小麦雄性不育突变体4167ms的遗传定位

小麦雄性不育材料作为一种非常宝贵的种质资源,对小麦杂交育种和杂种优势利用研究具有重要价值。本团队前期从小麦高代品系4167中发现一个雄性不育突变体,将其命名为4167ms,对其进行了不育表型鉴定、遗传分析和分子标记定位研究。结果表明,该突变体表现为花药干瘪不外露,1%I2-KI染色发现突变体花粉粒为不能正常着色的无规则形状,败育彻底。经过多年秋播和春播鉴定,其不育性状稳定,不受光温变化的影响。以4167ms为母本和不同小麦品种杂交得到的正交F1育性完全正常,F2分离群体中可育株与不育株的理论分离比例均符合3∶1;反交(科大342//4167ms/4167)F1结实正常,F2育性分离行中可育株与不育株的分离比例符合3∶1,说明4167ms不育表型受单隐性核不育基因控制,暂命名为ms1t。构建4167ms/中国春F2定位群体,采用BSA法和SSR分子标记连锁分析,获得位于小麦染色体4BS上5个与mslt连锁的SSR标记,其顺序为Xwmc617、Xkd661、Xkd696、ms1t、Xkd495、Xkd393,两侧最近标记Xkd696、Xkd495与ms1t基因的遗传距离分别为3.9和1.9 cM。比对分析中国春物理图谱,ms1t与MS1基因位于相同区域,因此推测4167ms的ms1t可能是MS1的一个隐性等位变异。

小麦黑色颖壳兼抗赤霉病新种质KD522的选育及其鉴定

通过人工杂交选育出一个具有黑色颖壳(黑颖)、抗赤霉病的高代小麦新品系KD522,将其与黄白色颖壳(白颖)品系2073配置杂交组合,对杂交后代的颖壳颜色进行遗传分析和遗传效应评价。抽穗后,KD522的颖壳与麦芒均为正常绿色,灌浆后期—蜡熟期颖色加深,完熟期变成黑色。KD522与2073杂交后代F_(1)均为黑颖,F_(2)颖色出现分离,经χ^(2)检测,黑颖与白颖的比例为3∶1,黑颖由单显性基因控制。黑颖单株株高、穗长、小穗数、穗粒数、旗叶叶绿素含量均与白颖单株无显著差异。KD522中抗赤霉病,可作为抗赤霉病的种质资源。研究结果可为小麦颖壳颜色与赤霉病抗性的遗传改良研究提供基础和依据。

簇毛麦HMW-GS及其启动子基因的克隆与序列分析

利用2对特异引物,从簇毛麦(Dasypyrum villosum)基因组中分离克隆出一个簇毛麦HMW-GS基因VHG-2(GenBank登录号为FJ600492)及其启动子序列VHGp-1(GenBank登录号为FJ600489).VHGp-1序列长度为1099bp,从5′至3′方向依次有E-box、N-box、G-box、HMW谷蛋白特异38bp增强子和TATA-box等典型的HMW-GS基因启动子作用调控元件,说明VHGp-1为簇毛麦HMW-GS的启动子基因.VHG-2序列长度为1572bp,具有单一完整的、可编码498个氨基酸的开放阅读框(ORF),该ORF推导的氨基酸序列结构分析表明,编码区依次包含由21个氨基酸残基组成的信号肽、105个氨基酸残基组成的N-末端区、330个氨基酸残基组成的中部重复区和42个氨基酸残基组成的C-末端区;中部重复区主要重复单元为6肽(PQQGQQ)和9肽(GYYPTSP/LQQ);有6个半胱氨酸残基(Cys),其中5个分布在N-末端区,1个分布在C-末端区,第3、4个相邻.这些特征与报道的y-型HMW-GS多肽结构基本一致,说明VHG-2是簇毛麦的y-型HMW-GS基因.系统进化分析表明,簇毛麦HMW-GS启动子序列(VHGP-1)与智利大麦(H.chilense)H基因组的D-hordein基因、拟鹅观草和阿拉善鹅观草St基因组的HMW-GS基因的启动子具有比较近的同源关系,簇毛麦HMW-GS基因(VHG-2)与冰草、拟鹅观草和中间偃麦草的y-型HMW-GS基因具有较近的同源关系.

水分处理对河南省主推小麦品种籽粒灌浆特性的影响

对河南省新近审定的品种和正在参加区域试验的苗头品系进行研究,设置不同水分处理,研究产量和灌浆特性对水分的响应,筛选出了3个节水丰产性好的品种:存麦12、洛麦28、洛麦26。用DPS软件对Logistic方程进行模拟,得出方程参数,并计算分析了灌浆次级参数。结果表明,产量随着灌水量的增加有不同程度的提升。W 2比W 1平均产量提高11.8%,W 2较W 0提高49.12%,W 1较W 0提高33.38%;籽粒的千粒重并没有随着灌水次数的增多而增加,W 1处理的千粒重最高,为51.80 g,W 0处理次之,W 2最低,为48.85 g。不同品种的灌浆特性对水分的响应不尽相同。

7个冬小麦品种灌浆期抗旱性鉴定指标的综合评价

采用7个冬小麦(Triticum aestivum L.)品种,研究了不同水分处理下部分生理指标和部分农艺性状变化,以各单项指标的抗旱系数作为抗旱性衡量指标,利用主成分分析对其抗旱性进行评价,同时将综合评价值(D值)与抗旱指数(DRI)进行相关性分析。结果表明:(1)与对照相比,干旱胁迫后的超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、相对电导率、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸(Pro)含量、可溶性糖含量、胞间CO2浓度(Ci)均有不同程度上升;根系活力、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、株高、穗下节长度、叶面积、穗长、小穗数和穗粒数均下降;过氧化物酶(POD)活性和可溶性蛋白质含量在各品种间变化趋势不尽一致。(2)通过主成分分析综合评价值(D值),供试品种可分为3类:‘晋麦47’和‘小偃22’属于强抗旱型;‘矮抗58’、‘西农979’和‘西农509’属于中等抗旱型;‘郑麦366’和‘郑麦9023’属于弱抗旱型。(3)两种不同干旱胁迫下综合评价值(D值)与抗旱指数均显著相关(r分别为0.768和0.808,p<0.05)。

普通小麦-华山新麦草1Ns二体异附加系的农艺性状和品质

对新培育的普通小麦-华山新麦草1Ns二体异附加系H9021-28-5的农艺性状、面粉加工品质和籽粒矿物质元素含量考察和测定表明,与亲本7182相比,异附加系H9021-28-5的株高、分蘖数、穗粒数、小穗数和结实率等性状值显著降低,籽粒重量和粒径等性状值显著升高,条锈病抗性增强;沉降值、稳定时间、弱化度、拉伸曲线面积等品质指标得到显著改善,籽粒中镁、铜、锌、钼等元素的含量显著提高。华山新麦草1Ns染色体对小麦部分农艺性状、面粉加工品质指标和矿物质元素含量具有正向效应。

小麦SSR和EST-SSR引物对无芒雀麦的通用性分析

无芒雀麦(Bromus inermis Leyss.)具有营养价值高、产量大、利用季节长、耐寒耐旱、适应性强等优良品质。为了解小麦SSR和EST-SSR引物在亲缘植物无芒雀麦中的通用性,本研究选用位于普通小麦7个部分同源群的203对SSR引物和46对EST-SSR引物对无芒雀麦基因组DNA进行了扩增。结果显示:有137对(67.49%)SSR和30对(65.22%)EST-SSR引物对无芒雀麦可以有效扩增,平均扩增条带数分别为2.8和2.5,即小麦SSR和EST-SSR引物在无芒雀麦中具有较高的通用性;研究还发现,来自小麦B基因组和第5同源群染色体的引物在无芒雀麦中的有效扩增比率和平均扩增条带数最低。据此推断,小麦B基因组和第5同源群染色体可能与无芒雀麦基因组的亲缘关系较远。该研究对开发无芒雀麦基因组的特异分子标记、进行遗传多样性分析和功能基因定位等具有一定的参考价值。

普通小麦和华山新麦草衍生系H9021对全蚀病抗性的遗传分析

为了解普通小麦和华山新麦草(Psathyrostachys huashanica,2n=14,NN)衍生系H9021对全蚀病抗性的遗传特点,利用IECM算法对H9021×96(15)F2分离群体的抗病性进行了估算[96(15)为感病材料]。结果表明,H9021对全蚀病抗性的遗传模型为B-1,即抗性由两对主基因+多基因控制,主基因表现为加性-显性-上位性模型,两个重复中F2群体控制抗性的主基因遗传率分别为96.7%和94.6%。

部分美国及我国小麦品种的遗传多样性分析

为了比较美国及我国小麦品种的遗传多样性,选用55对SSR引物对引自美国的67份小麦品种及我国黄淮麦区推广面积较大的17个品种进行了遗传多样性分析。结果表明,67份美国小麦品种共检测到443个等位变异,单个引物位点的等位变异为2～24个,平均每个位点8.10个,各位点多态性信息含量(PIC)变幅为0.11～0.92,平均为0.59;黄淮麦区小麦品种共检测到266个等位变异,单个引物位点的等位变异为2～9个,平均每个位点4.82个,PIC变幅为0.10～0.84,平均为0.55。67个美国小麦品种A、B、D三个基因组的平均等位变异与平均PIC值大小分别为:B(8.60)>D(7.88)>A(7.63)和B(0.62)>A(0.58)>D(0.56);黄淮麦区17个小麦品种三个基因组的平均等位变异与平均PIC值大小分别为:B(5.30)>A(5.10)>D(3.94)和B(0.58)>A(0.57)>D(0.48)。聚类分析结果表明,55对SSR引物能将84份材料区分开来,并分为六大类,15个国内小麦品种被聚为一类,中国春自成一类,其余材料被聚为四类。由此可知,美国小麦品种的遗传多样性较高,与黄淮麦区小麦品种的遗传差异较大。

67份美国小麦种质资源的HMW-GS组成与品质分析

为了挖掘新的种质资源，对引自美国的67份小麦种质材料进行了高分子量麦谷蛋白亚基组成与品质性状分析。HMW．GS组成分析表明，在供试材料中共检测到20种亚基类型和25种亚基组合，表明这批材料的遗传多样性较高。在Glu—A1位点上，亚基1与2＊的出现频率分别为16．4％与35．8％；Glu-B1位点有9个等位变异，其中出现频率最高的为7＋9亚基对（47．8％）；Glu—D1位点有8个等位变异，以5＋10亚基对为主要类型，出现频率高达74．6％。在Glu-B1住点上发现3个不常见亚基7＊、8＊、8＊＊和3个未知亚基a、b、c，还发现1个未知亚基，暂时将其标记为5＊，可能位于Glu—D1位点上。亚基组合类型中，“null，7＋8，5＋10”的出现频率最高，为22．4％。亚基评分在5～10分之间，平均8．2分，得分在8分及其以上的材料有42份（62．69％），其中得10分的材料有9份（13．43％）。利用DA7200近红外成分分析仪对这批小麦材料的品质性状进行初步分析，结果表明其品质指标较低。这67份美国小麦材料含有的优质亚基比例较高，可作为中间材料以改良我国黄淮麦区小麦品种的亚基组成。

67份引进美国小麦种质材料的农艺性状调查和抗病性鉴定

为给小麦育种提供新的种质资源,对引进的67份美国小麦种质材料进行了农艺性状调查及其对条锈病、白粉病、赤霉病的抗性鉴定。结果表明,供试材料普遍成熟期较晚,千粒重偏低,株高偏高,但绝大多数为强冬性材料,籽粒大多为硬质且均较饱满。部分材料具有突出优良性状,如单株穗数为50～70的材料有8份,小穗数大于30的材料有4份,穗长在12～14cm之间的材料有9份,穗粒数大于70的材料有7份,株高小于70cm的材料有4份。经成株期条锈病抗性鉴定,67份材料中,对CYR32与CYR33均表现抗病而对混合条锈菌种表现中抗的材料有23份(占34.33%),对CYR32、CYR33以及混合菌种均表现免疫,即具有非小种专化的成株期抗性的材料有6份(占8.96%)。根据成株期白粉病自然发病圃抗性鉴定结果,有17份材料(占25.37%)对田间混合小种表现抗病,其中有7份材料(占10.45%)表现免疫,1份材料(占1.49%)表现高抗,9份材料(占13.43%)表现中抗。从赤霉病诱发鉴定结果看,没有表现免疫与高抗的材料,28份材料(占41.79%)表现中抗,其余材料均感病。综合来看,这批种质材料含有丰富的条锈病和白粉病的抗性基因,其中有5份材料综合抗病性好,17份材料兼抗两种病害,这些材料可用于小麦抗病育种。

小偃22及其衍生品种遗传多样性的SSR分析

为深入了解小麦骨干亲本小偃22及其衍生品种的遗传特性,利用相对均匀分布在小麦各染色体臂上的71对SSR引物对小偃22及其6个衍生品种以及小偃22的姊妹系小偃22 2进行SSR分析。结果表明，在8份供试材料中共检测到187个等位变异，每个位点等位变异数目为2~5个,平均为2.6个。多态性信息含量（PIC）变异范围为0.305~0.582，平均为0.388。遗传距离变化范围为0.309~0.767，平均为0.595，说明材料间遗传差异较小。经UPGMA聚类分析，在0.55处将供试材料分成两大类，能较好地反映品种之间的遗传差异。小偃22与其姊妹系小偃22 2的遗传相似系数为0.73。

小麦-华山新麦草7Ns异附加系的分子细胞遗传学研究

为了给有效利用华山新麦草基因提供新的种质材料,利用细胞遗传学、分子标记等技术,结合田间农艺性状考察,对从小麦-华山新麦草七倍体材料H8911-99与硬粒小麦D4286杂交F4代分离群体中选育的杂交后代12DH25进行了鉴定。华山新麦草基因组特异SCAR标记鉴定表明,12DH25含有华山新麦草遗传物质;有丝分裂和花粉母细胞减数分裂中期I染色体数为2n=44=22Ⅱ,基因组原位杂交(GISH)出现两条杂交信号,且能配对,表明两条外源染色体是华山新麦草的一对同源染色体。选取定位于小麦7个部分同源群上的28对STS标记对12DH25及其亲本基因组DNA进行扩增,定位于小麦第7同源群上的STS标记BE591127和BG274576能在12DH25中扩增出华山新麦草特征条带,将12DH25附加的华山新麦草染色体归属于小麦第7部分同源群。由此确定矮秆材料12DH25是一个稳定的小麦-华山新麦草7Ns二体异附加系。

小麦–华山新麦草异代换系DH2322的分子细胞遗传学鉴定

利用分子标记、细胞学、基因组原位杂交(GISH)等技术,结合田间农艺性状调查,对小麦–华山新麦草七倍体材料H8911与硬粒小麦D4286杂交F4代分离群体中株系DH2322进行了综合鉴定。华山新麦草基因组特异SCAR标记鉴定表明,DH2322含有华山新麦草遗传物质;细胞遗传学观察显示,DH2322染色体构型为2n=42=21 II;有丝分裂和花粉母细胞减数分裂中期I基因组原位杂交(GISH)鉴定表明,DH2322的染色体由40条小麦染色体和2条华山新麦草Ns染色体构成,且2条Ns染色体能完全配对为一个二价体;SSR和STS分子标记分析表明,DH2322缺失小麦D基因组的2D染色体,而含有华山新麦草的2Ns染色体;农艺性状分析结果表明,DH2322具有双亲的形态学特征,结实性好,穗长和穗粒数显著大于亲本。

华山新麦草特异重复序列的筛选、克隆及Southern杂交分析

为了寻找华山新麦草特异重复序列,以华山新麦草、栽培一粒小麦、栽培二粒小麦、野生一粒小麦、野生二粒小麦、圆锥小麦、阿拉拉特小麦、茹科夫斯基小麦、斯卑尔脱小麦、普通小麦＂中国春＂（CS）为材料,利用200条RAPD引物筛选出11条华山新麦草特异条带（命名为RHS1-RHS11）,并对这些条带进行回收、克隆、测序。将序列在NCBI数据库中进行比对,其中RHS1、RHS2、RHS3、RHS4、RHS6、RHS8、RHS9在NCBI数据库中未发现与其同源的序列。RHS5、RHS7、RHS10、RHS11在NCBI数据库中有相似序列,其最高覆盖度和最高相似性分别为：83%和100%、99%和85%、49%和100%、19%和83%。通过Southern blotting进行序列特异性检测,RHS1、RHS2、RHS4、RHS6和RHS9等5个克隆在10种材料中都没有杂交信号;RHS7、RHS10和RHS11在华山新麦草及其他9种材料中都有弥散分布的杂交信号;RHS3、RHS5和RHS8只在华山新麦草中有杂交信号的序列。这些结果说明RHS3、RHS5、RHS8为华山新麦草基因组特异重复序列。

黄土高原沟壑区小麦品种演替过程中籽粒灌浆特性研究

为了解黄土高原沟壑区小麦品种演替过程中的籽粒灌浆特性,以此地区20世纪50年代至今的主栽小麦品种为供试材料,研究了不同小麦品种演替过程中籽粒干物质积累量及灌浆速率的变化。结果表明,黄土高原沟壑区小麦演替过程中,小麦籽粒千粒重呈现逐渐增加的趋势。平均灌浆速率逐渐增加,小麦籽粒的干物质积累随之增加,长旱58的W0最大,达50.53 g。灌浆三阶段中,各阶段的灌浆速率表现为,V2>V1>V3。从灌浆持续时间看,T1和T2持续的时间较长且变异系数较大,而T3和T相对稳定。从灌浆速率来看,V1、V2、V3、Vm、Va变异系数较大,灌浆速率易受环境因素影响而波动。

黄土旱作区长武字号小麦的品种性状和品质特性演变规律

为研究黄土旱作区主栽小麦品种长武字号的演变特性,以长武字号小麦为材料,对其农艺性状、产量性状和品质特性进行研究。结果表明,长武字号小麦产量呈波动的上升趋势,长旱58产量最高达4 375.92kg/hm2。用stepwise进行回归分析,表明产量与成穗数呈负相关,与倒二节、穗粒数、单穗质量和生物质量呈负相关。用Logistic方程拟合灌浆曲线,决定系数均大于0.99,拟合效果良好。长武字号小麦的平均灌浆速率和最终籽粒质量都呈逐渐上升趋势。长武字号小麦的蛋白质含量呈逐渐增加趋势,长旱58最高达14.92%。黄土旱作区小麦生产还应把高产作为主要目标,要兼顾农艺性状的改善,适当缩短穗下节、倒三节的长度,增加倒二节的长度,同时还要研究配套的高产栽培措施。在提高产量的同时,努力改善小麦品质,培育强筋优质小麦品种,或者发展专用小麦。

滨麦低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)基因的分离与序列分析

采用PCR方法,从滨麦(Leymus mollis)基因组中分离出8条LMW-GS基因序列。核苷酸序列分析表明,序列GQ169791在起始密码子上游包含318 bp的启动子序列,该序列包含-300元件、GCN4 motif、种子贮藏蛋白盒等基因特异表达的顺式或反式作用调控元件。推导的氨基酸序列分析表明,8条序列的编码区依次有信号肽,N-末端区,中部重复区和C-末端Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区等典型LMW-GS多肽一级结构特征;序列HQ416909、HQ416914和HQ416915具有单一完整的开放阅读框(ORF);序列GQ169791、HQ416910、HQ416911、HQ416912和HQ416913在中部重复区和C-末端区出现了4个或5个提前终止密码子,推断其为假基因。8条序列都含有8个或9个半胱氨酸残基(C),N-末端区起始氨基酸序列为METSRIPG-或METTRIPG-,推断其为LMW-m型LMW-GS基因。系统进化分析表明,8条序列与华山新麦草(Psathyrostachys huashanica)LMW-GS基因(HM475146,GQ223386)和野大麦(Hordeum brevisubulatum)的B-hordein基因(AY695368)具有相对较近的同源关系。该研究为挖掘利用滨麦LMW-GS的基因提供了理论依据,对小麦品质改良具有一定参考价值。

滨麦HMW-GS启动子和编码区基因的分离与序列分析

为了深入了解滨麦(Leymus mollis)HMW-GS基因的结构特征,采用PCR方法,从滨麦基因组中分离出HMW-GS基因启动子序列(Genbank登录号:FJ600498)和编码区序列(Genbank登录号:GQ169797)。启动子序列(FJ600498)从5′至3′方向依次有E-box、N-box、G-box、HMW谷蛋白特异增强子和TATA-box等麦谷蛋白特异调控元件,推断其为滨麦HMW-GS启动子基因。编码区序列(GQ169797)具有单一完整的开放阅读框(ORF),编码396个氨基酸残基,依次包含信号肽、N-末端区、中部重复区和C-末端区等HMW-GS的典型结构区域;中部重复区主要重复单元为6肽(PQQGQQ)和9肽(GYYPTSPQQ);有6个半胱氨酸残基(Cys),分布在N-末端区(5个)和C-末端区(1个),第3、4个相邻。推断其为滨麦的y-型HMW-GS编码区基因。系统进化分析表明,启动子序列(FJ600498)与异形花草(He.piliferum)和冰草(Ag.cristatum)的HMW-GS启动子基因序列具有相对较近的同源关系;编码区序列(GQ169797)与纤毛鹅观草(Elymus ciliaris)和披碱草(E.glaucus)的HMW-GS编码区基因序列具有相对较近的同源关系。

36份小麦种质资源抗麦长管蚜遗传多样性的鉴定与分析

为筛选抗麦长管蚜优异的小麦种质资源,以36份不同抗蚜水平的小麦种质资源为材料,调查记录不同时期供试材料的蚜虫数量,并利用3对位于7D染色体的特异性简单重复序列（Simple Sequence Repeats,SSR）标记检测材料,采用蚜量比值、Shannon’s信息指数及聚类分析的方法进行分析,在分子水平上探讨小麦抗麦长管蚜种质资源的遗传多样性。分子检测结果表明,引物Xgwm44、Xwmc182和Xwmc121扩增条带数平均为6.7条,其中多态性条带数分别为5条、5条和2条;平均位点的有效等位基因数范围为0.119 5~1.080 0,Shannon’s信息指数范围0.0000-1.329 7。聚类分析结果表明,36份小麦种质资源按照阈值λ=2.06可分为4大类群,其中发现抗性品种矮抗58与其它品种具有较远的亲缘关系,可作为最新的抗蚜材料。