假俭草(Eremochloa ophiuroides(Munro.)Hack.)种质资源改良研究进展

假俭草(Eremochloa ophiuroides (Munro.)Hack.)是主产于中国的世界著名的暖季型草坪草。全面系统地研究假俭草在遗传多样性和抗性生理等各方面的变异变化规律对于开发利用假俭草种质资源具有十分重要的意义。在综述假俭草种质资源的收集、整理和初步评价的基础上,重点介绍了近年来国内外在其遗传多样性(包括形态水平、细胞水平和分子水平)、抗性生理、育种进程和栽培管理措施等方面的研究进展。

假俭草(Eremochloa ophiuroides(Munro.) Hack)的高效组织培养再生体系的建立

本研究以假俭草(Eremochloa ophiuroides(Munro.)Hack)为材料,探讨了不同外植体、基本培养基类型、外源激素与固化剂种类对愈伤组织诱导的影响,并进行了三种不同外观状态的愈伤组织体细胞胚胎发生和内源激素含量测定及乙烯发生抑制剂对愈伤组织分化长芽的影响研究。结果表明:含低浓度2,4-D的培养基上萌发的芽尖作外植体,诱导效果最佳;2,4-D进行愈伤组织诱导的最佳浓度为3.5 mg/L;基本培养基诱导率以N6最高;Phytagel与Agarose为效果最优的固化剂。体细胞胚胎研究表明初代淡黄色松软愈伤组织,其核小或无明显细胞核,以非胚性化细胞为主;部分区域开始呈现胚性愈伤组织,核大,胞质较浓,胚性化特征明显。内源激素测定赤霉素(GA3)只存在非胚性愈伤组织(non-embryonic callus,NEC)中;生长激素(IAA)只存在胚性愈伤组织(embryonic callus,EC);细胞分裂素(ZT)含量在三类愈伤组织中都较低。分化结果表明,1~5 mg/L的CoCl2和5~30 mg/L的AgNO3能提高假俭草愈伤组织分化长芽率,生根壮苗则在1/2MS+NAA0.5 mg/L易于长根。本研究通过建立详细的假俭草高效组织培养再生体系,为其后续转基因分子育种及用CRISPR研究其基因功能打下基础。

假俭草 NRAT1 基因生物信息学和表达特性分析

为探析NRAT1基因在假俭草〔Eremochloa ophiuroides(Munro)Hack.〕耐铝分子机制中的作用,本研究基于假俭草全长转录组测序数据,采用PCR和RACE技术从假俭草耐铝基因型品系E105中克隆到1个NRAT1基因,命名为EoNRAT1,并对其进行了生物信息学分析;同时,采用qRT-PCR技术对1.0 mmol·L^(-1) Al^(3+)胁迫48 h内假俭草根、茎和叶中该基因的相对表达量进行了比较。结果显示:EoNART1基因开放阅读框(ORF)长度为1614 bp,编码538个氨基酸。EoNART1蛋白的理论相对分子质量约58430,理论等电点为pI 7.03,不稳定指数为30.98,疏水性氨基酸占比达67.2%,且包含10个跨膜区。并且,EoNART1蛋白主要定位于质膜、液泡和内质网,其二级和三级结构均以α-螺旋和无规卷曲为主。氨基酸序列比对结果显示:EoNRAT1与柳枝稷(Panicum virgatum Linn.)NRAT1的序列一致性达84.53%。系统进化分析结果显示:EoNRAT1与柳枝稷NRAT1首先聚在一起,并与硬直黑麦草(Lolium rigidum Gaud.)等10种植物的NRAT1聚为一个分支,而二穗短柄草〔Brachypodium distachyon(Linn.)P.Beauv.〕等6种植物的Nramp5聚为另一个分支。qRT-PCR分析结果显示:胁迫48 h内EoNRAT1基因在假俭草根、茎和叶中均有表达;胁迫12和24 h,该基因在根和叶中的相对表达量显著高于胁迫0 h;胁迫48 h,该基因在根中的相对表达量仍保持在较高水平,但在叶中的相对表达量降至胁迫0 h水平。研究结果显示:EoNRAT1蛋白为一种稳定的疏水性膜蛋白,可能参与假俭草对铝胁迫的应答反应。

假俭草过氧化物同工酶的遗传多样性研究

采用聚丙烯酰胺凝胶垂直平板电泳技术 ,对四川、重庆、江苏、江西、湖南和福州等地的15个假俭草种质资源叶片的过氧化物酶进行分析 .结果表明 ,过氧化物酶同工酶显示出 7个酶位点 ,其电泳形成 2个区域 ,Rf值分别为 :0 .10 ,0 .5 2 0～ 0 .76 2 ,各材料间的遗传差异较为明显 ,表现出较丰富的同工酶变异 .聚类分析表明 ,15个假俭草材料可聚为两大类 。

SRAP分子标记在假俭草杂交后代真实性鉴定中的应用

以假俭草(Eremochloa ophiuroides(Munro)Hack)两个杂交组合的4个亲本(E022、E142、E102、E092(1))及其杂交后代为材料,从400对SRAP引物组合中筛选出具有父本特征带的引物,选取其中带型稳定、清晰的引物组合进行杂种真实性鉴定。结果表明:(1)A(E102×E092(1))组合的两个亲本间具有父本特征带的引物组合共有51对,B(E142×E022)组合的两个亲本间具有父本特征带的引物组合共有87对。(2)应用6对SRAP引物(303、297、283、180、332和358)对A(E102×E092(1))组合进行杂种真实性鉴定,其中真杂种数目为89个;应用4对SRAP引物(18、199、221和288)对B(E142×E022)组合的杂交后代进行真实性鉴定,其中真杂种的数目是83个。上述鉴定的假俭草真杂种可以用于构建假俭草遗传连锁图谱及重要性状的QTL定位等研究。

中国假俭草结实性的比较分析

本文以中国有代表性的58份假俭草〔Eremochloaophiuroides(Munro)Hack.〕种源为试验材料,以假俭草品种'Common'和'TifBlair'为对照,对中国假俭草的种子产量及其组分进行了统计分析。结果表明:中国假俭草种子产量平均为15.1g/m2,花序密度平均为1510个/m2,平均结实率为54.4%,平均百粒重0.086g,单位花序小花数平均为20.2。各组分变异系数从大到小依次为:花序密度、结实率、百粒重和单位花序小花数。假俭草种子产量高低主要由花序密度决定,结实率和百粒重也对种子产量有一定的作用,而单位花序小花数对种子产量贡献很小。不同种源种子产量存在显著性差异,产自重庆渝北的E092种源种子产量极显著高于品种'Common'、'TifBlair'及其他种源;有14份种源的种子产量在24.8～39.5g/m2范围内,均高于品种'Common',但均未达到显著水平;有17份种源的种子产量高于品种'TifBlair",但也均未达到显著水平。

假俭草花序发育的形态学观察及其与物候期和积温的对应关系

采用连续取样法对假俭草品种‘渝西’(Eremochloa ophiuroides‘Yuxi’)花序发育的形态特征变化进行了观察,并对花序发育各时期对应的物候期和≥5℃积温进行了分析。结果显示:假俭草的花序发育是一个连续变化的过程,可依次划分为8个时期:生长锥初生期、生长锥伸长期、苞叶原基分化期、小穗原基分化期、小穗分化期、小花分化期、雌雄蕊形成期和开花期;其中,生长锥初生期对应返青期,生长锥伸长期对应孕穗初期,苞叶原基分化期至小花分化期4个时期对应孕穗期,雌雄蕊形成期对应抽穗期,开花期对应始花期。生长锥初生期的生长锥呈半球状突起,进入生殖生长后,生长锥伸长发育成半透明的圆柱状穗轴原基,表面连续形成并排排列的苞叶原基,随后在苞叶原基基部产生半透明球状小穗原基,进而在小穗原基基部形成碗状颖片原基;穗轴外侧的2列小穗为有柄小穗并最终退化,而中间2列小穗为无柄小穗,每个小穗发育出1个雄性花原基和1个两性花原基;而后雄蕊原基由半球状逐渐发育成四棱柱状花药,雌蕊原基由小突起逐渐发育成柱头、花柱和子房,最后花药和柱头伸出颖外,小花开放。花序中上部小穗分化最早,后依次向上、向下进行,花序基部小穗分化最晚,每个小穗分化出1朵雄性花和1朵两性花,其开花顺序是自中上部小穗上的小花向花序两端开放。生长锥初生期、生长锥伸长期、苞叶原基分化期、小穗原基分化期、小穗分化期、小花分化期、雌雄蕊形成期和开花期的假俭草生长锥平均长度分别为201、415、1065、2169、3024、8534、28148和155097μm,单个生殖枝的平均叶片数分别为4.2、4.4、4.3、4.5、4.4、4.5、4.5和4.5枚。生长锥初生期持续时间约55 d,其他时期持续时间约4或5 d,对应的≥5℃积温为1217.5℃~1888.5℃;当≥5℃积温达到1217.5℃时,假俭草进入生长锥伸长期,该时期是假俭草从营养生长转向生殖生长的转折点。根据观察结果,建议将≥5℃积温作为判断假俭草花序发育的指标之一。

中国东部假俭草种质资源多样性初步研究 Ⅱ.外部性状变异及其形态类型

对中国东部有代表性的36份假俭草[Eremochloaophiuroides(Munro)Hack.]种源的外部性状进行观测分析,结果表明:(1)中国东部地区假俭草种质资源9个外部性状均存在着明显的变异,变异系数由大到小依次是结实率(150%)>节间长度(22 1%)>草层高度(21 0%)>叶片长度(17 3%)>生殖枝高度(15 2%)>花序长度(14 1%)>单位花序小花数(12 3%)>叶片宽度(11 8%)>节间直径(11 5%)。(2)中国东部地区假俭草种质资源外部性状间有一部分存在着显著或极显著的相关性。叶片长度与节间长度、草层高度呈极显著的正相关,相关系数分别为0 6443和0 6327;叶片宽度与节间长度、节间直径呈极显著的正相关,相关系数分别为0 5432、0 4996;生殖枝高度与花序长度和单位花序小花数呈极显著的正相关,相关系数分别为0 6533、0 5320,花序长度与单位花序小花数呈极显著的正相关,相关系数为0 8906。(3)利用类平均法在欧氏距离5 6处可将36份有代表性的假俭草分为3大类型,即矮生型、高大型和普通型。(4)中国东部地区假俭草种质资源的生殖枝高度与纬度呈显著的正相关,花序长度、单位花序小花数与经度存在显著和极显著的正相关。

中国假俭草种质资源物候期的变异分析

对供试的37份假俭草种源的物候期进行了连续3年的观测分析,结果表明:①假俭草种质资源的物候期变异范围大小依次为:孕穗初期(5月28日至8月24日)＞盛花期(7月27日至9月27日)＞结实期(9月18日至10月25日)＞枯萎期(11月15日至12月3日)＞返青期(4月13日至4月30日).生育期变异范围为145～187d,而青绿期为203～228d.②假俭草种质资源的孕穗初期与盛花期、结实期、枯黄期、生育期呈极显著的正相关,盛花期与结实期和生育期呈极显著的正相关;返青期与生育期和青绿期呈极显著的负相关,而枯黄期与生育期和青绿期呈极显著的正相关,同时返青期与枯黄期之间没有显著的相关关系,说明通过系统选育,可以选育出一些青绿期相对较长的优良选系.③假俭草种源的孕穗初期、盛花期、结实期和生育期随纬度的增加而日趋提前.④在欧氏距离15.4处可将种源分为两大类,即早熟型和晚熟型,早熟型较晚熟型生育期平均短18.4d.

水分胁迫对几种假俭草的影响

测定5个假俭草(Eremochloaophiuroides)的匍匐茎和叶片在干旱胁迫期间含水量、细胞质电解外渗率及土壤含水量的变化,并分析其简单相关关系和线性回归。结果表明:叶片和匍匐茎含水量,土壤含水量均随着干旱胁迫时间的延长而降低;细胞电解质外渗率则增加,但降低和增加的幅度不尽相同,而且叶片和匍匐茎的增加或降低不同步;对照组(E102)除叶片失水速率明显低于其他种源外,并无明显优于国产假俭草种源抗旱性的特征;叶片与匍匐茎含水量、电解质外渗率与土壤含水量之间呈显著和极显著相关;叶片含水量与其电解质外渗率之间呈极显著或显著线性关系,表明假俭草水分状况与其细胞受伤害程度及其抗旱性之间联系密切。

中国东部假俭草种质资源多样性初步研究IV——同工酶分析

利用聚丙烯酰胺垂直凝胶电泳技术,对中国东部地区16份代表性假俭草种质资源两种同工酶进行了测定。结果表明,种源间过氧化物酶和酯酶同工酶酶谱在酶带数目、相对迁移率上均不尽相同,呈现出较丰富的多样性。

假俭草在矿山景观修复中的研究利用前景

通过介绍假俭草的现有分布情况、形态特征、景观应用特点,结合在嘉阳国家矿山公园的调查研究,系统阐述了假俭草具有的一系列优点和缺点,如具有一定的抗寒性、不抗旱性、较强的抗污染性和水土保持能力强等,这些特点使其成为矿区景观绿化中不可多得的优质草坪草资源。

翠绿1号假俭草种子愈伤诱导和植株再生

本研究以优良品系翠绿1号假俭草的种子为外植体,成功地建立了再生体系。基本培养基为MS,在添加了2,4-D 1.5 mg/L的培养基上最适于种子愈伤诱导,愈伤诱导率为99%,黄色颗粒愈伤诱导率为4.8%,愈伤最佳继代培养基为MS+2,4-D 1.5 mg/L;在最佳分化培养基MS+KT 2.5 mg/L上,黄色愈伤分化率为99%,芽最佳生长培养基为MS+BA2.0 mg/L+NAA0.7 mg/L;试管苗最佳生根培养基为MS+NAA0.6 mg/L,生根率达到99%;生根的试管苗移栽到装有田园土的土盆中,其存活率达到88%。

磷钾肥和多效唑对越冬期假俭草叶片中抗坏血酸的影响

采用裂裂区设计,以亚热带地区广泛应用的暖季型草坪草假俭草翠绿1号为试验材料,比较了不同磷钾肥和多效唑喷施浓度对假俭草叶片中抗坏血酸含量的影响。结果表明:在自然低温胁迫下,27个处理假俭草叶片中的抗坏血酸含量有所不同,其中以A2B2C2(即钾肥7.5g/L、磷肥8.0g/L、多效唑1.2mg/L)处理下叶片抗坏血酸含量相对较高,说明肥料和化控的较优搭配能促进抗坏血酸在假俭草中的大量积累,为延长假俭草的青绿期提供基础。

低温对假俭草叶片中渗透调节物质的影响

[目的]探讨自然低温条件下假俭草叶片中渗透调节物的变化及其与植物抗寒性的关系。[方法]以暖季型草坪草假俭草"翠绿1号"为试材,采用裂裂区设计,按钾肥、磷肥和多效唑3因素3水平组配27个处理组合对盆栽假俭草进行综合处理,比较不同处理组合对假俭草渗透调节物质的影响。[结果]在自然低温胁迫下,27个处理组合之间的假俭草叶片中渗透调节物质(可溶性糖和脯氨酸)含量的变化均达到了极显著性,在A2B2C2(即钾肥7.5 g/L、磷肥8.0 g/L、多效唑1.2 mg/L)处理下,假俭草的叶片细胞中渗透调节物质含量相对较高,可延缓植株衰老并延长草坪草的青绿期。[结论]在自然低温下,肥料和生长素的较优搭配能促进渗透调节物质在假俭草草坪草中的大量积累,为延缓假俭草冬季枯黄和提前返青提供保障。