不同产区及密度下豫黑芝1号芝麻产量及相关性状分析

芝麻是我国重要的特色优质油料作物,提高芝麻单产水平是实现我国粮油安全生产的重要举措。为建立芝麻高产高效栽培模式,本研究以黑芝麻新品种豫黑芝1号为试验材料,在3个产区(漯河、信阳和三门峡),开展了不同栽培密度(12万、15万、18万、21万株/hm^(2))下豫黑芝1号产量及产量相关性状的变化分析。结果表明:豫黑芝1号在不同产区的生育期差异明显;种植密度对豫黑芝1号的株高、有效果节数、主茎果轴长、单株蒴果数、千粒重和单株产量等性状变化程度不同;在21万株/hm^(2)密度下,豫黑芝1号单产水平最高,达到1 463.33 kg/hm^(2)(三门峡)。

适于微量芝麻样品酸价测定的铜皂比色法的建立与评价

为快捷、准确地测定微量芝麻样品的酸价,选用13份芝麻油脂和20份芝麻籽粒样品,开展了铜皂染色液配方改良及铜皂反应显色强度分析,首次建立了适于微量芝麻样品酸价测定的铜皂比色方法。结果显示,建立的铜皂比色法测定芝麻样品酸价的最佳测定波长为710 nm;单次样品测定芝麻油脂最低用量为60 mg,芝麻籽粒样品平均用量为0.11 g。在0.1~10 mg/mL油酸下,铜皂比色法标准工作曲线方程为y=0.199x+0.0172(R2=0.9997);铜皂比色法可检测芝麻样品的酸价为0.18~17.50 mg/g。测定结果显示,室温久置的13份芝麻油脂样品以及20份芝麻籽粒样品酸价分别为1.36~6.32 mg/g和1.02~5.03 mg/g。铜皂比色法测定方法相比于标准酸碱滴定法,精密度和准确度均较高,二者结果差异不显著,因此可用铜皂比色法代替酸碱滴定法进行芝麻籽粒和芝麻油脂酸价测定。另外,检测发现,测定时间对样品酸价测定值也有一定的影响,配制好铜皂络合物后应尽快用于检测。

向日葵染色体核型特征及rDNA分布分析

为揭示向日葵染色体核型和结构特征特性,以栽培种向日葵白葵杂6号(H-01A×RHA-K)为试验材料,采用改良的酶解去壁低渗法和涂片技术,进行向日葵染色体形态观察和核型分析。同时,以45S和5S rDNA重复序列为探针,采用荧光原位杂交(Fluorescence in situ hybridization,FISH)技术,对向日葵染色体rDNA分布进行物理定位和分析。染色体形态观察结果显示,白葵杂6号有3对染色体为随体染色体。栽培种向日葵染色体长度介于3.87~5.37μm;染色体多为中等染色体(M1和M2类型);相对长度组成为16M2+18M1。白葵杂6号(2n=34)染色体组核型公式为2n=2x=34=32m+2M,染色体组为1A核型,核型不对称系数为50.51%。rDNA FISH结果显示,栽培种向日葵有3对染色体(第5、9、13对染色体)携带有45S rDNA,荧光信号分布在染色体短臂末端;2对染色体(第5、7对染色体)携带有5S rDNA,分布在染色体短臂端部;1对染色体(第5对染色体)同时携带有45S rDNA和5S rDNA。

评价芝麻种质油分含量水平的SSR标记筛选与分析

为建立芝麻油分含量水平相关分子标记鉴定技术体系,利用自主开发的与芝麻油分含量紧密关联的24个SSR标记,对具有不同油分含量的48份芝麻种质进行了PCR快速鉴定和验证分析。结果表明,48份芝麻种质的油分含量在29.81%~57.86%,平均油分含量为46.91%。SSR标记的方差分析结果显示,24个SSR标记在48份样本中均表现出了多态性等位位点,其中Hs393(4/2)、Hs635(2/2)、Hs4082(2/1)和Hs4089(2/2)4个SSR标记多态性位点与芝麻油分含量显著(P<0.05)或极显著(P<0.001)关联。在检测的48个样本中,共有12个样本同时携带了上述4个SSR标记的优异等位位点,样本油分含量为52.74%~57.86%,均属于高油分含量样本。综上,Hs393、Hs635、Hs4082和Hs4089等4个SSR标记可以用于芝麻种质和育种材料的油分含量水平鉴定与评价,为建立并完善芝麻品质相关分子标记辅助育种技术体系提供了技术支撑。

棉纤维发育相关基因时空表达与纤维品质的关联分析

以14个纤维品质差异的棉花品种(或品系)为材料,研究10个纤维发育相关基因时空表达变化与纤维品质的关系,为阐明棉纤维发育相关基因与纤维品质形成关系提供理论基础。利用实时荧光定量PCR技术检测10个基因在14个供试品种(或品系)不同纤维发育时期的相对表达量,结果表明,虽然遗传背景完全不同,但它们具有某些共同表达特征。GhExp1、GhCIPK1、GhSus1、GhSusA1和GhPL这5个基因都是在纤维伸长期优势表达;GhACT1、GhRacA和GhRacB是在纤维伸长前期和次生壁加厚期高表达;而GhCelA1和GhcelA3是在纤维伸长后期和次生壁加厚期优势表达。这些基因表达谱与纤维品质关联分析显示,GhRacA在23DPA高表达且表达量与纤维品质显著正相关,其余基因在低表达时其表达量与纤维品质呈显著性相关,而在高表达时其表达量与纤维品质无相关性。GhExp1在20DPA的表达量与纤维比强度和整齐度呈显著负相关,与伸长率呈极显著正相关;GhPL在23DPA的表达量与纤维长度呈显著负相关;GhRacA在5DPA和23DPA的表达量均与伸长率呈极显著正相关;GhRacB在10DPA的表达量与长度和整齐度呈显著负相关;GhCelA1基因在5DPA的表达量与纤维长度呈显著正相关,与马克隆值呈显著负相关,在10DPA的表达量与马克隆值呈显著正相关,与伸长率达到极显著正相关,与比强度呈显著负相关,与长度和整齐度呈极显著负相关;GhCIPK1、GhACT1、GhSus1、GhSusA1和GhCelA3这5个基因在纤维发育各时期的表达量与纤维品质各指标未检测到相关性。

芝麻种间杂交亲和性差异及杂种生物学特征分析

【目的】探索芝麻不同种之间的杂交亲和性,分析其杂种的生物学特征,为芝麻野生种种质资源高效利用提供依据。【方法】以芝麻栽培种豫芝11号(S.indicum,2n=26)和S.latifolium(2n=32)、S.calycinum(2n=32)、S.angustifolium(2n=32)、S.radiatum(2n=64)等4个野生种为亲本材料,采用双列杂交方法,通过田间人工授粉配置不同种间组合;结合胚拯救方法获得种间杂种F。根据杂交结蒴率比较组合杂交亲和性;在盛花期和成熟期观察杂种植物学性状特征,利用Alexander染色法进行花粉粒育性鉴定。通过根尖细胞染色体涂片明确杂种染色体数目及特征。选用自主筛选的胡麻属特异多态性SSR引物,分析种间杂种分子标记差异。【结果】配置了5个芝麻种间的20个正、反交组合,共授粉2091朵花,获得杂交蒴果370个。发现以染色体数目多的种为母本更易获得远缘杂交蒴果。5个芝麻种之间杂交亲和性的变化范围为1.18%(S.radiatum×S.calycinum)—63.33%(S.calycinum×S.angustifolium)。共有9个杂交组合获得杂种F种子,F植株的花粉败育率为35.21%—100.00%,其中,S.calycinum与S.angustifolium杂交组合F的可育株比例最高,为87.68%。杂种F在株高、株型等性状方面均表现出明显的超亲优势。栽培种与各野生种的正反交杂种F在叶型、花型和花色表现出双亲的局部特征。栽培种芝麻(n=13)与具有n=16染色体组型的3个野生种的杂交亲和性依次为S.angustifolium>S.calycinum>S.latifolium;野生种S.radiatum(n=32)与n=16染色体组的3个野生种的亲和性依次为S.calycinum>S.angustifolium>S.latifolium。在5个种中,野生种S.calycinum与S.angustifolium的亲缘关系相对最近。获得的部分杂种植株根尖细胞染色体数目观察显示,杂种的染色体数目与理论值一致。利用3对多态性SSR引物对F植株的分子鉴定结果显示,真杂种比例为99.66%。杂种染色体核型和特异SSR标记结果显示出胡麻属不同种的遗传特征差异。【结论】胡麻属5个种之间的杂交亲和性差异显著,种间杂交后代杂种优势明显;S.calycinum与S.angustifolium的亲缘关系相对最近,可用于芝麻优异种质创制和远缘杂交育种研究;其他种间杂交存在着生殖隔离障碍,可采用胚拯救、分子标记利用等手段加强芝麻野生资源利用。

芝麻栽培种与野生种(Sesamum schinzianum Asch、Sesamum radiatum Schum & Thonn)种间杂交后代的生物学特性

【目的】探明芝麻栽培种与野生种种间杂交的亲和性,分析杂交后代遗传特征。【方法】以26个基因型(Sesamum indicum L.)与刚果野芝麻(Sesamum schinzianum Asch)和野芝1号(Sesamum radiatum Schum&Thonn)野生种为杂交亲本,借助胚培养技术获得种间杂交后代。采用SSR标记和生物学方法鉴定并分析杂交种F1的遗传特性。【结果】通过胚培养技术获得2 430个种间杂交F1株系,对部分材料的检测表明杂种阳性率为95.83%。刚果野芝麻×栽培种的正反交杂交率分别为34.62%(A)和11.54%(C),野芝1号×栽培种的正反交杂交率分别为100%(B)和19.23%(D)。F1花粉粒存在部分不育和高度不育两种类型,F1自交结实率分别为2.32—2.57粒/蒴果(S.schinzianum×S.indicum)和0.30—2.45粒/蒴果(S.radiatum×S.indicum)。【结论】S.radiatum与栽培种的杂交亲和率高于S.schinzianum。以野生种为母本与栽培种杂交,杂交种F1在株高、根系结构等性状方面超亲表现明显;株系高抗枯萎病;部分F1株系有低自交结实性。

35S启动子甲基化引起棉花转基因沉默(英文)

用带PBI121质粒的农杆菌LBA4404菌株转化泗棉3号胚性愈伤组织,获得的再生植株进一步对gus和nptⅡ基因进行PCR跟踪检测,共得到97株阳性转基因植株。GUS组织化学检测发现,97株转基因幼苗中有10株GUS检测阴性,嫁接后,只成活一株。利用来源于同一愈伤系的GUS检测阳性植株作为对照,对这一GUS检测阴性的植株进行gus基因沉默机理研究。Southern分析表明,该GUS检测阴性植株与GUS检测阳性植株有相同拷贝数。GUS组织化学检测和RT-PCR分析显示,gus基因在GUS检测阴性植株中没有表达,而nptⅡ基因在这两株转基因棉花中都表达。用限制性内切酶-PCR法分析35S启动子区甲基化发现:GUS检测阴性植株35S启动子区TATA box的HapII/MspI酶切位点发生甲基化,而GUS检测阳性植株该位点没有甲基化。以上研究表明,这株gus沉默的转基因棉花可能是由于其35S启动子区甲基化引起的。

芝麻EMS诱变条件优化与突变体筛选

为明确适于芝麻诱变的最佳甲基磺酸乙酯(EMS)剂量和处理时间,创制优异芝麻突变体,采用0.1%~2.0%EMS浸泡处理芝麻91-0株系种子6~24 h,研究了EMS不同剂量和处理时间对芝麻突变体创制效率的影响。结果显示,0.1%EMS浸种24 h、0.5%EMS浸种24 h、1.0%EMS浸种12 h、1.5%EMS浸种6 h处理芝麻种子发芽势、发芽率为53.13%~90.17%,根长为0.30~2.00 cm,活力指数为18.53~131.00,适于芝麻诱变研究。2008—2010年,选用1.0%EMS浸种12 h优化条件先后处理芝麻91-0株系成熟种子7万粒,共获得M1代植株22 855份,成株率达到32.65%。对诱变株系及其后代叶型、株型、花器与育性、蒴果及粒型以及其他共5类24个田间农艺性状的调查结果表明,M1、M2代诱变率分别为7.60%、2.78%,M1、M2代株系发生的主要突变性状类型均为花器与育性类,比率分别为4.08%、0.93%。对831份突变体后代株系的农艺性状调查结果显示,后代中可稳定遗传的突变体比率为23.71%,主要突变类型为蒴果及粒型,占总调查株系的14.80%。研究表明,在1.0%EMS浸泡12 h诱变处理条件下,芝麻91-0株系发生可遗传突变的比率为0.80%。

芝麻子叶基因转化受体系统的建立

试验以芝麻栽培种豫芝11号为材料,对子叶丛生芽诱导及植株再生体系以及子叶受体材料对卡那霉素、潮霉素和头孢霉素的天然耐性进行了研究,建立了芝麻子叶基因高频转化受体系统。结果表明,适宜的诱芽培养基为MS+5.0mg/L6-BA+1.0mg/LIAA+5.0mg/LAgNO3+1.0mg/LABA+3%蔗糖+0.8%琼脂;6-BA对子叶膨大起决定作用,ABA、IAA则是诱导丛生芽高频发生的关键因子,AgNO3对丛生芽发生有显著的促进作用。在芝麻子叶膨大出芽期、芽增殖期及试管苗生根期等遗传转化的三个重要时期,适宜的卡那霉素筛选浓度分别为70mg/L、70mg/L、20mg/L,潮霉素筛选浓度分别为40mg/L、60mg/L、10mg/L。在农杆菌介导的芝麻遗传转化中,头孢霉素使用浓度以500mg/L为宜,抑菌效果好且不影响转化受体生长。

我国芝麻主要育成品种遗传多样性分析及优异变异位点挖掘

为了深入分析芝麻育成品种的多样性,挖掘优异等位基因位点,加快芝麻分子育种进程,以705份芝麻种质资源材料(95份我国育成芝麻品种、405份国内地方种、205份国外种质)基因组数据为基础,开展了芝麻育成品种和地方种间分子多样性的比较分析。通过分析,获得了12704个普遍存在的SNP/InDel变异位点,通过比较95份育成品种和405份地方种间的核苷酸多样性差异,发现育成品种的核苷酸多样性指数平均为0.158,较地方种(0.246)显著降低。进一步通过模拟置换检验发现,在95个育成品种中,共有2483个位点的遗传多样性较地方种显著降低,115个位点的多样性显著升高;同时,以遗传分化系数Fst为参数,筛选出在育成品种与地方种群体之间表现出显著分化的变异位点1290个。通过结果的交集分析,获得了在群体间显著分化且遗传多样性在育成品种内显著提升的变异位点80个,其中,具有强突变效应的变异位点14个。结合基因组信息分析发现,位点Chr2:8176782和Chr10:3441593分别位于2个抗病相关基因(C_2_2.176和C37.81)内,且在育成品种中的基因频率较地方种分别提高了12.93倍和3.44倍。上述研究结果表明,某些位点在芝麻育成品种与地方种间发生了显著的多样性变异,而这种改变可能与育成品种优良性状的形成有着密切关系。

芝麻子粒脂肪酸主要组分的近红外光谱模型建立及特征分析

为准确建立芝麻子粒脂肪酸组分的近红外光谱(NIRS)模型,实现子粒品质的快速、精准检测,选用116份代表性黄白芝麻种质,分别采用气相色谱法(国标法)和NIRS法,测定了成熟芝麻子粒的油酸、亚油酸、棕榈酸和硬脂酸含量;并采用改进偏最小偏二乘法技术(MPLS),成功建立了定标模型以及上述指标的NIRS模型。结果表明:芝麻子粒油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸含量的定标决定系数(RSQ)分别为0.981、0.986、0.898和0.780,标准偏差/交互标准偏差(SEC/SECV)分别为0.648、0.578、0.587和0.728;绝对误差均控制在1.5%以下。该模型可稳定反映出黄白芝麻种质的脂肪酸组分含量,为加快芝麻品质遗传研究提供了可靠技术。

芝麻愈伤组织诱导与植株再生体系的建立

以芝麻栽培种(Sesamum indicum,2n=26)、野生种(S.radiatum,2n=64;S.schinzianum,2n=64)及其远源杂交后代(S.schinzianum×S.indicum)为材料,研究了不同基因型、外植体类型、激素种类及其浓度对芝麻愈伤组织诱导及植株再生的影响,建立了芝麻愈伤组织诱导及高频植株再生的技术体系。结果表明,6-BA/NAA激素组合有利于绿色紧密型愈伤组织的形成及分化;最佳愈伤组织诱导及分化培养基为MS+0.1 mg.L–1NAA+2.0 mg.L–16-BA+30 g.L–1蔗糖。在该培养条件下,野生种下胚轴愈伤组织的诱导率最高为97.50%,分化率为94.02%;栽培种下胚轴愈伤组织的诱导率最高为40.60%,分化率为8.16%;远缘杂交后代幼胚外植体愈伤组织的诱导率最高为46.67%,分化率为89.29%。该研究结果为芝麻转基因技术体系的建立及新种质创制奠定了基础。

转蚕丝心蛋白基因改良了棉花纤维品质

利用农杆菌介导法将蚕丝心蛋白基因(fibroin)导入陆地棉品系WC,共获得了9块愈伤组织系的30株再生植株.PCR检测、卡那霉素抗性筛选和GUS组织化学分析均为阳性的有17株.经连续4代的卡那霉素抗性筛选和PCR检测,在T3代获得了6个转化事件的转基因纯系.Southern blot和Northern blot结果表明,fibroin已整合到6个纯合株系基因组,且能稳定遗传和表达.扫描电子显微镜和纤维品质检测结果显示,所有转基因纯合株系棉纤维的转曲数和纤维伸长率比对照明显增加,部分株系比强度提高,说明蚕丝心蛋白基因在棉纤维中特异表达影响了棉纤维的结构和品质,可以获得纤维品质改良的株系,有望在生产上得到应用.