新麦草基因组重复序列组成及在赖草属物种染色体上的分布

新麦草(Psathyrostachys juncea)被认为是赖草属植物的一个重要祖先物种。对新麦草中高度重复序列Cot-1 DNA文库克隆测序分析鉴定,结果表明新麦草Cot-1 DNA文库中的序列可以分为6种类型:反转座子、转座子、卫星DNA、抗病相关LZ-NBS-LRR、未能鉴定类型、反转座子LTR和LTR/Copia类型序列组合型,占比分别为49.5%、1.0%、28.7%、5.9%、13.9%和1.0%。进一步利用2种卫星DNA序列和5个反转座子序列为探针,对新麦草、赖草(Leymus secalinus)和2个大赖草(L. racemosus)材料进行染色体荧光原位杂交,结果表明卫星DNA序列TaiI-family和pSc250-family杂交信号主要分布在染色体的端部,TaiI-family杂交信号数量分别为20、16、7和18,而卫星DNA序列pSc250-family在新麦草、赖草中的杂交信号数量分别为17和24,在2个大赖草材料均没有信号检出。反转座子序列在3个物种染色体上基本呈散布分布方式,而且在赖草属物种染色体分布呈现同质化倾向,其中克隆序列pPj-44和pPj-28在新麦草和赖草属物种间信号分布差异显著,分别提示在异源多倍化过程中存在序列扩张和收缩,克隆序列pPj-77仅在1个大赖草材料10个染色体杂交信号强度区别于其余染色体。研究结果表明,新麦草重复序列在赖草多倍体形成过程发生了快速进化并可能存在同质化扩散,同时赖草属不同物种基因组间重复序列组成可能存在显著差异。

新麦草YUCCA基因克隆及其表达特性分析

【目的】克隆新麦草分蘖关键基因YUCCA并明确其表达特性,为该基因功能验证和育种利用奠定基础。【方法】以不同分蘖类型的新麦草分蘖节为材料,采用PCR法克隆新麦草YUCCA基因并进行同源序列比对,构建1300-cYFP-YUCCA过表达载体,利用烟草瞬时转染及蛋白质印迹法分析新麦草YUCCA蛋白的表达位置及表达情况,通过RNA-Seq数据及qRT-PCR分析验证YUCCA基因的相对表达量。【结果】成功克隆了新麦草YUCCA基因全长,大小为1336 bp,最大阅读框为1236 bp,并成功构建了1300-cYFP-YUCCA过表达载体。多序列比对结果显示,新麦草YUCCA主要与麦类作物的亲缘关系较近。表达特性分析发现,YUCCA基因在多分蘖型新麦草中的相对表达量远低于少分蘖型新麦草;与叶、根等组织相比,YUCCA基因在分蘖节中的相对表达量最高。烟草瞬时转化和蛋白质印迹法分析均显示,YUCCA蛋白可以正常表达,其亚细胞定位于细胞质中。【结论】YUCCA基因在调控新麦草分蘖中起下调作用,可用于后续YUCCA基因功能的研究。

新麦草异戊烯基转移酶PjIPT基因的功能验证

【目的】异戊烯基转移酶(isopentenyl transferases,IPT)参与反式玉米素(trans-zeatin,tZ)的生物合成。tZ是调节植物生长发育和抵抗逆境胁迫的一种细胞分裂素类型,在促进芽生长和调控植物侧枝发育方面具有重要作用。探索IPT的功能,为后续新麦草产量性状改良提供了理论依据。【方法】通过对新麦草IPT进行系统发育和多序列比对,探究其编码氨基酸序列的特征和同源性。通过花粉管通道法获得过表达PjIPT拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株,并运用逆转录PCR(RT-PCR)和蛋白质印迹(Western blot,WB)对转基因植株进行验证,利用实时荧光定量逆转录PCR(RT-qPCR)对其组织表达模式进行分析,使用液质联用系统测定反式玉米素。【结果】IPT在新麦草(Psathyrostachys juncea)和二粒小麦(Triticum dicoccoides)等麦类作物中具有高度同源性,且AtIPT9是PjIPT的同源蛋白。通过花粉管通道法获得过表达PjIPT拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株,证明PjIPT上调植株分枝数。RT-PCR和蛋白质印迹分析显示,PjIPT在转录水平和蛋白水平均能够正常表达。利用不同部位组织RT-qPCR分析PjIPT的空间特异性表达,结果显示,PjIPT在拟南芥的分蘖节和叶中特异性表达。此外,反式玉米素的定量分析表明PjIPT通过参与tZ的生物合成去调控拟南芥植株分枝数。【结论】PjIPT是上调植株分枝数的关键基因。

新麦草新品系生物学特性及生产性能研究

对新麦草新品系及对照山丹新麦草的物候期、生长速度、草层结构、开花习性、产量性状等生物学特性和生产性能的研究结果表明,该品系具有抗寒、耐旱性强、返青早、生长发育快、青绿持续期长、分蘖多、须根系发达、开花整齐和产量高等优良特点,适宜于干旱半干旱地区栽培,具有很好的推广种植前景。

盐胁迫对新麦草种子萌发特性和生理特性的影响

采用浓度为0%、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%、1.8%的NaCl、Na2CO3、NaHCO3单盐胁迫新麦草种子,通过种子萌发特性和生理特性的变化,研究其萌发时的耐盐能力和不同盐分对其危害程度,为新麦草(Psathy-rostachys juncea(Fisch.)Nevski)在盐碱地的建植提供参考。结果表明:3种盐胁迫对新麦草种子的发芽率、发芽势、根生长速度和幼苗生长速度的影响差异明显。相同浓度下,Na2CO3胁迫时发芽率和生长速度受到显著抑制(P<0.05),MDA的积累量大。可溶性糖、CAT、POD、SOD在Na2CO3浓度为0.6%时达到最大值;NaCl胁迫时MDA的积累量最小,发芽和生长受到的影响较小,可溶性糖和CAT在NaCl浓度1.5%时达到最大值,POD和SOD在浓度1.2%时达到最大值;NaHCO3胁迫时受到的抑制介于中间。综合分析,3种盐对新麦草种子萌发影响的强弱顺序为:Na2CO3>NaHCO3>NaCl。

施氮与株丛切割对退化新麦草草地的改良效果

本文研究了施氮肥和株丛切割对退化新麦草人工草地生产性能的影响。结果表明，施氮肥和株丛切割提高了新麦草草地生产性能和生产力。此外，施氮肥可改善牧草品质及土壤供氮能力。株丛切割和施氮肥（120kg／hm2）相结合与单施氮肥相比，成本较低，对退化新麦草草地的改良效果良好，年均产草量2679．5kgDM／hm2。

普通小麦与华山新麦草的杂交

华山新麦草是分布在秦岭山脉华山段的1个特有种,经细胞学鉴定为二倍体种(2n=14)。利用普通小麦与之杂交并通过幼胚培养获得了杂种,杂交结实率为0.19%,幼胚培养出苗率为33.3%。杂种表现为双亲的中间型,杂种F_1体细胞染色体数为2n=28,花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ每细胞平均0.99个二价体,26.01个单价体。杂种花粉粒败育,以小麦花粉与杂种回交时获得了种子,回交结实率为2.5%。回交一代体细胞染色体数为2n=49,花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ染色体构型多数为2Ⅲ+7Ⅰ。

新麦草种子劣变过程中生理生化变化

研究新麦草(P sa thy rostachy s juncea Bozo isky)种子在自然老化和人工老化过程中的生理生化变化。结果表明:在自然和人工老化过程中,种子发芽率、发芽指数、脱氢酶和酸性磷酸酯酶活性降低;发芽指数和酸性磷酸酯酶活性的变化先于发芽率,这是种子质量的敏感指标;种子可溶性糖泄漏随着老化程度的增加而增加;电导率与种子劣变程度的相关不显著。

施肥和刈割对新麦草产草量影响的研究

本文研究氮肥、磷肥、钾肥和刈割次数的交互作用与新麦草人工草地产草量的动态关系。结果表明，氮肥、磷肥、钾肥和刈割次数间存在一定的交互作用。其中以氮肥与磷肥、氮肥与刈次间的交互作用较大；而钾肥与刈次间的交互作用较小。在试验范围内，氮肥、磷肥、钾肥和刈次的最佳组合为：每公顷施氮312千克，磷171千克，钾125千克，刈割2次。利用频数分析法给出产草量维持在一定水平的具体调控措施。

新麦草种质遗传多样性的ISSR分析

利用ISSR标记对15份新麦草（Psathyrostachys juncea）种质资源进行遗传多样性检测。为获得稳定的新麦草ISSR反应体系,对反应条件中的dNTP、Taq酶浓度、引物浓度、Mg2＋浓度等因子进行了优化,建立起的最佳反应体系为：25μL的反应体系中含有dNTP 2.5μL、Taq酶0.2μL、Primers 1μL、Mg2＋1.5μL、2.5μL 10×Buffer、2μL模板DNA和ddH2O 15.3μL。ISSR标记结果显示,筛选出的重复性好、谱带清晰的ISSR引物8条,共获得84个扩增位点,其中多态性位点72个,多态性比率（PPB）为85.7%。通过遗传相似系数（GS）的计算,供试种质材料间的GS值在0.4405～0.9048之间,表现出丰富的遗传多样性。通过聚类分析,将15份新麦草种质材料划分为四大类,且呈现出一定的地域性分布规律。

不同草地恢复方式对新麦草草地土壤和植被的影响

通过草地补播、草地施肥、草地重耙以及草地施肥结合草地重耙等不同的草地恢复方式 ,对退化新麦草草地土壤和植被影响进行研究 ,探讨华北农牧交错带地区人工草地恢复的最佳方式。试验结果表明 :不同的草地恢复方式对草地的恢复效果不同 ,补播适合于重度退化的新麦草草地 ,施氮肥、重耙和施氮

刈割期和留茬高度对新麦草产草量及品质的影响

1999年 5月～ 9月在华北农牧交错带研究生育期和留茬高度对新麦草产草量及品质的影响。结果表明 ,以抽穗期刈割头茬留茬 4cm全年割三次的干草总产量最高 ,(2 0 60 .51kg/hm2 ) ,其次是初花期刈割头茬留茬 1 0 cm(1 951 .84kg DM/hm2 )。粗蛋白质总产量最高的处理是抽穗期刈割头茬留茬 4cm(470 .2 9kg DM/hm2 ) ,其次是初花期头茬刈割 ,留茬 4cm(42 4 .2 6kg DM/hm2 ) ,后者的酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量均最低。头茬刈割期酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量依次为盛花期 >抽穗期 >初花期。在河北坝上地区新麦草应在抽穗期低留茬(4cm)

放牧强度对新麦草人工草地氮素在牧草与土壤中的分配和动态的影响

本文研究放牧强度对新麦草草地氮素在牧草和土壤中的分配与季节动态。结果表明，草地氮素贮量在0～30cm土层为每平方米663．5～938．4g，其中70％集中于0～20cm。土壤氮素随着时间的变化没有显著差异。中度放牧可提高牧草对氮素的利用率。随着土层的加深，氮素呈“T”型分布，其中以中度放牧最为明显。随着放牧强度的增加，表层氮素的积累增多，以对照区土壤氮素的含量最高，重牧区次之，中牧区最低（P＜0．05）。对照区植物活体中氮素的比例高于放牧区。放牧区根系氮素的比例高于对照区。

春季分施氮肥对新麦草种子产量及氮肥利用率的影响

本文研究了春季分施氮肥对新麦草(Psathyrostachys juncea(Fisch.)Nevski)肥料利用率、种子产量构成要素和种子产量的影响,旨在提高种子产量和氮肥利用效率。结果表明,在春季总施氮量为200 kg/hm2N的条件下,返青期和抽穗初期分次施肥(1:1),种子产量达到2761.8 kg/hm2,较春季不施肥处理、返青期和抽穗期一次施肥分别增产117%、113%和61%;与返青期施氮肥相比,抽穗初期施氮肥表现出小穗数/生殖枝和小花数/小穗增加,而生殖枝数/m2和种子数/小穗略有减少;而返青期和抽穗初期分施氮肥可以发挥两个时期的施氮肥效应,种子产量构成要素的各项指标均达到最高;返青期与抽穗初期分施氮肥处理的种子生产氮素利用效率与返青期一次施肥的效果相当,但其氮肥表观回收率更高,抽穗初期一次施肥处理的干物质量和种子生产效率,以及氮肥表观回收率均最低。

新麦草愈伤组织多倍体诱导与倍性鉴定

以新麦草幼胚形成的胚性愈伤组织为材料,在悬浮培养基中添加不同浓度秋水仙素和1.5%DMSO诱导愈伤组织染色体加倍,并对处理后的愈伤组织再生幼苗进行根尖染色体倍性鉴定。在25℃下用100 mg/L秋水仙素和1.5%DMSO处理72 h的愈伤组织再生植株,平均加倍细胞比例最大,为53.58%。比较分蘖期加倍幼苗与二倍体幼苗形态差异,结果除分蘖数无显著差异外,四倍体叶片长、宽均显著高于二倍体,与混倍体叶长差异不显著。四倍体新麦草叶片气孔保卫细胞长度比二倍体增加13.52%,差异显著。同时四倍体叶表皮气孔之间距离也显著大于二倍体,混倍体以上气孔特征介于四倍体与二倍体之间。

超干贮藏新麦草种子若干生理生化特性的研究

用硅胶干燥形成的不同含水量的新麦草种子为试验材料,研究不同温度贮藏期间种子若干生理指标的变化。结果表明:45℃贮藏2、4、6、8个月,含水量为4.470%～6.470%的种子发芽率及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性降低均不明显,电导率、丙二醛(MDA)含量增加也不明显,说明在45℃下贮藏,最适含水量为4.470%～6.470%。20℃贮藏期间,含水量为5.396%的种子发芽率及SOD、POD活性降低均不明显,电导率、MDA含量增加也不明显,说明在20℃下贮藏,最适含水量为5.396%。

不同倍性新麦草种子萌发特性的研究

与二倍体新麦草相比,染色体加倍后的四倍体新麦草的种苗生活力强,种子营养成分含量高,对低温、干旱等极端环境的适应能力强。对染色体加倍选育出的四倍体新麦草种子与正常的二倍体种子的萌发指标,幼苗芽长、根长、芽根比,以及种子萌发过程中淀粉酶活性和可溶性糖含量的变化进行了比较研究表明:四倍体新麦草种子在千粒重、发芽率、发芽势、活力指数和发芽指数等方面均显著高于二倍体种子(p<0.01);染色体加倍能促进幼苗芽和根的生长,但对幼苗芽的促进作用更强;与二倍体新麦草种子相比,四倍体种子萌发过程中淀粉酶的活性更强,糖代谢速度快,更多的可溶性糖能给幼苗生长提供能量。

新麦草属两物种的C-分带研究

对新麦草属（Ｐｓａｔｈｙｒｏｓｔａｃｈｙｓ）两物种新麦草（Ｐｓａｔｈｙｒｏｓｔａｃｈｙｓｊｕｎｃｅａ）和华山新麦草（Ｐｓａｔｈｙｒｏｓｔａｃｈｙｓｈｕａｓｈａｎｉｃａ）进行根尖染色体Ｃ－分带，获得清晰的Ｃ－分带带型，并对二者带型进行了描述。结果表明，二者Ｃ－分带带型有较大差异。Ｐ．ｊｕｎｃｅａ的Ｃ－分带带纹较Ｐ．ｈｕａｓｈａｎｉｃａ丰富，Ｐ．ｈｕａｓｈａｎｉｃａ所有染色体均显较强端带。通过二者带型比较，对华山新麦草是否仍应保留在新麦草属提出质疑，并提出了将新麦草和华山新麦草的基因组分别标为Ｎｊ和Ｎｈ以示区别的建议。

冬季放牧和春季火烧对新麦草生长与种子产量的影响

研究前一年冬季放牧和春季火烧对新麦草(Psathyrostachys juncea (Fisch.) Nevski)植株生长与种子增产效应,旨在提出新麦草种子高产的田间管理技术。结果表明:前一年冬季放牧和春季火烧处理均可明显促进新麦草种子田的生育进程,返青分别较对照提前23 d和19 d,以冬季放牧更为显著;两种处理可提高地上生物量、单位面积的平均分蘖数和分蘖株的大小,而且收获期基部功能叶的叶面积有所增加,均以冬季放牧最高,表明冬季放牧能够促进新麦草生殖生长,抑制营养生长;两种处理均可提高单位面积的生殖枝数,从而显著提高单位面积的潜在种子产量、表现种子产量和实际种子产量,均以冬季放牧最高,实际种子产量可达2303.9 kg/hm2,较春季火烧(1384.8 kg/hm2)和对照(928.4 kg/hm2)增产66%和148%;冬季放牧既可提高新麦草种子产量,又可充分利用种子田的饲草贮存,可作为重要的种子增产手段加以推广利用。

新麦草幼胚愈伤组织诱导

以山丹新麦草和新麦草新品系的幼胚为外植体,MS为基本培养基,研究不同胚龄、不同激素配比及低温预处理对愈伤组织诱导的影响。结果表明,两种材料最佳胚龄均为14d左右,幼胚大小约为1mm;激素最适配比均为2,4-D 2 mg/L+6-BA 0.2 mg/L;低温预处理最佳时间为1d。