增加外源基因表达等研究提供参考依据和理论基础。【方法】采用高通量测序技术对‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组进行测序,并利用生物信息学分析软件对组装和注释后的叶绿体基因组进行结构、基因组成及密码子偏好性分析。【结果】‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组大小为155296 bp,为经典的4段式结构。大单拷贝区(LSC)、小单拷贝区(SSC)和反向重复区(IR)长度分别为85737、18373、25593 bp,总鸟嘌呤和胞嘧啶所占的比例(GC比例)为37.88%,共注释出133个基因,包含87个编码区(CDS)基因、37个tRNA基因、8个rRNA基因和1个假基因。‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组中共检测到38个简单重复序列位点(SSR位点,36个单碱基重复和2个双碱基重复)和32个长重复序列(16个正向重复和16个回文重复)。‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组核苷酸多样性为0-0.13927,高变区主要分布在大单拷贝区和小单拷贝区,大单拷贝区trnL-UAA-trnF-GAA、cemA、rps12-exon1-clpP1、clpP1基因变异率最高,小单拷贝区rpl32-trnL-UAG、ycf1基因变异率最高。‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组87个CDS基因的平均有效密码子数(ENC)为47.29,ENC>45的基因有60个,密码子偏性较弱。‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组密码子偏好以A、U结尾,使用偏性很大程度上受自然选择的影响,而受突变压力的影响小。CGU、AAA、CUU、GUU、GGA、GUA、GGU、UCA、GCU、CCU为‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组的10个最优密码子。【结论】‘怀玉山’高山马铃薯与马铃薯栽培种S.tuberosum‘Desiree’亲缘关系较近。

DBD等离子体与活化水对马铃薯生长特性及产量的影响

等离子体技术在农业生产、生物医学、环境保护等领域有着广泛的应用前景。论文采用多针-板电极制备等离子体活化水装置、板-板电极等离子体直接处理马铃薯装置,对比研究了不同放电功率下等离子体活化水、直接等离子体处理对马铃薯生长特性及产量的影响。2种装置均呈丝状放电,且放电功率与外施电压正相关;当最佳放电功率匹配时,等离子体活化水、直接等离子体处理均能显著改善马铃薯生长特性及产量。等离子体活化水的放电功率为53 W时,马铃薯植株高度、茎粗、鲜重、叶绿素质量分数及产量分别提升了6.4%、18.9%、25.9%、31.7%及17.5%;直接等离子体处理马铃薯的放电功率为8 W时,植株的各参数值增幅均在10%以上。研究结果表明:放电功率变化时,等离子体活化水的理化参数(pH值、氧化还原电位、电导率、过氧化氢、硝酸根离子、亚硝酸根离子)变化显著;随着放电功率的提升,直接等离子体处理的马铃薯吸水率先增长后下降,种皮刻蚀逐渐明显。论文的研究可为DBD等离子体与活化水在农业生产领域应用提供参考。

马铃薯高效再生及遗传转化体系的优化

为优化马铃薯高效再生及遗传转化体系,研究鄂马铃薯3号茎段外植体在不同激素浓度配比下愈伤组织及分化情况,获得最佳愈伤组织及分化激素配比,再采用根癌农杆菌的遗传转化进行筛选,获得最佳转化体系,为马铃薯优质品种的基因工程育种提供依据。结果表明,不同激素浓度配比下愈伤组织及分化率差异较大,其中2.0 mg/L ZR+0.1 mg/L IAA激素配比下可高效再生出芽,出芽率高达100%,芽长势粗壮。通过构建植物表达载体pCambia1301,以GV3101为介导菌株,预培养2~3 d,共培养2~3 d,350 mg/L羧苄青霉素,50 mg/L卡那霉素筛选浓度转化效果较好,转化效率可达65%,其中转化苗在0.8 mg/L IBA+0.2 mg/L NAA激素配比的培养基中可形成再生植株,再生率达80%,苗茎粗壮,根系发达。

NaCl胁迫下外源亚精胺对马铃薯幼苗生理特征的影响

【目的】研究NaCl胁迫下外源亚精胺(Spd)对马铃薯幼苗生理特征的影响,为新疆盐渍化区域马铃薯种植提供技术参考。【方法】以晋薯16号马铃薯幼苗为材料,采用不同浓度NaCl模拟盐胁迫处理,研究外源亚精胺Spd对马铃薯植株生长、叶片抗氧化酶活性、渗透调节物质含量的影响。【结果】盐胁迫抑制了马铃薯植株生长,使得超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)等酶促类抗氧化酶活性表现为低盐胁迫促进,高盐胁迫抑制;抗坏血酸(ASA)、谷胱甘肽(DSH)等非酶促类抗氧化酶含量均降低;脯氨酸、可溶性糖、氨基酸含量升高;外源亚精胺(Spd)通过提高叶绿素含量、根系活力,调节渗透调节物质含量,增强抗氧化酶活性等方式维持植物体的正常生理代谢功能。【结论】外源亚精胺(Spd)可提升马铃薯耐盐性,缓解盐胁迫对马铃薯植株的抑制作用,其中0.9 mmol/L Spd(S 3)浓度缓解效果最明显。

不同保鲜袋包装对雾培马铃薯微型种薯贮藏保鲜效果的影响

为了明确不同保鲜袋包装对雾培马铃薯微型种薯贮藏保鲜效果的影响,以大西洋雾培微型种薯为试材,通过测定种薯块茎贮藏期间的失重率、发芽率和腐烂率及其相关生理指标等,探究4种保鲜袋对微型种薯的贮藏保鲜效果。结果表明,在(20±1)℃下,与普通网袋(CK)相比,普通A膜袋、纳米保鲜袋、核桃保鲜袋、蒜薹保鲜袋等4种保鲜袋均能有效改善微型种薯的贮藏保鲜效果,其中以核桃保鲜袋和纳米保鲜袋对微型种薯的贮藏保鲜效果较佳。这2种保鲜袋包装均能够明显降低微型种薯的失重率,且以纳米保鲜袋包装微型种薯的腐烂率最低,贮藏84 d,核桃保鲜袋和纳米保鲜袋包装微型种薯的失重率分别较CK降低73.20%、63.62%,核桃保鲜袋包装微型种薯的腐烂率较CK升高21.43%,纳米保鲜袋包装微型种薯的腐烂率较CK降低31.25%;抑制相对电导率和丙二醛(MDA)含量的上升速度,减少细胞膜的受损程度,贮藏70 d,核桃保鲜袋和纳米保鲜袋包装微型种薯的MDA含量分别较CK降低23.26%、13.95%;同时,还可促进过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)及超氧化物歧化酶(SOD)活性的提高,减少氧自由基的伤害,并能够正常发芽,对雾培微型种薯具有良好的贮藏保鲜效果。综合考虑,建议在雾培微型种薯贮藏期间采用纳米保鲜袋包装。

大凉山地区不同马铃薯品种产量和营养品质的综合评价

为筛选出适宜四川大凉山地区种植的马铃薯品种,对14个马铃薯品种的12个产量与营养品质指标进行测定,并结合主成分分析、隶属函数法、系统聚类分析对马铃薯产量和品质表现进行综合评价。结果表明,单株结薯数、单薯鲜质量、单株块茎鲜质量、单产、还原糖含量的变异系数均超过30%;单株块茎鲜质量与单薯鲜质量、单产和蛋白质含量呈极显著正相关,干物质含量与淀粉含量、蛋白质含量呈极显著正相关,单薯鲜质量与VC含量、锌含量呈显著负相关,蛋白质含量与钾含量呈极显著负相关;主成分分析结果表明,12个指标可用4个主成分来表示,方差累积贡献率达到86.040%。进一步采用隶属函数法和系统聚类分析将14个品种分为3类,筛选出6个综合表现较优的品种,分别为川凉薯10号、青薯9号、川芋50、川凉芋13、云薯108、川芋22号。

马铃薯褐化种质资源表型性状综合评价

通过遗传多样性分析、相关性分析、主成分分析、聚类分析对马铃薯褐化群体中60份种质资源表型性状进行综合评价,为选育抗褐变马铃薯新品种及生产利用提供理论依据。结果表明,14个描述性指标的遗传多样性指数在0.085~1.157,茎色的遗传多样性指数最大,8个数值型指标变异系数在9.46%~69.22%,褐化指数、褐化强度变化值变异系数较大。相关性分析表明,单株产量与生育期、单株块茎数呈极显著正相关,与主茎数呈显著正相关,褐化指数与褐化强度、褐化强度变化值呈极显著正相关,与煮后变褐值呈极显著负相关。采用主成分分析确定了8个主成分因子,累积贡献率为69.785%。聚类分析将60份种质资源划分为5大类,其中第Ⅰ、第Ⅱ类属于高抗、抗褐变种质,可以用于抗褐变材料选育的亲本材料;第Ⅳ、第Ⅴ类属于易褐变、严重褐变种质,可以作为褐变机制的研究材料。研究结果可为马铃薯抗褐变新品种选育和遗传改良提供一定参考。

117份高抗晚疫病马铃薯种质资源遗传多样性分析

以117份高抗晚疫病马铃薯种质资源为试验材料,通过遗传多样性指数、变异系数及聚类分析等方法,对117份试验材料的26个性状进行分析。结果表明,20个质量性状的遗传多样性指数变化范围为0.35~1.61,6个数量性状变异系数大小排序依次为:主茎数>块茎产量>株高>干物质含量>茎粗>淀粉含量,遗传多样性指数变化范围为0.99~1.50。通过聚类分析,117份试验材料被划分为4类,第Ⅰ类材料多样性丰富,整体性状表现优良,比较符合现有栽培品种的性状特点;第Ⅱ类材料平均产量较高,聚合了我国主栽的4个高抗晚疫病马铃薯品种,可作为晚疫病抗性育种亲本;第Ⅲ类材料主茎数较多,植株整体表现为短日照类型,可作为抗性育种的抗原材料;第Ⅳ类材料包含4份资源,产量最高,可直接用于生产和育种亲本。对117份材料进行R8分子标记检测,其中104份资源含有R8基因,可作为晚疫病抗性基因聚合育种的基础材料。

马铃薯ARM基因家族的全基因组鉴定及表达分析

ARM蛋白重复序列(Armadillo repeats)广泛存在于高等植物中,它们参与多种细胞过程,如信号转导、核转运以及对多种生物/非生物胁迫的响应。本研究在马铃薯(Solanum tuberosum L.)全基因组水平下鉴定出了54个马铃薯ARM基因家族成员(StARMs),它们不均匀的分布在12条染色体上。根据其蛋白结构和系统发育特征,将54个StARMs分为3个亚家族。片段重复事件在马铃薯ARM基因家族的扩展中起主要作用。共线性分析发现,StARMs与番茄(Solanum lycopersicum)、拟南芥(Arabidopsis)、甘蓝(Brassica oleracea)、水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)分别有51对、17对、25对、6对和10对直系同源基因,这些基因均在纯化选择下进化。RNA-seq数据分析发现,4个StARM基因在匍匐茎中特异表达,2个StARM基因在根和心皮中特异表达,1个StARM基因在块茎中特异表,还有一些StARM基因参与了马铃薯对生物/非生物胁迫的响应。此外,本研究对3个不同颜色马铃薯块茎组织(薯皮和薯肉)进行了RNA-seq测序,分析了54个StARMs在不同颜色马铃薯块茎组织中的表达模式,并利用qPCR分析了StARMs在3个不同颜色块茎杂交子代薯肉中的相对表达量,筛选出了4个可能参与马铃薯块茎花色素苷生物合成的候选基因。本研究为进一步了解StARM基因家族的特征,深入分析StARM基因在马铃薯抵御生物/非生物胁迫和调控块茎花色素苷生物合成中的功能提供了理论依据。

马铃薯新品种北方008的选育

北方008是以春薯2号为母本、中薯5号为父本,通过有性杂交选育而成的中晚熟马铃薯新品种。该品种生长势强,株型类型为直立型,从出苗到成熟100 d。薯块扁圆形,薯皮淡黄色,薯肉白色,薯皮略麻,芽眼浅,结薯集中。单株结薯数6.5个,单株块茎质量0.90 kg,大、中薯率77.5%。平均667 m^(2)产量2439.62 kg。块茎干物质含量(w,后同)13.9 g·100 g^(-1)、淀粉含量11.9 g·100 g^(-1)、还原糖含量0.53 g·100 g^(-1)、粗蛋白含量1.4 g·100 g^(-1)、维生素C含量25.3 mg·100 g^(-1)。对晚疫病表现高抗;抗马铃薯X病毒(potato virus X,PVX)、马铃薯Y病毒(potato virus Y,PVY)。2020年通过农业农村部非主要农作物品种登记。

马铃薯新品种‘牡育薯1号’的选育

‘牡育薯1号’是以‘GP2-12’为母本、‘NS78-17’为父本,通过有性杂交选育而成的鲜食型马铃薯新品种。2022年通过农业农村部非主要农作物品种登记,登记编号:GPD马铃薯(2022)230011。‘牡育薯1号’生育期77 d,植株半直立,平均株高约68.8 cm,生长势强,茎绿色,叶绿色,花冠浅紫色。天然结实性中等。块茎卵圆形,黄色皮、深黄色肉,芽眼深度中等。平均单株结薯数6.1个,平均单薯重171 g,商品薯率79.70%。干物质含量19.00 g/100 g,淀粉含量13.30 g/100 g,块茎粗蛋白含量2.04 g/100 g,维生素C含量14.20 mg/100 g,还原糖含量1.10%。2年区域试验中,较对照‘克新13号’平均总增产9.16%。中抗晚疫病、中抗马铃薯X病毒(Potato virus X,PVX)和马铃薯Y病毒(Potato virus Y,PVY)。‘牡育薯1号’适宜在黑龙江省春季种植。

几种中草药提取物对马铃薯晚疫病菌的抑菌活性

中草药因其独特的优势应用于农作物病虫害防控中备受关注,为探究可用于防治马铃薯晚疫病的中草药制剂,助力晚疫病绿色防控,选用无水乙醇、石油醚及乙酸乙酯(体积比为4:3:3)三元溶剂,通过冷浸渍法提取百里香等11种中草药不同部位获得相应制剂。分别采用平板菌丝生长速率法和叶片接种法测定11种中草药制剂对马铃薯晚疫病菌的离体和半活体抑菌活性。百里香和大黄具有较强的抑菌活性,EC_(50)分别为130.19和364.90 mg/kg,优于阳性对照药剂丁子香酚(669.52 mg/kg);防风、齿果酸模、广藿香、蛇床子、野胡萝卜和补骨脂抑菌活性较强,EC_(50)分别为768.28、807.33、874.75、953.52、1519.11和1659.58 mg/kg,低于丁子香酚。可知,百里香、大黄、防风、齿果酸模、广藿香、蛇床子、野胡萝卜和补骨脂对马铃薯晚疫病具有较强的防治效果和潜在应用价值。

内蒙古马铃薯气候适宜度时空演变及产量动态预报研究

基于内蒙古自治区119个气象站的逐日气象数据,采用未来气候情景模式,结合马铃薯的生理生化指标,构建了各发育阶段温度、降水、日照及综合气候适宜度,分析和预估气候适宜度演变特征及其与马铃薯生产的关系,建立了基于气候适宜度指数的马铃薯产量预报模型,实现了旬尺度、旗县级的产量预报,为优势产区马铃薯的动态监测、产量预报模型优选提供了参考依据。结果表明:近60年(1961—2020年)来内蒙古自治区马铃薯生长季光、热适宜度优于降水,综合气候适宜度高值区在中西部偏南及东部大部分地区,气候资源优势明显;从年际变化上来看,日照适宜度呈弱的上升趋势,温度、降水及综合适宜度呈不同程度的下降趋势,对马铃薯生产呈弱的负效应;未来50年(2021—2070年)RCP4.5低排放情景下气候变化对马铃薯生产表现为弱的正效应的可能性大,RCP8.5高排放情景下则为负效应的可能性大;7月上旬—9月上旬逐旬产量预报模型通过了0.05置信检验的占比达74%,预报外推平均准确率为87.4%,开展业务试应用的效果较好,马铃薯预报趋势与实际情况基本吻合。

紫外辐照及甲基磺酸乙酯诱变对马铃薯早熟品种淀粉含量和产量性状的影响

针对黑龙江省现有马铃薯早熟品种淀粉含量较低的问题,通过紫外辐照和甲基磺酸乙酯浸泡2种方式,对东农303和中龙薯1号的组培苗进行处理,经过3 a的种植、调查和数据采集,确定诱变方式对不同品种马铃薯变异程度和诱变方向的影响,以改良获得早熟且高淀粉含量的马铃薯品种。结果表明,诱变后,整体变化表现为无变化>抑制>促进,其中东农303更易发生变异,紫外辐照的诱变效果更佳。在组培苗阶段,多数处理显示为抑制作用;在原原种阶段,紫外辐照有利于东农303产量的提升和中龙薯1号淀粉含量的增加;在原种阶段,甲基磺酸乙酯浸泡对东农303的商品性有提升作用,而2种诱变方式对中龙薯1号的产量和结薯数量均有明显抑制作用,紫外辐照的影响更为显著。在紫外辐照处理中,2个品种均发现了1个淀粉含量明显提升的单株,2个单株的发现将有利于黑龙江省不同熟期品种的搭配种植,减少完全依赖晚熟品种所带来的种植风险,并可有效提升产业效益。

2种常用肥料在马铃薯种植条件下肥力转化速率研究

[目的]研究2种肥料在土壤中的转化时间,从而判断养分供给时间和能力,为确定科学施肥时间提供数据支持。[方法]以马铃薯生产中常用的2种肥料为处理,分别是硫酸钾、磷酸二铵。并设置3个土壤含水量处理,分别为25%、35%、45%。设定取样时间,测定肥料剩余量并计算肥料的溶解量和溶解率。[结果]磷酸二铵和硫酸钾分别在施肥后第5天和第56天时溶解量超过或接近50%,可将其标定最佳养分吸收期。磷酸二铵施入21 d后,肥料不再转化,整体上随着土壤水分含量的提高,磷酸二铵溶解能力增强,养分供应能力变大,但持续供养能力变弱。试验周期内硫酸钾养分释放比较平均,在土壤含水量25%和35%条件下,施肥后28 d内为养分高效供应期,28 d后养分供应趋于稳定。在土壤含水量45%条件下,施肥后49 d内为养分高效供应期。整体上看,含水量45%更有利于硫酸钾高效供养时间的延长。[结论]可将磷酸二铵和硫酸钾的溶解能力作为肥料养分供应的指标,但只能应用于矿质元素类肥料,因有机肥料溶解后还涉及矿质化过程,对有机类肥料不具备指导意义。

马铃薯新品种冀农薯8862的选育

冀农薯8862是以品系V7-88为母本,以斯凡特为父本,通过有性杂交、选择、鉴定育成的中早熟马铃薯新品种。植株直立,株高约70 cm,生育期80 d(天)左右。薯块圆形,浅黄皮浅黄肉,薯皮光滑,芽眼浅;干物质含量18.1%,淀粉含量13.4%,还原糖含量0.29%;单株结薯6~8个,平均单薯质量195.3 g,商品薯率85%以上,每667 m^(2)产量2 800 kg左右。中抗PVX、PVY,适宜河北省张家口、承德一季作区种植。

湖南棉花-马铃薯轮作轻简化栽培技术规程

棉花-马铃薯轮作模式对提高棉田综合效益、缓解粮棉争地矛盾等都具有重要意义。根据湖南冬作马铃薯种植习惯,结合湖南棉花轻简栽培技术研究成果,提出了棉花-马铃薯轮作轻简化栽培技术规程。该规程符合省工节本、增产增效的农业发展方向,对棉花-马铃薯轮作标准化生产具有一定的指导作用。

StGID1基因调控马铃薯植株高度、直径和叶绿素含量

为了研究赤霉素不敏感矮化基因(gibberellin insensitive dwarf,GID1)在马铃薯生长中的作用,在马铃薯中克隆该基因并转化植株记录相关表达差异。以马铃薯‘川芋21’组培苗为材料,通过马铃薯基因库设计引物克隆到了一个马铃薯赤霉素不敏感矮化基因StGID1。通过转化‘鄂马铃薯3号’,得到过表达转基因植株和RNAi植株并记录表达差异。进化分析显示,StGID1蛋白氨基酸序列与番茄SlGID1b-1基因的氨基酸序列同源性最高。过量表达和干扰抑制表达的转基因植株对比显示,在组培苗中,干扰抑制表达的植株平均茎直径为过量表达植株的2倍。在成熟植株中,抑制表达植株株高仅为过表达植株株高的62.8%,显著低于空白对照和过表达植株。在赤霉素处理时,过表达转基因植株、干扰抑制表达植株及对照均表现出随赤霉素浓度升高而茎高增高,茎直径减小。本研究证明StGID1是GID1基因家族在马铃薯中的同源基因,为马铃薯赤霉素调控路径的一部分。

马铃薯新品种‘昆薯9号’的选育

‘昆薯9号’是昆明市农业科学研究院利用品种‘会-2’作母本,国际马铃薯中心(CIP)引进材料‘CIP004(TPS-67)’作父本配制杂交组合,通过人工有性杂交选育出的中熟马铃薯新品种。2023年通过国家非主要农作物品种登记,登记编号:GPD马铃薯(2023)530042。该品种生育期为105 d,适宜作为鲜食型品种。块茎圆形,芽眼浅、少,薯皮光滑、黄色,薯肉黄色。干物质含量14.00%、淀粉含量10.40%、蛋白质含量2.15%、维生素C含量23.20 mg/100 g、还原糖含量(以葡萄糖计)0.64%。耐贮运,蒸煮品质优,适口性好。抗青枯病、感晚疫病和卷叶病毒(Potato leafroll virus,PLRV)病。2013年和2014年品种比较试验中产量分别较对照‘合作88’增产66.20%和76.82%。2019—2021年冬播区域试验中,2019—2020年4个试验点‘昆薯9号’平均产量为3283 kg/667m^(2),较对照‘丽薯6号’(3778 kg/667m^(2))减产13.11%;2020—2021年4个试验点‘昆薯9号’平均产量为2864 kg/667m^(2),较对照‘丽薯6号’(3678 kg/667m^(2))减产22.14%。该品种适宜在云南省春、秋、冬作区种植。

马铃薯新品种冀农薯5139的选育

冀农薯5139是以V7-55为母本、斯凡特为父本杂交选育的马铃薯新品种。该品种属中晚熟品种,在河北省春季覆膜栽培全生育期102 d左右,株高约85 cm,植株半直立,茎秆绿色局部有紫色,叶浅绿色。花序小,花冠白色,近五边形。块茎长卵圆形,黄皮黄肉,芽眼浅、薯皮光滑度中,单株结薯5~7块,结薯集中,平均单薯质量220.5 g,商品薯率88%以上,平均667 m^(2)产量3000~3500 kg。该品种中抗晚疫病,中抗病毒病,耐贮藏。块茎干物质含量(w,后同)19.4%、淀粉含量14.8%、蛋白质含量1.84%、维生素C含量28.24 mg·100 g^(-1)、还原糖含量0.073%。该品种适宜在河北张家口、承德等生态相似地区春季种植。2023年通过农业农村部非主要农作物品种登记。