杨树杂交群体苗期生长性状的全基因组选择研究

[目的]对杨树生长表型性状进行全基因组选择研究并且实现早期选择具有重要的意义。[方法]以母本丹红杨(美洲黑杨)和父本通辽1号杨(小叶杨)及其杂交F1代为材料,在田间进行施肥和不施肥处理,测定了生长表型性状(地径、株高、茎生物量)。利用3个全基因组选择模型gBLUP、sBLUP、cBLUP和364个基因型的表型观测值对502个基因型进行预测育种值。[结果]丹红杨的茎生物量在高氮和低氮条件下分别比通辽1号杨提高了20倍和33倍。gBLUP对生长表型性状预测结果准确性接近于1,sBLUP预测结果的准确性范围是0.5~0.9,cBLUP预测结果的准确性小于0.2。研究结果表明gBLUP模型预测的结果最准确,cBLUP预测的结果最差。利用gBLUP模型计算的茎生物量育种值把杂交群体划分为双高效型、双低效型、低氮高效型、高氮高效型共4个类型。筛选出优良的基因型16-1-16、16-1-194、13-116、13-73、13-481、13-268、13-286、13-566、13-173、13-578、16-1-65、13-242、16-1-189、13-40、13-608、16-1-170、16-1-22、13-237、13-272、13-335。[结论]丹红杨和通辽1号杨的生长表型性状差异显著。全基因组选择研究结果帮助我们完成了杨树育种工作的早期选择,减少了表型测定成本,提高了育种效率。

氮肥对2个杨树品种碳氮代谢的影响

研究以‘丹红’杨(美洲黑杨)和‘通辽1号’杨(小叶杨)为材料,在田间进行施氮肥和不施氮肥处理,分析2个杨树品种的生长性状、碳氮相关代谢物和发育木质部转录组的变化特征,探讨不同杨树品种氮肥利用的生理机制,为杨树的氮高效利用遗传育种奠定基础。结果表明:(1)‘丹红’杨和‘通辽1号’杨的总生物量在施氮处理后分别比不施氮处理提高了1.69倍和1.10倍;‘丹红’杨的总生物量在施氮肥和不施氮肥条件下分别是‘通辽1号’杨的13倍和10倍。(2)施氮处理显著抑制‘丹红’杨和‘通辽1号’杨树皮和木质部中总氮和多种水解氨基酸的含量,但是没有明显影响木质部的总碳、纤维素、半纤维素和木质素含量。(3)施氮处理显著影响了2个杨树品种发育木质部碳固定、糖代谢、氨基酸合成等碳氮代谢途径的基因的高表达,从而促进了植株生物量的积累。研究发现,施氮处理可以显著促进杨树发育木质部碳氮代谢途径相关基因的高表达,从而促进了杨树生物量的积累和生长;‘丹红’杨的木材产量在不同的氮素环境下都远远高于‘通辽1号’杨,更加适合人工林的大面积推广和种植。

燕山北部山区板栗优良种质资源收集及其品质评价

[目的]通过等级评分和因子分析相结合的方法筛选优良种质,为板栗优良种质资源收集和选育提供借鉴。[方法]在燕山北部山区收集板栗农家种和优良单株种质63个,以燕山早丰为对照,通过测定不同种质种子的单果鲜质量、含水量、淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白的含量,并且利用等级评价法和因子评价法综合求出各种质品质评价的排名。[结果]在63个种质中,单果鲜质量QX63的最大,为13.6 g,QX59的最小,为6.5 g,平均值8.7 g;含水量QX61的最大,为50.7%,QX38的最小,为37.6%,平均值为42.9%;可溶性糖QX6的最大,为17.1%,QX53的最小,为4.8%,平均值9.8%;淀粉含量QX62的最大,为58.6%,QX5的最小,为17.4%,平均值为34.3%;可溶性蛋白QX39的最大,为1.1%,QX52的最小,为0.16%,平均值0.56%。品质综合评价前20名依次为QX42、QX34、QX8、QX43、QX7、QX6、QX41、QX35、QX55、QX22、QX61、QX2、QX4、QX30、QX52、QX40、QX11、QX5、QX49、QX58。[结论]不同板栗种质之间单果鲜质量、含水量、淀粉、可溶性糖以及可溶性蛋白的含量存在显著差异,这些品质指标可作为优良种质资源的评价指标。QX42可以作为早熟种质,并且为最优种质;QX34(第2)、QX35(第8)可作为晚熟种质。

侧柏古树实生树和嫁接树的扦插生理和解剖特性比较

【目的】比较侧柏古树实生树和嫁接树的插穗内源激素、非结构碳水化合物、木质化程度和形态解剖学的区别,为侧柏古树扦插生根过程中取材和机制研究提供参考。【方法】以来源于2000年和5000年生侧柏的实生树(S5-2000、S5-5000)和嫁接树(G2-S3-2000、G2-S3-5000)的插穗为材料,扦插前取插穗基部韧皮部,利用HPLC法测定激素IAA、GA3、ABA含量,蒽酮比色法测定可溶性糖和淀粉含量,切片观察基部木质化程度;并在扦插4个月后观察其根原基发生情况。【结果】扦插前IAA含量在2种实生树中显著高于相应的嫁接树,GA3含量则未见明显差异,但ABA含量仅在S5-5000中明显高于G2-S3-5000;可溶性糖和淀粉含量均未见明显差异;实生树和嫁接树插穗木质化程度未存在差异,也均未见潜伏根原基。扦插4个月后,生根率统计发现实生的S5-2000和S5-5000的分别为10.0%和8.3%,而G2-S3-2000和G2-S3-5000的则均未见生根;嫁接树插穗基部未见不定根原基,而实生树中则有不定根原基形成,起源于形成层和木质部。【结论】通过侧柏古树嫁接的方法可以为古树扦插研究提供充足的材料。其嫁接一代保留了其难生根的特点。侧柏不定根发生属于诱导根原基生根类型,千年以上侧柏插穗基部未见根原基形成。古树高龄遗传背景可能导致嫁接树内源IAA含量较低,影响根原基的诱导,而可溶性糖和淀粉等非结构碳水化合物不是古树扦插较难生根的原因。

板栗扦插生根过程的解剖结构和生理变化研究

以5年生和30年生板栗插穗以及30年生板栗母树不同月份(5、6、7月)插穗为材料,进行不同浓度(0、200和500 mg/L)吲哚丁酸(IBA)处理,观测各类处理材料的生根情况,并对扦插前插穗(初始茎)和扦插后插穗愈伤组织的碳氮代谢物质、褐化相关物质和解剖学结构进行分析观察,探讨不同年龄母树及不同月份插穗扦插生根能力,为板栗扦插生根技术体系奠定理论基础。结果表明:(1)5年生板栗的初始茎和愈伤组织中碳氮代谢相关物质淀粉和可溶性糖含量明显高于30年生板栗,而其可溶性蛋白含量30年生高于5年生板栗,但其γ-氨基丁酸(GABA)含量在不同年龄母树间无明显变化;30年生板栗插穗初始茎中可溶性蛋白、GABA和可溶性糖含量均随着月份的增加而逐渐降低,但是在愈伤组织中GABA、可溶性糖和淀粉含量随着月份增加而逐渐升高。(2)板栗插穗初始茎和愈伤组织的褐化相关物质单宁、酚类和类黄酮含量均表现为30年生不同程度低于5年生;除类黄酮含量在7月份的愈伤组织中有显著升高外,不同月份板栗的单宁、酚类、类黄酮含量均没有明显变化。(3)生根状况及解剖学观察结果显示,5年生板栗插穗的愈伤率和生根率高于30年生的插穗,且30年生插穗6月份扦插的愈伤率最高;板栗插穗属于诱导生根类型,皮层中存在环状厚壁组织;5年生板栗插穗的木质素含量低于30年生板栗,但形成层细胞层数高于30年生。研究认为,板栗扦插生根过程中插穗褐化现象严重,生根率较低;不同年龄母树和不同月份的板栗插穗在扦插过程中的碳氮代谢相关化合物含量都有明显的差异,而褐化相关物质含量仅在不同年龄母树间有较大的差异,不同月份间大部分无明显差异。

高效液相色谱法测定板栗种子中的γ-氨基丁酸

目的建立高效液相色谱法测定板栗种子中γ-氨基丁酸的分析方法。方法板栗样品使用2,4-二硝基氟苯乙腈进行衍生化前处理后,以磷酸缓冲溶液(pH=7)、乙腈和水为流动相,采取梯度洗脱的方式进行测定,柱温35℃,流速1.0 mL/min,进样量20μL,使用紫外检测器,测定波长为360 nm。结果本方法标准曲线呈现良好的线性关系,相关系数达到0.9996。方法的回收率为109%,相对标准偏差为0.4%,γ-氨基丁酸最小检出限0.05μg/mL。精密度实验得出5次进样的相对标准偏差为0.55%。对3种不同品种的板栗种子进行测定时,3种样品的RSD分别为3.077%、3.219%、5.333%,平行性较好。结论该方法快速、易操作,具有较高的测量精密度和准确度,对实际样品进行测试时能避免杂质峰的干扰,重现性好,能够满足对板栗种子中γ-氨基丁酸含量的检测要求。

不同树龄侧柏扦插生根研究

为解决侧柏古树的扦插生根难题,该研究以5年、20年、500年生树龄侧柏为对象,采用全光照自动间歇喷雾装置,在全光喷雾条件下研究侧柏的生根状况。结果表明,侧柏不定根形成过程分为愈伤形成期(0—4周)、愈伤膨大期(4—6周)、不定根开始形成期(6—8周)、不定根伸长(8周后);随着侧柏树龄的增加扦插生根率明显降低,扦插生根过程缓慢。5年、20年与500年生树龄的分别是94%、89%和56%。

银杏枝条部位和年龄对不定根形成的影响及其与非结构碳水化合物含量的关系

[目的]研究银杏枝条部位、年龄对不定根形成的影响,并探讨其相应的叶、茎段中非结构碳水化合物(NSC)含量变化与扦插生根的关系。[方法]以50年生银杏树冠上、下部枝条的1、2和3年生位置的茎段为材料截取插穗,500 mg·L-1IBA与纯水对照处理基部60 s,在全光喷雾状态下研究扦插生根情况,并利用HLPC法分析相应部位叶和茎段中NSC含量。[结果]表明:银杏扦插不定根形成过程分为4个阶段,即0～4周愈伤形成期、4～6周愈伤膨大期、6～8周不定根开始形成期、8周后不定根伸长;生根部位主要在切口处。树冠上、下部位插穗的生根率未见明显差异,但随着枝龄的增加而明显降低。NSC分析表明:下部叶片NSC组分中多糖和总糖含量明显高于上部的,但茎段NSC的所有组分在上下部均无明显差异;随着枝龄的增加,相应位置叶片NSC各组分含量没有明显差异,但相应茎段NSC组分中葡萄糖、果糖、多糖、总糖、淀粉含量却明显降低,与生根率的变化趋势一致。此外,500 mg·L-1IBA处理并未明显提高生根率,还需进一步优化处理浓度。[结论]银杏树冠上部和下部枝条对不定根形成无影响;未处理枝条的枝龄与生根率呈负相关,而茎段NSC含量与生根率呈正相关;叶片NSC含量对不定根形成影响较小;生根方式以愈伤生根类型为主。该结论将为今后银杏扦插生根及其机制研究提供参考。

古树扦插繁育研究进展

历经千百年的洗礼而顽强生存下来的古树名木,是大自然赐予人类的宝贵遗产和不可复制的“活”历史文物,有“活化石”“古文化”“国宝”之称,具有重要的科学、文化价值,也是园林绿化和旅游资源的重要组成部分。古树不仅能使我们更好地了解千百年来环境的演化过程、自然和历史现状,还是一座优良种源基因宝库,为林木育种提供优良材料。但长期以来,由于年龄的增长、自然环境恶化以及人为干扰破坏等原因,我国古树资源遭受到严重的破坏,数量急剧减少。

板栗“燕山早丰”幼苗光合与碳氮代谢对干旱胁迫的响应

干旱是影响燕山地区板栗树生长和产量的主要因子。为了在整株水平上研究板栗幼苗对干旱胁迫的响应,本试验以盆栽"燕山早丰"板栗幼苗为研究对象,通过模拟自然干旱处理22 d,测定叶片光合特性,根、茎、叶生物量、脯氨酸、丙二醛、碳、氮等生理指标变化。结果表明:与正常浇水相比,干旱胁迫下幼苗根、茎、叶含水量分别显著下降18.3%、29.0%和62.8%,脯氨酸(355.0%~1586.7%)和丙二醛(41.1%~81.3%)含量显著上升(茎中丙二醛除外),但叶部非光化学淬灭系数和净光合速率分别显著下降49.4%和77.4%;同时,茎和叶中非结构碳水化合物含量分别显著增加21.4%和69.5%,根中增加幅度未达显著差异水平;根和叶中硝态氮含量分别显著增加28.9%和26.8%,茎中增加幅度未达显著差异水平;根、茎、叶中铵态氮含量分别增加了16.2%、12.9%、217.6%,但仅在叶部差异显著。综上,干旱胁迫对燕山早丰板栗幼苗产生了较严重的伤害,显著抑制了其光合性能,但能够通过增强体内碳氮代谢来提高其适应干旱环境的能力。本研究结果可为当地板栗抗旱性资源选育和栽培提供参考。