110份鹰嘴豆种质品质性状遗传多样性分析与综合评价

对国家中亚特色种质资源中期库(乌鲁木齐)保存的110份鹰嘴豆的7个品质性状进行遗传多样性分析与评价,筛选优异种质,为鹰嘴豆种质资源的挖掘利用和育种工作提供依据。结果表明,供试材料具有丰富的遗传多样性,7个品质性状变异系数变化范围为4.038%~23.950%,饱和脂肪酸含量变异最大,粗脂肪含量变异最小;Shannon-Weaver遗传多样性指数H′变化范围为1.205~2.040,淀粉含量的遗传多样性指数最高,饱和脂肪酸含量的遗传多样性指数最低。主成分分析将7个品质性状综合为4个主成分,累计贡献率为78.779%。聚类分析将110份鹰嘴豆种质资源划分为4个类群,其中第Ⅲ类群综合表现最好,该类群蛋白质、粗脂肪、淀粉、可溶性固形物和多不饱和脂肪酸含量均较高。综合评分F值范围为0.383~10.965,其中Desi类型和Kabuli类型的鹰嘴豆F值均值分别为7.396和7.175,根据F值筛选出5份综合表现好的品种,分别为‘品鹰1号’‘木鹰1号’‘2009-132’‘诺胡提’和‘引K158B’。

中小跨径梁桥中组合橡胶支座的减隔震性能分析

地震作用下,中小跨径梁桥所用板式橡胶支座易出现滑动,使墩梁的位移偏大,而组合橡胶支座的耗能能力及位移能力相对高。采用拟静力试验及有限元分析探讨了组合橡胶支座、板式橡胶支座各工况下的地震响应,结果表明:中小跨径梁桥采用组合橡胶支座能够有效防止支座滑动,显著降低了桥墩弯矩与支座位移。

大豆不同品种农艺性状及产量的比较

【目的】鉴定引进大豆品种(系)在新疆南疆地区的适应性和丰产性,为该地区麦茬复播大豆品种更新换代和推广应用提供科学依据。【方法】测定参加试验的27个大豆新品种(系)的农艺性状和产量,应用方差分析、相关分析、主成分分析和聚类分析等方法综合鉴定评价。【结果】产量最高的品种为SC15-11,产量为266.995 kg/667m^(2),与对照相比增产47.872%。产量与单株粒数呈极显著正相关(P<0.01),与单株有效荚数呈极显著正相关(P<0.01)。在欧式距离为5.00时可将所有材料分为3个类群,分别为高产、中产和低产品种。【结论】SC15-11、JO14和冀豆22等品种综合性状表现优,可在新疆南部地区试验种植。

适用于底基层与水稳路面基层的钢渣材料性能研究

本文在阐述了试验原材料性能的基础上,针对钢渣材料在底基层与水稳路面基层的适用性能进行了分析,探究钢渣材料的价值,研究其作为路面基层类材料的适用性,希望可以促进钢渣材料在底基层与水稳路面基层的运用,为相关施工单位提供帮助。

大豆种质资源耐盐性鉴定与评价

【目的】研究120份大豆种质资源芽期和苗期耐盐特性,筛选大豆耐盐资源,为新疆大豆耐盐新品种选育提供参考。【方法】120份供试材料按照农业部《大豆耐盐性鉴定评价技术规范》NY/PZ001-2002的标准,在萌发期设置2个不同NaCl(1.2%和1.5%)溶液处理,测定萌发期发芽率;大豆苗期用1.5%NaCl溶液对5 d的幼苗进行处理15 d后,测定株高、根长、植株鲜重、根鲜重、植株干重和根干重。【结果】在1.2%NaCl浓度处理下,筛选出高耐盐品种2份,分别是中黄30号和FtC099,占参试材料的1.67%,相对盐害率为20.1%~40.0%的2级耐盐材料有10份,占8.33%;芽期在1.5%NaCl浓度处理下,筛选出2级耐盐材料为来自日本的FtC099,占参试验材料的0.83%。苗期中筛选出高耐盐材料有1份(日本引进品种S11-5),占0.83%。苗期2级耐盐材料有12份,占10%。【结论】大豆种质资源芽期和苗期耐盐性表现不同,在盐胁迫条件下,盐敏感品种比耐盐品种受盐胁迫影响更大。

新疆春小麦育成品种遗传演变分析

【目的】研究新疆春小麦育成品种遗传演变规律,提高小麦资源的利用效率,为新疆春小麦品种选育和改良提供参考依据。【方法】以新疆春小麦育成品种为材料,对其主要性状进行综合评价分析,以春小麦90K芯片开展新疆春小麦育成种亲缘关系分析。【结果】新疆春小麦育成种遗传多样性丰富,平均遗传多样性指数2.005,变幅为1.902~2.181。相关性分析结果表明,蛋白质含量、湿面筋含量、穗粒数与育种年代呈极显著正相关。新疆春小麦品种选育主要是通过常规杂交育种、杂交辐射诱变育种、引种3种方式。利用小麦90K芯片将新疆春小麦育成种划分为3个类群,显示了各品种之间的亲缘关系。【结论】新疆春小麦育种遗传基础薄弱、遗传多样性逐渐散失,新疆小麦育种应加强资源收集与利用,扩大育种亲本选择,提高品种变异的丰度和广度,以多抗、高产稳产、优质高效的聚合育种,加快新品种选育进程,提高育种效率。

鹰嘴豆脂肪酸组成及其遗传多样性分析

以46份鹰嘴豆标准品种为材料,测定鹰嘴豆种子中脂肪酸的组成及其在粗脂肪中的质量分数,系统分析不同类型、不同来源鹰嘴豆种子中脂肪酸质量分数的差异。结果表明:不同类型鹰嘴豆种子中脂肪酸质量分数差异显著,同一类型不同鹰嘴豆品种中脂肪酸质量分数也有显著差异。饱和脂肪酸占总脂肪酸的质量分数11.49%~33.36%,平均14.19%;不饱和脂肪酸主要为油酸、亚油酸和亚麻酸,占总脂肪酸的质量分数65.10%~88.51%,平均86.00%。其中油酸质量分数为17.08%~45.0%,平均32.71%,遗传多样性指数H′为2.002;亚油酸油酸质量分数为40.27%~63.17%,平均51.15%,遗传多样性指数H′为1.8948;亚麻酸质量分数1.51%~3.73%,平均2.25%。相关性分析表明,在鹰嘴豆种子脂肪中,油酸质量分数与亚油酸、亚麻酸质量分数呈极显著负相关(r=-0.9607**,-0.8661**),亚油酸质量分数和亚麻酸质量分数呈极显著正相关(r=0.8849**)。

新疆春小麦育成品种耐热性评价

为筛选出耐热性好的小麦种质材料,通过开花期至成熟期人工模拟高温胁迫环境,以千粒重热感指数为主要评价指标,评价了新疆近30年来审定的春小麦品种的相对耐热性,并分析了高温胁迫对小麦籽粒蛋白质、湿面筋含量的影响。结果表明,与自然生长相比,高温胁迫条件下新疆春小麦育成品种的千粒重、籽粒宽度的变化均达到了极显著水平(P<0.01),籽粒长度变化不显著(P>0.05),不同品种间耐热性存在很大差异。综合三年千粒重热感指数(HSI)分析,耐热性相对较好的品种有17个,连续三年HSI<1的品种有11个,其中新春37号、新春2号、新春38号在高温胁迫条下千粒重变化较小,产量较稳定,为强耐热品种;对高温敏感品种有26个,连续三年HSI≥1的品种有13个,其中新春13号、新春18号、新春33号耐热性相对较弱。高温胁迫影响小麦籽粒的品质,其中13.95%的品种蛋白质含量降低,6.98%的品种湿面筋含量降低,其他品种高温胁迫后籽粒蛋白质、湿面筋含量均较自然生长有所提高。

乳蛋白重组表达与人造奶生物合成:全球专利分析与技术发展趋势

乳蛋白是天然动物奶的主要成分,具有高营养、易吸收、增强免疫力、抗氧化等多种生物活性。采用基因工程和细胞工厂等技术手段,高效表达天然奶中的各种乳蛋白组分,已成为当前人造奶生物合成的研发热点和技术难点。人造奶作为一个已商业化面向市场并正在改变世界的新兴科技食品,营养风味与天然牛奶相当,但不含乳糖、胆固醇、抗生素和致敏原等不良因子,其生产过程无需养殖动物,可以有效节约资源与能源,是一种颠覆传统养殖业的未来乳制品生产新模式,将引领未来食品产业和细胞农业发展方向。本文系统总结了模式微生物底盘改造、重组乳蛋白高效表达和人造奶制品产业化等相关核心技术的知识产权保护现状,探讨了目前人造奶制品研发面临的瓶颈技术挑战和生物安全评价等热点问题,介绍了乳蛋白组合表达、风味物质添加、致敏原删除和细胞工厂智造等最新发展动态,为人造奶等未来合成食品产业化提供重要的理论与技术参考。目前我国乳蛋白重组表达与人造奶生物合成技术研发力量相对薄弱,研发资金与风险投资不足。为应对日趋激烈的国际竞争,“十四五”期间我国应加大研发投入,着力突破共性关键技术与产品生产工艺,同时加快制定未来合成食品商业化管理法规与产业政策,为促进我国未来养殖业发展和实现农业碳达峰、碳中和目标提供的科技支撑。

生物固氮体系人工设计的研究进展

非豆科作物根际固氮能够给玉米和水稻等粮食作物提供生长所需的氮素,部分替代化学氮肥,在农业生产中应用意义重大。人工设计固氮和抗逆调控元件与功能模块,构建作物根际人工高效固氮体系并进行系统优化,是当前合成生物技术在农业中应用的一个重要研究方向。重点针对非豆科作物根际固氮体系的设计思路、研发动态和应用前景作简要综述。

农业合成生物研发与风险管理

合成生物技术作为农业科技领域的战略高新技术,具有会聚研究的特性,为解决光合作用、生物固氮、生物抗逆等世界性农业难题提供了途径和方案,为促进生物经济的可持续发展注入了新动能,已成为全球科技竞争的战略制高点。本文综述了农业合成生物技术的国内外研发与应用现状、存在的潜在风险点以及安全管理策略,以期为我国农业合成生物技术研发与安全管理提供借鉴。

春小麦籽粒主要品质性状的全基因组关联分析

【目的】挖掘小麦籽粒品质性状显著相关的SNP位点及候选基因,并揭示其遗传机理,为相关基因克隆和分子标记辅助选择提供理论依据。【方法】通过检测298份国内外春小麦品种(系)5个环境下蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值、淀粉含量、籽粒硬度、出粉率和容重等7个籽粒品质性状的表型,并结合小麦55K SNP芯片,采用Q+K关联混合模型进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)。【结果】外引品种(系)、地方品种(系)和育成品种(系)的7个品质性状在不同环境下的变异系数分别为1.3%—13.4%、1.1%—18.6%和1.0%—13.9%。其中,外引品种(系)的蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值的变异系数均为最高;新疆自育品种的淀粉含量、籽粒硬度和出粉率的变异系数最大,而新疆地方品种的蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值、淀粉含量、籽粒硬度和出粉率6个品质性状的变异系数均介于外引品种(系)和新疆自育品种(系)之间。群体结构分析表明,298份小麦品种(系)可分为3个亚群。其中,亚群1包含128份(43.0%)试验材料,主要是来自新疆的地方品种(系);亚群2包含24份(8.1%)试验材料,主要包括外引品种(系)和新疆地方品种;亚群3包含146份(48.9%)试验材料,主要是外引品种(系)。连锁不平衡分析表明A、B和D基因组及全基因组的LD衰减距离分别为10、10、6和8 Mb,依据全基因组的LD衰减距离,将在物理图谱上前后8 Mb区间内的位点认定为一个候选位点。通过GWAS共检测到85个与7个小麦籽粒品质性状显著关联的稳定位点(P<0.001)贡献率为3.7%—10.9%。在1B、1D、2D、3A、3D、4A、4B、5A、6A、6D、7A和7D染色体上均检测到稳定且同时与多个性状关联的位点。其中,7A染色体上的AX-109452823—AX-110545157同时与蛋白质含量、淀粉含量、湿面筋含量、沉降值、出粉率和籽粒硬度相关,且同时在4个环境中均被检测到。对稳定的位点进行候选基因发掘,筛选到10个可能与小麦籽粒品质相关的候选基因。其中TraesCS4A01G299800(阳离子氨基酸转运蛋白)、TraesCS7A01G059500(色氨酸脱羧酶)、TraesCS7A01G331200和TraesCS7D01G418700(木葡聚糖内转葡糖基酶/水解酶)对调控小麦籽粒氨基酸含量有重要作用。【结论】检测到85个稳定的且与小麦籽粒品质性状关联的位点,并筛选出10个与小麦籽粒品质性状相关的候选基因。

春小麦主要籽粒性状的全基因组关联分析

为挖掘控制春小麦主要籽粒性状的关联SNP及候选基因,以国外引进品种、新疆地方品种、新疆自育品种共298份春小麦品种为材料,利用小麦55K SNP芯片,对5个环境下小麦千粒重、粒长、粒宽3个主要籽粒性状进行基于Q+K混合线性模型(mixed linear model,MLM)的全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)。结果表明,供试小麦品种的3个主要籽粒性状在5个环境下的变异系数为3.89%~19.77%,其中粒宽的变异幅度最小,千粒重的变异幅度最大。不同环境中,新疆育成品种的3个主要籽粒性状的平均值均最高,而新疆地方品种的3个籽粒性状的平均值均最低。GWAS结果表明,共检测到84个与小麦主要籽粒性状显著关联的稳定SNP位点,它们分布在小麦的21条染色体上,单个SNP位点可解释3.74%~11.18%的表型变异。在1B、2B、3B、4B、5A、5D染色体上检测到6个同时关联多个籽粒性状的稳定位点。对84个SNP位点进行候选基因筛选,筛选到6个可能与小麦主要籽粒性状相关的候选基因,可作为小麦籽粒研究的重要基因。

施氏假单胞菌在玉米根际的固氮效率和促生效果研究

非豆科植物根际联合固氮作用广泛存在于水稻、玉米等根际,在农作物节肥增产方面具有巨大的应用潜力。施氏假单胞菌A1501是一株分离自水稻根际的模式联合固氮菌,接种该菌对水稻和玉米均具有良好的促生效果。为了进一步研究根际固氮与促生效果的关系,利用突变型泌铵固氮菌株(1568/pVA3)和转基因氮高效利用玉米品系共同构建高效固氮体系,并在温室条件下进行促生及生物固氮量评价。播种60 d后对玉米生长量和微生物固氮量进行分析,结果表明:固氮施氏假单胞菌接种后氮高效利用和对照玉米品系的地上和地下部生物量都显著高于不接种对照,但是固氮菌接种对氮高效利用玉米和对照玉米的总生物量没有显著影响。氮高效利用玉米接种1568/pVA3菌株后,植株生物量较施肥处理提高25.5%,全氮含量较不接种对照增加39%,15N同位素稀释法测定生物固氮量为0.8 g·株^(-1);接种野生型后植株生物量较施肥处理提高24.8%,生物固氮量为0.64 g·株^(-1)。研究结果表明,通过将固氮菌尤其是泌铵工程菌与氮高效利用玉米建立联合固氮体系可以显著提高根际固氮量和植株生物量,据估算每公顷可节省化肥约23%,而对照体系为7.5%。

固氮施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)A1501同化硝酸盐代谢基因簇分布及调控研究

固氮施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)A1501在有氧条件下能够利用硝酸盐/亚硝酸盐为唯一氮源生长,表明该菌除了具有固氮和反硝化等氮循环系统外还有同化硝酸盐/亚硝酸盐系统。为进一步阐明该菌同化硝酸盐的代谢机制,利用生物信息学手段分析了硝酸盐同化相关基因的组成及分布情况,并初步研究了同化硝酸盐途径特异性调控关系。结果表明,P.stutzeri A1501中存在两个硝酸盐同化基因簇nasST-nasA-nirBDnasBcobA和nasR-nasFED,分布于基因组不同部位。第一个基因簇中nasS-nasT编码二元抗转录终止因子,nasA编码NarK/NasA家族硝酸盐转运蛋白,nirBD编码亚硝酸盐还原酶,nasB编码同化硝酸盐还原酶,cobA编码参与西罗血红素合成的尿卟啉-ⅢC-甲基转移酶;第二个基因簇中nasR编码单一组分抗转录终止因子,nasFED编码ABC型(ATP依赖)硝酸盐/亚硝酸盐转运蛋白。NasS-NasT双组分蛋白调控硝酸盐/亚硝酸盐还原酶基因的转录,NasR调控硝酸盐/亚硝酸盐转运蛋白基因的转录。

153份新疆冬小麦品种3个条锈病抗性基因的分子检测

【目的】研究条锈病抗性基因Yr 9、Yr 26、Yr Tp1在新疆153份冬小麦品种中的分布,为新疆小麦抗病育种提供理论依据。【方法】利用SSR分子标记,采用PCR扩增和聚丙烯酰胺凝胶电泳方法,检测供试材料中是否含有小麦条锈病抗性基因Yr 9、Yr 26和Yr Tp1。【结果】在123份冬小麦地方品种和30份冬小麦育成品种中,Yr 9基因的检出率分别为78.86%和63.33%,Yr 26基因的检出率分别为95.12%和73.33%,Yr Tp1基因的检出率分别为88.62%和60%。在123份冬小麦地方品种中,有87份供试材料能同时检测出3个条锈病抗病基因,占比70.73%;28份供试材料能同时检测出2个条锈病抗性基因(Yr 9+Yr 26、Yr 9+Yr Tp1、Yr 26+Yr Tp1),占比22.76%;1份供试材料只能检测出Yr 9基因;5份供试材料只能检测出Yr 26基因。在30份冬小麦育成品种中,15份供试材料可以同时检测出3个条锈病抗性基因,占比50%;7份供试材料可以同时检测到2个抗性基因(Yr 9+Yr 26、Yr 26+Yr Tp1)的材料,占比23.33%。【结论】携带Yr 9、Yr 26、Yr Tp1小麦条锈病抗性基因的新疆冬小麦种质资源丰富,可以作为抗病育种的中间材料。

小麦TaGS-D1与TaFlo2-A1等位变异对粒重的影响

为探究小麦粒重基因型的等位变异情况,利用位于7DS和2AL染色体上粒重相关基因TaGS-D1和TaFlo2-A1共显性标记GS7D和TaFlo2-InDel8对298份国内外冬小麦品种(系)进行等位变异检验,分析了各等位变异及组合与千粒重的相关性和在不同小麦类型中的分布情况。结果表明,参试材料千粒重平均为37.65 g,且品种间的粒重遗传变异较大。携有TaGS-D1a等位基因的小麦品种(系)的千粒重(38.18 g)显著高于TaGS-D1b(35.61 g)(P<0.01);携有TaFlo2-A1b等位基因的小麦品种(系)的千粒重(39.12 g)显著高于TaFlo2-A1a(37.31 g)(P<0.01)。从两个基因位点形成的4种基因组合来看,具有高千粒重的TaGS-D1a/TaFlo2-A1b基因型的千粒重均极显著高于其他基因型(P<0.01)。不同等位基因及基因型在各小麦类型中分布不同,其中TaGS-D1a在西南冬麦区占比较大,TaFlo2-A1b在长江中下游冬麦区占比较大。具有中间型千粒重的TaGS-D1a/TaFlo2-A1a基因型在各小麦类型中分布频率最高,具有高千粒重的TaGS-D1a/TaFlo2-A1b基因型仅在长江中下游冬麦区分布频率较高。

应用不同机器学习算法预测化学链中氧载体性能

低成本和高性能的氧载体材料筛选是化学链技术未来商业应用的关键。超过1000种材料被作为氧载体在化学链条件下进行测试。其中,矿石和工业副产品作为氧载体最近引起关注,其成本低、供应方便,特别是与固体燃料具有充分的反应性。然而,这些材料具有高度可变的成分,影响其在化学链中的性能,采用试验方法逐个测试成本巨大。运用新兴的机器学习算法,以天然锰矿为对象,将已有的试验数据作为训练集,预测含锰矿物在化学链反应中的性能,并对比支持向量机和人工神经网络2种算法在预测过程中的表现。结果显示,这2种算法对训练集内的数据均有较好准确性,但对新输入值预测的准确性、鲁棒性方面存在差异。支持向量机可以避免神经网络在小样本训练集下存在的过度拟合现象。灵敏度分析表明氧载体锰含量变化对反应特性的影响较大,而比表面积的影响较小。

农业基因回路设计合成技术发展动态与策略

随着生物组学、系统生物学和合成生物学等前沿学科的高度交叉融合,推动新一代基因工程技术不断取得新突破。基因回路设计与合成是新一代基因工程的技术核心,具有颠覆性、智能性和精准性三大技术特征。加快农业生物基因回路设计与合成技术等创新,将为创制新一代农业生物新品种和促进我国农业高质量绿色发展提供重要技术支撑。简要总结了农业生物基因回路设计与合成技术国际发展动态,深入探讨了我国农业生物基因智能设计与精准表达技术的发展策略与优先领域。

新疆小麦阿拉伯木聚糖阿魏酸酰基转移酶基因TaBahd-A1等位变异检测及其分布规律

阿魏酰阿拉伯木聚糖(feruloyl arabinoxylan,FAX)含量是影响小麦加工品质的重要因素,揭示其相关基因在小麦中的遗传变异规律,可为小麦分子育种提供一定参考。本研究利用阿拉伯木聚糖阿魏酸酰基转移酶TaBahd-A1基因位点的3对功能标记AFTA2、AFTB2和AFTC8,对124份新疆小麦品种(系)进行TaBahd-A1等位变异检测,并分析等位变异分布规律。结果表明,携带与低FAX含量相关的TaBahd-A1b等位变异材料占比(57.2%)最大,其次是与高FAX含量相关的TaBahd-A1c等位变异(29.1%),与高FAX含量相关的TaBahd-A1a等位变异占比(13.7%)最小;其中,98份新疆冬小麦品种(系)中,携带TaBahd-A1a和TaBahd-A1c基因型的材料共占比38.7%,携带TaBahd-A1b基因型的材料占比61.3%;26份新疆春小麦材料中,携带TaBahd-A1a和TaBahd-A1c基因型的材料共占比57.6%,携带TaBahd-A1b基因型的材料占比38.4%。在不同类型冬小麦品种(系)中,与高FAX含量相关的等位变异类型TaBahd-A1a和TaBahd-A1c的分布频率表现为引进品种(系)>地方品种>自育品种(系);与低FAX含量相关的等位变异类型TaBahd-A1b的分布频率表现为自育品种(系)>地方品种>引进品种(系)。