低温胁迫对不同胚乳类型高粱幼苗的影响

为了研究低温胁迫对不同胚乳类型高粱幼苗的影响,选用胚乳中不含玻璃质的高粱材料RN005和RN109,含有玻璃质的高粱材料RB104和RB142,分析高粱籽粒主要成分差异,以及常温下的吸水性,并进行25℃常温和4℃低温处理,通过比较高粱幼苗株高、苗鲜质量、可溶性糖含量、脯氨酸含量以及SOD、POD、CAT活性的变化,研究低温对不同类型高粱幼苗的影响。结果表明,不同胚乳类型高粱籽粒直链淀粉含量有显著差异,RN005和RN109直链淀粉含量较低,RB104和RB142直链淀粉含量较高。吸水性与直链淀粉含量成反比,RN005和RN109吸水性较强,RB104和RB142吸水性较差。低温处理7 d,与对照相比,高粱幼苗株高和鲜质量显著降低,RB104和RB142降低幅度较小,表现出较强的耐低温能力;RN005和RN109降低幅度较大,耐低温性较差,高粱幼苗耐低温性可能与种子吸水性有关,单位时间内吸水量越多越易受低温影响。同类型高粱幼苗在相同温度处理下,各生理指标的变化趋势相似。在低温处理3 d,2种类型高粱生理指标差异最为显著,RB104和RB142的可溶性糖含量、脯氨酸含量、SOD活性、POD活性、CAT活性均显著高于RN005和RN109。

谷子HAK/KUP/KT钾转运蛋白家族全基因组鉴定及其对低钾和高盐胁迫的响应

KT/HAK/KUP(HAK)家族是植物中最丰富的钾转运体家族,对植物的生长和环境适应具有重要作用。谷子是抗逆耐瘠研究的模式植物,然而,谷子中HAK家族缺乏系统研究。本研究基于基因组序列信息,鉴定出29个谷子HAK基因(SiHAKs),并对该家族成员的基本特征、蛋白结构、染色体定位、基因复制、表达模式和逆境响应等方面进行了系统分析。结果显示,(1)SiHAKs分为5个进化簇(Cluster I~Cluster V),成员数量分别为11、9、3、3和3。基因结构和蛋白保守基序分析表明,谷子HAK家族具有较高的保守性,不同Cluster的保守性依次为:ClusterIII=Cluster V>Cluster II>Cluster I>Cluster IV。(2)串联复制是SiHAKs扩增的主要原因,15个SiHAKs位于串联重复中。(3)171个转录因子可能结合到不同SiHAKs的启动子上,这些转录因子包含ERF、NAC、MYB和WRKY等家族中的大量成员,可能授予了SiHAKs对非生物胁迫多样的响应机制。(4)基因表达聚类将SiHAKs分成3组:GroupI、Group II和Group III,多数SiHAKs在张谷和豫谷1号2个品种中的表达模式具有一致性;不同Cluster表达水平总体表现为:Cluster III>Cluster V>Cluster II>Cluster I>Cluster IV。(5)根系中表达水平较高的11个SiHAKs用来检测对低钾和高盐胁迫的响应。在低钾胁迫后,8个SiHAKs的表达水平显著升高,1个SiHAK显著降低,2个SiHAKs变化不明显;而高盐胁迫后,3个SiHAKs的表达水平显著升高,2个SiHAKs显著降低,其余6个SiHAKs变化不明显。SiHAK15受到低钾和高盐胁迫的响应最为强烈,其表达量分别为对照的151倍和22倍。(6)基因表达谱的差异反映出不同Cluster间SiHAKs的功能差异。ClusterI主要在根系中表达,可能参与谷子根系K+的吸收;ClusterII不具有组织表达特异性,推测其参与K+的吸收、转运和生长发育等多个生物过程;Cluster III受到低钾和高盐2种胁迫的诱导,显示出维持谷子K+/Na+平衡和抵御盐胁迫的潜在作用;ClusterIV在被检测的多个组织中几乎不表达;ClusterV不同成员对低钾和高盐胁迫的响应存在差异,可能发生了功能分化。研究结果不仅为深入解析谷子HAK家族的功能奠定了基础,而且为植物中钾高效利用和耐盐机制的研究提供了重要线索。

一个谷子新耐旱性突变体(drm)光合特性与抗旱性能分析

谷子(Setaria italica P. Beauv.)作为C4模式植物,具有较强的抗旱性,但干旱仍是制约其生长和产量的重要因素。为探究谷子耐旱性突变体(Drought-resistant mutant)的抗旱生理机制,以野生型‘豫谷28’和其耐旱性突变体(drm1-1)为材料,采用盆栽法分析了干旱胁迫下野生型与drm1-1在孕穗期和花后10 d的光合特性和抗旱性。结果显示,在正常条件下,drm1-1诱导了谷子光合作用相关的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因pepc、丙酮酸磷酸双激酶基因ppdk以及苹果酸酶基因nadp-me的表达,显著提高了相应酶的活性,也使得drm1-1的光合速率较野生型显著提高。在干旱胁迫条件下,drm1-1的光合速率和叶绿素荧光参数与正常条件相比,下降幅度显著小于野生型,具有显著的光合优势,同时drm1-1叶片的相对含水量与正常条件相比,下降的幅度显著小于野生型,而渗透调节物含量及抗氧化物酶活性均较野生型显著增加;且drm1-1的持水能力及抗旱性能更强。产量性状分析表明,干旱胁迫条件下drm1-1具有突出的产量优势。

谷子苗期耐低氮相关性状的QTL分析

【目的】分析谷子(Setaria italica L.)耐低氮性状相关的QTL,为耐低氮基因的精细定位、克隆及功能研究奠定基础,同时,也为揭示谷子耐低氮遗传机理和培育耐低氮谷子品种提供技术支撑。【方法】以耐低氮品种豫谷28和低氮敏感品种七叶黄为亲本构建的包含120个家系的重组自交系(RIL)群体为试验材料,在谷子苗期进行低氮和正常氮处理,并对处理21 d的水培幼苗的苗长、主根长、根干质量、苗干质量、总干质量、叶绿素相对含量、植株含氮量7个性状进行分析。同时,采用复合区间作图法(composite interval mapping,CIM)对耐低氮相关性状进行QTL定位与分析,并对QTL置信区间内的候选基因进行预测。【结果】在低氮和正常氮水平下,RIL群体的耐低氮相关性状均表现为连续正态分布,且呈双向超亲分离现象,符合典型的数量性状遗传特点,适于QTL分析。相关分析表明,苗长与主根长、根干质量、苗干质量、总干质量、叶绿素相对含量呈极显著正相关,主根长与植株含氮量呈显著负相关。共定位到低氮和正常氮水平下与苗长、主根长、根干质量、苗干质量、总干质量、叶绿素相对含量及植株含氮量相关的34个QTL,分布于第1—9染色体,单个QTL表型贡献率为5.15%—52.42%。其中,2种氮水平下共同定位到10个QTL,低氮和正常氮单一环境下分别定位到11和13个QTL。15个为主效QTL,qRDW3、qMRL1.1、qMRL1.2、qSL5和qSPAD15个主效QTL在2种氮水平下均被定位到。共检测到5个QTL重叠区,聚集了2种氮水平下多个性状的QTL,通过基因预测与功能注释,筛选出5个QTL置信区间内6个与氮代谢相关的候选基因,表明氮同化、吸收和利用相关基因极有可能控制了这些基因的表达。【结论】34个QTL分别聚集于9条染色体上的16个QTL簇,基于基因注释,共筛选了6个与谷子氮代谢相关的候选基因,表明不同性状参与到了共同遗传机制,并可通过分子标记辅助选择进行耐低氮有利等位基因的聚合育种。

磷肥施用深度对谷子根系分布、氮素吸收利用和产量的影响

采用大田试验,设置5 cm(P5)、10 cm(P10)、15 cm(P15)和20 cm(P20)4个磷肥施用深度,以不施磷肥为对照(CK),研究磷肥施用深度对谷子根系分布、干物质积累和转运、氮素吸收利用、产量的影响,以期为谷子生产上磷肥的高效利用提供理论基础。结果表明,适当的磷肥施用深度能促进谷子根系生长,提高根长、根表面积和根干质量,整体表现为P15>P10>P5>P20>CK;随着磷肥施用深度的增加,深层土壤中谷子的根长、根表面积和根干质量增加,在20~40 cm土层表现为P20>P15>P10>P5>CK。适当的磷肥深施可以促进谷子干物质积累和转运,相较于P5处理,P10、P15和P20处理成熟期干物质积累量分别提高4.60%、10.29%和0.92%,干物质转移率分别提高6.49%、10.06%和-20.13%。磷肥深施提高了根系对深层土壤中氮素的吸收和利用,深层土壤尤其是20~40 cm土层中的有效氮含量较P5处理显著降低,P10、P15、P20处理成熟期谷子总氮积累量分别较P5处理提高3.91%、17.85%、5.31%,氮素吸收效率分别提高5.88%、19.12%、7.35%,氮肥偏生产力分别提高18.95%、32.88%、-1.26%。适当的磷肥深施可以提高穗粒质量、产量和收获指数,均表现为P15>P10>P5>P20>CK,P10、P15处理产量分别较P5处理提高18.98%、32.86%,P20处理较P5处理减产1.27%。综上,15 cm为最优磷肥施用深度,可促进谷子根系生长及下扎,提高根系对土壤中氮素的吸收和利用,促进干物质积累及转运,相较于磷肥5 cm浅施增产32.86%。

谷子品质性状研究进展

谷子是我国重要的杂粮作物,富含蛋白质、脂肪、糖类、膳食纤维以及丰富的人体所必需的微量元素,营养价值极高。从外观品质、蒸煮食味品质、营养品质和加工品质等方面综述了谷子品质性状的研究进展,分析了目前谷子品质研究中存在的问题,并对未来品质研究前景进行了展望。

黄淮海地区酿酒高粱品种生态适应性综合评价指标体系的构建与应用

酿酒高粱是黄淮海地区的经济作物,近些年种植面积不断回升,但该区高粱生产的指导性信息较少,因此,构建适宜该区的酿酒高粱品种生态适应性评价指标体系对品种选择、种植规划等具有重要指导意义。通过文献研究、生产调研和专家问卷调查,利用层次分析法,构建评价指标体系的层次结构;利用德尔菲法和橙子办公软件设计调查问卷,借助专家微信群对各指标的相对重要性进行专家问卷调查,使用SPSSAU优序图法,计算各指标权重。根据文献研究和适应性试验,并反复征询专家意见,确定了各项指标的判分原则和标准,按综合得分将酿酒高粱品种生态适应性分为适应(≥90分)、较适应(76~89分)和不适应(≤75分)3类。

河南省小麦主要推广品种间的亲缘关系研究

利用系谱分析和SSR标记对河南省小麦主要推广品种间的亲缘关系进行了研究。结果如下:(1)系谱分析表明10个主要推广品种间的血缘关系较近,豫麦2号和丰产3号是它们的骨干亲本,分别与7个和9个品种有血缘关系;(2)70对SSR引物在11个品种间扩增出211个等位变异,平均每个引物3.01个,84.29%的引物能检测到多态性位点,Xgwm294和barc061就能将这11个品种区分开;(3)品种间的遗传距离平均为0.495,变化范围较小,在0.36到0.63之间;(4)不同共同血缘比例的品种间的遗传距离差异较小,表明品种间的亲缘关系较近;(5)有1/2和1/4共同血缘的品种间的遗传距离较近,低于1/4共同血缘和无血缘品种间的遗传距离稍远,血缘关系不能很好反映品种间的亲缘远近。

高粱GATA基因家族的全基因组鉴定及表达分析

本研究利用生物信息学方法对高粱GATA基因家族成员进行全基因组鉴定和分析,以期为其基因功能研究奠定基础。结果表明,在高粱基因组中共鉴定到30个GATA基因,不均匀地分布在8条染色体上,2号和7号染色体无分布;26个基因含有CX_(2)CX_(18)CX_(2)C保守基序,SbGATA3、SbGATA4、SbGATA18和SbGATA30含有CX_(2)CX_(20)CX_(2)C保守基序;进化树分析表明,高粱GATA基因家族可分为4组,分别包含15、9、4、2个基因,同一组内的成员保守锌指结构域蛋白序列一致性更高,基因结构和保守基序高度相似;高粱GATA蛋白与单子叶植物玉米和谷子的同源性大于双子叶植物拟南芥;顺式调控元件分析发现,SbGATA启动子序列中存在调控生长发育、激素信号传导和逆境胁迫响应元件,检测到光响应元件G-box、脱落酸响应元件ABRE、茉莉酸甲酯响应元件CGTCA-motif和厌氧诱导响应元件ARE数量最多,另外检测到低温响应元件LTR和干旱诱导性元件MBS。表达分析表明,SbGATA16、SbGATA9、SbGATA25和SbGATA20在多数组织中表达量均较高。模拟干旱处理高粱GATA基因转录组数据分析发现,SbGATA11和SbGATA26上调表达,说明这两个基因可能在干旱胁迫响应中发挥重要作用。

小麦K型不育系育性恢复基因的遗传分析

选用K型不育系豫麦3号、S43及其相应的保持系,与恢复系豫麦2号和豫麦49组配了不育系//保持系/恢复系、不育系//不育系/恢复系和不育系/恢复系//保持系三种回交群体,对小麦K型不育系育性恢复基因进行了遗传分析。结果表明,不同恢复力的恢复系携带的恢复基因对数不同,恢复力较强的豫麦2号携带2对主效基因,恢复力较低的豫麦49仅携带1对主效基因。此外,还有微效基因对育性恢复起作用,这种基因不仅存在于恢复系中,也存在于不育系(保持系)中。在K型细胞质背景下,不携带恢复基因的雄配子的传递率很低,而雌配子传递正常。

小麦亲本间分子遗传距离与F_1杂种优势的相关性分析

为了探讨利用小麦亲本间分子遗传距离预测F1杂种优势的可行性,以河南省8个不同类型的小麦品种(系)为材料,分别于2003年和2004年按不完全双列杂交组配28个组合,分析与产量相关的9个性状的F1杂种优势。分别选用均匀分布于小麦21条染色体上的287对SSR引物和33个二核苷酸重复ISSR引物,计算8个亲本间的分子遗传距离,进而分析亲本间分子遗传距离与F1杂种优势表现的相关性。结果表明,SSR和ISSR两种标记估算的遗传距离间相关极显著(相关系数为0.832),表明用两种分子标记对小麦品种进行遗传差异分析的结果是一致的。除株高外,利用两种分子标记计算的亲本间分子遗传距离与F1杂种优势在全部28个组合中相关不显著,而在12个极端组合中相关系数得到较大提高,并在株高、主茎千粒重和千粒重3个性状上相关达到显著或极显著水平,且两年的研究结果一致。这说明亲本间分子遗传距离与F1杂种优势的相关性与材料的选择有关。因此认为利用小麦亲本间的SSR和ISSR遗传距离预测F1的杂种优势还需进一步研究。

MYB转录因子在植物抗旱基因工程中的应用进展

干旱严重影响植物的生长发育乃至产量、品质。抗旱育种是保障植物生产的重要措施,利用基因工程技术提高植物抗旱性是优于传统育种的有效途径。MYB转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在植物抵御干旱胁迫反应中具有重要的调控作用。系统阐述了MYB转录因子的基本结构及其在拟南芥、烟草及水稻、玉米、大豆等作物抗旱基因工程中应用的研究进展,为MYB转录因子的利用及植物抗旱遗传改良及育种提供参考。

谷子氮高效基因型筛选及相关特性分析

在低氮(0.5 mmol/L)和高氮(5.0 mmol/L)2个氮素水平下,研究不同氮效率谷子基因型的光合特性、农艺性状、氮含量、吸氮量、氮利用率、氮代谢相关酶活性及其相关性,以期为氮高效谷子新品种的选育提供基础材料。结果表明,低氮和高氮水平下,不同谷子基因型光合特性、主要农艺性状、氮含量及吸收利用指标变异系数分别为16.2%~34.4%和15.2%~22.5%、15.2%~55.4%和17.9%~49.3%、13.7%~28.4%和15.8%~23.7%。2个氮素水平下,谷子产量与光合速率、穗长、单穗质量、地上部生物量、吸氮量和氮利用率均呈显著或极显著正相关,与茎秆和根氮含量均呈显著负相关。根据2个氮素水平下的谷子产量差异将其分为双高效型、高氮高效型、低氮高效型和双低效型4种类型。豫谷17、豫谷23、冀谷33等在低氮和高氮水平下产量、吸氮量、氮利用率、氮代谢相关酶活性均表现突出,受氮肥影响较小,为典型双高效型基因型,适宜贫瘠地区种植;冀谷41、七叶黄、郑11-2等在低氮和高氮水平下均表现出氮低效利用特性,受氮肥影响较大,为典型双低效型基因型。

谷子黄叶色突变体光合特性研究

为解析谷子黄叶色突变体高光合特性机理,以野生型豫谷1号为对照,分析了谷子全生育期黄叶色突变体ylm-1和ylm-2的光合色素、光合速率、气孔特性、荧光参数、光合关键酶活性和产量性状。结果表明,突变体光合色素含量为野生型豫谷1号的50%~60%,强光下突变体光合速率(Pn)较野生型显著提高,且无明显的"午休睡眠现象";ylm-1和ylm-2气孔导度(Gs)显著增加。荧光参数结果显示,与野生型相比,突变体的光能利用效率和转化效率明显增加,光合关键酶1,5二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)活性明显降低,而ylm-1和ylm-2磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)和苹果酸酶(NADP-ME)活性分别增加了23.3%、24.4%和12.9%、15.5%。产量相关性状分析表明,突变体单穗质量、穗粒质量及千粒质量较野生型显著增加。本研究结果为谷子高光效及分子标记辅助选择育种提供了重要的理论依据。

MYB转录因子在植物耐盐基因工程中的应用进展

盐胁迫是影响植物生长、发育及作物产量的重要环境因子。耐盐育种是保障农业生产的重要措施,利用基因工程技术提高植物耐盐性是优于传统育种的有效途径。MYB转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在包括盐胁迫在内的植物非生物胁迫调控中有重要作用。本文系统阐述了MYB转录因子的基本结构及其在拟南芥、烟草及水稻、大豆、番茄等植物耐盐基因工程中应用的研究进展,为MYB转录因子的利用及植物耐盐遗传改良及育种提供参考。

种植密度对夏谷顶三叶和穗部性状的影响

为了探明河南省夏谷品种适宜的种植密度,以生产上常用的5个夏谷品种豫谷18、济谷20、保谷22、豫谷23、豫谷28为试验材料,设置30、45、60、75万株/hm^24个种植密度,分析不同种植密度对顶三叶和穗部性状的影响。结果表明,顶三叶宽、长及穗长、穗粗、单穗质量、穗粒质量均随着种植密度增加呈明显降低的趋势,株高、千粒质量、出谷率总体上变化不显著,品种间存在轻微差异。在低种植密度(30万~45万株/hm^2)或者高种植密度(60万~75万株/hm^2)条件下,随着种植密度增加顶三叶、穗部性状的差异总体上均不显著;而种植密度从45万株/hm^2增加到60万株/hm^2,顶三叶和穗部性状总体上变化明显。随着种植密度的增加,5个品种的产量均先升高后降低,豫谷18、济谷20、保谷22、豫谷23等4个品种在60万株/hm^2种植密度下的产量最高,豫谷28在45万株/hm^2种植密度下产量最高。相关性分析表明:顶三叶性状(叶宽和叶长)与穗部性状(穗长、穗粗、单穗质量、穗粒质量)呈正相关。综合分析,推荐夏谷品种适宜种植密度为45万~60万株/hm^2。

播期对不同谷子品种干物质积累、转运和产量的影响

为了探明河南省夏播谷子品种的适宜播期,以4个谷子品种豫谷17、豫谷23、豫谷28、豫谷29为试验材料,设置5个播期(6月11日、6月19日、6月26日、7月3日、7月10日)处理,分析了不同播期下谷子品种的生育期、花前营养器官干物质积累和转运以及产量的变化。结果表明,随着播期的推迟,出苗至抽穗的时间缩短,而抽穗至成熟的时间延长。随着播期的推迟,开花期和成熟期营养器官干质量总体上均呈现先降低后增高的趋势。所有品种前3个播期的花前营养器官总干物质转运量较高,花前各营养器官干物质的转运率总体表现为茎鞘>叶片>茎秆,对籽粒的贡献率正好相反,表现为茎鞘<叶片<茎秆。不同播期下花前营养器官总干物质转运率介于17.26%~45.83%,总体上随播期推迟呈现先升高后降低的趋势;而花前营养器官总干物质对籽粒的贡献率介于8.83%~25.17%,变化规律不明显。进一步分析发现,谷子穗长和穗粗的差异主要来源于品种差异,受播期的影响较小;而穗粒质量和千粒质量随着播期的推迟,下降趋势明显。4个谷子品种的籽粒产量均随着播期的推迟而降低,不同品种对播期推迟的响应不同,豫谷17、豫谷23的适播期最短,为6月19日之前;豫谷28适播期次之,为6月26日之前;豫谷29的适播期最长,为7月3日之前。综合分析,河南省夏播谷子品种的适宜播期为6月19日之前,可结合品种特性适当提前和推迟。

国审玉米新品种郑单1002的选育

郑单1002是以郑588为母本、郑H71为父本杂交育成的玉米单交种。2013—2014年参加黄淮海夏玉米品种区域试验,2 a平均产量为10 103.3 kg/hm2,比对照郑单958增产6.7%;2014年参加黄淮海夏玉米品种生产试验,平均产量为10 003.5 kg/hm2,比对照郑单958增产4.4%。郑单1002对大斑病、小斑病、弯孢菌叶斑病、矮花叶病、瘤黑粉病等均有较高的抗性;籽粒品质达到普通玉米一等级国标、高淀粉玉米二等级国标、饲料用玉米二等级国标。郑单1002于2015年9月通过农业部国家农作物品种审定委员会审定,其主要特点是高产稳产、优质、抗病性较强,适宜河南、山东、河北保定及以南地区、陕西关中灌区、江苏北部、安徽北部及山西南部夏播种植。

bHLH转录因子在植物抗非生物胁迫基因工程中的应用进展

植物在生长发育过程中,经常会遭遇干旱、高盐和低温等非生物胁迫的伤害,从而影响其生长发育和地理分布,对于作物而言会降低产量和品质,危害农业生产发展,因此植物抗逆育种研究已经成为保障农业生产的一个重要内容。利用基因工程技术提高植物的抗逆性是一条优于传统育种途径的快捷有效的途径。bHLH转录因子家族是植物中最大的转录因子家族之一,在植物生长发育及抵御多种非生物胁迫反应(干旱、高盐、低温、缺铁等)中具有重要的调控作用。有研究者发现,很多bHLH转录因子可以提高植物的抗逆性。本文全面系统阐述了植物bHLH转录因子的基本结构特征及其在植物抗旱、耐盐、耐冷、耐缺铁基因工程中的应用进展,以期为bHLH转录因子的利用及植物抗旱遗传改良和育种提供参考。

谷子萌芽期抗旱相关QTL定位研究

为解析谷子抗旱遗传基础和指导抗旱育种,进行谷子萌芽期抗旱基因定位,以山西2010和K359×M4-1为亲本构建的F_(2)群体为研究对象,结合利用2b-RAD测序技术构建的遗传连锁图谱对谷子萌芽期抗旱性QTL进行定位。谷子萌芽期抗旱性为多基因控制的数量性状。经两亲本及F_(2)群体简化基因组测序,构建了包含583个SNP标记的连锁图谱。该图覆盖谷子基因组9条染色体,各染色体标记数平均64.8,标记间平均间隔为0.97 cM。在第5和第6染色体上共检测到3个谷子萌芽期抗旱性相关QTL,分别为qSIDR-5a、qSIDR-6a和qSIDR-6b,可解释12.4%~14.3%的表型变异,其中第5染色体上qSIDR-5a的表型贡献率最高,达到14.3%。经过比较发现,这3个QTL与前人的研究结果不在一个区间内,是新的QTL。qSIDR-5a、qSIDR-6a和qSIDR-6b可用于后续萌芽期抗旱性调控基因的精细定位及克隆研究,也可用于谷子萌芽期抗旱性的分子调控机理研究与抗旱育种。