林业院校植物类“遗传育种学”实践教学改革的探讨——以西南林业大学为例

植物类"遗传育种学"是林业高等院校相关专业的一门专业必修课。近年来,由于高等院校教学大纲的变革,专业必修课学时普遍被大量压缩。同样,植物类"遗传育种学"课程实践教学学时同样被大量减少。实践教学同理论教学一样,在学科的发展中占据着重要地位。但是,多年来形成的实践教学体系已远远不能适应新形势下的教学要求,并明显成为阻碍学生理论联系实际的屏障。在总结教学经验及与学生座谈的基础上,对西南林业大学植物类"遗传育种学"实践教学的课程设置、教学内容、教学方法等方面的改革进行了探讨,以期为林业高等院校植物类"遗传育种学"实践教学效果的提升提供一定的参考。

《药用植物组织培养》课程教学改革——以西南林业大学为例

本科教学一般偏重专业基础理论学习,而对学生创新能力培养则相对缺乏。《药用植物组织培养》是一门应用性和实践性很强的课程,针对其教学中存在的问题,提出了几点改进措施,从而使学生通过该门课程的学习,具备独立分析和解决问题的能力,并能在今后的药用植物组织培养实际生产中进行运用。

基于SSR标记的不同优势等级云南松遗传多样性分析

基于SSR分子标记技术,按树高和胸径(地径)因子将样地内的植株分为优势木、中等木和劣势木3类,对不同生长优势等级云南松林木的遗传多样性变异特征进行了研究。结果表明:在林冠层,优势木的有效等位基因数、Shannon’s信息指数、观测杂合度和期望杂合度分别为2.083、0.762、0.290和0.423,略高于中等木和劣势木;在更新层,有效等位基因数、Shannon’s信息指数、观测杂合度和期望杂合度分别为2.063、0.774、0.272和0.410,除观测杂合度外,其余3个指标也均表现为优势木略高于中等木和劣势木。从差异显著性检验来看,不同生长优势等级云南松林木间的遗传多样性差异不显著,即林木生长分化对遗传多样性的影响不明显。

基于针叶性状的云南松不同茎干类型遗传变异分析

试验以云南松天然林中茎干通直型和扭曲型的植株为研究对象,比较不同茎干类型及其总体针叶表型多样性的变化情况。结果表明:在林分总体与通直、扭曲类型的比较分析中,林分总体的多样性指数和变异系数均为最大。在林冠层内的比较中,多样性指数最高的是林冠层总体,以林冠层扭曲类型较低,以林冠层通直类型的变异系数最高。在更新层内的比较中,更新层总体的多样性指数和变异系数均最高,其次是更新层扭曲类型,以更新层通直类型最低。通直类型的比较中,林冠层的多样性指数稍低于更新层,而变异系数大于更新层。在扭曲类型的比较中,更新层的多样性指数与变异系数均大于林冠层。综合来看,云南松各林层总体多样性指数较高,以总体保存方式为宜;择伐中以去劣(弯、扭)留优(通直)较佳。

基于微卫星分子标记的云南松及其近缘种遗传关系分析

采用SSR分子标记技术,对云南松分布区内或相邻地区的松属双维管束亚属3种、3变种及扭曲的云南松共7个种或变种(变型)进行遗传分析。利用9对SSR引物,从7个种或变种(变型)100份材料中检测出31个等位基因,单个位点的等位基因数为2~6个,平均3.4个;思茅松群体遗传多样性较高,而细叶云南松较低。基于Nei's遗传距离利用非加权配对算术平均数法(UPGMA)聚类,云南松等7个种、变种(变型)可以分成3大类,其中马尾松和思茅松各自独立成为一类,其余5个种、变种(变型)聚为一类,以云南松与扭松的遗传关系最近,无明显的遗传分化,它们的表型变异可能由人为生产活动的负向选择或环境恶化引起。

西南地区古杨树遗传多样性的SSR分析

采用SSR分子标记技术,对采集于中国西南地区的7种15个群体共226株杨树古树的遗传多样性进行分析,以揭示杨树古树的遗传变异水平及其遗传关系,为该区域杨树古树资源的合理保护与利用提供依据。结果显示:(1)7对SSR引物组合共扩增出80个多态性位点;以有效等位基因数为标准,7种杨树之间的遗传多样性水平依次为:西南杨>昌都杨>康定杨>藏川杨>乡城杨>川杨>德钦杨;杨树种内群体间的遗传多样性依次表现为:乡城杨的稻城群体>乡城群体>雅江群体,西南杨的理塘群体>乡城群体>稻城群体,德钦杨的香格里拉群体>德钦群体,昌都杨的芒康群体>贡觉群体>昌都群体,藏川杨的德钦群体>芒康群体。(2)乡城杨和西南杨群体内近交系数(F_(is))分别为-0.024 6和-0.253 5,藏川杨、德钦杨和昌都杨的Fis分别为0.205 4、0.240 1和0.029 2;乡城杨、西南杨、藏川杨、德钦杨和昌都杨群体间的遗传分化系数(F_(st))分别为0.156 1、0.253 5、0.128 8、0.182 0和0.177 3;除西南杨群体间基因流N_m小于1外,乡城杨、藏川杨、德钦杨和昌都杨群体间的基因流N_m均大于1。(3)7种杨树古树的遗传相似系数介于0.089 0~0.691 0,平均为0.402 0;UPGMA及Bayesian聚类结果均显示,7个树种可以分为3个大组,即川杨与康定杨聚为一组,乡城杨与西南杨聚为一组,藏川杨、德钦杨和昌都杨聚为第3组;5种杨树古树的群体UPGMA聚类结果显示,除西南杨的理塘群体与乡城杨聚为一组外,各杨树古树种与群体间的聚类关系较为紧密。研究表明,西南地区杨树古树具有较为丰富的遗传多样性,且其遗传变异主要均存在于群体内不同个体之间,任何个体的丧失均会导致杨树古树遗传多样性的降低或丧失,故需要加强对该区域现存古树资源的保护。

云南松主分布区天然群体的遗传多样性及保护单元的构建

以20个云南松天然群体为对象,SSR分析表明云南松遗传变异主要存在于群体内,各群体间的遗传多样性水平差异不显著。基于SSR分子标记遗传多样性分析,根据Nei’s遗传相似度,采用逐步聚类优先取样法,分别对初始群体、遗传多样性保护单元和剩余群体进行比较、t检验,以此评价遗传多样性保护单元的代表性。结果表明,利用该方法抽样的群体能很好地代表初始群体的遗传多样性,按30%的群体抽样,等位基因数、有效等位基因数、Shannon’s信息指数和期望杂合度的保留率分别达到初始群体的98.03%、105.36%、103.99%和105.56%。保护单元的遗传多样性均高于剩余群体,抽样群体组成的遗传多样性保护单元的效果较好。

不同择伐方式下云南松群体遗传多样性SSR分析

【目的】探讨不同择伐方式对云南松群体遗传多样性的影响。【方法】采用SSR分子标记技术分析云南松留优去劣、无人为择伐和伐优留劣3种方式的遗传多样性,比较遗传多样性的变异规律。【结果】云南松群体有效等位基因、Shannon′s信息指数和多态位点百分率分别为2.121、0.819和95.56%,云南松群体遗传多样性丰富。各群体间的遗传分化系数为0.012,遗传分化低,基因流高,变异主要来源于群体内,留优去劣群体的遗传多样性水平稍高于其他两类群体。【结论】不同择伐方式对云南松群体遗传多样性的影响不明显,生产中可对林分适度择伐,且保留优质木。

基于SRAP标记的不同干形云南松遗传基础研究

采用SRAP分子标记对6个居群不同干形云南松180份样品进行全基因组扫描,并对不同干形特有差异条带进行克隆及测序比对,预测调控干形变异的候选基因。结果显示:14对引物共扩增出584条带,多态带551条,多态带百分率为94.35%,平均每对引物扩增出41.7条带和39.4条多态带。6个居群云南松的有效等位基因数(Ne)为1.4516~1.4872,Nei's基因多样性指数(H)范围为0.2703~0.2904;2种干形云南松的有效等位基因数(Ne)介于1.3655~1.4541之间,Nei's基因多样性指数(H)变幅为0.2181~0.2687。居群间的遗传分化系数(Gst)和基因流(Nm)分别为0.1573和2.6787,干形间的遗传分化系数(Gst)和基因流(Nm)分别为0.0087和56.7002,表明居群间、不同干形云南松间的基因交流频繁,遗传分化较小。对26条不同干形云南松之间的特有差异条带序列分析表明,过氧化氢酶(kat A基因)、核酸内切酶、糖基水解酶和AN1锌指蛋白(SAP6)等可能参与了云南松干形发育的调控。

家系抽样大小对云南松遗传力估算的影响

以西南林业大学苗圃内的140个半同胞家系的9 196株实生苗为研究材料,利用计算机程序按不同家系样本量梯度抽取数据,估算每个家系样本量梯度下的家系遗传力,分析云南松2年生苗木不同家系样本量对苗高和地径家系遗传力估算值的影响,进而在保证精度和节约成本的条件下确定被测群体的临界样本量。结果表明:不同家系样本量梯度间苗高和地径2个性状的家系遗传力估算值都存在显著的差异,其中苗高存在极显著差异(P<0.01)、地径存在显著差异(P<0.05),家系样本量对云南松子代苗高和地径的遗传力估算有显著影响。估算精度随着样本量的增加而升高,在云南松家系样本量为70个时,家系遗传力均值较为稳定,而标准差和变异系数偏低,在测定的云南松家系样本量大于70个时,既保证其遗传力估算值的准确性,又达到实际生产以及试验需要。

植株样本量对云南松子代苗期遗传力估算的影响

为探讨云南松子代苗期遗传力估算最经济有效的调查样本量,以34个云南松1年生半同胞家系苗高、地径为指标,随机抽取部分数据,利用HalfsibSS 1.0软件估算各性状在不同样本量下的遗传力,分析样本量对性状遗传力估算的影响,确定各性状遗传力估算所需的最少样本量。结果表明:对于这34个云南松半同胞家系,不同样本量对苗高和地径的遗传力估算值均有显著影响;当每家系样本数量小于60株时,苗高和地径遗传力估算值波动较大,标准误较大,样本量大于60时,随着样本量的增加,其精确度逐渐增加。因此,对本研究的测定群体而言,要获得精确度较高的遗传力估算值,测定的云南松单株数应每家系不小于60株。

基于简化基因组测序的不同干形云南松遗传分析

【目的】研究直干形和扭干形云南松遗传差异,揭示其遗传变异特点。【方法】分别以胚乳和针叶为材料,采用简化基因组测序技术对直干形和扭干形云南松22份样本进行单核苷酸多态型(SNP)位点挖掘及遗传分析。【结果】样本间共获得772240个变异,其中SNP变异762699个,InDel变异9541个。在SNP变异中,颠换(38.28%)类型小于转换(61.72%)类型;而InDel变异中,缺失型变异与插入型变异数量大致相等。遗传差异分析结果显示:直干形云南松胚乳组(ES)、直干形云南松针叶组(NS)、扭干形云南松胚乳组(ET)和扭干形云南松针叶组(NT)中SNP位点的多态性信息含量(PIC)、基因多样性指数(N;)以及Shannon信息指数(Ⅰ)分别在0.1633~0.1837、0.2345~0.2625和0.3043~0.3448之间,云南松分析样本具有较低的遗传差异水平。直干形和扭干形云南松之间具有中度的遗传分化(F;=0.1071,F;=0.1437)和较高水平的基因流(N;=2.0839,N;=1.4893)。位于27条序列上的39个SNP位点能够很好地区分不同干形云南松。SNP注释结果表明:多向耐药性蛋白(PDR3)、乙烯响应转录因子(ERF017和RAP2)及MYB相关蛋白340(MYB340)等可能在云南松直干形和扭干形的发育中发挥着调控作用。【结论】云南松干形扭曲变异主要受遗传因素调控,但环境因素的协同作用增强了该特征的显著性。

滇杨组织培养再生及遗传转化体系建立

【目的】建立高效的滇杨Populus yunnanensis离体叶片再生及遗传转化体系,有助于滇杨基因工程育种研究。【方法】以滇杨叶片为外植体,研究不同植物生长调节剂组合对叶片愈伤组织和不定芽诱导及生根的影响,从而获得滇杨再生组培苗;进一步以农杆菌Agrobacterium tumefaciens介导法探讨菌液吸光度、侵染时间和共培养时间等对滇杨遗传转化效率的影响。【结果】滇杨愈伤组织诱导的最适培养基为1/2 MS+0.005 mg·L^(−1)噻苯隆(TDZ)+0.010 mg·L^(−1)萘乙酸(NAA),诱导率达91.7%;不定芽诱导的最佳培养基为1/2 MS+0.002 mg·L^(−1) TDZ+0.010 mg·L^(−1) NAA,诱导率为75.0%;生根最适培养基为1/2 MS+0.010 mg·L^(−1) NAA+0.100 mg·L^(−1)吲哚乙酸(IBA),生根率高达96.7%,平均生根数为2.57条。利用pBI121-GUS载体转化滇杨,最适转化菌液吸光度D(600)为0.2,侵染时间为5 min,共培养时间为2 d;在分化过程中,抑制农杆菌生长的头孢霉素(Cef)最佳质量浓度为200 mg·L^(−1),抗性筛选中最佳培养基的卡那霉素(Kan)质量浓度为20 mg·L^(−1)。对再生植株进行β-D-葡萄糖苷酸酶(GUS)组织化学染色和PCR鉴定,获得20株阳性植株,转化阳性率为45.45%。【结论】本研究成功建立了滇杨离体叶片再生和遗传转化体系。

云南松不同部位氮、磷、钾储量分配及异速生长研究

为更好进行云南松苗木培育,提升云南松苗木质量,通过对2年生云南松苗木生长性状及不同部位氮(N)、磷(P)、钾(K)储量进行统计以及相关性、异速生长分析,研究云南松氮、磷、钾储量。结果表明,云南松幼苗生长2年后,其地下部位氮、磷、钾分配大小依次为钾储量>氮储量>磷储量;氮、磷、钾在土壤中的分配比例为氮储量>磷储量>钾储量;地上部位氮、磷、钾储量占单株氮、磷、钾储量的比例为钾储量>磷储量>氮储量;磷和钾在地下部位的累积速率大于地上部位的累积速率。以期为云南松苗木培育提供理论参考,为实际生产提供一定理论依据。

云南松苗木生长与生物量的相关性及通径分析

为了解云南松苗木生长对生物量的影响程度和相对重要性,以采自云南省昆明市宜良县禄丰村林场种子培育的2年生云南松苗木为材料,对苗高、地径、主根长、侧根长、针叶长和侧根数6个生长性状及各组分生物量进行测定,运用相关性分析和逐步回归分析剔除了对生物量影响不大的性状,在此基础上采用通径分析方法研究了云南松苗木生长性状指标与生物量指标间的关系。结果表明:云南松苗木生长性状和生物量之间均呈现极显著的正相关关系。各生长性状对生物量均有直接或间接的正向效应,直接影响云南松苗木生物量的优势因素为地径和苗高,针叶长、侧根长和主根长对生物量的影响也起正向效应。各生长性状对生物量的直接效应均较大,而通过其他性状的间接效应均较小,其中侧根长通过其他性状对生物量产生的间接影响最大。依据相关性分析和通径分析,建立了云南松各组分生物量与生长性状之间的数学模型,可用于云南松苗期生物量的估测。

不同苗龄云南松各器官生物量的分配特征研究

为研究不同苗木年龄云南松苗木生物量分配的变化规律,对云南松苗木各器官生长性状和生物量积累状况进行2~4 a的跟踪调查,分析各器官的生长量、生物量及分配特征。结果表明:随着苗木年龄的增加,云南松苗木的根、茎、叶各器官所积累的生物量均呈上升趋势。云南松不同苗木年龄之间各器官生物分配存在显著差异;其中2年生云南松苗木分配给叶的生物量较多,而分配给根的较少;随着苗龄的增加,生物量分配的优先选择次序发生了变化,4年生云南松苗木选择优先于茎的生长。

基于高通量测序的云南松转录组分析

采用新一代高通量测序技术平台Illumina Hiseq 2 000对云南松转录组测序,得到的数据进行de novo组装,获得80 000条Unigenes,N50为1 881 nt、平均890 nt。与公共数据库进行比对,注释到NR、NT、Swiss-Prot数据库的Unigenes分别为43 434、46 415、29 418条。将Unigenes与COG数据库比对,有14 792条Unigenes成功注释,根据功能大致分成25类;与GO数据库比对,有26 743条Unigenes获得注释,按功能分为细胞组分、分子功能和生物过程3大类55亚类,其中参与的生物过程较多;以KEGG数据库参考,有25 873条Unigenes参与128条代谢途径分支,以代谢相关的通路较为集中,并找到与木质素合成关键酶的Unigenes。这些研究极大地扩充了云南松的基因资源,将有助于云南松基因的发掘与利用、分子标记的开发及其种质资源遗传改良的研究等。

干旱胁迫对云南松苗木生理特征的影响

对云南松苗木进行干旱胁迫处理,探讨不同干旱胁迫天数对云南松苗木渗透调节物质与保护酶活性的影响。结果表明:在一定范围内,随着干旱胁迫天数的增加,云南松苗木质膜相对电导率、丙二醛、脯氨酸、可溶性糖含量及其超氧化物歧化酶活性均有不同程度的上升,但变化幅度因干旱胁迫程度、渗透调节物质类型的不同而有差异。不同干旱胁迫天数处理间的可溶性糖含量和超氧化物歧化酶活性差异极显著,丙二醛含量差异显著,脯氨酸与质膜相对电导率含量差异不显著。渗透物质调节能力表现为可溶性糖>脯氨酸,云南松苗木抗旱性相关性次序为丙二醛>质膜相对电导率,云南松苗木脯氨酸与质膜相对电导率变化对干旱胁迫处理响应较弱。在干旱胁迫下云南松苗木膜伤害与渗透调节、酶保护同步进行,具有一定的耐旱性。

云南松不同海拔群体的针叶性状表型多样性研究

为揭示云南松（Pinus yunnanensis Franch.）不同海拔群体表型变异程度和变异规律,以天然分布的云南松为研究对象,采用巢氏方差分析、相关分析等方法,调查云南省丽江、宁蒗和元谋3个地点不同海拔群体的针叶表型性状。结果表明：云南松表型性状在群体间和群体内均存在极其丰富的变异。丽江采样地点群体间平均表型分化系数（VST）为29.96%,小于群体内变异（70.04%）;表型变异系数（CV）为24.93%,变化幅度13.63%～35.09%。宁蒗采样地点群体间平均表型分化系数为26.74%,小于群体内变异（73.26%）;表型变异系数变化于11.96%～37.19%,平均24.18%。元谋采样地点群体间平均表型分化系数为27.79%,小于群体内变异（72.21%）;表型变异系数波动于14.28%～41.3%,平均23.41%,群体内的变异是表型变异的主要来源。9个不同群体的Shannon-Wiener多样性指数为1.940 3,表明云南松群体有较高的表型多样性。相关分析表明,云南松针叶表型性状及多样性指数与海拔高度间的相关性不显著。

云南松不同茎干类型群体针叶性状表型多样性比较

在宜良、新平和禄丰3个地点各选择1个有代表性的林分,每个林分从林冠层和更新层分别按通直和扭曲的树干表型性状采集针叶,并对7个针叶表型性状进行测量和比较。结果表明:在林冠层和更新层中,通直群体和扭曲群体间并不存在明显差异,云南松林冠层通直群体和扭曲群体的针叶性状(针叶长度、针叶粗度、针叶束粗、叶鞘长度)平均值均大于更新层,而云南松针叶的形状指数(针叶长度/针叶粗度、针叶长度/叶鞘长度、针叶束粗/针叶粗度)在林冠层和更新层间差异不大;云南松针叶性状在群体间和群体内均存在极其丰富的变异,7个针叶性状指标的变异系数按大小顺序为NL/FSL(22.20%)>NL/NW(19.15%)>FSL(19.04%)>NW(19.00%)>NL(16.61%)>FW(15.10%)>FW/NW(13.20%);云南松针叶性状大部分表现为群体间变异小于群体内变异,群体间总体平均表型分化系数为20.90%,群体内的变异占79.10%,说明群体内变异是云南松针叶性状变异的主要来源。