一种农杆菌介导的糜子高效遗传转化方法

糜子(Panicum miliaceum L.)是我国传统的粮食作物,截至目前,针对糜子遗传转化方法的研究仍较少,本研究旨在建立农杆菌介导的糜子高效遗传转化方法。以糜子品种冀黍5号的成熟种子为外植体,在CIM和MSD诱导培养基上分别诱导糜子的胚性愈伤,以其作为转化受体材料,用含植物表达载体的农杆菌侵染60min并共培养6d,转接至含0.025g/L潮霉素的筛选培养基上筛选出抗性愈伤,接着在含0.015g/L潮霉素的分化培养基上分化,最后在含0.015g/L潮霉素的生根培养基上生根成苗,用载体特异性引物对再生植株进行PCR检测,鉴定其是否为阳性转基因植株。根据多个批次的转化实验统计糜子的抗性再生植株的筛选效率和转化效率。结果表明:CIM和MSD诱导培养基均能诱导出糜子胚性愈伤,但CIM培养基诱导的糜子胚性愈伤效果更好;糜子胚性愈伤在被农杆菌侵染及与农杆菌共培养后,经在含潮霉素的培养基上筛选、分化和生根后获得多株抗性再生糜子植株,3次试验获得的糜子抗性再生植株的PCR鉴定阳性率为100%,平均转化效率为30%以上。本研究成功建立了农杆菌介导的糜子遗传转化方法,操作简单,转化效率高,成本低廉,且转化不受季节限制,能规模化开展,为糜子的遗传改良提供有效的技术手段。

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。

糜子改性淀粉的理化性质及体外消化特性研究

本研究将脱支糜子淀粉(DPM)与不同碳链长度(12〜18)的饱和脂肪酸复合,制备糜子改性淀粉(DPM-FA),并测定其理化性质和体外消化特性。研究发现,糜子改性淀粉的复合指数与脂肪酸碳链长度密切相关,且随着脂肪酸碳链长度的增加,复合指数呈现先增高后降低的趋势,最高至23.09%。天然糜子淀粉(PMS),脱支糜子淀粉以及糜子改性淀粉的晶型有所变化,由A型转变为B型进而变为V型。随着晶型的改变,糜子改性淀粉热稳定性最高,焓变(ΔH)最高至5.26 J/g,且其体外消化率最低,相比天然糜子淀粉降低14.65%,这与抗性淀粉含量增加10.31%,快消化淀粉含量降低10.35%密切相关。综上,糜子改性淀粉的高稳定和低消化性的特质,使其有望作为降血糖功能性食品的重要来源。

干旱山区糜子新品种(系)的生态适应性评价

为筛选出环县旱作农业区生态适应性强的糜子新品种,2023年对引进的10个糜子品种(系)在环县干旱山区进行品比试验。结果表明,供试品种(系)产量差异明显,折合产量高于对照品种陇糜10号(2110.5 kg/hm^(2))的品种有6个,其中以1104-2-2N最高,为2555.6 kg/hm^(2),较陇糜10号增产21.1%(P<0.05);其次是2012FMZ8-1-3,为2388.9 kg/hm^(2),较陇糜10号增产13.2%(P<0.05);0903-1-1N、1126-7、2013FMZ3-1-3、1119-4-4-2分别较陇糜10号增产10.5%、7.9%、5.3%、2.6%。其余3个品种(系)的折合产量均低于陇糜10号,以晋黍8号最低,为1944.4 kg/hm^(2),较陇糜10号减产7.9%,但与陇糜10号差异不显著(P>0.05)。综合参试品种(系)的生态适应性及经济性状和产量表现,1104-2-2N、2012FMZ8-1-3、0903-1-1N、1126-7、2013FMZ3-1-3、1119-4-4-2等6个品种可在生产中应用。

基于荧光SSR的宁夏糜子DNA分子身份证的构建

糜子(Panicum miliaceum L.)种质资源丰富,在干旱环境中具生产优势,基于荧光SSR标记构建其DNA分子身份证可为资源的数字化管理提供理论依据和分子检测工具。本文以274份宁夏糜子核心种质为试验材料,对山西农业大学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),利用毛细管电泳给出材料的基因型,采用“0,1”二进制编码方式记录扩增条带的有无,使用IDAnalysis 4.0检测材料的区分程度。采用十进制(0~9)统计扩增片段大小以获得材料的字符串分子身份证。使用Popgene、Powermarker、MEGA、NTSYS进行遗传多样性、遗传聚类和主成分分析。利用二维码在线软件(https://cli.im/)给出材料的二维码DNA分子身份证。PCR扩增结果发现,10个荧光SSR(RYW6、RYW125、RYW43、RYW3、RYW40、RYW37、RYW42、RYW8、RYW28和RYW124)组合在一起可以将274份材料全部区分开。BLAST结果表明,RYW124分布在12号染色体上,位于7.8 cM处;RYW40分布在4号染色体上,位于42.64 cM处;RYW42分布在13号染色体上,位于34.63 cM处,RYW28分布在16号染色体上,位于2.34 cM处,RYW8分布在3号染色体上,位于9.90 cM处。274份材料在10个位点共检出125个等位变异,平均每个位点为12.5个,变幅为5.0000(RYW3)~25.0000(RYW6);检出的Shannon多样性指数(I)为1.2458(RYW3)~2.6568(RYW6),平均为1.8532;观测杂合度(Ho)为0.5185(RYW40)~0.9964(RYW124),平均为0.8674;期望观测杂合度(He)为0.5724(RYW40)~0.9108(RYW42),平均为0.7784;Nei’s基因多样性指数(Nei)为0.5711(RYW40)~0.9091(RYW42),平均为0.7767;多态性信息含量(PIC)为0.6563(RYW3)~0.9602(RYW42),平均为0.8399。聚类分析和主成分分析均将材料划归4个类群。将电泳条带进行数字编码,利用10个标记组合,构建了全部材料的字符串和二维码DNA分子身份证。

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。

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。

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。

超声波处理对发芽糜子品质及抗氧化活性的影响

为研究超声波处理对发芽糜子品质及抗氧化活性的影响,以‘榆黍1号’(糯性)带壳糜子为研究对象,利用超声波(40 kHz,96 W)处理糜子15 min,置于35℃催芽24 h后测定发芽糜子的色值、还原糖含量、游离氨基酸含量、γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)、总酚含量、总黄酮含量等品质指标、酶活性和抗氧化活性。结果表明,糜子发芽后,L^(*)值升高,a^(*)值和b^(*)值下降;还原糖含量上升;GABA含量上升;游离氨基酸含量增加;酶活性增强;抗氧化能力增强。与普通发芽组相比,超声波处理发芽组的糜子GABA含量升高了18.00%,还原糖含量升高了15.38%,黄酮含量上升了30.85%,酶活性和抗氧化活性得到进一步提升。综上,超声波辅助加工能在一定程度上改善发芽糜子的品质特性及抗氧化活性。

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。

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。

糜子EMS诱变条件优化及突变体库的构建

丰富糜子种质资源,可以为糜子育种和功能基因组学研究提供新材料。采用EMS诱变技术,构建糜子突变体库。以河北高产、优质糜子品种冀黍3号为试验材料,采用二因素(EMS溶液浓度、浸种时间)三水平(EMS溶液浓度0.6%、0.8%和1.0%,浸种时间8、10、12 h)试验设计,以不进行EMS诱变为对照,对糜子EMS诱变条件进行优化;并在此条件下进行糜子突变体库构建,在M_(2)代进行表型性状鉴定,在M4代进行表型性状验证鉴定。结果表明:糜子EMS诱变的最优条件为EMS溶液浓度0.8%、浸种10 h;经M4代表型性状验证,获得稳定遗传的13个表型突变性状,共计139个突变材料,突变频率为3.53%。

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。

生物炭对不同磷肥用量条件下糜子生长发育的影响

为研究生物炭对不同磷肥用量条件下糜子生长发育的影响,本试验采用大田小区试验,设置四个磷肥用量0 kg/hm^(2)、50 kg/hm^(2)、100 kg/hm^(2)、150 kg/hm^(2)(P0、P50、P100、P150),每个磷肥用量下设对照(CK)和生物炭(BC,15 t/hm^(2))添加处理,共8个处理。结果表明:(1)糜子的株高、茎粗、叶片形态指标随着磷肥施用量的增加先升高后降低;与对照相比,P100+BC(P 2O 5,100 kg/hm^(2),BC,15 t/hm^(2))处理下的糜子株高、茎粗以及叶片的表面积、叶长、叶宽最佳,说明施加生物炭处理可以显著提高糜子的地上生长指标。(2)糜子的根系指标数据随着磷肥施用量的增加先上升后降低;与对照处理相比,施加生物炭可以显著提高糜子的根系表面积、根长、根体积以及根平均直径,其中P100+BC处理糜子根系生长的最好,根表面积、根长、根体积以及根平均直径分别为218.87±14.31 cm 2、853.59±32.12 mm、5.34±0.65 cm 3、0.99±0.14 m,与对照相比分别提高了19.94%、26.90%、26.84%和32.03%。(3)与对照处理相比,添加生物炭可以显著提高糜子的生物量和产量,P100+BC处理的糜子生物量和产量最高,产量最高为2911.76±56.33 kg/hm^(2),比P100+CK增产23.01%。综上所述,在磷肥用量100 kg/hm^(2)条件下,生物炭的添加对糜子生长发育的影响最显著。

糜子茎秆弯曲和剪切力学性质试验研究

以不同品种的糜子茎秆为研究对象,试验测定其剪切和弯曲力学性质随着节间位置变化的规律。试验结果表明,3种品种糜子茎秆的弹性模量、抗弯强度、抗弯刚度值均为第二节间最小,说明第二节间抗弯折能力较弱;剪切力和剪切强度均为第一节间最大(最大剪切力471.3 N,最大剪切强度3.69 MPa)。因此,设计收获机具时,应以作物第一节间的剪切力、剪切强度为参数进行设计计算。

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。

糜子抗性淀粉的制备及其在食品中的应用研究进展

糜子(Panicum miliaceum L.)是我国最古老的粮食作物之一,富含淀粉、蛋白质、不饱和脂肪酸及膳食纤维等营养成分,糜子不含面筋蛋白,属于无麸质谷物,是乳糜泻患者和麸质不耐受人群的可选食物。糜子抗性淀粉含量高且具有多种生物活性,开发前景广阔。本文综述糜子抗性淀粉的物理和化学制备方法,同时介绍糜子在食品中的应用,旨在为糜子的高值化利用和加工提供新思路。