基于高密度遗传图谱的芝麻籽粒品质相关性状QTL定位

芝麻是我国重要的优质油料作物,对芝麻籽粒品质性状进行数量性状位点(QTL)定位对定向培育高品质芝麻品种具有重要意义。以豫芝4号为母本、孟加拉小籽为父本,分别构建F2、F2:3、BC1和BC1F2群体,结合特异位点扩增片段(SLAF)标记和简单重复序列(SSR)标记构建F2和BC1遗传图谱,以F2:3、BC1和BC1F23个群体的表型数据为基础,进行脂肪、蛋白质、芝麻素、芝麻林素含量等4个品质性状的QTL作图分析。结果表明,在F2:3群体中共检测到16个QTL,解释表型变异的5.08%~27.12%,其中仅有1个主效QTL qOC_10-1在2个环境中被重复检测到,分别解释表型变异的9.62%和27.12%。在BC1和BC1F2群体中共检测到35个QTL,其中3个主效QTL qOC_4-1、qOC_10-2和qSmin_7-2在3个环境中被重复检测到,分别解释表型变异的8.08%~12.42%、11.95%~12.60%和4.24%~10.56%;3个主效QTL qSmin_8、qSmol_5-2和qSmol_7-2在2个环境被重复检测到,分别解释表型变异的13.36%~26.75%、11.44%~14.33%和5.77%~12.38%。经过对2个图谱进行整合和比对分析,共发现10个QTL簇,其中QTL簇loci4、loci7、loci8和loci10均与多个性状相关联,并且均至少包含1个主效QTL,其对应的最大表型变异解释率分别为12.42%、12.38%、26.75%和27.12%。

微波预处理对芝麻油中芝麻木酚素含量及油脂品质的影响

为了确定高芝麻酚芝麻油的最适微波预处理条件,将芝麻水分含量调节为5个梯度,在不同微波预处理时间下制得芝麻油样品,对其芝麻木酚素含量、酸值、茴香胺值、氧化诱导时间、脂肪酸组成、生育酚含量、有害物质(多环芳烃和杂环胺)含量及感官品质进行了分析,探究芝麻水分含量和微波预处理时间对芝麻油中芝麻木酚素含量及油脂品质的影响。结果表明:微波预处理时间6 min、芝麻水分含量7%条件下制得的芝麻油芝麻酚含量较高,芝麻油酸值符合国家标准限定要求,氧化稳定性较强,有害物质杂环胺和多环芳烃含量处于适当的可控水平,同时兼顾了芝麻油的固有风味,消费者的喜爱度较高。综上,高芝麻酚芝麻油的最适微波预处理条件为微波预处理时间6 min,芝麻水分含量7%。

大豆脂肪及脂肪酸组分含量的遗传分析

以Essex×ZDD2315的P1、P2、F1、BC1F3为材料,用主基因+多基因混合遗传模型,分析大豆脂肪及脂肪酸组分含量的遗传机制及相关关系。结果表明,大豆脂肪含量受2对加性互补主基因+多基因控制,主基因遗传率为16.23%,多基因遗传率为53.49%;棕榈酸、硬脂酸和亚油酸均为3对主基因+多基因遗传模型,其中均有2对主基因效应为等加性,主基因遗传率分别为71.63%,91.51%和91.59%,棕榈酸多基因遗传率为14.78%,硬脂酸和亚油酸未估计出多基因遗传率;油酸为3对加性主基因遗传模型,其中2对主基因效应为等加性,主基因遗传率为74.66%;亚麻酸为2对等加性主基因+多基因遗传模型,主基因遗传率为41.98%,多基因遗传率为24.17%。相关分析结果,棕榈酸、亚麻酸与脂肪呈极显著负相关(-0.272、-0.325);油酸与亚油酸亚麻酸呈极显著负相关(-0.833、-0.604);亚油酸和亚麻酸呈极显著正相关(0.287);棕榈酸与油酸亚油酸呈极显著和显著负相关(-0.255和-0.211);硬脂酸与亚油酸呈极显著负相关(-0.310)。因此,脂肪及脂肪酸组分含量的遗传涉及到主效基因和多基因,脂肪及亚麻酸含量的主基因遗传率较低,其它性状主基因遗传率均在70%以上,改善脂肪含量要注重多基因的积累,改善脂肪酸组分可着重在主基因的利用,提高脂肪含量与改善脂肪酸组分无突出矛盾。

大豆脂肪及脂肪酸组分含量的QTL定位

脂肪及脂肪酸组分的改良是大豆油脂品质育种的主要方面。本研究旨在构建遗传图谱,定位大豆脂肪及脂肪酸组分的QTL,为大豆油脂品质育种提供参考。以Essex×ZDD2315的114个BC1F1单株为作图群体,构建了250个SSR标记和1个形态标记,具有25个连锁群的遗传图谱,覆盖大豆基因组2963.5cM,平均每个连锁群上10.0个标记,标记平均间距11.8cM。用BC1F3家系3个重复的表型平均值代表相对应的BC1F1单株表型值,采用Win QTLCartographer2.5复合区间作图法(CIM)检测到18个控制脂肪及脂肪酸组分含量的QTL,位于9个不同的连锁群上,表型贡献率为9.6%～34.5%;多区间作图法(MIM)检测到与CIM区间相同的7个QTL(fat-1、pal-1、st-1、ole-1、lin-1、lin-4和lio-2),区间相近的2个QTL(ole-4和lin-5),位于6个不同的连锁群上,表型贡献率为8.2%～39.3%。CIM法检测到的其他9个QTL有待进一步验证。大豆脂肪及脂肪酸组分含量的主效QTL数量不多,效应大的不多,可能还受许多未能检测出来的微效基因控制。育种中既要注意主效QTL的利用,又要考虑微效多基因的积聚。

核不育二系芝麻杂交种郑杂芝H03的选育

郑杂芝H03是利用核不育技术育成的第2个二系芝麻杂交种,其突出表现为高产、优质、抗病等。1997～1999年参加河南省芝麻杂交种区域试验,3年总评居首位,平均产量1 206.8 kg/hm2,比对照豫芝9号增产8.7％;1999年河南省生产试验平均产量1 498.5kg/hm2,比对照豫芝4号增产5.7％,居首位。高抗茎点枯病和枯萎病,全生育期93 d左右,粗脂肪含量58.58％。粗蛋白18.62％。

中国杂交芝麻的研究进展

综述了中国自 2 0世纪 80年代以来杂交芝麻研究的现状及进展 ,并对杂交芝麻制种技术的改进提出了新设想。

中国大豆栽培和野生资源脂肪性状的变异特点研究

【目的】分析中国大豆栽培和野生种质资源脂肪及脂肪酸组分含量(本文简称脂肪性状)的变异特点,筛选优异种质,为不同生态区域大豆脂肪性状育种提供材料和依据。【方法】从中国全国各大豆生态区抽取代表性的栽培和野生材料进行田间试验,测定脂肪性状,进行各性状变异特点分析,并应用多元变异指数、聚类和主成分法分析中国和各生态区大豆脂肪性状的综合变异。【结果】(1)中国栽培大豆脂肪平均含量为17.21%,比野生种提高6.22%;油酸平均含量为23.25%,提高7.75%;亚麻酸平均含量为8.00%,减低4.23%;亚油酸平均含量为53.53%,减低2.57%;但栽培种的变异小于野生种;不同生态区均有此同一趋势。栽培大豆和野生大豆的饱和脂肪酸含量在全国和各区差异均不大。(2)中国野生群体及各生态区群体脂肪性状的多元变异度均大于相应的栽培种,长期人工选择使栽培种的变异相对减小,但多元变异方向相对较宽。(3)栽培种脂肪含量与来源地纬度呈极显著正相关,而野生种未见相关,推论栽培种脂肪含量与纬度的相关主要应是人工选择的结果。(4)筛选得到高脂肪、高油酸、高亚油酸、低亚麻酸的优良材料,其中N23547和N23697为兼具高脂肪(>23%)、高油酸(>30%)、低亚麻酸含量(5%左右)的优异资源。【结论】栽培大豆脂肪、油酸平均含量显著高于野生种,亚麻酸平均含量显著低于野生种,亚油酸平均含量略低于野生种,饱和脂肪酸平均含量与野生种差异不大。脂肪性状在各个生态区域内均存在丰富的变异,区域间的变异并不比区域内大。栽培种脂肪含量与纬度的相关主要是人工选择的结果。筛选出一批优异种质。

芝麻种质资源研究进展与展望

芝麻是我国四大油料作物之一,是重要出口创汇农产品。芝麻种质资源利用率较低,限制了芝麻科研、生产及产业化的进一步发展。为此,对芝麻种质资源的收集、保存、鉴定与评价、核心种质构建和创新等方面进行了综述,并展望了当前芝麻种质资源研究亟待解决的问题。

芝麻雄性核不育化学保持效果初探Ⅰ.化学保持剂对核不育的育性恢复效果

罩网隔离条件下 ,用 5种化学保持剂 ( CRA)对 2个芝麻雄性核不育材料分 3个生育阶段进行叶面喷施。结果表明 :与空白对照相比 ,雄性不育株花粉不育度从 87.7%下降到 54.8% ,花粉育性恢复率最高可达32 .9% ,平均为 2 2 .9%。不育株自交结蒴率最高达到 1 7.9% ,结实率最高达到 8.0 %。以 D4、D5 、D1 1 、D1 2 、D1 4 、D1 6 6个处理效果较好 ,其单株自交结蒴率最高达 4 1 .4 % ,结实率最高达 2 0 .7% ,不育株单株自交结实能力提高 1 .8～ 1 2 .6倍。所用 5种化学保持剂以 CRA0

中国栽培和野生大豆农艺品质性状与SSR标记的关联分析 I.群体结构及关联标记

关联作图是一种利用连锁不平衡(linkage disequilibrium,LD)检测自然群体中基因位点及其等位变异的方法。利用60个SSR标记,对全国大豆地方品种群体(393份代表性材料)和野生大豆群体(196份代表性材料)的基因组变异进行扫描,分析两类群体的连锁不平衡位点、群体结构,并采用TASSEL软件的GLM(general linear model)方法对16个农艺、品质性状观测值进行标记与性状的关联分析。结果表明:(1)在公共图谱上不论共线性的或是非共线性的SSR位点组合都有一定程度的LD,说明历史上发生过连锁群间的重组;栽培群体的连锁不平衡成对位点数较野生群体多,但野生群体位点间连锁不平衡程度高,随距离的衰减慢。(2)群体SSR数据遗传结构分析发现,栽培群体和野生群体分别由9和4个亚群体组成,亚群的划分与群体地理生态类型相关联,证实地理生态类型划分有其遗传基础。(3)栽培群体中累计有27个位点与性状相关;野生大豆种质中累计有34个位点与性状相关。部分标记在两类群体中都表现与同一性状关联,检出的位点有一致性,也有互补性;一些标记同时与2个或多个性状相关联,可能是性状相关乃至一因多效的遗传基础;关联位点中累计有24位点(次)与遗传群体连锁分析定位的QTL一致。

中国栽培和野生大豆农艺及品质性状与SSR标记的关联分析--Ⅱ．优异等位变异的发掘

在前文研究已检出与农艺品质性状显著关联的SSR位点的基础上,本文进一步对与性状关联位点的等位变异作解析,通过将携带某等位变异的所有材料表型均值与携带无效等位基因(null allele)材料表型均值做比较,估计等位变异的潜在表型效应增量(减量),进一步利用该信息估计位点增效(减效)等位变异的平均效应,鉴别出一批农艺品质性状优异位点、等位变异及携带优异等位变异的载体材料。发现在栽培及野生种质中检出的优异等位变异有同、有异、有互补性。发现关联位点正、负效应等位变异均值间有差异,可根据育种目标性状选择要求,选取适合的位点及相应等位变异。同一标记位点可与多性状关联,其等位变异在不同性状间各有其表型效应的方向和大小;等位变异在相关性状效应上方向、大小的异同解释了性状间正、负相关的遗传原因。关联作图得到的信息可以弥补家系连锁法QTL定位信息的不足,并直接利用等位变异信息进行亲本选拔、组合选配及后代等位条带辅助选择以提高育种成效。

以SRAP和EST-SSR标记分析芝麻种质资源的遗传多样性

利用SRAP和EST-SSR分子标记对192份国内外芝麻种质资源进行遗传多样性分析。结果表明,2种标记都能很好地揭示品种间遗传关系;在31对SRAP引物组合扩增的270个等位基因中多态性占62.08%,平均每对引物可以检测5.45个;25对SSR引物扩增的136个等位基因中56.28%呈多态性,平均每对检测引物产生3.04个。UPGMA聚类结果显示,在相似性系数为0.70时,192份材料可被分为3个类群;阈值为0.75时类群Ⅰ又可分为6组,表明芝麻品种遗传多样性比较丰富。我国南部地区芝麻品种遗传多样性(多样性指数Hi=2.572)较中部(Hi=2.117)和北部地区(Hi=2.114)丰富。分析结果将有助于更好地保护和利用芝麻种质资源,并为育种工作提供依据。

芝麻EST-SSR标记的开发和初步研究

为加速分子标记在芝麻研究中的应用,利用网上现有的芝麻EST(expressed sequencetags)数据信息,开展了芝麻EST-SSR功能性标记的开发和利用研究。在所有的3328条芝麻EST序列中共确认得到1785条非冗余EST序列。其中,在含有微卫星重复的148条序列中共检测有155个EST-SSR。非冗余EST序列总长为774.27kb,平均每4.99kb含有一个EST-SSR。EST-SSR的分布频率和特征分析表明,以AG/TC为重复基元(motif)的SSR出现最多,占总SSR的37.42%。利用这些序列,设计开发了50对EST-SSR引物,并分别选用36个芝麻、2个棉花、2个大豆和2个油葵进行多态性和通用性研究。其中44对引物在供试芝麻材料中扩增出条带,共产生108个位点,平均每对引物产生2.45个位点,多态信息含量(polymorphism information content,PIC)平均值为0.390。根据遗传相似性系数进行聚类,有26个芝麻材料聚类在两个大的亚类(III和IV)中,聚类结果表明芝麻的基因型与地理来源之间没有必然的联系。此外,分别有2对、3对和4对引物可以在棉花、大豆和油葵中进行通用性扩增。本研究证实这种全新开发的芝麻EST-SSR标记在芝麻遗传多样性分析、遗传图谱构建以及比较基因组等研究方面有广阔的利用前景。

芝麻种质资源因子分析及聚类分析

调查186份国内外芝麻资源的21个表型性状,对8个主要农艺性状进行相关分析和因子分析;并对所有性状进行聚类分析,186份材料可划分为7个类群。结果表明:选取单株蒴数多、千粒重高、花期适中的大蒴材料作亲本能显著提高单株产量;不同地区间品种农艺性状整体变异差别较小,区域内变异较大且侧重的性状不同;聚类结果显示,芝麻品种的遗传差异与地理远缘无明显相关性,说明培育高产优质品种时,亲本选配要以亲缘关系为主要参考依据;同时推测国内芝麻的引种传播是由南向北进行的。

全国芝麻区域试验点合理性与代表性的评价

以AMMI模型中达显著水平的主成分轴上的环境分量Dj 作为衡量区试点对品种的区辨力参数 ,对 2 0 0 0年全国芝麻区试 1 2个试验点进行分析 ,依据Dj 大小分析评价试验点对品种的区辨力 ;同时 ,还对 3种区域试验点区辨力方法进行了比较研究 ,得出AMMI模型Dj 值法相对比较科学。

不同时期打顶对不同地点夏芝麻产量、品质及光合特性的影响

2008年在河南进行了夏芝麻四点联合打顶试验,研究不同时期不同地点打顶对芝麻产量、品质及光合特性的影响。结果表明,与不打顶(CK)相比,出苗后50,70,80d进行打顶,增产达极显著或显著水平,增产幅度为5.38%～10.61%;出苗后20,30,40d打顶,减产均达极显著水平,减产幅度为39.05%～49.70%,表明后期打顶可有效增加产量,早期打顶使产量显著下降;在河南生态区域范围内,随着地理纬度升高,适期提早打顶对芝麻有显著增产效果。品质测试结果表明,早期打顶有利于蛋白质形成和积累,后期打顶有利于粗脂肪形成和积累。在灌浆后期,早期打顶芝麻光合速率、光能利用率和水分利用率分别比不打顶(CK)增加18.11%,10.62%,23.08%;后期打顶的分别比不打顶(CK)增加3.00%,2.13%,7.69%。

不同耐渍基因型芝麻在厌氧胁迫下根系的生理与结构变化

利用 4种耐渍性不同的芝麻基因型 ,在厌氧胁迫条件下检测了根部无氧呼吸酶活性、内源乙烯含量并调查了根形态和解剖结构 ,以比较研究旱生植物耐渍性的主要机制。同时设计了田间分期多次淹水试验 ,观察早期淹水训练对芝麻生长和产量的影响。结果表明 :耐渍种质的乙烯释放量在根中增加了 6 0 6倍 ,茎中 1 76倍 ,不定根数量增加了 4 0～ 5 0倍 ,在初生根和不定根皮层形成典型的通气组织。非耐渍种质中未检测到乙烯变化 ,不定根数量增加了 0 79～ 1 8倍 ,根中无明显的通气组织发生 ,但是乙醇脱氢酶 (ADH)活性可增加 4 2～ 9 3倍 ,高于耐渍种质。分期淹水试验以四对真叶期和初花期处理产量较高 ,与对照无显著差异 ,而终花期一次性淹水产量损失最大。综合分析认为 ,不定根增生和根皮层通气组织的形成是芝麻耐渍性的重要机制 ,根中内源乙烯的增加与结构适应变异有关。淹水训练能够有效地改善芝麻品种耐渍能力为结构适应提供了进一步的证据。

河南省芝麻育种成果回顾与展望

从产量、品质、农艺性状、选育方法及系谱来源等方面对河南省历年审定(鉴定)通过的67个芝麻品种进行了分析和总结,从中找出芝麻育种中存在的问题,以期为河南省的芝麻育种科研发展方向提供依据。结果表明:河南省育成芝麻品种的平均产量水平从914.81 kg/hm^2上升到1 307.29 kg/hm^2,促进了河南省芝麻生产水平从381.60 kg/hm^2提高到1 422.16 kg/hm^2;品质方面整体提高不大,粗脂肪含量从55.54%提高到56.75%;农艺性状方面也由分枝、晚熟类型向单秆、早熟类型演变。育种方法简单、亲本来源单一、遗传基础狭窄是河南省芝麻育种的现状,今后利用现代生物技术与传统的芝麻育种方法相结合,选育出具有高产、优质、早熟、闭蒴、有限生长等性状并适合机械化生产的芝麻品种,将是河南省乃至全国芝麻育种的主攻方向。

优质高产高抗芝麻新品种郑芝12号的选育

郑芝12号是利用复合杂交、多元病圃选择的方法育成的芝麻新品种,该品种在4年18点次试验中,平均产量1 091.17 kg/hm2,比对照增产14.42%;品质优良,其粗脂肪含量52.23%,蛋白质含量25.84%;且具有抗性强、农艺性状优等特性,适宜在河南及邻近地区推广种植。

基于表型和SSR分子标记构建芝麻核心种质

【目的】便于管理、研究和利用芝麻种质资源,为芝麻育种提供优异基因资源。【方法】利用新收集和种质库保存的5 020份芝麻种质资源为基础,首先基于标准化的表型数据按地理来源分组后采用组内比例法聚类抽样构建初级核心种质,然后基于SSR分子标记应用位点优先取样策略逐步聚类,使用t检验检测每次聚类形成的核心种质与初级核心种质的Nei’s基因多样度(He)和Shannon-Wiener指数(I),直到核心种质的遗传多样性与初级核心种质开始有显著差异时,终止多次聚类取样,选择上一个与初级核心资源没有显著差异的核心种质作为最佳核心种质。利用Nei’s多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数、多态条带百分率(PB,%)、多态条带保留率(PBR,%)、变异系数符合率(VR)、极差符合率(CR)、方差差异百分率(VD,%)、均值差异百分率(MD,%)等参数进行核心种质代表性检验和评价。【结果】构建了含有816份资源的初级核心种质和含有501份资源的核心种质,分别占全部种质资源的16.25%和9.98%;核心种质包括国内资源442份,国外资源59份;Nei's基因多样度(0.2789)和Shannon-Wiener指数(0.4243)在P<0.05概率条件下与初级核心资源(He=0.2791,I=0.4302)无显著性差异,多态条带百分率(PB,%)、多态条带保留率(PBR,%)、变异系数符合率(VR)、极差符合率(CR)分别为91.25%、95.23%、99.14%、86.85%。方差差异百分率(VD,%)和均值差异百分率(MD,%)均为0。t测验结果表明,核心种质的遗传多样性指数与原始种质差异不显著。位点优先取样策略构建的核心种质比对照随机取样策略丢失的多态性位点数少,且同一遗传距离下位点优先取样策略构建的核心种质具有更高的遗传多样性,更能构建一个具有代表性的核心种质,Shannon-Wiener多样性指数比Nei’s多样性指数检测效率高。【结论】基于地理来源分组,组内按表型数据聚类按比例法抽样构建芝麻初级核心种质,再结合SSR分子标记数据,采用SM相似系数进行UPGMA逐步聚类是构建芝麻核心种质较适宜的方法,所构建的核心种质较好地代表了基础种质的遗传多样性。