面向乡村振兴的农业技术应用与推广型人才培养体系构建与实践--以山东农业大学为例

全面推进乡村振兴,实现农业农村现代化,关键在科技、在人才。山东农业大学构建的农业技术应用与推广型人才培养体系,在人才培养实践中坚持“学生中心、需求导向、协同育人”培养理念,采用厚植情怀、耕读合一和协同育人等人才培养路径,创建“四课融通、‘四层次’实践、三位导师、三联合”育人模式。经过五年实践,培养一批“下得去、用得上、留得住、干得好”的农业技术应用与推广型人才,在破解乡村振兴人才瓶颈问题方面呈现出良好的发展局面。

小麦寡核苷酸探针套用于燕麦染色体鉴定

基于寡核苷酸探针套的荧光原位杂交(FISH)技术简单高效,通过FISH信号分析,可以对不同物种染色体组成进行分析。本研究利用AFA-3、AFA-4、pAs1-1、pAs1-3、pAs1-4、pAs1-6、pSc119.2-1和(GAA)10等8个探针组成的小麦寡核苷酸探针套,对不同倍性的燕麦品种进行荧光原位杂交。结果表明,小麦的寡核苷酸探针套在燕麦大部分染色体上可以产生清晰的杂交信号,能够区分燕麦大部分染色体,说明燕麦与小麦存在一定程度相似的重复序列,可为燕麦染色体的精准鉴定和分型提供了新的思路。

面向农业强国建设的高等农林教育创新发展研究——全国涉农高校发展规划与学科建设协作组第十次研讨会综述

新时代新征程,涉农高校要深入贯彻落实党的二十大精神,深入学习贯彻习近平总书记给全国涉农高校的书记校长和专家代表、给中国农业大学科技小院的同学们的回信精神,充分发挥涉农高校的作用,以高质量教育赋能农业高质量发展。近年来,涉农高校聚焦服务粮食安全、乡村振兴、农业强国建设等国家重大战略,不断凝练学科方向,总结优化基础、新兴、前沿、交叉学科布局,构建学科发展新格局,取得了阶段性成果。但也在学科交叉深度融合、人才培养与引进、农业科技自立自强、体制机制建设等方面还存在深层次问题,必须深入推进高等农林教育创新发展,探索中国特色高等农林教育发展道路,为全面服务乡村振兴、加快农业强国建设发挥更大力量。为此,全国涉农高校发展规划与学科建设协作组召开第十次研讨会,围绕“面向农业强国建设的高等农林教育创新发展”主题进行了深入交流。

小偃麦异代换系山农0095辐照花粉后代的细胞学及SSR标记分析

本研究采用60Co-γ射线辐照小偃麦异代换系山农0095花粉,对其M1、M2代的细胞遗传学特点进行分析,结果表明:M1、M2代均出现频率不同和染色体数目不等(2n=41、2n=40和2n=39)的染色体数目变异类型;在两个世代的花粉母细胞减数分裂过程中,普遍观察到单价体、多价体、染色体片段、落后染色体、染色体桥及微核等现象,说明辐射有效地促进了染色体数目和结构的改变,有可能导致染色体易位重组。利用已建立的山农0095中中间偃麦草染色体的特异SSR标记BARC159240对M2代进行检测,结果发现大部分M2单株仍含有该标记位点,说明这些植株仍然具有标记位点的中间偃麦草染色体特异区段;少部分单株虽然保留了该位点,但缺少普通小麦中的条带,这些单株可能发生了染色体重组。

高抗白粉病小麦-山羊草新种质TA002的创制和遗传研究

【目的】小麦白粉病是世界范围内对小麦危害最严重的病害之一。培育和推广抗病品种是防治小麦白粉病最经济、有效、安全的途径。偏凸山羊草和柱穗山羊草是普通小麦的近缘物种,蕴藏着丰富的抗病、抗虫、抗逆和优质等优异基因。利用远缘杂交途径,将偏凸山羊草和柱穗山羊草的抗白粉病基因导入普通小麦,培育抗白粉病小麦新种质,为小麦白粉病抗性遗传改良提供新抗源。【方法】通过细胞学分析和结实率调查,明确TA002及其与普通小麦杂种的细胞学稳定性和育性特点。利用十二烷基磺酸钠聚丙烯酰氨凝胶电泳(odium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)及酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(acid polyacrylamide gel electrophoresis,A-PAGE)方法,分析TA002的高分子量麦谷蛋白亚基(high molecular weight glutenin subunit,HMW-GS)、低分子量麦谷蛋白亚基(low molecular weight glutenin subunit,LMW-GS)及醇溶蛋白亚基组成;通过白粉病菌分小种接种鉴定,明确TA002对小麦白粉病的抗性及其遗传特点;利用基因组原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH)、多色原位杂交(multicolor genomic in situ hybridization,mc-GISH)、多色荧光原位杂交(multicolor fluorescence in situ hybridization,mc-FISH)及分子标记技术,分析明确TA002的染色体组成特点。【结果】TA002染色体数目为42条,它及其与普通小麦的杂种F1减数第一次分裂中期细胞(pollen mother cells at metaphase I,PMCs MI)均含有21个二价体,减数第一次分裂后期细胞(pollen mother cells at anaphase I,PMCs AI)中的染色体分离均衡,结实率正常。在成株期,TA002、SDAU18及其双亲偏凸山羊草和柱穗山羊草对白粉病均具有良好抗性,而烟农15对白粉病表现髙感。TA002/辉县红F1、TA002/铭贤169F1对白粉病菌种E09表现免疫,F2单株对E09的抗感分离比例符合3﹕1。种子贮藏蛋白分析结果表明,在TA002的醇溶蛋白和谷蛋白中均含有SDAU18的特有亚基,其醇溶蛋白还含有双亲没有的新型亚基。分别以单芒山羊草和尾状山羊草的基因组总DNA为探针,烟农15的基因组总DNA为封阻,对TA002的根尖细胞染色体进行基因组原位杂交,均未检测到杂交信号。同时以不同荧光素标记的乌拉尔图小麦和粗山羊草基因组总DNA为探针,拟斯卑尔脱山羊草基因组总DNA为封阻,对TA002的根尖细胞染色体进行mc-GISH,并利用以不同荧光素标记的寡核苷酸p Sc119.2和p Ta535对TA002的根尖细胞染色体进行mc-FISH,发现TA002具有完整的A、B和D基因组,但其4A、5A、6B、7B和5D染色体在FISH带型上与亲本烟农15的对应染色体具有显著差异。分子标记检测结果表明,TA002含有来源于偏凸山羊草和柱穗山羊草的遗传物质。【结论】TA002是一个细胞学稳定、农艺性状和育性良好的小麦-山羊草渐渗系,它含有偏凸-柱穗山羊草双二倍体特有的贮藏蛋白亚基及其双亲没有的新亚基,且高抗小麦白粉病,其白粉病抗性受显性单基因控制,该基因可能是来自偏凸山羊草或柱穗山羊草的一个新的白粉病抗性基因。

冬小麦种质矮孟牛第一部分同源群染色体遗传差异分析

由山东农业大学创制的矮孟牛是重要的冬小麦遗传资源。为了揭示矮孟牛种质第一部分同源群染色体的遗传差异,本研究利用分子标记和基因组原位杂交方法,对矮孟牛I型至VII型7个姊妹系的遗传差异进行了鉴定。PCR结果显示,矮孟牛II型、IV至VII型中含有1RS和1BL,不含1BS和1RL;I型和III型中含有正常的1B染色体。基因组原位杂交结果证明,在矮孟牛II型、IV型-VII型中1RS取代了1BS,而在矮孟牛I型和III型中含有正常的小麦染色体组。利用138个多态性标记分析了7个类型第一部分同源群的遗传差异,其中3个标记检测到矮孟牛V型的特异片段,即位于1A染色体的标记Xwmc336和Xmag1884及位于1B染色体的Xgwm124,分别源于牛朱特和矮丰3号。本研究结果揭示了矮孟牛7个类型第一部分同源群的遗传差异,为深入研究和利用该种质资源奠定了基础。

抗白粉病耐盐小麦-中间偃麦草附加系‘山农120211’的鉴定

以中间偃麦草(Thinopyrum intermedium,2n=42)与普通小麦‘烟农15’杂交,从其杂种后代中选育出一个细胞学稳定的二体异附加系‘山农120211’,该研究对其细胞学和主要性状特点进行了鉴定。白粉病抗性鉴定结果表明,‘山农120211’成株期对白粉病的田间抗性为免疫,苗期对白粉病菌种E09表现为免疫。以耐盐品种‘山融3号’为对照进行苗期耐盐性鉴定表明,‘山农120211’耐盐级别为2级(较强)。细胞学鉴定表明:‘山农120211’根尖细胞染色体数目为2n=44,PMC MI染色体构型为2n=22Ⅱ,具有高度的细胞学稳定性。以拟鹅观草基因组DNA为探针,‘烟农15’DNA为封阻,在‘山农120211’的根尖有丝分裂细胞中检测到2条染色体具有明显的杂交信号,确定其为二体异附加系。利用该实验室筛选的71对E组染色体特异分子标记,对‘山农120211’分析显示,标记BE494262在中间偃麦草和‘山农120211’中可以稳定扩增出1条440bp特异带,而‘烟农15’中缺少此带,BE494262可作为‘山农120211’中附加中间偃麦草染色体的特异标记。利用二倍体长穗偃麦草和一套中国春-长穗偃麦草异附加系(1Ee^7Ee),进一步将BE494262定位在2Ee染色体,确定‘山农120211’所附加的中间偃麦草染色体为2Ee染色体。

小麦矮秆种质系山农495矮秆基因的分子标记定位

为给新矮秆种质系山农495的利用提供依据,利用田间观察和室内赤霉酸鉴定与分子标记分析相结合的方法,进行矮秆性状的遗传分析和矮秆基因分子标记定位。结果表明,山农495的矮秆性状受位于4BS染色体上的1对隐性主效基因控制,且为赤霉酸不敏感型。在供试的1 589个SSR引物中,有2个基因组SSR引物(Gwm113196、Wmc 511191)和1个EST-SSR引物(Dupw23210)在优选小群体中能扩增出多态性谱带。利用BC1回交群体和F2群体进行连锁标记分析,Gwm113196、Wmc 511191和Dupw23210与山农495矮秆基因的连锁距离分别为3.9、5.2、21.6 c M和4.1、5.0、19.8 c M。

偏凸-柱穗山羊草双二倍体与普通小麦不同杂种世代的染色体及性状分离特点

为探讨偏凸山羊草-柱穗山羊草双二倍体SDAU18在小麦遗传改良中的利用价值,以SDAU18和普通小麦品种烟农15及其9个杂种世代为材料,分析不同自交和回交世代染色体和性状分离的特点。结果表明,随自交世代和以烟农15为轮回亲本回交世代的增加,染色体数目逐渐减少,回交比自交能使后代的染色体数目更快趋近普通小麦的42条,至F5和BC3F1代,染色体数目为42的植株已分别达93.9%和92.0%。与自交世代相比,回交后代减数第一分裂中期的花粉母细胞的染色体构型较为简单,回交次数过多不利于外源染色体与普通小麦染色体发生重组,一般应以回交2~3次为宜;随自交和回交世代的增进,杂种的育性提高,至F3和BC2F1代育性基本稳定。在不同杂种世代可分离出具有矮秆、大穗、大粒、对白粉病、条锈病免疫或高抗及外观品质优良的变异类型,以F3和BC1F1代的变异类型最丰富。

十个八倍体小偃麦的细胞学鉴定和染色体构成分析

培育新的八倍体小偃麦,对于利用偃麦草遗传物质进行小麦的遗传改良具有重要意义。本研究利用细胞学和基因组原位杂交技术,对从中间偃麦草与小麦品种烟农15杂交后代选育出的10个八倍体小偃麦山农TE256、山农TE259、山农TE261、山农TE262、山农TE263、山农TE265、山农TE266、山农TE267-1、山农TE270和山农TE274进行了细胞学鉴定和染色体构成分析。结果表明,10个八倍体小偃麦绝大多数单株根尖细胞的染色体数目为2n=56,个别单株含有54或55条染色体;大多数2n=56单株的花粉母细胞在减数分裂中期I的染色体构型为2n=28II,少数花粉母细胞存在单价体、三价体或四价体,后期I染色体可均等分向两极,仅有极少数细胞出现染色单体提前分离等现象;10个八倍体小偃麦均含有普通小麦的全套染色体和中间偃麦草的1个混合染色体基组,其中间偃麦草染色体是由来自中间偃麦草3个不同染色体基组的染色体构成的混合染色体基组,其染色体构成分别为2St+8J^S+2J+2J-St、2St+8J^S+4J、2St+8J^S+2J+2J-St、2St+8J^S+2J+2J-St、2St+8J^S+2J+2J-St、6St+4J^S+2J+2J-St、4St+6J^S+2J+2J-St、2St+8J^S+4J、2St+8J^S+4J和4St+6J^S+4J,与目前已报道的八倍体小偃麦均有所不同。研究结果可为这些新型八倍体小偃麦的研究和有效利用提供参考依据。

56份人工合成六倍体小麦的遗传多样性分析

人工合成六倍体小麦具有丰富的遗传多样性。为给小麦遗传改良提供具有重要利用价值的基因资源,对引自国际玉米与小麦改良中心(CYMMIT)的56份人工合成六倍体小麦材料的主要农艺性状和白粉病田间抗性进行了检测和分析,对其高分子量谷蛋白亚基构成及基因组遗传多样性进行了初步研究。结果表明,供试材料具有繁茂性好、分蘖力强、成穗率高、穗粒数多等优良农艺性状特点,其中,Syn1、Syn2、Syn56等材料的单株成穗数在10穗以上,Syn46的单株穗数平均达到45.4穗;Syn19、Syn30等的穗粒数平均达到50粒以上;Syn52、Syn50、Syn54等材料的千粒重较高,达50~60 g。白粉病抗性鉴定结果显示,Syn4、Syn23、Syn24等80%以上的供试材料对白粉病具有良好的田间抗性。编码高分子量麦谷蛋白亚基的Glu-A1、Glu-B1和Glu-D1位点表现出丰富的多态性,共有35种HMW-GS等位变异;除含有多种优质亚基或亚基组合外,还含有新的亚基类型。利用SSR分子标记对供试人工合成小麦进行遗传多样性分析,发现相较于本地栽培品种,供试人工合成小麦材料具有更高的遗传多样性。

小偃麦种质系山农0095耐低磷胁迫特性研究

为了解小偃麦种质系山农0095耐低磷特性,通过水培实验,研究了不同供磷水平下山农0095及其亲本烟农15幼苗生长、根系形态及其分泌物特点。结果表明,在低磷胁迫条件下,山农0095茎叶干重、植株生物量及磷吸收量均高于烟农15,但根干重及根冠比较小;不同供磷水平下山农0095的总根长、根表面积、根体积及根尖数等明显低于烟农15;水培过程中山农0095的根际营养液pH值降低明显,根系草酸分泌量远高于烟农15和对照小偃54。推测山农0095适应低磷胁迫主要在于根系生理功能较强,这些能力可能与其携有中间偃麦草的耐低磷基因有关。

冬小麦种质矮孟牛及其衍生后代1BL/1RS的分子和生化标记鉴定

本研究以小麦骨干亲本矮孟牛及其33个衍生品种(系)为材料,利用低分子量(LMW)麦谷蛋白Glu-B3位点的STS-PCR标记、醇溶蛋白Gli-B1位点的SSR标记和黑麦碱SEC-1b位点的STS-PCR标记进行复合PCR,检测1BL/1RS易位。结果表明,矮孟牛Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ型含有1BL/1RS染色体,矮孟牛Ⅰ和Ⅲ型不含1BL/1RS;在矮孟牛的33个衍生后代中,25个含1BL/1RS,其余8个则不含1BL/1RS。利用A-PAGE技术对上述材料进行了黑麦碱蛋白的检测,结果与复合PCR一致,两种方法相结合能准确的检测1BL/1RS。

偏凸-柱穗山羊草双二倍体SDAU18的细胞分子遗传学鉴定

综合利用细胞学、种子贮藏蛋白电泳、基因组原位杂交(GISH)和抗性接种鉴定相结合的方法,对偏凸-柱穗山羊草双二倍体SDAU18进行了鉴定。结果表明,SDAU18的根尖细胞染色体数目变异范围为52-56,在绝大多数根尖细胞染色体数目为56的SDAU18减数分裂中期I花粉母细胞(PMC MI)内可观察到28个二价体,在部分细胞中可观察到一定频率的单价体、三价体和四价体,平均染色体构型为2n=56=3.21I+19.78IIRing+6.50IIRod+0.01III+0.04IVRing+0.01IVRod;在SDAU18种子贮藏蛋白电泳图谱中,亲本偏凸山羊草和柱穗山羊草的多数特异带能够出现,SDAU18高分子量麦谷蛋白亚基图谱中既出现双亲的亚基谱带,也观察到新型亚基谱带;分别利用偏凸山羊草和柱穗山羊草基因组总DNA作探针,另一个亲本基因组总DNA作封阻,对SDAU18根尖细胞制片进行染色体原位杂交,在SDAU18的56条染色体中分别有14条出现绿色杂交信号;SDAU18是偏凸山羊草和柱穗山羊草的双二倍体,对小麦白粉病和条锈病均表现免疫,是一个在小麦品种遗传改良中具有重要利用价值的新型种质材料。

冬小麦幼胚一步成苗技术优化研究

为实现冬小麦幼胚一步苗移栽于夏季大田加代,本试验以‘济麦20’、‘烟优361’、‘泰农18’、‘中优9507’以及（‘济麦20’ב烟优361’）F1的幼胚为材料,分别选用11-13天、14-16天和17-19天3种胚龄的幼胚接种在MB、A和B三种培养基上,经离体培养一步成苗。研究结果表明,在9种接种试验处理中,11-13天接种于A培养基上出苗率最高,平均出苗率为98.30%,14-16天幼胚接种于MB培养基上,获得较高的出苗率（平均95.80%）,17-19天幼胚接种于B培养基上,出苗率最高,平均出苗率为95.20%;17-19天幼胚接种于MB培养基上,出苗率最低（平均16.20%）。14-16天幼胚接种于MB培养基上,不仅出苗率较高,而且胚苗根较长,侧根较多,表明14-16天幼胚适宜接种于MB培养基。

提升农学大学生科研创新能力的关键措施探究

提升农学大学生科研创新能力是实现“藏粮于技”兴农战略的关键环节,对建设创新型国家、农业高质量发展及大学生个人成长都有重要意义。目前,我国农学大学生科研创新能力培养过程中,存在学生对科研兴趣不够浓厚、科研基础较薄弱、科研项目实施过程管理不到位、科研实验室配套管理需加强等问题。以山东农业大学农学院为例,通过加强宣导激发学生参与自觉性、加强科研训练指导、充分利用科研实验室资源等关键措施,农学大学生的科研创新能力得到显著提升。

研究生在重点实验室日常管理和本科实践教学中的重要作用

为提高重点实验室日常管理水平和本科实践教学质量及培养与提升研究生综合素质和能力,国家小麦改良中心泰安分中心从研究生参与大型精密仪器设备使用管理、订购实验用品、负责实验室安全卫生、担任本科实验教学任务、指导本科生毕业实习、到辅导本科生毕业论文撰写进行探索与研究,都取得了良好效果。

TaPHR1基因对小麦苗期耐低磷特性的影响

采用改进的离子消耗技术,分析了携带TaPHR1基因的小麦种质系山农824和山农899及其亲本的磷素吸收动力学特点(Cmin、Km、Vmax、α值),比较了供试材料在低磷水平(10μmol/L)与正常磷素水平(50μmol/L)下的含磷量、干物质量、分蘖数和根冠比。结果表明,含有TaPHR1基因的小麦材料其Cmin、Km减小,Vmax、α值显著增大,说明TaPHR1基因可改善磷素吸收动力学特性,能够促进小麦在低磷条件下吸收更多的磷素,并提高茎叶在全株中的磷素分配比例,使小麦在低磷条件下将磷素更多地转入地上部;低磷条件下,TaPHR1基因可以促进干物质的积累,增加分蘖数。

基于RNA-seq技术开发中间偃麦草基因组特异分子标记

中间偃麦草(Thinopyrum intermedium,2n=6x=42,JJJSJSStSt或Ee Ee EbEbStSt)是小麦遗传改良的重要近缘植物,高抗锈病、白粉病等病害,耐逆性强。开发中间偃麦草基因组特异分子标记对于加快其优异基因向普通小麦中的转移和利用具有重要意义。为建立快速准确开发中间偃麦草基因组特异分子标记的新体系,首先利用RNA-seq技术对中间偃麦草及其基因组供体二倍体长穗偃麦草、百萨偃麦草、假鹅观草的苗期叶片进行转录组测序,然后根据测序结果设计EST-SSR引物,对普通小麦、中间偃麦草及其基因组供体材料进行DNA扩增分析,从中筛选鉴定中间偃麦草基因组特异标记。结果表明,在所合成的200对ESTSSR引物中,有75对引物(37.5%)在中间偃麦草、二倍体长穗偃麦草、百萨偃麦草和假鹅观草中具有特异扩增,引物多态率较高。说明利用RNA-seq技术开发EST-SSR引物可以高效地用于筛选中间偃麦草基因组特异分子标记,这一技术体系也可应用于其他作物及其近缘物种的特异分子标记开发。

携带抗秆锈病基因Sr25、Sr26小麦新种质的分子标记辅助选育

源于长穗偃麦草的抗病基因Sr25、Sr26对秆锈病强毒力小种Ug99及其变种具有良好抗性,本实验室前期在长穗偃麦草与普通小麦杂交后代中选育出两个携带Sr25、Sr26基因的八倍体小偃麦。本研究选用济麦22、泰农18、山农637等小麦品种(系)分别与两个八倍体小偃麦杂交、回交,利用与Sr25、Sr26紧密连锁的分子标记进行辅助选择,定向培育出9个含有Sr25或(和)Sr26的小麦新种质。这些新种质综合农艺性状优良,可以作为抗病新种质用于小麦抗病育种,以应对Ug99威胁。