割手密SnRK2基因家族全基因组鉴定及干旱胁迫表达分析

【目的】探究割手密SnRK2基因家族成员在干旱胁迫中的调控机制,为抗旱性甘蔗品种的选育提供侯选基因。【方法】以全基因组数据为基础从割手密中鉴定SnRK2基因,并对其进行生物信息学分析和干旱胁迫下的表达分析。【结果】在割手密基因组中共鉴定出11个SnRK2基因家族成员,命名为SsSnRK2.1-SsSnRK2.11,且这些基因不均匀地分布于8条染色体上。SnRK2蛋白的氨基酸残基数为227~580,分子质量为25683.53~64695.8 kD,等电点为4.62~8.94,且均为亲水性蛋白。系统发育树可将其分为3个亚组,且同亚组中的保守基序基本相似,外显子数量以7~9个为主。SsSnRK2基因家族成员的启动子中含有多种激素类和逆境胁迫响应类的作用元件。割手密SsSnRK2基因家族成员的表达具有组织特异性。所有的SsSnRK2基因均能不同程度地响应干旱胁迫。【结论】割手密SnRK2基因家族在响应干旱胁迫过程中发挥重要作用,可为割手密的抗逆性研究提供一定的理论依据。

移栽期对甘肃中部党参生长发育及产量的影响

探究移栽期对黄土高原半干旱区党参生长发育和产量的影响,以期为区域党参高产栽培提供理论依据。于2020年在甘肃省定西市进行党参分期移栽试验,设置3个移栽期,以传统移栽期为对照(CK,4月1日移栽),设置较传统移栽期推迟5 d(T_(1),4月6日移栽)和10 d(T_(2),4月11日移栽)处理,并对不同移栽期党参生长发育、生物量积累特征和产量进行分析。结果表明,不同处理分枝期出现时间差异最大,T_(2)较CK、T_(1)分别推迟5、2 d,移栽期推迟,生长期缩短,参根进入快速生长的时间提前,起始生长势(C0)增大,T_(2)较CK、T_(1)分别提高24.72%和6.65%;生长渐增期持续时间随移栽期的推迟而缩短,快增期持续时间差别不大;T_(1)处理参根平均生长速率(Va)较CK、T_(2)分别提高3.73%、2.45%,快增期干物质积累量和生长速率均最高;地上生物量最大生长速率(MGR)表现为T_(2)>T_(1)>CK,T_(2)较CK、T_(1)分别提高17.29%、10.46%,C0和Va均最大,T_(2)处理C0较CK、T_(1)分别提高7.74%、10.32%,Va增幅分别为19.67%、12.30%;移栽期推迟,地上部不同生长期生长持续时间缩短,干物质积累量和积累速率增大,产量增加,CK、T_(1)、T_(2)处理产量分别为257.67、306.68、524.90 g/m^(2),T_(2)较CK、T_(1)分别增加104%、72%。研究结果可为黄土高原半干旱区党参优质栽培,提高气候资源利用率提供参考。

利用高密度遗传图谱定位水稻耐低氧萌发QTL

【目的】耐低氧萌发能力是水稻直播适应性的核心性状之一。采用直播型温带粳稻品种Francis和多穗型优质恢复系R998衍生的重组自交系群体开展水稻耐低氧萌发QTL定位研究,旨在为直播稻品种培育提供新的有价值的基因资源,促进直播稻新品种培育和直播稻生产方式的推广。【方法】以28℃淹水10 cm暗培养7 d的水稻胚芽鞘长、芽长和最大根长作为耐低氧萌发能力指标,通过低倍基因组重测序构建含有3106个bin标记的高密度遗传图谱,采用WinQTL Cart 2.5进行QTL扫描。【结果】低氧萌发条件下,Francis的胚芽鞘长度和根长显著高于R998,但是两者芽长差异不显著。构建的遗传图谱总图距为3646.2 cM,其中12号染色体标记数最少,1号染色体标记数最多,分别为174个和389个。遗传图谱的标记平均图距为1.21 cM,各染色体的平均图距范围为0.68~1.84 cM,5 cM以上的Gap比例为0.36%。采用复合区间作图法(CIM),共检测到分布于5条染色体上的6个耐低氧萌发相关QTL。其中,控制胚芽鞘长度、芽长和根长的QTL个数分别为3、1、2个。表型贡献率超过10%的2个QTL是胚芽鞘长度位点qCL9和芽长位点qSL5,二者分别解释群体表型变异的13.39%和10.78%。qCL9与根长QTL qRL2-1的增效等位基因均来自亲本Francis,其余4个QTL的增效等位基因来自亲本R998。6个QTL中有3个暂未见报道,可能是新的QTL。【结论】Francis和R998低氧萌发特性存在显著差异,双亲中均含有耐低氧萌发的增效等位基因。qCL9和qSL5是分别影响胚芽鞘长和芽长的主效QTL,在直播稻分子育种中具有潜在应用价值。

玉米CPK基因家族鉴定及干旱胁迫下表达分析

干旱严重影响玉米的产量和品质。钙依赖性蛋白激酶(Calcium-dependent protein kinase,CPK)是一种Ca^(2+)结合蛋白,在植物非生物胁迫应答方面发挥重要作用。本研究对玉米37个ZmCPKs的染色体定位、系统进化、基因结构、保守结构域和理化性质进行了分析。其中,36个ZmCPK基因不均匀的分布在9条染色体上;通过系统进化分析将其分为4个亚组,同一亚组成员具有相似的基因结构和保守结构域;ZmCPKs启动子分析表明,ZmCPKs启动子区含有大量的逆境响应元件,包括MBS、DRE和ABRE等;qTeller数据库和转录组数据分析表明,ZmCPKs基因家族成员在营养生长和生殖生长期均有表达,其中,26个基因在干旱胁迫下表达量发生变化。综合启动子元件及转录组数据,共筛选出9个基因作为干旱响应候选基因。进一步qRT-PCR验证显示,这9个基因均受PEG诱导表达。本研究可为玉米耐旱性的遗传改良提供优异的基因资源。

中蔗系列品种(系)苗期抗旱性综合评价及抗旱指标筛选

干旱严重影响甘蔗的产量和品质,是制约甘蔗产业发展的主要环境胁迫之一。中蔗系列品种具备较好的综合农艺性状和育种应用潜力,但其抗旱性及具体生理响应尚缺乏系统分析。研究以中蔗系列品种(系)中蔗1号(ZZ1)、中蔗2号(ZZ2)、中蔗5号(ZZ5)、中蔗6号(ZZ6)、中蔗9号(ZZ9)、中蔗13号(ZZ13)为对象,以新台糖22(ROC22)为参照材料,对幼苗进行土壤自然干旱处理后,系统分析了生长、根系活力、叶片相对含水量、抗氧化酶活性和氧化产物、渗透调节物质、光合参数和叶绿素荧光参数等24项指标的抗旱系数;采用主成分分析法、加权隶属函数分析和聚类分析法联合分析,结果显示:ZZ9、ZZ5抗旱能力最强,ZZ6与ZZ13次之,ZZ2、ZZ1与ROC22抗旱能力相似。关联分析表明,根系活力、生长情况、叶片相对含水量、光合参数和叶绿素荧光参数等指标与甘蔗苗期抗旱性密切相关,可以作为甘蔗苗期抗旱评价的优选指标。

水稻萌芽期抗旱指标筛选与抗旱性综合评价

【目的】探索干旱胁迫对水稻萌芽期生长的影响,筛选水稻萌芽期抗旱性指标.【方法】以粳型、籼型常规稻及空间诱变稳定后代株系等共62个水稻品种(系)为试验材料,利用聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫,研究了干旱处理对水稻萌发期芽鞘长、最长根长、芽干质量、根冠比等8个形态和生理指标的变化.利用隶属函数分析方法对所有材料进行综合抗旱能力评价.【结果和结论】干旱胁迫严重影响了水稻的萌发,对根长的抑制最明显;根干物质积累比芽干物质积累受干旱胁迫的抑制更明显.芽鞘长和最长根长与水稻萌芽期综合抗旱能力极显著相关,且2个指标间无相关性,适合用作水稻萌发期抗旱鉴定指标.根据水稻萌发期抗旱性和综合抗旱能力评价,从62个水稻品种(系)中筛选出14个高抗旱品种(系),用于后续抗旱研究.

发展节水小麦 缓解北方水资源短缺——以河北省冬小麦为例

分析了我国北方水资源短缺的现状,以河北省为例,阐述了目前我国北方节水的关键。认为节水的关键在农业,而农业节水的重点在小麦。提出在发展工程节水的同时,注重发展生物节水和农艺节水,以水分利用效率高的小麦品种为先导,与配套的节水栽培技术相结合,实现小麦生产的节水,这对缓解北方水资源短缺现状具有重要意义。以河北省石家庄市农业科学院育成的"石麦15"和"石家庄8号"节水栽培实践论述了培育节水品种的可行性以及推广节水品种在农业节水中的巨大潜力。

作物水分利用效率的遗传改良研究进展

从植物不同种属和品种的水分利用效率差异、水分利用效率的进化、水分利用效率的遗传及基因定位和分子标记、水分利用效率的转基因和基因克隆、水分利用效率的育种改良及生物节水研究发展趋势等方面介绍了国内外的研究进展,说明水分利用效率遗传育种改良研究日益受到重视,并将在生物节水、节水农业方面发挥重要作用。

披碱草与老芒麦苗期抗旱性综合评价

盆栽模拟土壤干旱条件,对采自我国不同生境的披碱草(Elymus dahuricus Turcz.)与老芒麦(Elymus sibiri-cus L.)10份野生种质材料苗期形态学和生理生化指标进行研究,旨在了解干旱胁迫下苗期抗旱特征及其抗旱能力,为披碱草属种质材料抗旱新品种选育、种质资源的开发利用提供理论依据。结果表明,随干旱胁迫日数增加,植株高度、叶面积、相对含水量和叶绿素都明显下降,而电导率、脯氨酸、SOD和POD都明显上升。经抗旱隶属度分析,10份材料抗旱性可分为3类:第一类为相对抗旱,包括SXD1、XJD2、NMD3、NMD4、GSD5、GSS1和JLS2共7份材料;第二类为中等抗旱,包括NMD6和SXS3共两份材料;第三类NMS4为相对易感。经相关分析筛选出对抗旱性影响显著的指标为:相对含水量、叶面积、相对电导率和叶绿素含量。

黄腐酸对雾培马铃薯幼苗抗旱性的影响

试验以马铃薯(Solanum tuberosum)幼苗为研究对象,采用雾培装置进行不同黄腐酸用量和干旱胁迫处理(分别为CK,不加黄腐酸和PEG;10%PEG;0.01%FA+10%PEG;0.03%FA+10%PEG;0.05%FA+10%PEG和0.10%FA+10%PEG),分析其对马铃薯生长发育及抗性生理的影响。结果表明,在干旱胁迫下,雾培马铃薯幼苗的成活率、叶绿素含量、膜稳定指数、根系活力、匍匐茎数、结薯率和产量呈下降趋势,而丙二醛(MDA)、过氧化氢(H2O2)、脯氨酸、可溶性糖含量和过氧化氢酶(CAT)活性及超氧阴离子(O.2)产生速率呈上升趋势,过氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性先增加后下降,说明雾培马铃薯幼苗在干旱胁迫下生长发育受到显著抑制,正在遭受逆境胁迫。经黄腐酸处理后,幼苗的成活率、匍匐茎数、结薯率和产量则得到了提高,而叶绿素含量、膜稳定指数和根系活力仍呈下降趋势,但较单一干旱胁迫的下降趋势缓慢,而MDA含量、SOD和POD活性及产生速率呈先升高后下降的趋势,脯氨酸、可溶性糖、H2O2含量及CAT活性呈上升趋势,其中H2O2含量上升趋势较单一干旱胁迫缓慢,说明黄腐酸处理后使干旱胁迫下雾培马铃薯幼苗的生长发育得到了促进,减轻了干旱胁迫对幼苗造成的伤害,提高了植株的整体抗旱性,而这种抗性与黄腐酸浓度呈明显相关性,0.05%FA对植株的的保护效应最显著,而0.10%FA则协同PEG加剧了对幼苗的伤害作用。

主要作物新品种抗旱性鉴定指标的研究与应用

针对我国北方干旱缺水,水资源日趋匮乏的特点,研究了农作物高产品种抗旱性鉴定方法、评价指标,编制了我国第一个有关农作物品种抗旱性鉴定的地方标准,完善了农作物品种的育种程序。河北省在全国率先开展了小麦和玉米等农作物新品种在参加区域试验的同时进行抗旱性鉴定试验。抗旱指数成为我国小麦和旱稻等作物的抗旱性鉴定指标和标准。

高产高抗优质胡麻新品种陇亚10号选育研究

依据亲本来源、选育过程以及省区试和国家区试等试验结果,对陇亚10号遗传背景、育种目标和育种方法以及产量、品质、抗病性和适应性进行综合评价。结果表明,陇亚10号选育采用的丰富遗传基础、早代选择抗病性、较高世代选择农艺性状和品质的选育方法有效。陇亚10号丰产性突出,省区试和国家区试结果,陇亚10号折合单产分别为1 921.8 kg/hm2和2 077.95 kg/hm2,较统一对照陇亚8号增产4.62%和10.57%,居参试材料第一位。含油率40.89%,亚麻酸含量54.03%,品质优良;枯萎病发病率在3%以下,高抗枯萎病。稳产性好,综合农艺性状优良,适宜我国胡麻主产区种植。

作物抗旱指数的概念和统计方法

田间测定农作物抗旱性所使用的胁迫敏感指数(1-Yd/Yp)/(1-∑Yd/∑Yp)是所谓抗旱系数Yd/Yp的变型,二者相关系数r=-1.因此,前者并没有改进后者的缺陷.作者以30个冬小麦为材料,经过两年试验,提出了作物抗旱指数的概念,其表达式:品种旱地产量×抗旱系数/供试品种旱地平均产量,使抗旱生理指标的抗旱系数与农艺指标品种旱地产量得到较好的结合,更适合育种工作者应用.

PEG胁迫对六倍体小黑麦幼苗SOD,POD活性及MDA含量的影响

为了解水分胁迫对小黑麦叶片保护酶活性及膜脂过氧化作用的影响,以10个抗旱性不同的六倍体小黑麦为材料,用20%PEG-6000模拟干旱胁迫,研究了不同抗旱性小黑麦品种SOD,POD活性及MDA含量对水分胁迫的反应。结果表明,各品种SOD,POD活性及MDA含量均显著高于对照,但是不同品种增加幅度明显不同。其中,SOD活性胁迫系数依次为Prego>Fidelio>Prado>Szd154>Presto>Tornado>Lamberto>Moreno>Pronto>Tewo,最大是品种Prego为7.48;POD活性胁迫系数依次为Fidelio>Tornado>Presto>Prego>Szd154>Prado>Pronto>Lamberto>Moreno>Tewo,最大是Fidelio为3.19;而MDA含量胁迫系数依次为Tewo>Lamberto>Moreno>Pronto>Szd154>Fidelio>Prado>Presto>Tornado>Prego,最大是Tewo为4.71,推断在所有品种中,Prego的抗旱性最强,而Tewo抗旱性则较弱。

玉米品种开花期抗旱性鉴定指标筛选

为了筛选有效的抗旱性指标,评价玉米品种的抗旱性,以已筛选出的抗旱性有差异的12个玉米品种为材料,采用抗旱池栽试验,设干旱胁迫和正常灌水2个处理,考察了与产量相关的形态和生理生化等33个性状,运用灰色关联分析和主成分分析方法,以抗旱隶属度、产量抗旱系数和抗旱指数为评价参数,结合模糊函数法,对各玉米品种的抗旱性进行综合评价。综合灰色关联和主成分分析结果表明,反映干旱条件下与抗旱性密切相关的有净光合速率(Pn)、实际量子产量(φPSII)、叶绿素含量(Chl)、叶面积、干物质等5个指标,并结合抗旱隶属度进行综合评价,评价结果与经典的抗旱指数法评价结果一致。表明用筛选出的5个指标对玉米开花期抗旱性评价是可行的,提出的综合分析法是一种玉米抗旱性鉴定较为有效的科学方法。

水稻幼穗分化期的抗旱性研究与综合评价

利用56个不同来源的水稻品系,在温室抗旱筛选平台通过孕穗期干旱胁迫,测定光合作用、蒸腾速率、抗活性氧等8个生理指标,结合隶属函数分析方法对所有材料进行综合抗旱能力评价,并调查了待测品系在干旱处理与对照条件下主要产量相关的农艺性状。干旱处理后的气孔阻抗值和冠层温度显著高于正常处理,表明水稻幼穗分化期干旱胁迫处理主要影响水稻的光合和蒸腾作用。利用主成分分析和隶属函数分析方法对水稻品系抗旱性进行了综合评价,最终筛选出3个幼穗分化期高抗水稻品系。同时,对产量相关农艺性状的分析结果表明,产量性状中的结实率与综合抗旱能力D值显著相关,可作为衡量水稻幼穗分化期抗旱性的产量性状指标。

GH-DREB基因转化小麦及转基因植株后代的抗旱生理指标鉴定

用基因枪法将来自于棉花的DREB转录因子基因和诱导型启动子Rd29A构建的植物表达载体pRdGH转入小麦品种鲁麦22号,获得转基因小麦植株。T0、T1、T2、T3代分子生物学鉴定证实:GH-DREB基因可以稳定遗传。孕穗期到开花期T3代叶片可溶性糖、蒸腾速率、净光合速率测定结果表明:正常条件下,转基因后代与受体鲁麦22的各生理指标无明显差异,而水分胁迫下,转基因后代的净光合速率随着干旱处理时间的延长而逐渐下降,蒸腾速率随着干旱处理时间的延长而逐渐上升,但是,下降与上升幅度比对照低,其中,在胁迫第3天、第6天都与对照差异极显著,叶片的可溶性糖含量与对照相比差异不显著。说明GH-DREB基因在干旱条件下可通过减少蒸腾速率、维持光合作用。

干旱对苜蓿叶片可溶性蛋白的影响

利用SDS-PAGE电泳分析法探讨干旱对供试苜蓿品种叶片可溶性蛋白的变化及其与干旱强度的关系。结果表明:可溶性蛋白的变化与干旱强度有直接关系,随着干旱胁迫强度的增加某些可溶性蛋白的变化表现为先增强后减弱;干旱胁迫诱导蛋白量的变化各异,抗旱性强的品种能诱导基因更强的表达以适应干旱胁迫,而抗旱性较弱的品种可能减弱或丧失其自我调节能力,产生的干旱诱导蛋白量比前者少;在干旱15 d时,抗旱性强的品种均被诱导产生新的蛋白带,只有两个抗旱性弱的品种出现该谱带;供试苜蓿品种的抗旱性存在明显的遗传多样性,其中抗旱性强的品种是苜蓿抗旱性选育的重要种质资源。

19份高燕麦草种质材料苗期抗旱性评价

将从11个国家收集到的19份高燕麦草(Arrhenatherum elatius(L.)J.et C.Pressl)种质材料,置于温室采用苗期模拟干旱胁迫-复水法进行抗旱性评价试验。于停水当天(CK)、持续干旱胁迫7、14、21、28、354、2 d和复水后7 d分别取样测定叶片的相对含水量(RWC)、相对电导率(REC)、脯氨酸含量(Pro)、丙二醛含量(MDA)、可溶性糖含量(SSC)、超氧化物歧化酶(SOD)、存活率(SR)、根冠比(RSR)8个抗旱指标,综合评价其抗旱性。结果显示,以持续干旱胁迫到42 d时上述8个指标测定值的离差平方和—平方欧式距离法综合聚类分析结果为依据,可将19份种质材料划分为三个抗旱等级。其中抗旱性较强的包括ZXY2005P-1021、ZXY2005P-619、ZXY2005P-853、ZXY2005P-1160、ZXY2005P-1319、ZXY2005P-901;抗旱性中等的包括ZXY2005P-706、ZXY2005P-1086、ZXY2005P-1473、ZXY2005P-1296、ZXY2005P-1182、ZXY2005P-1036、ZXY2005P-877、ZXY2005P-837;抗旱性较弱的包括ZXY2005P-1514、ZXY2005P-969、ZXY2005P-1375、ZXY2005P-1362、ZXY2005P-1426。同时,随着干旱胁迫时间的延续,叶片RWC呈下降趋势,REC、Pro、SSC则显著上升,SOD、MDA虽有波动但整体呈上升趋势。复水7 d后,叶片RWC、Pro均可恢复到胁迫前的水平,而REC、SSC、MDA、SOD值虽有不同程度降低但均未恢复到胁迫前的水平。

62份陆地棉种质资源苗期抗旱性综合评价及耐旱种质筛选

研究不同棉花品种(系)苗期对干旱引发渗透胁迫的适应性反应,通过多指标鉴定和综合评价苗期棉花供试品种(系)抗(耐)旱性,分析耐旱材料和干旱敏感材料苗期的植株和根系形态变化,为进一步提高棉花抗(耐)旱育种早代选择提供依据。采用15%PEG 6000营养钵砂培法对62份陆地棉种子进行苗期抗(耐)旱性鉴定筛选,分别测定在胁迫条件下以及对照条件下的棉花苗期植株形态、根部形态、以及生物量等18个抗(耐)旱相关指标,利用因子分析、隶属函数分析和聚类分析等方法对苗期的18项相关指标进行抗(耐)旱性综合评价。结果表明,这18个指标在15%PEG 6000(-0.4 MPa)胁迫条件下,除根冠比和根全长外其他指标均比对照显著降低,说明棉花苗期生长受PEG 6000的抑制,且根系受抑制程度低于地上部植株。通过对这18个指标的处理相对值进行因子分析,抗(耐)旱指标简化可得到6个主因子,包含根部投影面积、根像素面积、根表面积、根部体积等16个指标,其贡献率分别为35.01%、16.53%、12.46%、8.99%、6.60%、6.31%。利用这16个指标对62份陆地棉新材料进行隶属函数分析和相关性分析,并以平均隶属函数值代表抗(耐)旱性强弱,平均隶属函数值越大,抗(耐)旱性越强,结合品种聚类分析结果选出相对抗旱品系7个、相对耐旱品系4个、敏感品系6个;45份材料介于耐旱与敏感之间的过渡类型。