羽衣甘蓝BoLMI基因的克隆及时空表达分析

【目的】探究羽衣甘蓝裂叶表型形成的分子机制,研究BoLMI基因对裂叶形成的作用。【方法】以裂叶羽衣甘蓝DH系为试验材料,利用同源克隆技术,成功获取基因完整的cDNA序列,将其命名为BoLMI。【结果】序列分析发现,BoLMI基因全长531个碱基对,共编码176个氨基酸,其蛋白分子量为20 789.35 Da,理论等电点为7.24。根据Pfam保守结构域分析,BoLMI蛋白包含homeobox保守结构域。系统发育分析结果显示,羽衣甘蓝的BoLMI基因与甘蓝型油菜以及结球甘蓝的BoLMI基因同属于一个分支,亲缘关系较近。BoLMI蛋白是位于细胞核内的可溶性蛋白,包含1个跨膜结构域,无信号肽序列。qRT-PCR分析表明,BoLMI基因在裂叶羽衣甘蓝的幼苗期表达水平较高,在莲座期表达水平较低;在羽衣甘蓝莲座期,裂叶品种不同部位叶片BoLMI基因的表达水平均高于圆叶品种,其中在第1片叶的表达量最高。裂叶品种和圆叶品种不同叶片BoLMI基因的表达量差异显著。【结论】推测BoLMI基因在羽衣甘蓝裂叶形成中起重要作用,为加速羽衣甘蓝叶形育种提供了理论基础。

结球甘蓝CBF家族特征分析及低温诱导基因BoCBF1、BoCBF2a和BoCBF3表达分析

转录因子CBF在植物对低温胁迫的响应和增强植物的抗寒性方面发挥着重要作用。为分析结球甘蓝CBF家族成员的氨基酸序列特征,探究其是否受低温诱导表达,本研究利用结球甘蓝923全基因组数据库对其进行蛋白质理化特征、系统发育关系、编码基因结构以及2℃低温胁迫下编码基因表达水平分析。结果表明,共鉴定到7个BoCBF基因,系统发育分析后分成2个亚组(Ⅰ和Ⅱ)。BoCBF蛋白的氨基酸长度为203~283 aa,全部是亲水性蛋白质。在结球甘蓝02-12中,BoCBF1、BoCBF2a和BoCBF3基因在叶、花、芽和角果中基本不表达,在愈伤组织、根和茎中表达量较低。转录组测序和实时荧光定量PCR分析发现,在耐寒结球甘蓝923和不耐寒结球甘蓝D9中,BoCBF2b、BoCBF2c基因不受低温诱导表达,BoCBF2a基因低温诱导表达最为迅速,其次是BoCBF1和BoCBF3基因。BoCBF1、BoCBF2a和BoCBF3基因的相对表达量在低温胁迫3~6 h达到最大值,相对表达量达到最大值后急剧下降,在24 h降至最低。本研究结果为后续开展BoCBF1、BoCBF2a和BoCBF3基因调控结球甘蓝响应低温胁迫机理研究奠定了基础。

微波辅助提取紫甘蓝中花青素工艺优化的研究

以紫甘蓝为提取原料,以乙醇和柠檬酸混合溶液为提取剂,通过微波提取法提取紫甘蓝中的花青素,采用紫外分光光度计法测定紫甘蓝中花青素的吸光度,根据标准曲线和花青素含量的计算公式计算出紫甘蓝中花青素的含量。通过单因素试验得出料液比、乙醇与柠檬酸体积比、提取温度、提取时间对紫甘蓝花青素含量的影响。利用正交试验和验证试验得出紫甘蓝花青素最佳提取工艺为料液比1∶25,乙醇与柠檬酸体积比3∶7,提取功率400 W,提取时间3 min。

适合机械化移栽结球甘蓝新品种‘沪甘2150’的选育

‘沪甘2150’是由甘蓝胞质雄性不育系CMS轮01-181为母本和结球甘蓝自交系ZS008-183为父本选配而成的宜机化结球甘蓝新品种,从定植到开始采收约为70 d。该品种生长势强,中抗黑腐病;叶球翠绿,蜡粉少,球形圆正,结球紧实。苗期株型直立性好,适合机械化移栽。叶球质量为1.03 kg,每667 m^(2)平均产量为4004.06 kg,较对照品种‘绿宝石’增产12.08%。

小果型西瓜优化复种豇豆、结球甘蓝周年栽培方法

为解决设施春提早小果型西瓜种植中茬口、土壤地力等的不合理利用问题,总结出一种小果型西瓜优化复种豇豆、结球甘蓝周年栽培方法,通过选择最适品种,合理安排茬口,适时精细化育苗,固氮菌剂的施用,茬口间高温闷棚等技术的改进,实现温室内早春茬种植小果型西瓜后再复种豇豆、结球甘蓝的周年高效生态循环生产模式,并对调节温室地力,培土固氮起到积极的作用。

青花菜雄性不育杂交制种技术

青花菜目前大多采用雄性不育杂交制种,前期由于缺乏经验,制种产量低,种子品质差,一定程度上制约了新品种的推广应用。通过多年的试验与摸索,台州市农业科学研究院西兰花课题组总结出了一套“三控一补”青花菜高产制种技术,提高了制种产量和种子品质,加速了新品种的推广速度。

甘蓝类蔬菜工厂化育苗技术及其应用

为满足高原夏菜规模化生产的发展需求,解决当前甘蓝类蔬菜生产中存在的优质品种缺乏、种苗质量不高、种苗培育技术落后的问题,通过对甘蓝类蔬菜品种选择、播种、苗期管理、炼苗等关键环节的技术研究和实践,总结形成甘蓝类蔬菜工厂化育苗技术。优良品种和工厂化育苗技术的综合应用,实现了甘蓝类蔬菜良种良苗的统一,与传统育苗相比,苗龄缩短5~10 d,成本降低30%左右;年生产甘蓝类蔬菜种苗1000万株以上,可实现年产值150万元,年纯收益50万元,经济效益显著;并辐射带动了当地蔬菜产业升级,促进了农民增收、致富,社会效益显著。

耐寒、抗旱、优质中晚熟甘蓝品种筛选试验

为筛选出适宜在六盘山区种植的耐寒、抗旱的优质甘蓝品种,对13个甘蓝品种开展了比较试验,结果表明:所有参试品种均未发生抽薹开花和茎秆升高现象,圆球型甘蓝品种京甘103在品质方面除硝酸盐含量较高外,其他品质表现优异,可溶性固形物含量、可溶性糖含量、净菜率分别达9.17%、5.92%、65.07%,均显著高于其他圆球型甘蓝品种,MDA(丙二醛)含量较低,为0.43μmol/g,虽然产量低,但品质较优、口感脆嫩、外形美观,深受消费者喜欢;平头型甘蓝品种中甘107生长势强,不易裂球,可溶性糖含量、维生素C含量高,分别达5.32%、9.68 mg/kg,显著高于其他平头型甘蓝品种,且MDA和POD(过氧化物酶)含量较低,SOD(超氧化物歧化酶)和CAT(过氧化氢酶)的活性较高,整体抗逆性优于其他品种;平头型甘蓝品种晚丰光合能力较强,SPAD值最高为60.18,显著高于其他圆球型甘蓝品种,抗病性强,可溶性固形物、净菜率、脯氨酸含量高,分别为9.2%、61.14%、0.123%,667 m^(2)产量最高,为3518.43 kg。综上所述,京甘103、中甘107和晚丰适宜在六盘山区大面积示范推广种植。虽然紫甘蓝欧梅罗和普来米罗的长势较其他品种差,但是品质优异,营养价值高,可作为鲜食品种进行推广种植。

不同成熟期对花椰菜种子活力及相关生理生化指标的影响

花椰菜种子收获时常依据经验进行,易导致采收时期不当,对种子质量造成较大的影响。为研究花椰菜杂交种子成熟期与种子活力的关系,确定适宜的种子收获期,本研究以花椰菜品种瓯松60天为材料,分析了授粉后40、45、50、55、60、65 d不同成熟期种子物理性状、种子活力和抗氧化酶活性等指标变化。结果表明,随着种子成熟期延长,种子含水量、鲜种子千粒重呈降低趋势,种子浸泡液电导率和丙二醛(MDA)含量先降低后趋于稳定,规定水分千粒重、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、发芽率、发芽势、活力指数、苗高、根长先增加后趋于稳定。不同授粉后天数之间比较结果表明,授粉后55、60、65 d,活力指数、苗高和根长差异不显著,但均显著高于50 d;规定水分千粒重、SOD活性、POD活性、MDA含量、电导率在授粉后55 d趋于稳定。回归分析结果表明,活力指数与鲜种子千粒重、种子含水量、MDA含量、电导率显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)线性负相关,与SOD和POD活性极显著线性正相关(P<0.01)。活力指数、SOD活性、POD活性、MDA含量、电导率与种子发育天数符合二项式函数变化:y_(活力指数)=-0.131x2+16.957x-344.480,y_(SOD活性)=-0.020x2+2.668x-10.420,y_(POD活性)=-0.112x2+14.417x-368.610,y_(MDA含量)=0.113x2-13.771x+433.780,y_(电导率)=0.088x2-10.319x+338.680,达显著或极显著水平,可用来预测不同发育天数种子的活力、保护酶清除活性氧自由基能力和细胞膜结构的完整性。综上,授粉后55 d,瓯松60天种子已达可采收程度,发芽率98%,规定水分千粒重4.364 g,种子活力和种子生理也趋于稳定,且对幼苗生长没有影响,还可降低种子易落粒损失风险。本研究结果为花椰菜杂交种子适时采收提供了理论依据。

植保无人机在水稻病虫害防治应用中的对策研究

为了深入研究无人机在水稻病虫害防治中的规律,致力于推动无人机植保技术的不断改进和提升,减少农药用量,提高水稻植保质量。在乡村振兴战略的大背景下,依托合作企业和无人机应用技术专业,以植保无人机技术为研究对象,明确研究思路,制定具体的研究对策。通过实践探索,成功研发出适用于湖南省主要农作物水稻的高效植保无人机作业方案和植保无人机操控技术。

低温处理下青花菜衰老过程中叶绿素降解相关基因的表达

为研究不同低温处理对青花菜黄化衰老过程中叶绿素变化及叶绿素降解相关基因表达量的影响。以兰州高原特色蔬菜‘耐寒优秀’品种的青花菜为试验材料,设置近冰温(-0.7℃~-0.4℃)、4℃、10℃3个贮藏温度。结果表明,近冰温(-0.7℃~-0.4℃)处理组在整个贮藏期叶绿素含量显著高于4℃、10℃处理,且L^(*)、a^(*)和b^(*)显著低于4℃和10℃处理。在整个贮藏期,近冰温处理的青花菜BoCLH1(叶绿素酶1)和BoCLH2(叶绿素酶2)的表达量显著低于4℃、10℃处理,这说明近冰温处理抑制了青花菜贮藏期BoCLH1(叶绿素酶1)和BoCLH2(叶绿素酶2)的表达,而4℃、10℃处理诱导了青花菜贮藏期BoCLH1(叶绿素酶1)和BoCLH2(叶绿素酶2)的表达;近冰温处理的青花菜BoPPH(脱镁叶绿素酶)的表达量随着贮藏时间的延长不断下降,而在4℃和10℃处理组中在贮藏15 d时有显著上升,且始终高于近冰温处理组。近冰温处理的BoPaO(脱镁叶绿酸a加氧酶)表达量高峰出现明显滞后,而BoRCCR(红色叶绿素代谢产物还原酶)的表达量在贮藏过程中始终显著高于4℃和10℃处理组。可见,近冰温处理可有效抑制叶绿素的降解,延缓青花菜组织衰老。

芥蓝新种质创制及其在育种上的应用

采用常规杂交方法,以芥蓝为母本,以甘蓝种的不同变种为父本进行杂交,从F2中选择优良单株,经回交和多代连续自交,最终创制出紫色性状(肉质茎、叶片、叶脉、花蕾)、蜡粉性状(无蜡粉肉质茎、无蜡粉叶片)、肉质茎形状(短纺锤形、柱形)、侧薹性状(早发、多发、颜色紫色或绿色)以及花瓣颜色(浅黄色)等不同类型的芥蓝新种质。应用这些材料成功选育出京紫1号、京紫2号、京紫3号、21M2芥蓝和22M4芥蓝等芥蓝新品种。研究结果为芥蓝种质资源创制提供了科学依据,为芥蓝新品种选育奠定了基础。

芥蓝游离小孢子培养技术优化及其在育种中的应用

以16个芥蓝品种(F1)为供体材料,比较分析了优化花蕾的消毒、小孢子的游离释放以及过滤等环节对芥蓝游离小孢子培养效果的影响。结果表明,16份参试芥蓝供体材料都具有胚胎发生能力,并全部获得了不同类型的再生植株,实现了较大规模、批量地获得芥蓝双单倍体(DH)。经田间综合评价筛选,应用DH系育成了不同熟性的芥蓝一代杂种20M4芥蓝、21M2芥蓝和22M11芥蓝。

中国西兰花育种研究进展

2018年以来,随着农业农村部“国家西兰花育种联合攻关”工作的实施,我国西兰花育种研究取得了重要进展。自主培育的西兰花品种在花球颜色、球形等重要性状方面取得了突破,自主培育品种的市场占有率由2018年的不足5%提升至2023年的35%左右,单倍体诱导技术广泛应用于育种实践,遗传转化和基因编辑技术取得突破,基因组与分子标记辅助育种技术在育种工作中发挥着重要作用。文章介绍了近年来我国在西兰花花球重要商品性状、育种技术、新品种选育等方面取得的重要进展。基于我国自主培育品种和对照品种的系统发育进化树分析结果,并结合主栽品种的历史更替,将我国西兰花品种分为3个历史阶段和17个进化群(簇),浙青、碧绿、美奥、台绿等最新育成品种位于进化树顶端。近几年西兰花育种主攻方向仍是早中熟、广适性品种,未来育种的方向是抗病、抗逆、适宜机械化生产,同时应从外观品质转向鲜食加工品质和功能营养品质。

青花菜响应干旱胁迫基因挖掘

为挖掘青花菜抗旱关键基因,以台绿3号为试材,通过PEG模拟干旱胁迫,分析干旱胁迫对青花菜幼苗生物量及抗氧化酶活性的影响;利用转录组测序筛选抗氧化酶相关的差异表达基因,同时采用实时荧光定量PCR技术对筛选出的抗氧化酶相关基因进行定量表达分析。结果表明,干旱胁迫可显著抑制青花菜幼苗地上部生物量的积累,促进地下部根系的生长,提高POD、SOD、CAT、APX、GPX活性。转录组测序结果显示,干旱胁迫下青花菜幼苗差异表达基因共有6 513个,其中上调表达基因3 129个,下调表达基因3 384个;从中筛选出45个抗氧化酶相关的差异表达基因,均为上调表达,与荧光定量PCR验证结果基本一致;通过相对表达量分析筛选出上调幅度最大的POD、SOD、CAT、APX、GPX相关基因各1个,这些基因可能是青花菜抗旱的关键基因,为青花菜抗旱机制的研究提供了科学依据。

青花菜转录因子基因BoiWRKY8及其与抗病性的关系

WRKY转录因子是植物特有的一类调控蛋白,在抵御生物和非生物逆境中起着重要作用。为初步明确该基因在抗病反应中的功能,本研究在分离青花菜BoiWRKY8基因的基础上,利用生物信息学方法进行序列分析,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)明确其在核盘菌、灰霉菌侵染下的表达模式,并对过量表达植株进行抗病性鉴定。结果表明,BoiWRKY8的基因组全长为3170 bp,具2个内含子,长度分别为776和1422 bp。编码区全长为972 bp,编码323个氨基酸,WRKY结构域由60个氨基酸组成,包括一个WRKYGQK序列和一个C_(2)H_(2)锌指结构C-X_(4)-C-X_(23)-H-X_(1)-H。系统发育分析结果表明,BoiWRKY8与芸薹属植物的同源序列聚为一组,支持率达100%,与野甘蓝的关系最近。qRT-PCR结果显示,BoiWRKY8受核盘菌和灰霉菌的诱导,在6和12 h时的表达量最大,为对照的3.18/2.68和3.22/2.90倍;BoiWRKY8过量表达植株对核盘菌、灰霉菌的抗性显著增强,JA/ET通路标志基因BoPDF1.2的表达量显著提高。本研究结果为后续开展青花菜抗病机理研究和分子育种奠定了基础。

组蛋白去乙酰化抑制剂诱导羽衣甘蓝小孢子胚状体发生和植株再生

羽衣甘蓝是2年生植物,2年完成1个有性生殖世代,游离小孢子培养是加快其纯合化的有效途径。但是由于羽衣甘蓝小孢子培养的诱胚率低,使其难以育种应用。组蛋白乙酰化是一种重要的表观遗传学机制,影响小孢子发育途径,促进小孢子胚状体发生。本研究分别用不同浓度的组蛋白去乙酰化抑制剂辛二酰苯胺异羟肟酸和曲古菌素A处理羽衣甘蓝红斑鸠的小孢子,以诱导胚状体发生。结果表明,辛二酰苯胺异羟肟酸浓度为0.075μmol/L时,红斑鸠获得最多胚状体,为每个花蕾获得20.24个胚状体,同时直接成苗率也达到最高,为16.07%。曲古菌素A浓度为0~0.150μmol/L时,红斑鸠的胚状体发生率和直接成苗率都降低。适当浓度的辛二酰苯胺异羟肟酸可以促进羽衣甘蓝红斑鸠小孢子胚状体发生和直接成苗率,而0~0.150μmol/L曲古菌素A对羽衣甘蓝红斑鸠胚状体的发生和直接成苗率有抑制作用。

基于上胚轴外植体的甘蓝高效再生体系

下胚轴是甘蓝遗传转化中常用的外植体,但基因型依赖和再生效率低是目前的主要问题。为探索以甘蓝上胚轴为外植体构建遗传转化体系,以9个甘蓝商品种为试材,比较了上胚轴与下胚轴两种外植体在农杆菌侵染后诱导分化的再生效率。结果表明:9个甘蓝品种中有5个上胚轴生长良好。在农杆菌侵染后,以上胚轴为外植体5个品种均诱导产生了不定芽,再生频率为32.4%~78.4%;而以下胚轴为外植体只有3个品种分化出不定芽,且最高再生频率仅为2.7%。表明上胚轴是克服甘蓝转基因再生体系中基因型依赖的理想外植体,为获得甘蓝再生植株提供了一种有效途径。

甘蓝BoFLCs基因标记开发及优异单倍型聚合

开花抑制因子FLOWERING LOCUS C(FLC)编码MADS-box家族蛋白,在拟南芥的春化途径中起关键作用。为了探究甘蓝BoFLCs在春化过程中的作用,利用CRISPR/Cas9技术对甘蓝自交系GL的BoFLCs基因进行编辑,显著提早了其开花时间,明确了BoFLCs的基因功能。以晚花甘蓝自交系20-2221(P_(1),BoFLCs-w)和中早花甘蓝自交系20-2229(P_(2),BoFLCs-z)为亲本,构建BC_(1-2)P_(2)和BC_(2)F_(1)分离群体。通过序列比对分析,发现BoFLC_(1)、BoFLC3和BoFLC5在双亲间均存在序列差异,并根据这些差异序列开发了其特异性分子标记。利用BoFLCs特异性分子标记对BC_(2)F_(1)群体进行筛选,最终获得1个包含BoFLC_(1)-w/w、BoFLC5-w/w纯合单倍型以及BoFLC3-w/z杂合单倍型的植株(BC_(2)F_(1)-29),其抽薹时间和开花时间分别比回交亲本20-2229晚8.00 d和13.00 d;4个包含BoFLC_(1)-w/w、BoFLC3-w/w纯合单倍型以及BoFLC5-w/z杂合单倍型的植株(BC_(2)F_(1)-55、BC_(2)F_(1)-119、BC_(2)F_(1)-121和BC_(2)F_(1)-163),平均抽薹时间和开花时间比20-2229分别晚9.75 d和(13.50 d;3个包含BoFLC_(1)-w/w、BoFLC3-w/w)和BoFLC5-w/w纯合单倍型的植株(BC_(2)F_(1)-82、BC_(2)F_(1)-106和BC_(2)F_(1)-192),平均抽薹时间和开花时间分别比20-2229晚11.33 d和15.67 d。本研究开发了BoFLCs特异性分子标记,并实现了BoFLCs优异基因型的高效聚合,改良了亲本20-2229的抽薹性。

以甘蓝下胚轴为外植体的再生体系优化

针对甘蓝组织培养过程中再生体系难度大,培养效率低的问题,本研究以白花芥蓝下胚轴为外植体,对离体培养关键影响因素——无菌苗光/暗培养时间、NaClO消毒时间、激素配比对甘蓝种子、不定芽分化及再生的影响进行了比较分析。结果表明, 75%无水乙醇40 s+5%NaClO 15 min消毒后,将种子暗培养3 d,再光培养3 d,无菌苗生长最好;预培养时培养基最佳激素组合是0.05 mg L^(–1) NAA (α-萘乙酸)+4 mg L^(–1) 6-BA (6-苄氨基嘌呤);筛选培养基的最佳激素组合为0.05 mg L^(–1) NAA+4 mg L^(–1) 6-BA+250 mg L^(–1) Cb (羧苄青霉素),愈伤发生率91.1%,不定芽分化率57.3%;生根培养基MS+30 g L^(–1)蔗糖+7 g L^(–1)琼脂+0.1 mg L^(–1) NAA+0.1%活性炭,不定根产生数量多,获得植株根系发达、生长势强。本研究建立的甘蓝组织培养优化体系能快速获得再生植株,有助于加速甘蓝良种的繁育与评价。