薏苡种质资源及育种研究进展

薏苡是传统药食兼用经济作物,具有极高的营养价值和重要的药用价值,同时兼具重要的饲用价值。针对我国薏苡生产缺乏优良品种的问题,就薏苡近年来的种质资源收集及育种的相关研究进展进行综述,分析了今后的发展趋势,为薏苡的进一步育种研究提供参考。

甘蔗离体抗旱突变体的筛选及生理特性

用0.2%甲基磺酸乙酯(EMS)处理黔糖5号甘蔗愈伤组织4 h,在100 g/L PEG胁迫下进行抗旱性突变体筛选,得到抗旱诱变植株。在盆栽条件下对抗旱突变体进行干旱胁迫,测定甘蔗幼苗叶片的质膜透性、叶绿素荧光参数等相关生理指标。结果表明,突变株系的最大光化学效率(Fv/Fm)增强,游离脯氨酸含量、叶绿素含量维持高水平,丙二醛(MDA)含量减少,细胞膜透性减小。对抗旱指标叶绿素荧光参数、相对电导率、MDA含量、脯氨酸含量、叶绿素含量等进行综合评价,诱变植株B1、B2、B5各项抗旱指标靠前。说明经EMS诱变和PEG筛选得到的抗性植株在耐旱性方面比对照强,筛选的甘蔗突变体比对照具有更强的抗旱性。

薏苡种质资源中甘油三油酸酯和薏苡素的测定

采用高效液相色谱法(HPLC)分析比较24份薏苡仁中甘油三油酸酯、薏苡根中薏苡素含量的差异,结果表明,24份薏苡种质的薏苡仁中甘油三油酸酯含量存在较大差异,Y78、Y28、Y83、Y24、Y8、Y216、Y14这7份种质的薏苡仁中甘油三油酸酯含量低于0. 5%,其他均高于0. 5%;甘油三油酸酯含量最高的种质Y166比最低的种质Y78高3. 82倍,薏苡根中薏苡素含量最高的种质Y229比最低的种质Y211高1. 22倍;种质Y166、Y164的甘油三油酸酯、薏苡素含量均较高,可作为薏苡品种选育的亲本材料。

珍稀药用植物金线莲研究现状与发展趋势

为了更好地开发利用珍稀药用植物金线莲,对金线莲的原植物情况、组织培养、化学成分、生理活性及栽培技术等方面的研究进行了综述,结合项目所作的研究,对金线莲开发利用亟需解决的关键技术及其需要深入开展的研究等方面进行了探讨。

兴仁金线莲组织培养与快繁试验

为更好地保护和开发利用贵州珍稀名贵药用植物兴仁金线莲,进行了兴仁金线莲组织培养与快繁试验。结果表明:诱导丛生芽的最佳外植体为带节茎段,诱导率达100%,6-BA和ZT对丛生芽的增殖效果优于KT,丛生芽诱导与增殖的最佳培养基为MS+2.0 mg/L 6-BA+0.2 mg/L NAA,培养基中添加3%的糖、0.8%的琼脂,pH 5.8,在此培养基中丛生芽的增殖系数为4.3。种子用1/2MS培养基(其中,添加土豆汁10%、3%糖、0.8%琼脂,pH 5.8)无菌培养,可通过原球茎增殖形成丛生芽。用MS和1/2MS培养基(添加3%的糖、0.8%的琼脂,pH5.8)壮苗生根,生根率达100%。以草炭土和腐殖土作种植基质,成活率在95%以上。

兴仁金线莲丛生芽诱导增殖研究

[目的]筛选兴仁金线莲丛生芽的诱导和增殖的最佳培养基。[方法]用野生兴仁金线莲植株茎段作外植体,以MS为基本培养基,并添加不同浓度的6-BA和NAA,诱导丛生芽,筛选最佳培养基配方。[结果]MS是兴仁金线莲快繁最佳基本培养基;2.0～3.0 mg/L的6-BA有利于丛生芽的诱导;1.0 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA有利于芽的生长;最佳蔗糖浓度为25 g/L。[结论]MS+2 mg/L 6-BA+0.2 mg/L NAA+25 g/L蔗糖为丛生芽增殖的最佳培养基配方。

甘蔗抗逆基因工程育种研究进展

病虫害、干旱、低温是甘蔗生产中主要的生物和非生物胁迫因素,给甘蔗生产造成巨大损失。提高甘蔗抗逆性是甘蔗育种的重要目标。基因工程技术在作物遗传改良中应用广泛,为甘蔗抗逆育种提供了有效途径。本文概述了转基因技术在甘蔗抗病虫害、抗旱、抗寒方面的研究进展,并提出了该领域尚存在的一些问题及其应用前景展望。

不同薏苡品种(系)农艺性状的比较研究

以11份薏苡品种(系)为试验材料,对不同薏苡品种进行农艺性状相关性分析和主成分分析。结果表明:薏苡7个农艺性状之间存在相关性,其中株高与主茎节数、第一分枝节数呈极显著正相关,主茎节数与第一分枝节数、穗分枝数呈显著正相关,且穗分枝数与单株穗粒数呈显著正相关,单株穗数和百粒重与其他农艺性状之间的相关性均不显著。株高和主茎节数虽然与百粒重无直接关系,但两性状之间呈极显著正相关,并对穗粒数具有正向作用,对提高产量具有重要的影响。薏苡性状之间相互牵制,相互制约,只有使他们达到一定的平衡,才能选育优质高产薏苡新品种。

薏苡种子质量标准研究

薏苡为贵州优质特色杂粮,种植面积全国最大,种子市场需求量大,目前市场缺乏薏苡优质种子质量评价检验标准。研究通过对薏苡种子的净度、千粒重、含水量、发芽率、发芽势和发芽指数等指标的测定与统计分析,初步建立薏苡优质种子质量评价检验标准。

玉米和高粱SSR标记在薏苡中的通用性研究

旨在分析玉米和高粱SSR标记在其近缘种薏苡中的通用性和多态性,以期筛选可用于薏苡种质资源和遗传学研究的分子标记。以11份薏苡资源为供试材料,利用SSR-PCR扩增和毛细管电泳检测方法,对364对SSR引物进行了测试和筛选。结果表明,364对玉米和高粱来源的标记中有163对能在薏苡中扩增并得到清晰的条带,其中44对标记在薏苡中表现出良好的多态性。高粱SSR的通用性和多态性比例分别为58.02%和30.85%,玉米SSR标记的通用性和多态性比例分别为23.45%和26.47%,高粱SSR标记在薏苡中通用性和多态性更好。44对引物在11份薏苡材料中扩增出110条多态性条带,每对引物扩增出的条带数在1~5条之间,平均为2.5条,PIC为0.15~0.79,其中15对引物的PIC值大于0.5,占全部多态性引物的34.09%。筛选出的通用SSR引物可为薏苡种质资源多样性和分子遗传学研究提供可用的遗传标记,也是高粱、玉米和薏苡3种作物之间比较基因组学研究的有力工具。

高薏苡素含量野生薏苡种质资源的筛选与分析

从收集的150份野生薏苡种质资源中筛选出24份优良资源进行检查,对其进行形态统计,并测量其根、茎、叶和种子4个器官薏苡素的含量,以已审定薏苡品种白壳六谷作为对照。结果显示:薏苡植株的各个器官中,根部薏苡素含量最高,薏苡根部可作为薏苡的入药部位;野生薏苡株系Y229、Y164、Y166、Y83、Y84等,其产量表现优良,且其根部薏苡素含量显著高于对照品种,可以作为改良种质进行培育,以获得薏苡素含量更高的栽培薏苡新品种(系)。

薏苡油脂合成关键基因克隆及其生物信息学分析

【目的】掌握薏苡二酰甘油酰基转移酶基因(ClDGAT)、内质网油酸脱饱和酶基因(ClFAD2)和硬脂酸脱饱和酶基因(ClSAD)的生物信息学特性,明确薏苡油脂代谢调控机制,为今后开展以提高薏苡含油量和改良脂肪酸组成为目标的育种研究提供理论依据。【方法】利用RT-PCR和RACE克隆薏苡油脂合成关键基因(ClDGAT、ClFAD2和ClSAD),通过染色体步移技术获得ClFAD2和ClSAD基因启动子序列,并以ExPASy ProtParam tool、SMART、TMHMM Server v.2.0和SOPMA等在线软件进行生物信息学分析。【结果】从薏苡叶片中成功克隆获得ClDGAT、ClFAD2和ClSAD基因,NCBI登录号分别为MK589802、MK589803和MK589804。其中,ClDGAT基因cDNA序列全长1842 bp,其开放阅读框(ORF)为1539 bp,编码512个氨基酸;ClFAD2基因cDNA序列全长1768 bp,其ORF为1164 bp,编码387个氨基酸,无内含子;ClSAD基因cDNA序列全长1727 bp,其ORF为1182 bp,编码393个氨基酸,有2个内含子。ClDGAT和ClFAD2为不稳定蛋白,ClSAD为稳定蛋白;ClDGAT为疏水性蛋白,ClFAD2和ClSAD为亲水性蛋白。ClDGAT蛋白含有MBOAT功能域,有9个跨膜区;ClFAD2蛋白含有2个功能域(DUF3473和FA_desaturase),有3个跨膜区;ClSAD蛋白含有FA_desaturase_2功能域,无跨膜区。基于蛋白氨基酸序列相似性构建的系统发育进化树显示,ClDGAT、ClFAD2和ClSAD均与高粱对应的蛋白聚类在同一分支上,即薏苡在进化关系上与高粱的亲缘关系最近。ClFAD2和ClSAD基因启动子序列上均含有光响应元件(Light responsive element)、生长素响应元件(Auxin-responsive element)、茉莉酸甲酯响应元件(MeJA-responsive element)和ABA响应元件(ABA responsive element)。【结论】ClFAD2和ClSAD基因启动子序列上含有抗逆性相关顺式作用元件和植物激素响应元件,说明ClFAD2和ClSAD基因不仅参与薏苡的籽粒发育及油脂合成,还可能与植株的抗逆响应相关。

^60Co-γ射线辐射薏苡干种子诱变效应的研究

[目的]研究60 Co-γ射线对薏苡的诱变效应,筛选出最适的辐射剂量。[方法]用2个不同品系的薏苡干种子为材料,对其进行不同剂量的辐射,观察其M1代发芽率、成苗率,M2代叶绿素、株高、抽穗期突变等指标。[结果]γ射线对薏苡有较强的诱发突变的能力,随着辐射剂量的增加M1代的发芽率与成苗率都呈现下降的趋势,在M2代产生突变最多的辐射剂量是450Gy。[结论]用60 Co-γ射线对薏苡干种子进行辐射诱变选育新材料的方法是可行的,其最适辐射剂量为450Gy。

薏苡ramosa2基因的克隆及表达分析

ramosa基因属于LBD基因家族,在植物侧生器官原基的启动和形态形成中发挥重要作用。为了解薏苡ramosa基因的功能及表达特征,本研究采用RT-PCR和RACE技术克隆获得薏苡ramosa2(ClRA2)基因,并对其序列的生理生化特征及表达模式进行分析。ClRA2 cDNA序列全长1421 bp,ORF长813 bp,编码270个氨基酸,含有LOB结构域,位于26~124位置,属于LBD基因家族。ClRA2相对分子质量为49.96 kD,等电点为9.08,属于疏水性的不稳定蛋白。分子进化树分析发现ClRA2与高粱SbRA2亲缘关系最近。实时荧光定量PCR检测结果表明,ClRA2在根中的表达丰度最高,表达量远高于茎和花穗。本研究为解析ClRA2基因功能及其调控薏苡侧生器官发育机制提供了理论基础。

干旱胁迫对薏苡叶片生理指标及产量和籽粒品质的影响

目的研究薏苡在干旱胁迫条件下对其叶片生理指标、产量及籽粒品质的影响。方法采用盆栽干旱胁迫处理,测定不同时期的叶片净同化率、比叶重、叶绿素、气孔阻力、蒸腾速率、绿叶面积、粒灌浆时间、线性灌浆速度、籽粒百粒重、单株有效穗数、单穗穗粒数、结实率、单株产量、籽粒蛋白质、脂肪含量。结果中度干旱胁迫条件下薏苡叶片净同化率下降、比叶重减少、叶绿素降低、气孔阻力增加、蒸腾速率下降、绿叶面积减小、籽粒灌浆时间缩短、线性灌浆速度降低、籽粒百粒重降低、单株有效穗数分化减少、单穗穗粒数减少、结实率下降、单株产量下降。结论在遭受各期干旱胁迫下薏苡叶片各项生理指标影响较大,籽粒变小,产量降低,但籽粒蛋白质、脂肪含量增加。

薏苡组织培养技术的研究进展

薏苡作为传统的食、药兼用型作物,发展前景十分广阔,并形成了具特色优势产业。本综述根据已发表薏苡组织培养中外植体选择、消毒方法与消毒时间、植物生长调节剂、环境条件等方面内容,阐述薏苡组织培养技术研究进展,为建立薏苡再生体系及其脱毒快繁与新品种培育奠定基础。

薏苡核心种质甘油三酯含量测定及遗传多样性分析

以中国西南地区53份薏苡核心种质为材料,进行种仁5种甘油三酯含量检测和SSR遗传关系分析。结果表明:不同薏苡种质种仁中5种甘油三酯含量存在广泛变异,变异系数为47.56%~58.24%,遗传多样性指数为5.78~5.84。1-棕榈酸-2-油酸-3-亚油酸甘油酯含量最高,其次为三油酸甘油酯、1,2-亚油酸-3-油酸甘油酯和1,2-油酸-3亚油酸甘油酯,三亚油酸甘油酯含量最低,5种甘油三酯成分含量呈显著正相关。利用20对SSR引物对核心种质进行扫描,种质间表现了较高的遗传多样性,遗传相似系数为0.29~0.85。薏苡核心种质基于甘油三酯含量的聚类分析结果同基于遗传相似系数的聚类分析结果基本一致,本研究结果为高油薏苡种质创新及品种选育提供了理论依据。

薏苡黑穗病PCR检测体系的建立

薏苡黑穗病是薏苡栽培上最主要的病害之一,严重影响薏苡田间产量。薏苡黑穗病病瘿中存在多种真菌菌群,其中,真菌属Sporisorium和Ustilago为优势菌群。本研究选择Sporisorium和Ustilago线粒体全长序列中保守且常见的基因ATP6设计引物,分别检测薏苡成熟期已发黑穗病的病株和正常植株的叶片,结果显示,发病株全部能扩增出目的片段,而田间表现正常的部分植株也能扩增出目的片段,说明该检测方法可鉴定出被黑穗病病原菌侵染而无症状的薏苡植株。因此,本研究建立的薏苡黑穗病PCR检测方法能够快速、准确、灵敏地鉴定出抗黑穗病薏苡种质,为薏苡抗黑穗病的遗传选育工作提供分子鉴定技术。

薏苡基因组SSR标记开发与应用

为开发高效的薏苡分子标记,加速薏苡种质资源评价和分子育种进程,本研究以贵州地方品种‘小白壳’全基因组序列为基础,在薏苡基因组序列上识别出7 872 192个SSR位点,平均0.2 kb出现一个SSR位点。其中,单核苷酸为主要重复类型,占总SSR的98.42%,其次为三核苷酸和二核苷酸,分别占总SSR的0.76%和0.74%。6种核苷酸基元的重复次数主要在5~6次,所占比例分别为74.27%和15.17%。以三核苷酸重复基元为对象,随机选择均匀分布在薏苡基因组的200个SSR位点,利用毛细管电泳技术在9个不同类型薏苡材料中对SSR标记的有效性进行检测。结果表明,173对引物有扩增产物,47对引物能够获得清晰的目的条带且具有多态性,有效引物率为23.5%。每对引物平均等位基因数为3.3,PIC值为0.20~0.84,平均为0.60。本研究结果表明薏苡全基因组SSR标记数量丰富,类型多样,开发的具有多态性的标记为薏苡种质资源鉴定、亲缘关系分析和分子标记辅助育种提供了有力工具。