栽培大麦×野生大麦(Hordeum brevisubulatum)的杂交研究(Ⅱ)——种间杂种的胚胎学观察

对栽培大麦×野生大麦杂交的胚胎发育情况进行了观察,结果如下:栽培大麦与野生大麦的种间杂交可交配性很差,多数子房均未受精,少数子房中观察到虽然能受精,但极不正常,受精延迟而且不完整,仅发生卵的单受精,并且发育中途停止,在众多制片中末发现有胚乳发育,也未发现胚的进一步分化和成熟。说明栽培大麦与野生大麦杂交存在合子前和合子后面的困难,讨论了这些困难产生的可能原因,并认为引起合子后困难的主要原因可能是因为不能形成胚乳,因此认为通过杂种胚的离体培养可在一定程度上克服合子后发育困难,而能获得杂种植株。

栽培大麦×野生大麦(Hordeum brenisubula)的杂交研究(Ⅰ)——通过幼胚的离体培养获得远缘杂种植株

本文对栽培大麦×野生大麦杂种胚的离体培养进行了初步研究,旨在为将野生大麦(Hordeum brenisubula)的一些优良特性转移到栽培大麦提供有效的方法和途径。1986～1987年对7个栽培大麦×野生大麦组合的杂种胚进行了离体培养试验,结果如下:对照试验(只杂交,不进行杂种胚的离体培养)的483个颖花无一结实,说明不进行离体培养杂种胚很难发育成种子。在离体培养的2206个杂种胚中共得到了91株绿苗。可以看出:由于杂交组合的不同(即母本不同),出苗率有显著差异,7个组合的平均出苗率为4.13%,变幅为1.72～12.71%,不同组合获得有效胚(可接种的胚)的成功率不同,认为选择适当的母本可以提高远缘杂交的成功率和出苗率;胚的大小不同,出苗率亦不同,大胚的平均出苗率为22.01%,变幅为2.78～43.75%,小胚的平均出苗率为1.65%,变幅为0.60～7.84%,大胚的出苗率显著高于小胚,因此认为提高大胚的比例是提高出苗率的有效途径;不同胚龄(授粉接种的天数)出苗率不同,授粉后12—19天接种的胚均出了苗,而20天以上的胚均未出苗,调查发现,胚龄为15天以上时,有效胚的百分率逐渐下降,认为接种的最佳时期为授粉后12～14天。91株绿苗经移栽成活了57株,根据形态可将57株成活株分成三种类型,即:父本(野生)类型、中间类型母本(栽培)类型。对三种类型进行了形态上的定性描述,并讨论了它们的形成机理。

小麦、野生二粒小麦、大麦CBF基因家族比较分析

CBF(C⁃repeat⁃binding factor)是植物响应低温胁迫的主要转录因子。对小麦、野生二粒小麦、大麦CBF基因家族进行了全基因组鉴定和比较分析,并采用生物信息学技术对CBF基因的结构、系统发育、染色体定位、顺式作用元件以及共线性进行了分析,然后利用转录数据分析了该基因在不同胁迫条件下以及不同组织中的表达模式。经鉴定,小麦、野生二粒小麦、大麦CBF基因分别有75、31、19个。CBF基因具有很强的保守性,编码蛋白为亲水蛋白,绝大多数具有单一外显子结构,在第5染色体上集中分布;CBF基因家族存在片段串联重复和染色体倍加现象;不同CBF基因具有不同顺式作用元件。在不同胁迫条件下CBF基因表达水平不同,不同组织中的CBF基因表达水平也不同。由此推测CBF基因结构和功能出现分化可能是植物对不同环境的自适应结果,片段串联重复和染色体倍加是CBF基因家族扩张的驱动力。

应用微卫星标记研究西藏野生大麦的遗传多样性(英文)

以西藏不同地区的106份野生大麦为材料,其中包括50份野生二棱大麦(HS),27份野生瓶形大麦(HL)和29份野生六棱大麦(HA),用Liu等(1996)发表的SSR连锁图的每个连锁群的两个臂的不同位置上选取3-5个共30个SSR标记,研究了西藏3类野生大麦的遗传多样性。结果表明,这3类野生大麦在遗传组成及等位变异频率分布上存在着明显的遗传分化。在总样本中,共检测到229个等位变异,平均每个SSR位点检测到7．6个等位变异,其中70个为这3类野生大麦间共同的等位变异,等位变异数在这3类野生大麦间有明显的差异,亚种间的遗传多样性明显高于亚种内的遗传多样性。其遗传多样性大小顺序为HS>HL>HA。聚类分析表明,野生二棱大麦、野生六棱大麦分别聚在不同的两类,而野生瓶形大麦中各有约50％的材料分别聚在这两类。根据本研究及前人研究结果,我们认为中国栽培大麦是从野生二棱大麦经理生瓶形大麦向野生六棱大麦进化的。该结果支持了栽培大麦起源的“野生二棱大麦单系起源论”的观点。

野生大麦对土壤磷吸收及其酸性磷酸酶活性的基因型差异

在土培盆栽条件下,以野生大麦磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25和磷低效基因型IS-07-07为材料,研究施磷量为0,30,60和90mg/kg土条件下其磷素吸收能力及酸性磷酸酶活性变化的差异,为探明磷高效野生大麦高效吸收利用磷素机理提供依据。结果表明,1)随施磷量的增加,不同磷效率野生大麦生物量、磷积累量均有不同程度的增加,而根冠比呈显著降低的趋势,且不同施磷处理下,野生大麦生物量、磷积累量和根冠比均表现为磷高效基因型显著高于低效基因型。2)不同施磷处理下,野生大麦根际土壤有效磷和水溶性磷含量均显著低于非根际土壤。不施磷、施磷30和60mg/kg土条件下,磷高效基因型较低效基因型根际土壤有效磷和水溶性磷亏缺程度突出。3)与非根际土壤相比,在不施磷、施磷30mg/kg土条件下,磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25根际土壤酸性磷酸酶活性的效应范围为4mm,均明显大于低效基因型IS-07-07的活性效应范围2mm。不同施磷处理下,磷高效基因型根际土壤酸性磷酸酶的活性明显高于低效基因型,且在不施磷、施磷30mg/kg土条件下差异显著,表明磷高效野生大麦具有较强的低磷土壤环境适应能力和土壤磷素活化能力。随施磷量的增加,不同磷效率野生大麦植株叶片和根系酸性磷酸酶的活性均显著降低,且高效基因型叶片和根系酸性磷酸酶的活性较低效基因型高,表明高效基因型植株体内磷素的重复再利用能力较强。低磷胁迫下,磷高效基因型较高的酸性磷酸酶活性是其磷素高效吸收利用的重要特征。

黄化大麦与野生型大麦三种同工酶的比较研究

利用聚丙烯酰胺凝胶电泳，对黄化大麦和野生型大麦三种同工酶的对比研究结果表明，黄化大麦叶片与种子中的过氧化物酶和细胞色素氧化酶的活性均高于野生型大麦；黄化大麦种子中酯酶同工酶的活性高于野生型大麦，但叶片中低于野生型大麦．

约旦野生大麦种质资源形态与产量性状分析

对引自约旦不同地区的4个野生大麦自然群体的40份材料农艺性状进行了研究。结果表明,约旦野生大麦材料群体间与群体内在株高、穗颈长、旗叶长、穗长、芒长和穗粒数等性状上均有显著差异,遗传多样性丰富;农艺性状的相关和通径分析表明,所引材料的有效分蘖和百粒质量与单株产量呈极显著正相关,对单株产量直接贡献效应较大;多元逐步回归分析得到单株产量的最佳回归方程:y=-0.058x1-0.111x2+0.429x3-0.529x4+0.439x8+3.732x10(R=0.984,P<0.0001);其中百粒质量对单株产量的偏回归系数最大。

应用微卫星标记研究西藏野生二棱大麦的遗传多样性及地理分化

用来自大麦 7个连锁群不同位置的 35个SSR标记研究了西藏不同地区的 5 0份野生二棱大麦 (H .spontaneum )的遗传多样性及地理分化。结果表明 :SSR的多态性高 ,其多态性DNA片段比例达 97.4 4% ;每个SSR位点检测到 1～ 14个等位变异 (4 .0 4个 /位点 ) ;西藏山南地区的遗传多样性和等位变异数最高 ,分别为 0 .4 933和 3.35。变异的 1.0 8%～ 37.5 4% (平均为 13.0 9% )是由于地区的差异引起 ,表现出一定程度的地理分化。最后 ,讨论了SSR引物的选择及SSR标记的可靠性和西藏野生大麦的起源问题。推测西藏山南地区可能是西藏野生二棱大麦的起源中心 ,也是西藏野生大麦和中国栽培大麦的起源中心。

野生大麦氮素吸收利用的基因型差异

采用土培盆栽,研究16份野生大麦在同一低氮处理下全生育期氮素吸收利用的基因型差异,旨在筛选出具有高效利用氮素能力的基因型,为氮素高效利用大麦育种提供种质材料。结果表明:(1)生物量、氮含量和氮素利用效率的基因型差异最大都在抽穗期(CV=33.55%,18.93%,21.88%),氮含量和氮素利用效率基因型差异拔节期最小(CV=12.99%,13.88%),而生物量基因型差异最小在分蘖期(CV=21.22%)。不同基因型野生大麦的氮含量在抽穗期最小,而氮素利用效率则在抽穗期表现为最大。(2)成熟期生物量与籽粒产量存在极显著的正相关关系(r=0.7880**),生物量变幅为4.51～12.17g/株(CV=26.31%),籽粒产量变幅为1.50～8.40g/株(CV=54.61%)。(3)聚类分析得到不同氮效率的野生大麦基因型。氮高效基因型野生大麦(IS-22-30、IS-22-25)在抽穗期的生物量、氮含量和氮利用效率与低效基因型(IS-07-7、IS-22-22和IS-22-33)差异最大,且成熟期氮高效基因型野生大麦能够形成较多生物量(11.07和12.17g/株)和籽粒产量(5.29和8.40g/株)。

磷高效野生大麦拔节期对植酸态有机磷的利用

【目的】探讨磷高效野生大麦对植酸态磷的吸收利用能力,分析植酸态磷处理对不同磷效率野生大麦生长、磷素吸收及根际土壤特征的影响,为阐明低磷胁迫下磷高效野生大麦对有机磷的利用机理提供理论依据。【方法】低磷土壤盆栽条件下,以前期筛选得到的野生大麦磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25和磷低效基因型IS-07-07为供试材料,有机磷源为植酸钠,设3个施磷水平,即不施磷(CK)、施磷(P)15 mg·kg-1土(Po15)、30 mg·kg-1土(Po30),研究拔节期有机磷处理对不同磷效率野生大麦生物量、磷素积累量、根系酸性磷酸酶和植酸酶活性、根际土壤酸性磷酸酶和植酸酶活性及有机磷各组分含量的影响。【结果】(1)随有机磷水平提高,野生大麦生物量和磷素积累量均显著增加,而根冠比呈减小趋势。各处理下,磷高效基因型生物量、磷素积累量和根冠比均大于低效基因型。且随着有机磷水平的提高,磷高效基因型生物量和磷素积累量增幅较大。(2)随有机磷水平降低,野生大麦根系酸性磷酸酶和植酸酶活性均显著增加。各处理下,磷高效基因型根系酸性磷酸酶和植酸酶活性显著高于低效基因型,分别是低效基因型的1.15—1.24倍和1.18—1.34倍。(3)野生大麦根际土壤酸性磷酸酶与植酸酶的活性明显高于非根际,且随有机磷水平提高,土壤酶活性呈显著增加的趋势。各处理下,磷高效基因型根际土壤酸性磷酸酶和植酸酶活性显著高于低效基因型,是低效基因型的1.23—1.33倍和1.15—1.30倍。(4)随有机磷水平提高,野生大麦根际、非根际土壤各有机磷组分含量显著增加。磷高效基因型根际与非根际土壤活性有机磷和中活性有机磷含量显著低于磷低效基因型,而中稳性有机磷和高稳性有机磷含量无基因型差异。由于对有机磷的耗竭,根际土壤有机磷各组分含量低于非根际。磷高效基因型根际土壤活性较强的活性有机磷和中活性有机磷出现明显亏缺,其亏缺范围为0.64—1.12 mg·kg-1和13.8—33.9 mg·kg-1。【结论】磷高效野生大麦基因型通过根系或根际微域微生物分泌更多的酸性磷酸酶和植酸酶,提高根际土壤中活性有机磷和中活性有机磷生物有效性,从而具有较强的有机磷吸收利用能力,更能适应有效态磷缺乏的土壤环境。

约旦野生二棱大麦在川西高原的物候期和农艺性状分析

为给川西高原青稞育种寻求新的种质资源,对起源于约旦不同地区16个群体的48个基因型野生二棱大麦在川西高原3449 m地方的物候期和农艺性状进行了研究。结果表明,所有群体都能正常生长且适应性很强,不同群体间的物候期和农艺性状差异明显。相关性分析表明,物候期及各农艺性状间存在显著相关性。对物候期间、农艺性状之间以及物候期与农艺性状之间相关性分析表明,各物候期间呈显著正相关,百粒重与出苗期无相关性,株高与穗长和百粒重无相关性,芒长与百粒重呈负相关,芒长与穗长呈正相关,穗长与百粒重无相关性。野生二棱大麦良好的性状和差异性特征,可以为川西高原青稞品种改良提供极其丰富的基因资源。

不同生境下以色列野生大麦群体与栽培大麦农艺性状的遗传多样性分析

将来自以色列的3个野生大麦自然群体和世界不同国家的25个栽培大麦品种,总计110份材料,分别种植在陕北干旱沙地和陕西关中地区,对10个主要农艺性状进行分析。结果表明,野生大麦群体间农艺性状表现出丰富的遗传多样性。野生大麦和栽培大麦农艺性状间存在较为显著的差异,在株高、穗粒数、百粒质量、生物产量、分蘖数上差异明显,栽培大麦百粒质量和生物量明显高于野生大麦。聚类分析表明地理来源与农艺性状的表现存在一定联系,野生大麦和栽培大麦可明显的分成2部分。方差分析表明除穗和穗粒质量没有达显著水平外,其余8个性状均达显著水平,其中分蘖数、百粒质量和生物产量的变异系数较高,表明这几个性状容易受环境影响而表现出较高的变异性。

磷高效型野生大麦根系形态和根系分泌物对低水平植酸态有机磷的响应特征

【目的】有机磷为土壤磷库的重要组成部分,研究不同磷效率作物对有机磷的利用能力的差异,有助于了解作物高效吸收磷的机理。【方法】以磷高效基因型大麦（IS-22-25、IS-22-30）和低效基因型大麦（IS-07-07）为试验材料,植酸钠为有机磷源进行水培试验。设置5个植酸钠浓度（0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mmol/L）,使用根系扫描仪分析其根长、根表面积、根体积等形态特征,并测定根系与根系分泌的酸性磷酸酶、植酸酶活性等生理特征。【结果】随有机磷浓度降低,磷高效基因型野生大麦总根长、总表面积和总体积呈增加趋势。低有机磷浓度下,磷高效基因型大麦总根长较正常有机磷浓度（0.4 mmol/L）下增加了139.7%～146.0%,直径D〈0.16mm的根长提高了156.8%～161.5%,且磷高效基因型总根长较低效基因型高8.6%～60.4%。低有机磷浓度下,磷高效基因型根系各参数均显著高于低效基因型。随着有机磷浓度降低,磷高效基因型根总表面积提高了83.5%～117.5%,较低效基因型高14.0%～46.4%;根总体积提高了80.7%～119.3%,较低效基因型高19.6%～150.0%。随着有机磷浓度升高,磷高效基因型根系及其分泌酸性磷酸酶和植酸酶活性显著降低。低有机磷浓度下,磷高效基因型根系酸性磷酸酶和植酸酶活性增加了163.3%～172.2%和98.6%～121.2%,较低效基因型高14.4%～41.2%和23.1%～37.2%;磷高效基因型根系分泌酸性磷酸酶和植酸酶活性增加了157.8%～193.4%和172.4%～183.4%,较低效基因型高20.2%～45.7%和24.7%～51.4%。【结论】在低浓度有机磷胁迫下,磷高效基因型通过良好的根系形态,有效扩大了根系对水分和养分的接触空间,为磷高效基因型的快速生长和磷素吸收提供了条件;同时,低浓度有机磷胁迫增强了根系分泌酸性磷酸酶和植酸酶,提高了介质环境中磷素的生物有效性,对有机磷的吸收利用表现出明显优势。

以色列野生二棱大麦农艺性状差异及相关性分析

为给野生大麦的遗传和基因资源的研究提供依据,对起源于以色列不同地区6个群体的16个生态型野生二棱大麦的物候性状进行了研究。结果表明,不同生态型间的物候性状差异明显。从个体水平上分析,其最大值均出现在湿生生态型中,除旗叶面积外,其最小值则出现在旱生生态型中;从群体水平上分析,除每穗粒数外,湿生型平均值皆高于旱生型平均值。曼-怀氏等级和检验显示,湿生型和旱生型之间的这些物候性状差异达到显著水平。斯皮尔曼秩相关性检验则表明,9个物候与性状间,除三叶期与粒重、穗粒重无相关性外,其余物候性状间均呈显著的相关性,其中生长期与旗叶面积、株高、穗长、芒长等呈显著正相关,与每穗粒数则呈显著负相关;芒长与旗叶面积、株高,穗长与株高存在显著正相关,而每穗粒数则与芒长和旗叶面积分别呈显著负相关,芒长与穗长亦呈显著正相关。分析表明,以色列不同地区野生大麦物候性状差异是其生境主导下生存选择的结果,其丰富的表现型多样性,可用于遗传与育种研究。

中国近缘野生大麦醇溶蛋白的遗传多态性研究

随机选取来源于中国西藏 2 4个不同行政县的 181份近缘野生大麦材料 ,其中包括 4 7份六棱野生大麦、134份二棱野生大麦。选用青藏高原的二棱野生大麦 (W2 )、欧洲的代表品种 Betzes大麦及以色列的二棱野生大麦(Is)作对照。利用 A- PAGE(Acidic- polyacrylam ide gel electrophoresis)法进行了醇溶蛋白遗传多态性的研究。结果表明 ,184份供试材料共得到 6 0种不同的电泳图谱 ,说明西藏近缘野生大麦醇溶蛋白遗传多态性非常丰富。其中有38种图谱为单一材料所独有 ,以 ZYM0 0 19和 ZYM14 88材料为代表的 2种醇溶蛋白图谱占供试材料的 2 9.3% ,在西藏分布较为普遍。聚类分析表明地理环境相似的地区有着相似的图谱类型 ,图谱类型与地理生态环境具有一定的相关性。讨论了中国近缘野生大麦醇溶蛋白的多态性与地理分布的关系 。

中国近缘野生大麦的RAPD分析与进化途径探讨

采用RAPD技术对 12份中国近缘野生大麦和栽培大麦 (HordeumvulgareL .)、1份多年生短芒大麦草 (H .brevisubulatum (Trin .)Link)进行了分析。 6 3个随机引物中有 36个能产生 2 85个稳定的扩增产物 ,其中 2 19个产物具多态性。将每个扩增产物看作一个独立的性状 ,按其有无列出二元数据矩阵 ,计算单匹配系数 (M) ,Nei氏相似性系数 (S)。PHYLIP 3.5c软件包聚类分析的结果表明中国栽培大麦与近缘野生大麦聚为一类 ;近缘野生大麦中 ,野生二棱大麦 (H .vulgareL .ssp .spontaneum (Koch)Hs櫣)与短芒六棱野大麦 (H .vulgareL .ssp .agriocrithon (Aberg)Hs櫣)各聚为一亚类。认为中国近缘野生大麦属于栽培大麦种内的不同亚种 ;推测中国栽培大麦可能是由野生二棱大麦起始 ,经过了退化型野生二棱大麦、六棱瓶形野大麦 (H .vulgareL .ssp .agriocrithonvar.lagunculiformeBakhtHs櫣)等中间类型 ,进化到野生六棱大麦 ,最终进化到栽培大麦的。

栽培与野生大麦籽粒性状比较及群体遗传多样性分析

为了解大麦群体遗传多样性,指导大麦育种亲本组配,对137份栽培与野生大麦籽粒性状差异进行比较,结合皮裸、棱型特征,估算各品种间遗传相似系数(GS),对群体进行聚类分析。结果表明,栽培大麦粒长(8.16 cm)显著短于野生大麦粒长(13.19 cm),但其粒宽与粒厚(3.33 cm与2.62 cm)相对于野生大麦(2.92 cm与1.69 cm)显著增加,粒重在两者间差异不显著。大麦籽粒性状变异可能与品种选育中增加穗粒数及改良品质目标有关。群体遗传多样性分析表明,遗传相似系数(GS)变幅为0~0.5,平均值为0.34,在0.334水平上将参试材料聚为4类。第Ⅰ类为六棱皮大麦(35份),主要为饲用,来源地为我国中东部地区;第Ⅱ类为六棱裸大麦(47份),主要为食用,来自青藏高原一带;第Ⅲ类是二棱皮大麦(51份),包括啤用大麦(来自我国)与野生大麦(来自以色列);第Ⅳ类是二棱裸大麦(4份),其中1份来自湖北,其他3份来源地不明确。聚类结果与棱型、皮裸特征分类一致,与来源地无明显相关性,但在一定程度上表现与大麦用途相关。大麦群体遗传多样性丰富,在育种实践中利用野生大麦资源时,建议将其与遗传距离相对较近的栽培二棱皮大麦进行组配,有利于优良基因位点纯合,提高育种效率。

野生大麦与栽培大麦醇溶蛋白遗传多样性比较

利用A-PAGE(acid-polyacrylamide gel electrophoresis)法对采自以色列的野生大麦的一个野生自然群体的15个系和来自世界不同国家的14份栽培大麦品种醇溶蛋白的遗传多样性进行了分析。结果表明:在所有的29份供试材料中,共发现52条相对迁移率不同的谱带,52条谱带的出现频率为3.44%～93.1%,多样性指数为0.066～0.368;以中国春醇溶蛋白为标准,ω区大麦醇溶蛋白的谱带数最多,其次是β区;野生大麦Shannon多样性指数依次为β区>ω区>α区>γ区,而栽培大麦Shannon多样性指数依次为ω区>β区>γ区>α区;野生大麦自然群体和栽培大麦品种间的遗传相似系数变幅相当,且聚类分析结果显示,野生大麦自然群体和来自全球不同区域栽培大麦品种间的醇溶蛋白遗传多样性同样丰富。以上结果说明,野生大麦中保存了较栽培大麦更为丰富的基因资源,今后栽培大麦的品质改良应该重视野生大麦资源的合理利用。

西藏近缘野生大麦RAPD和ISSR分子标记的遗传多样性

采用随机扩增多态性分析(RAPD)和简单序列重复区间分析(ISSR)分子标记对110份青藏高原近缘野生大麦材料进行了遗传多样性分析.分别选取30条RAPD引物和10条ISSR引物进行PCR分析.结果表明30条RAPD引物共扩增出195条带,其中多态性位点比率为93.33%;10条ISSR引物共扩增出93条带,其中多态性位点比率为98.92%;研究证明ISSR标记能检测出比RAPD标记更多的遗传多态性.利用POPGNEN32软件对RAPD和ISSR结果进行遗传一致性系数分析,表明各居群的遗传相似性较高.利用算术平均的非加权成对分组法(UPGMA法)对RAPD标记和ISSR标记结果构建西藏近缘野生大麦聚类树状图,可将7个供试大麦居群聚为2组:一组包含所有来自西藏的居群,在ISSR树状图中阿里地区除外;而青海地区的聚为另外一组.结果表明,西藏地区近缘野生大麦具有较高的遗传多样性,为进一步证明西藏是大麦的起源中心之一的理论积累了有益的资料.

基于AFLP标记的中国西藏近缘野生大麦遗传多样性分析

选取7对引物组合,构建了36份西藏近缘野生大麦和4份栽培大麦的AFLP指纹图谱,共获得清晰可辨的条带227条,其中多态性带194条,占85.46%,从DNA分子水平显示出所试材料遗传多样性较为丰富。计算得各样品间的遗传距离(欧氏距离)介于2.646～10.488之间,应用离差平方和法对供试材料的AFLP数据结果进行聚类,建立了40份大麦材料的AFLP树状图,聚类结果将40份材料分为5类,进一步揭示出供试材料间遗传背景的相似性和复杂性。结合Nei’s遗传一致性分析结果,发现近缘六棱野生大麦较之近缘二棱野生与栽培大麦的亲缘关系更近,支持栽培大麦是从野生二棱大麦起源,而野生六棱大麦是进化过程中的过渡类型的大麦系统发生观点。