两个割手密(Saccharum spontaneum L.)无性系对UV-B辐射响应的形态和生理差异

采用田间试验方法,研究了连续两年大田条件下,增强UV-B辐射(UV-B,280￣310nm,5.0kJ·m-2)对两个割手密(Saccharum spontaneum L.)无性系(Ⅰ91-48和Ⅱ91-81)形态和生理的影响,以及两个割手密无性系对UV-B辐射响应的种内差异。结果表明,两年中,在增强UV-B辐射下,Ⅰ91-485个生育时期的株高(除2004年成熟后期外)和分蘖数,以及分蘖期和伸长初期的茎径显著增加,而Ⅱ91-81株高在伸长初期和伸长后期,分蘖数在伸长初期、伸长后期、成熟初期和成熟后期(除2004年伸长后期外),以及茎径在分蘖期、伸长初期和伸长后期显著降低。两年的成熟后期,UV-B辐射导致Ⅰ91-48生物量、叶面积指数和节间长显著增加,Ⅱ91-81生物量、叶面积指数和节间长显著降低,而两个无性系节数无显著变化。两年中,UV-B辐射显著降低两个割手密无性系伸长后期和成熟初期叶展开角度。在UV-B辐射下,两年的5个生育时期中,Ⅰ91-48的类黄酮含量显著增加,丙二醛含量无显著变化,而Ⅱ91-81的类黄酮含量显著降低(除2003成熟后期外),丙二醛含量显著增加。总体上,UV-B辐射导致Ⅰ91-48叶绿素a、叶绿素b和叶绿素(a+b)含量在两年的分蘖期、伸长初期和伸长后期显著增加,而Ⅱ91-81叶绿素a、叶绿素b和叶绿素(a+b)含量在两年的分蘖期、伸长初期、伸长后期和成熟初期显著降低。割手密无性系Ⅰ91-48和Ⅱ91-81对UV-B辐射的响应具有种内差异。

30份割手密种质资源苗期抗旱性综合评价

【目的】依据生理生化指标综合评价不同基因型割手密种质资源的苗期抗旱性,为甘蔗抗旱性育种的亲本选育提供参考。【方法】以30份割手密野生种质为试验材料进行盆栽试验,测定割手密苗期干旱胁迫处理前后的6项生理生化指标,采用主成分分析、模糊隶属函数分析和聚类分析对割手密的抗旱性进行综合评价。【结果】与正常供水相比,干旱胁迫下各割手密种质材料的过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性增强,丙二醛(MDA)、可溶性糖(SS)、脯氨酸(Pro)含量增加,但各指标的变化程度因材料不同而存在一定差异。相关性分析结果表明,在干旱胁迫下,不同割手密种质材料叶片的过氧化氢酶活性和脯氨酸含量之间呈显著正相关(P<0.05),超氧化物歧化酶活性和脯氨酸之间呈极显著正相关(P<0.01);过氧化物酶活性和超氧化物歧化酶活性之间呈显著负相关;过氧化氢酶活性与丙二醛含量之间也呈显著负相关,其他指标之间无显著相关性(P>0.05)。主成分分析表明,SOD活性、POD活性、CAT活性和Pro含量、SS含量、MDA含量可作为割手密抗旱性评价的重要指标。通过模糊隶属函数分析和聚类分析可将30份割手密种质材料划分为4类,其中高度抗旱材料1份(90⁃53),中高度抗旱材料2份,中度抗旱材料14份,低度抗旱材料13份。【结论】CAT活性、SOD活性、POD活性、MDA含量、SS含量、Pro含量可作为割手密苗期的抗旱性评价指标。30份参试割手密种质中,90⁃53的抗旱性最强,2015⁃22、88⁃301次之,2015⁃104的抗旱性最弱。

连续两年UV-B辐射增强对割手密叶绿素含量的影响

研究了大田栽培和自然光条件下，连续两年模拟紫外辐射（UV-B，280～315nm）增加对92-11和93-25两个割手密无性系叶绿素含量的影响。结果表明，割手密92-11在UV-B辐射的影响下，叶绿素含量降低，而割手密93-25抗性很强，在增加了5kJ/m^2 UV-B辐射下，其叶绿素含量增加。割手密叶绿素含量对UV-B辐射的响应具有种内差异。割手密92-11对紫外辐射的抗性在2004年比2003年强，而割手密93-25则相反。生育期中开花期受UV-B辐射影响最大，然后是分蘖期，伸长期抗性较强。

割手密初级核心种质取样策略研究

以国家甘蔗种质资源圃中596份割手密为研究对象,根据21个质量性状和6个数量性状,从分组原则、组内取样比例、组内取样方法3个层次探讨构建割手密初级核心种质的最佳取样策略,共形成50种取样策略;同时设10个总体取样量梯度,确定最佳的总体取样量。分组原则以采集地、海拔、茎径、纬度、生态区域、总体聚类进行分组及不分组的大随机;组内取样比例按组内个体数量的简单比例、平方根比例、对数比例和多样性比例确定;组内取样方法采用聚类和随机2种方法;10个总体取样量梯度为5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%和50%,应用变异系数、遗传多样性指数、表型保留比例、表型频率方差、表型方差等5个参数的主成分综合得分来检验各取样策略的优劣。结果表明,聚类取样优于随机取样;采集地分组和茎径分组都优于其他分组,组内取样比例以多样性比例最好;根据取样策略及总体取样量的分析结果最终确认,按15%总体取样量、以茎径分组、按多样性比例在组内聚类取样为构建割手密初级核心种质的最佳策略组合。在此初级核心种质的基础上,加入取样极易丢失表型性状的材料共计92份,组成最终初级核心种质,占总资源的15.44%。建立的初级核心种质库的遗传多样性、变异系数、表型频率方差、表型方差均明显优于总资源库,表型保留比例达100%,能较好代表总资源库。

连续3年UV-B辐射对10个割手密无性系株高、茎径的影响

研究了大田栽培和自然光条件下，连续3年模拟紫外辐射（UV—B，280～315nm）增加对10个割手密无性系伸长期株高和茎径的影响。结果表明：（1）割手密耐性无性系株高和茎径对UV—B辐射响应具有明显的差异；敏感无性系的株高和茎径显著或极显著的下降。（2）无性系株高和茎径对UV—B辐射的响应具有明显的年际、生育期之间的差异，在伸长初期和中期最敏感。（3）割手密无性系90—15的耐性最强，无性系Ⅱ91—93最敏感。

甘蔗属野生种割手密的育种利用进展与探讨

优异种质资源的开发利用是作物育种取得突破的关键。甘蔗(Saccharum spp.)是世界上主要糖料作物,但长期以来遗传改良进展缓慢,制约了甘蔗品种选育取得进一步的突破。甘蔗野生种割手密(Saccharum spontaneum L.)是甘蔗属中利用最成功的野生种,如何进一步开发利用其育种潜力无疑是破解这一现状的积极选择。本文简要概述了割手密在遗传多样性及创新利用方式等方面的研究现状,重点分析了割手密创新利用中存在的不足,并探讨了进一步开发利用割手密育种潜力的新思路。

低温胁迫对割手密和斑茅游离脯氨酸含量的影响(Ⅱ)

研究了来自不同原生地甘蔗近缘野生种割手密、斑茅无性系叶片中游离脯氨酸(Fpro)的含量及其与低温的关系。结果表明,冬季割手密和斑茅叶片中Fpro的含量与其原生地的海拔、纬度之间呈极显著的正相关关系,冬季的Fpro含量平均值分别是夏季的11.4和7.7倍,导致Fpro积累的真正原因是低温;在持续低温胁迫条件下,割手密、斑茅叶片中Fpro含量呈波动式增长,在作变温处理时Fpro的消长是可逆的。叶片中Fpro含量与其抗寒性关系十分密切的特点,表明它可以作为甘蔗近缘野生种抗寒力鉴定的指标。

连续3年UV-B辐射对33个割手密无性系成熟期锤度的影响

在大田栽培和自然光条件下,研究了连续3年模拟紫外辐射(UV-B,280～315nm)增加对33个割手密无性系成熟期锤度的影响。结果表明:(1)UV-B辐射对割手密无性系锤度具有明显的影响;(2)33个割手密无性系锤度对UV-B辐射响应具有明显的差异,在2003年、2004年和2005年,锤度响应范围分别为-27.86%～69.90%、-28.88%～34.58%和-18.90%～26.21%;(3)割手密无性系锤度对UV-B辐射响应具有明显的年际间差异,从选择的10个无性系来看,从2003年、2004年到2005年,6个无性系锤度变化率增加,4个无性系锤度变化率下降。

野外连续两年增强UV-B辐射对8个割手密无性系叶片MDA含量的影响

研究了大田栽培和自然光条件下，连续两年模拟UV—B辐射（280～315nm，5．00kJ／m^2）增强对8个割手密无性系叶片丙二醛（MDA）含量的影响。UV—B辐射对割手密叶片MDA含量有显著的影响，8个割手密无性系叶片MDA含量对增强UV—B辐射存在种内差异。5个无性系叶片MDA含量有明显增加的趋势，分别为Ⅰ91—97，Ⅰ91—38，Ⅱ91—116，93—25，90—22；1个无性系MDA含量变化不明显（Ⅱ91—93），2个无性系MDA含量有降低的趋势，分别为Ⅱ91-98，92～11。UV—B辐射对割手密叶片MDA含量的影响具有年际间差异。UV—B辐射对割手密叶片MDA含量的影响存在生育期之间的差异，为伸长期〉成熟期〉分蘖期。

我国甘蔗属割手密种质资源收集与研究概况

对我国割手密的调查和收集、遗传多样性、种质鉴定评价、种质创新和基因开发利用等多个前沿方向的研究概况进行了系统性综述,同时展望了割手密在甘蔗育种中的应用前景。

台湾的野生蔗及其在甘蔗杂交育种上的应用

综述了台湾野生蔗的采集情况、在各种环境下的分布特点、存在类型、主要农艺性状及其在甘蔗育种上的应用成效。

割手密细胞遗传学研究进展

割手密(Saccharum spontaneum L.)作为甘蔗属中基因类型最为丰富、最具价值的野生资源,是甘蔗品种选育中抗逆性和宿根性的重要来源。割手密血缘的引入曾选育出了包括‘POJ’系列、‘Co’系列、‘新台糖’系列等一大批优秀的甘蔗品种和亲本材料,为甘蔗产业的发展提供了重要支撑。然而,长期的栽培种间杂交育种导致了亲本间遗传基础的同质化,甘蔗新品种选育难以获得突破性进展,而同时面临的另一个问题却是甘蔗野生割手密资源利用率的不足。本文介绍了割手密在甘蔗育种中的应用现状,并从染色体数目、核型分析、染色体行为等方面对割手密的细胞遗传学研究进行了综述,展望了细胞遗传学研究结果在割手密资源利用及甘蔗育种中的应用前景。

5种气候生态型割手密F_1和F_2杂种的耐旱性评价

【目的】干旱是甘蔗生产中重要的逆境因子,严重影响甘蔗产量和品质。甘蔗野生资源割手密具有抗逆性强、宿根性强、适应性广等特点,研究其后代耐旱性,筛选耐旱种质,为培育新型抗旱亲本、实现甘蔗新品种突破提供理论依据。【方法】选取5种生态类型割手密与云瑞系列创新亲本、国外种以及国内种的杂交F_1、F_2代材料共36份,采用温室人工控水胁迫的方法,于甘蔗拔节初期设置正常供水(作对照)、轻度胁迫和重度胁迫3个处理。分别测定3个处理条件下甘蔗叶片质膜透性(plasma membrane permeability,PMP)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)、叶绿素(chlorophyll,CHL)、可溶性蛋白(soluble protein,Pr)、脯氨酸(proline,Pro)含量和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)酶活性7个生理生化指标,利用模糊隶属函数法、聚类分析和灰色关联度分析,综合评价割手密后代在不同程度水分胁迫下的耐旱性表现。【结果】水分胁迫下甘蔗叶片的PMP、MDA含量、Pro含量、SOD和POD酶活性升高,CHL含量和Pr含量降低,变化幅度因甘蔗基因型及水分胁迫程度差异而不同;隶属函数分析结果表明,不同程度水分胁迫下,割手密后代的耐旱能力不同,F_1代耐旱性较强,综合抗旱能力超过双亲的个体比例为82%,远高于F_2代;聚类分析表明,所有材料在轻度水分胁迫下可分为4大类群,其中,Ⅰ和Ⅱ类耐旱性最好,Ⅳ类次之,Ⅲ类耐旱性最差且全为F_2代材料,F_1代均分布于耐旱性较好的Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ类群。重度胁迫下可分为3大类群,Ⅰ、Ⅲ类耐旱性较强,Ⅱ类耐旱性最差,F_1代(除云割F_108-473外)均分布在耐旱性较强的Ⅰ、Ⅲ类群;灰色关联度分析表明,不同程度水分胁迫下,各指标与耐旱性间的关联度不同。轻度胁迫下,关联度依次为POD>SOD>PMP>MDA>Pr>CHL>Pro;重度胁迫下关联度依次为SOD>Pr>CHL>POD>PMP>MDA>Pro。【结论】36份割手密F_1和F_2杂种材料中,云割F_108-536、云割F_211-179、云割F_211-8、云割F_108-474、云割F_108-398、云割F_108-254、云割F_211-261、云割F_211-151、云割F_108-538、云割F_108-391、云割F_211-188、云割F_211-37、云割F_107-150、云割F_211-258和云割F_211-90耐旱性较强,为强耐旱种质,可在甘蔗抗旱亲本培育及抗旱育种中加以重点利用;割手密耐旱特性在不同世代中的遗传表现不同,F_1代耐旱性强于F_2代;割手密后代耐旱性强弱与其父本割手密的气候生态类型、地理位置及海拔无明显相关性;PMP、MDA含量、CHL含量、SOD和POD酶活性5个生理生化指标与甘蔗耐旱性关联度较高,是耐旱性评价的优良指标。

割手密野生资源抗逆性研究进展

割手密作为现代甘蔗遗传杂交育种史上最为成功的野生亲本,对多种不良环境都具有很强的抗逆性,被公认为是抗逆基因的主要来源。但目前真正被有效利用的割手密抗逆亲本和抗逆基因非常有限,我国自育和引进甘蔗主栽品种的抗逆性仍然比较单一且普遍偏弱,因此加强割手密优良抗逆亲本筛选和抗逆基因挖掘利用研究意义重大。本文综述了不同基因型割手密在非生物逆境(干旱、低温等理化因素)和生物逆境(病虫害侵染)下的抗逆性鉴定及其抗逆基因克隆和功能验证等国内外相关研究进展;并探讨了当前割手密资源抗逆材料筛选和抗逆基因挖掘利用中存在的问题和今后的研究方向,希望为高效利用割手密优异抗逆基因资源开展甘蔗多抗逆性聚合育种提供参考。

26份割手密种质材料的抗旱性差异评价

以26份割手密为试验材料,在正常供水和干旱胁迫处理下,测定伸长初期的13项形态指标、生理指标及光合参数,利用相关分析、聚类分析和模糊隶属函数分析法对其抗旱性差异进行综合评价。结果表明:干旱胁迫后,不同材料之间的抗旱指标存在明显差异,其抗旱性不同。相关分析表明,不同基因型割手密的染色体数与抗旱性呈极显著负相关,叶面积与抗旱性呈显著负相关。模糊隶属函数和聚类分析可将26份不同基因型割手密分为3类,其中高抗旱类型1份(2013-13),中抗旱类型14份,不抗旱类型11份,为割手密抗旱材料筛选及甘蔗抗旱基因发掘奠定基础。

具有固氮和耐酸特性甘蔗属野生割手密的筛选与鉴定

【目的】开展甘蔗属野生割手密种质资源农艺性状和固氮能力评价鉴定,筛选兼具固氮和耐酸特性的特异种质,为我国甘蔗属野生割手密种质资源创新和品种选育提供参考依据。【方法】以33份甘蔗属野生割手密种质为试验材料,采用相关分析、聚类分析和基因组克隆等方法,测定其株高、总茎数、锤度、干物率和固氮酶活性,克隆其内生固氮菌nifH基因,分析其固氮酶活性及酸胁迫下的根重和根系活力等指标,筛选出综合性状优良的固氮割手密材料,最终鉴定出兼具固氮和耐酸特性的割手密种质。【结果】参试割手密种质遗传多样性丰富,株高、总茎数、锤度、干物率和固氮酶活性的平均变异系数分别为31.73%、37.22%、40.69%、6.77%和59.22%,其中固氮酶活性的变异最大,说明这些割手密种质中存在固氮能力变异丰富的类型。相关分析结果表明,干物率与锤度、固氮酶活性与总茎数呈显著正相关(P<0.05,下同),干物率与总茎数呈显著负相关。聚类分析结果表明,在欧式距离8.51处可将33份割手密种质划分为4个类群,聚类结果与种质本身特性具有一定的一致性,其中,第4类群中的6份割手密种质为多茎的高固氮组合,第3类群的4份割手密种质均具有植株矮小和干物率低的特点;根据地域来源对33份割手密种质不能明显聚类,但具有较多相同性状特征的种质能聚在一起,说明割手密种质的表型和固氮能力在长期演化和自然选择过程中发生了显著变化。在种质GSM177和GSM03体内克隆到大量具有固氮基因nifH的固氮菌,进一步证实GSM177和GSM03是固氮型割手密种质。耐酸筛选试验结果表明,种质GSM177和GSM03对酸性土壤的耐受程度存在明显差异,其中,种质GSM177较能耐受酸性土壤环境,GSM03是典型的酸敏感型割手密种质。【结论】GSM177是兼具固氮和耐酸特性且综合性状优良的甘蔗属野生割手密种质资源,可在固氮和耐酸甘蔗品种选育中利用。

应用降落PCR和正交设计优化甘蔗“割手密”SSR-PCR反应体系

甘蔗野生种割手密抗逆性强,在甘蔗抗逆育种中具有较好的应用前景;割手密SSR分子标记技术体系的建立及优化可为割手密指纹图谱绘制、种质鉴定、遗传多样性及亲缘关系分析提供技术支持。本研究以21份割手密材料用改良CTAB法提取DNA,采用降落PCR和正交试验设计对扩增反应体系主要成分的浓度(DNA模板,引物,Mg2+,d NTPs,Taq聚合酶)进行了优化。结果表明建立的割手密Touchdown SSR-PCR分子标记技术体系操作简便,扩增条带清晰且多态性丰富,有较强的稳定性和可重复性,可为割手密资源的相关研究提供技术支持。

割手密2个DREB2基因的克隆与比较分析

干旱应答元件结合蛋白(dehydration responsive element binding protein,DREB),在植物应对干旱、盐碱和低温胁迫的反应中起非常重要的调控作用。利用已知的甘蔗栽培种DREB2转录因子序列,设计引物,按照同源克隆的方法,获得了2个割手密DREB2基因组DNA序列,分别命名为Ss DREB2-a和Ss DREB2-f(Gen Bank登录号分别为:KU963272和KU963277)。序列分析结果表明,Ss DREB2-a基因序列全长为1 578 bp,Ss DREB2-f基因序列全长为1 729 bp,2个基因均包含1个内含子和2个外显子。Ss DREB2-a和Ss DREB2-f基因的c DNA序列全长分别为824 bp和971 bp,均编码262个氨基酸。序列比对分析显示,2个基因的序列相似性为96.6%,编码的蛋白相似性为98.9%,存在3个氨基酸变异位点。系统进化分析结果显示,割手密DREB2转录因子与高粱、牛鞭草、斑茅、玉米等植物的DREB2转录因子的同源关系最近。基因的获得为下一步了解DREB2基因表达与割手密抵御非生物胁迫能力之间的关系奠定了基础。

基于ISSR标记的割手密种质资源遗传多样性分析

割手密(Saccharum spontaneum L.)是甘蔗栽培品种的原始亲本之一,当前仍是甘蔗遗传改良的重要种质资源,为了对割手密的遗传多样性进行鉴定,本研究运用ISSR分子标记的方法,测定了24份割手密的遗传多样性,结果表明:14个ISSR引物共扩增出227条带,其中多态性条带为224条,多态性百分率为98.67%;24份材料的Nei指数(h)介于0.27~0.94,遗传相似系数集中在0.3~0.5之间;基于UPGMA聚类分析,在遗传距离0.70处,可以将24个材料分成4个类群;说明割手密有着相对丰富的遗传多样性,能够广泛用于甘蔗的遗传育种改良。