胡麻脂氧合酶基因LuLOX1的克隆与表达分析

胡麻的籽粒富含多不饱和脂肪酸-亚麻酸,易被脂氧合酶(LOX)氧化,导致油脂的酸败。因此,油脂的稳定性和风味是影响胡麻油质量的重要因素。脂氧合酶是一类非血红素双加氧酶,其催化不饱和脂肪酸如亚油酸和亚麻酸的氢过氧化反应。本研究旨在阐明在胡麻种子发育时期脂氧合酶基因(LuLOX1)的表达、酶活性与品质的关系。本试验利用基于亚麻全基因组DNA测序数据,对LuLOX1基因进行克隆,利用RT-PCR方法进行LuLOX1基因表达分析,采用分光光度计法进行LOX酶活性测定。结果显示,LuLOX1基因的cDNA全长为2 607 bp,编码868个氨基酸,LuLOX1蛋白分子质量和等电点分别为98.87 kD、6.36。LuLOX1在种子发育早期高表达,之后呈下降的趋势,成熟期几乎检测不到该基因的表达。LuLOX1的酶活性变化与LuLOX1基因表达模式一致。该研究结果表明,LuLOX1可能参与了种子发育过程中脂肪酸氧化的调控。本研究为进一步研究其功能,通过脂氧合酶调控改进胡麻油脂品质奠定了基础。

施磷量对胡麻干物质积累及磷素利用效率的影响

通过田间试验,研究了不同施磷量对胡麻干物质积累分配规律及磷素利用效率的影响。结果表明,不同施磷量均有效地促进了胡麻植株地上部干物质的积累。营养生长期,以促进茎杆和叶片干物质积累为主。进入生殖生长期后,以促进蒴果及籽粒干物质积累为主。不同施磷量条件下胡麻干物质积累量、磷素积累量与出苗后天数的关系均符合Logistic方程。中磷水平(99.36kg·hm-2)下胡麻收获指数最大、磷肥施用效果最优、转化为经济产量的能力最强,可提高胡麻籽粒产量50%以上。

胡麻覆膜种植模式对产量、水分利用和经济效益的影响

为评价不同地膜覆盖技术的适应性和节水增产效果,于2014-2015年,在我国典型的干旱、半干旱雨养农业区设置露地穴播（CK1）、全膜覆土穴播（T1）、旧膜重复利用穴播（T2）、膜侧条播（T3）、露地条播（CK2）5种栽培模式对比试验,研究了不同种植模式对胡麻生育期、经济性状、产量、水分利用效率和经济效益的影响。结果表明：覆膜种植模式促进胡麻出苗提前并缩短其生育期0-7d,干旱年份（2015年）较正常年份（2014年）覆膜促熟效应减弱。T1和T2处理两年的产量均显著高于对照和T3处理。T1和T2处理不同年份下水分利用效率显著高于其他处理。经济效益分析表明,T1和T2处理在两年的收益率中稳居第一和第二位,增收效果显著。因此认为全膜覆土穴播和旧膜重复利用穴播是干旱半干旱地区胡麻适宜的种植模式。

不同施氮水平对胡麻根系形态和氮素利用的影响

以陇亚杂1号为研究对象,设置4个施氮量(纯N)水平:不施氮(N0,0kg·hm-2)、低氮(N1,78.75kg·hm-2)、中氮(N2,105kg·hm-2)、高氮(N3,131.25kg·hm-2),采用土柱栽培法研究了氮肥运筹对胡麻根系形态和氮素利用率的影响。结果表明:施氮抑制了胡麻枞形期根系的生长,现蕾期后根长、根系直径、根表面积和根体积均随着施氮量增加而增加,当超过一定施氮量(N2)时又呈下降趋势。中氮处理增加了胡麻生育后期根系在40cm以下土层的分布,随着施氮量的增加,根系分布呈现高氮(N3)浅根化趋势。胡麻的根冠比随着生育进程的推进逐渐降低,但中氮处理显著提高了生育后期的根冠比。胡麻成熟期各器官氮素积累量和分配比例表现为:籽粒>茎>根>叶>非籽粒生殖器官,籽粒在氮素的分配上占有绝对优势,而且在中氮水平(N2)时籽粒中氮素分配比例最高,显著高于其他处理。与不施氮相比,施氮处理下籽粒产量增加,中氮水平下的氮素籽粒生产效率最高。综合籽粒产量和氮素利用结果表明,在本试验条件下,施氮量105kg·hm-2为有利于实现胡麻高产和高效的最优氮肥运筹模式。

不同供磷水平对胡麻磷素养分转运分配及其磷肥效率的影响

以“坝选3号”胡麻为材料,研究了不施磷、低磷、中磷和高磷4个不同施磷（P2O5）水平（0,35,70和105kg/hm2）对胡麻植株中磷素累积、转运、分配和磷肥利用效率的影响.结果表明,低磷、中磷和高磷水平时,胡麻各器官不同生育阶段磷素养分吸收和累积量的基本趋势一致,但其变化量与施磷量有极大关系.胡麻地上茎、叶、非籽粒和籽粒中,磷素的日增量增幅因器官而异;胡麻只有叶片中有磷素转移,中磷处理比低磷和高磷处理磷转移量增加54.93％～73.83％和8.19％～10.00％（P＜0.05）,籽粒中20.46％～35.93％的磷素是靠叶片转运而来.胡麻植株磷素累积主要在生殖生长阶段,占整个生育期总累积量的79.02％～92.17％.施磷（P2O5）量为70 kg/hm2时磷肥表观利用率和农学效率最高,分别为20.22％～20.53％和7.30～7.44 kg/kg.胡麻产量随施磷量增加而增加,增幅最高达28.96％～31.46％.结合产量与磷肥表观利用率和农学效率,本实验区同等肥力土壤条件下,以施磷（P2O5）量为70 kg/hm2（中磷）为宜.

氮肥对胡麻茎秆木质素合成酶活性及其抗倒性的影响

为探讨氮肥调节胡麻抗倒伏性的机制,以试验区域种植面积较大的中抗杂交种陇亚杂1号为材料,于2012、2013两年通过不同施氮水平(0、112.5和225kg/hm2)试验,研究了氮肥对油用亚麻(胡麻)茎秆木质素含量、木质素合成相关酶活性、茎秆抗折力、倒伏指数及实际倒伏率的影响。结果表明,随着施氮量的增加,胡麻茎秆中木质素含量、木质素相关合成酶活性及茎秆抗折力呈现先增后降的态势。分析表明,木质素含量与PAL、TAL、CAD、4CL、POD酶活性及茎秆抗折力呈正相关,与倒伏指数和实际倒伏率呈负相关。适宜的施氮量增加了茎秆木质素含量、提高了相关合成酶活性,增强了茎秆抗倒伏能力。在本试验区同等肥力土壤条件下,以施纯氮量112.5kg/hm2为宜。

亚麻农艺性状与产量形成关系的多重分析

本研究通过对来自38个国家和地区的535份亚麻种质的农艺性状进行相关分析、通径分析及多元线性回归分析,结合亚麻的生长特点,确定构成亚麻种子产量和纤维产量的主要决定因子.结果表明：亚麻的主要农艺性状变异系数达3.90％～64.58％,平均变异系数为26.66％,平均遗传多样性指数为1.85.亚麻的种子产量与分枝数、分枝习性、单株茎重、蒴果数、茎粗、干茎制成率、分茎数、全生育日数、千粒重正相关,与工艺长度、出麻率及开花日数呈负相关,种子产量的主要决定因子依次为分枝数、开花日数、分枝习性.亚麻的纤维产量与出麻率、株高、工艺长度、干茎制成率呈正相关,与抗倒性、全生育日数、蒴果数、分枝数成负相关,纤维产量的主要决定因子依次为出麻率、株高、干茎制成率.研究表明本研究选用的种质资源具有丰富的形态多样性和遗传多样性,可为亚麻品种选育提供丰富的亲本材料.

中国新育油用亚麻品种(系)木酚素含量研究

【目的】研究中国新育油用亚麻品种(系)木酚素含量与基因型和地点的关系。【方法】用高效液相色谱(HPLC)测定11个油用亚麻品种(系)2005、2006年在4个代表性试点的木酚素含量。【结果】11个亚麻品种(系)88点次木酚素含量变幅为6.487～13.127mg·g-1,以97047平均含量最高,伊04的最低;4个地点中以河北坝上点最高,新疆伊犁点最低。方差分析表明,基因型、地点以及基因型×地点互作效应对木酚素含量的影响均达到1%显著水平。不同品种(系)木酚素含量的稳定性存在明显差异,以97047和伊04的稳定性好。【结论】基因型是影响木酚素含量的首要因子,品种选育是提高木酚素含量的首选措施。不同品种有不同的适种地区,参试品种(系)中97047为木酚素含量高且适应性广泛的品种(系)。

亚麻快速生长期细胞壁形成相关基因的表达分析

【目的】亚麻在快速生长期其韧皮纤维细胞发育在SP(the snap point)点上下端分别经历细胞伸长和次生细胞壁加厚2个不重叠时期。研究亚麻快速生长期不同组织、不同时期、不同器官中与细胞壁形成相关的β-半乳糖苷酶(Lu BGALs)、纤维素合酶(Lu CESAs)等家族基因的表达谱,探讨快速生长期亚麻韧皮纤维细胞细胞壁的发育模式,为改善亚麻纤维产量提供理论依据。【方法】以生长45 d的亚麻根、茎韧皮纤维、叶为材料,用透射电镜观察并测量茎韧皮纤维细胞细胞壁结构和厚度,采用实时荧光定量(q RT-PCR)方法,研究亚麻快速生长期Lu BGALs和Lu CESAs等细胞壁形成相关的基因在亚麻韧皮纤维不同阶段的表达特点。【结果】在SP点上部TOP端纤维细胞细胞壁薄,约110 nm;紧邻SP点茎中部的MID区(约500 nm)和茎下部的BOT区(约650 nm),细胞壁厚度明显增厚,细胞壁质地均一,没有明显的分层现象,说明SP点中部和下部韧皮纤维细胞细胞壁已经开始加厚但还未进入次生壁加厚阶段,与TOP明显不同。亚麻Lu BGAL1在TOP区的表达显著低于MID区和BOT区,表明其主要参与纤维细胞细胞壁加厚过程。而Lu BGAL3、Lu BGAL6、Lu BGAL9在TOP区表达最高,MID区次之,表明此类基因主要参与亚麻韧皮细胞伸长和细胞壁重建过程。Lu BGAL5在幼嫩的TOP区表达量高,在亚麻茎较为成熟的MID区较低,说明Lu BGAL5在细胞壁形成过程中起作用。其他BGALs基因的表达量均较低。在亚麻茎幼嫩的TOP区纤维细胞中,亚麻纤维素合酶基因Lu CESA1、Lu CESA3、Lu CESA7、Lu CESA8、Lu CESA9和Lu CESA10都检测出较高的表达量,且明显高于其在MID区和BOT区的表达。其中Lu CESA3和Lu CESA10在MID区的表达显著低于BOT区,其他几个CESAs基因在MID和BOT的表达并无明显差异。结合这些基因在亚麻快速生长期不同器官中的表达模式,结果说明,亚麻中6个CESA(Lu CESA1、Lu CESA3、Lu CESA7、Lu CESA8、Lu CESA9和Lu CESA10)主要促进亚麻韧皮纤维细胞的伸长。Lu Su Sy在幼茎韧皮纤维细胞中表达量高,表明亚麻茎伸长和加粗需要大量能量。Lu XTH4在亚麻细胞壁发育过程中发挥作用。【结论】快速生长期亚麻茎韧皮纤维细胞细胞壁没有次生加厚过程;Lu BGAL3、Lu BGAL5、Lu BGAL6、Lu BGAL9、Lu CESA1、Lu CESA3、Lu CESA9和Lu CESA10在亚麻细胞壁细胞伸长过程中起作用;Lu BGAL1主要促进亚麻细胞壁加厚过程;Lu Su Sy和Lu XTH4在亚麻细胞壁发育中发挥作用。

亚麻品种资源对枯萎病的抗性评价

利用亚麻枯萎病病圃,对508份国内外亚麻品种资源进行了抗枯萎病的鉴定和评价,按照参试品种较统一感病对照发病率的降低率,把抗枯萎病程度划分为高抗(HR)、中抗(MR)、低抗(LR)、低感(LS)、中感(MS)和高感(HS)共6个级别。各个级别的品种资源数分别为45、38、64、92、112和157;分别占试验资源总数的8.9%、7.5%、12.5%、18.1%、22.1%和30.9%。高、中抗资源共计16.4%。筛选出的高抗和中抗枯萎病资源中有41份属于首次报道,其中包括13份国外引进品种、7份国内地方品种和21份国内育成品种,一些重点抗源已成功地应用于亚麻抗枯萎病育种实践。

施氮对胡麻/大豆间作体系作物间作优势及种间关系的影响

农业生产中氮是最大的土壤养分资源,影响间作体系的生产力优势,然而,氮对作为北方旱作农业的新型间作模式的胡麻/大豆间作体系的影响机理并不清楚。本研究通过田间试验,探讨了不同施氮水平(0,75,150kg/hm2)对胡麻/大豆间作体系的间作优势特征、种间关系和间作产量的影响。结果表明,胡麻/大豆间作体系表现出明显的种间优势,胡麻/大豆间作的生物量和产量的土地当量比(LER)值均大于1,且随施氮量的增加呈先增大后减小的趋势,在N1(75kg/hm2)下均达到最大,分别为1.25和1.30。胡麻的种间竞争能力在N0(0kg/hm2)和N1(75kg/hm2)下强于大豆(Ao>0,CRo>1),在N2(150kg/hm2)下弱于大豆(Ao<0,CRo<1)。胡麻/大豆间作体系的籽粒产量和生物学产量在N1下均达到最大,分别为2440.5kg/hm2和7594.3kg/hm2。说明胡麻/大豆间作体系在N1(75kg/hm2)下最利于胡麻大豆协调增产。

灌溉量和灌溉时期对胡麻需水特性和产量的影响

为了探讨不同灌水条件下胡麻的需水规律,在2012年和2013年田间试验条件下,以陇亚杂1号为材料,研究了不同灌水处理对胡麻耗水特性、籽粒产量及其水分利用效率的影响。试验设置5个处理:不灌水(CK)、分茎水80 mm(T1)、分茎水60 mm+盛花水40 mm(T2)、分茎水80 mm+盛花水40mm(T3)、分茎水60 mm+现蕾水40 mm+盛花水40 mm(T4)。结果表明:随着灌水量的增加,总耗水量逐渐增加,土壤贮水量和降雨量占总耗水量的比例降低。土壤贮水量占总耗水量比例的变异系数显著大于降水量占总耗水量比例的变异系数,表明土壤贮水利用率的可调控幅度较大。适量灌溉的T2处理,土壤贮水量占总耗水量的比例较灌水量多的T4处理显著增加了59.37%(2012年)、52.85%(2013年),表明T2处理明显增加了胡麻对土壤贮水的吸收利用。胡麻的阶段耗水量和耗水模系数表现为盛花至成熟>现蕾至盛花>分茎至现蕾,2012年的生长季阶段耗水量明显大于2013年。籽粒产量随着灌水量的增加先升高后降低,其中T2处理的籽粒产量和水分利用效率显著高于其他处理,与CK处理相比,分别显著增加了45.90%、20.50%(2012年),40.72%、11.71%(2013年)。结果表明,T2处理为本试验条件下高产节水的最佳灌水处理。本试验为胡麻合理灌溉和增产节水提供理论依据。

国外引进亚麻种质资源遗传多样性分析

【目的】分析国外引进亚麻种质资源遗传多样性,为栽培亚麻育种亲本选择和种质创新提供依据。【方法】以144份亚麻种质为材料,利用24个农艺性状对种质资源进行遗传多样性分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析。【结果】144份材料13个质量性状和11个数量性状的遗传多样性指数变幅在0.37~1.20和1.97~2.09,平均为0.83和2.03,表现为较高的遗传多样性。引进亚麻种质资源数量性状变异系数在6.22%~40.74%,其中蒴果数、千粒重、工艺长度的变异系数均较高,这些产量相关性状在亚麻育种中有较大的选择空间。各农艺性状相关性分析中,“高度因子”与“分枝因子”、“种子大小因子”呈显著负相关,株高与蒴果数未呈显著相关性,兼用亚麻株高、工艺长度、分枝数、蒴果数均较高从而对株高和蒴果数相关性造成干扰。9个主成分(PC1-PC9)解释约73.57%的表型变异,前2个主成分约占32.31%。PC1代表“油用亚麻特征性状因子”,PC2代表“纤用亚麻特征性状因子”。利用24个农艺性状将144份亚麻材料聚为纤用和油用两个群体。【结论】国外引进亚麻种质资源具有较高的遗传多样性,形态学标记最先将纤用亚麻和油用亚麻区分开,亚麻驯化过程中产量相关性状受到主要选择。

旱地油用亚麻氮磷钾平衡施肥指标体系研究

为构建旱地油用亚麻平衡施肥指标体系,采用农业部推荐的"3414"实验法,在河北省张家口市、山西省大同市和甘肃省白银市、平凉市及内蒙古自治区鄂尔多斯市、乌兰察布市等4省6市同步进行了大田试验。依据实验结果,拟合了氮、磷、钾三元平衡施肥模型,确定了实现油用亚麻籽粒最高产量、最佳产量目标下氮、磷、钾肥最高施用量、最佳施用量及其配比。结果表明,6实验区配合施用氮、磷、钾肥均可提高油用亚麻籽粒产量,白银、鄂尔多斯、乌兰察布3实验区施用氮肥产量增幅最大,张家口、大同、平凉3个试验区施用钾肥产量增幅最大。所拟合的三元平衡施肥模型均达显著相关水平,可运用于油用亚麻生产实践。在张家口、鄂尔多斯、乌兰察布、大同、平凉和定西6实验区,推行氮、磷、钾三元平衡施肥最大施用量及其配比,油用亚麻籽粒最高产量比基础产量(不施肥)分别增加40.53%、25.46%、71.15%、30.68%、16.21%和34.71%。推行氮、磷、钾三元平衡施肥最佳施用量及其配比,油用亚麻籽粒最佳产量比基础产量分别增加37.73%、23.47%、62.23%、26.07%、8.77%和24.68%。

通径分析在油纤兼用亚麻产量分析中的应用

首先对18个胡麻(Linum usitatissimum Linn.)品系的5个产量构成性状及产量进行相关分析,指出单株粒数和分枝长与产量之间的相关性达显著水平,并且各性状之间还存在着相互作用、相互制约和相互促进的关系。因此对吉林省胡麻产量及其构成性状的关系须采用通径分析方法进行分析,以估算每一个性状对产量的直接作用,以及一个性状通过另一个性状对产量的间接作用。通径分析结果表明,在吉林省提高胡麻产量,可主要通过提高单株粒数和增加分枝数来实现;返青将致使胡麻减产。

^(60)Co-γ辐射对胡麻耐盐性及生物活性物质含量的影响

为探究^(60)Co-γ辐射对胡麻耐盐性和盐胁迫下生物活性物质的影响,以胡麻品种陇亚8号为材料,对种子进行不同剂量(0、200、600、1000、1500、3000、6000、9000、12000、15000 Gy)^(60)Co-γ辐射,测定100 mmol/L NaCl胁迫下胡麻的发芽指标、幼苗生长指标、幼苗叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)、可溶性蛋白(SP)、可溶性糖(SS)、脯氨酸(Pro)含量以及总黄酮、总多酚等生物活性物质含量,并采用DPPH自由基清除能力法和铁离子还原/抗氧化能力法(FRAP)评价其抗氧化活性。结果表明:低剂量^(60)Co-γ辐射可促进NaCl胁迫下胡麻种子萌发和幼苗生长,提升叶片SOD、POD、CAT活性,抑制MDA含量的增加,提高SP、SS、Pro含量和总黄酮、总多酚含量,提高抗氧化活性;高剂量^(60)Co-γ辐射则加剧了胡麻的盐害。综合来看,1000 Gy^(60)Co-γ辐射是缓解胡麻盐害的最佳剂量,600 Gy是提高胡麻幼苗生物活性物质和抗氧化活性的最佳剂量。

不同地区亚麻萌发期耐盐碱性遗传多样性分析

以国内外185份亚麻种质为材料,在复合盐碱胁迫下研究发芽率和芽长,利用隶属函数法进行耐盐碱性综合评价.结果表明:复合盐碱溶液对芽长的抑制高于发芽率,获得10份高耐盐碱种质,19份高敏种质.油用亚麻耐盐碱性极显著强于纤用亚麻,且种子大小和千粒重与亚麻盐碱耐性无相关性.结合田间试验综合分析种质盐碱耐性与农艺性状,高耐盐碱品种Mures可作为优良品种推广种植,其余9份材料可作为耐盐碱亲本资源,为亚麻耐盐碱机制研究、耐盐碱育种以及盐碱地栽培提供理论依据.

坝上地区亚麻出苗及成苗的土壤水分响应指标研究

以亚麻(Linum usitatissimum L.)"坝亚5号"品种为试验材料,采用人工控制试验方法,研究不同土壤水分梯度对亚麻出苗及成苗的影响。结果表明,土壤含水量(指质量含水量,下同)低于8%时,亚麻不出苗;随土壤水分含量增加,出苗率逐渐提高;土壤含水量达11%时,亚麻出苗率达最大值;之后随土壤水分增加,出苗率保持平稳且有所下降。苗期单株干物质量总体呈先升后降的趋势。土壤水分对亚麻出苗影响很大,因此应选择土壤含水量在11%左右时进行播种以保证安全成苗。

亚麻新品种中亚麻5号的选育

为选育高产优质适应性广的亚麻新品种,解决我国大部分地区(包括吉林)亚麻纤维产量低、易倒伏等问题,2003年以俄罗斯引进的抗倒伏、高纤品种为母本,以法国引进的高产品种Diane为父本杂交,组合号200325。经过多代混合选择与系谱选择选育出新品系0325-30-8-1,经过鉴定后参加吉林省2012~2015年区域试验和生产试验(区域试验编号为华星010),该品系平均原茎产量6355.5 kg/hm^2,比对照品种吉亚2号增产8.35%;全麻产量1687.55 kg/hm^2,比对照增产18.9%;长麻产量1048.75 kg/hm^2,比对照增产21.25%;种子产量471.95 kg/hm^2,比对照增产18.35%;全麻率31.1%;长麻率19.35%。该品种于2016年3月通过吉林省农作物品种审定委员会登记推广,登记品种名为中亚麻5号(登记号为吉登亚麻2016002),其主要特点是纤维产量高,抗逆性强。

亚麻纤维素合成酶及其类蛋白基因部分序列的克隆

分离和克隆了亚麻纤维素合成酶基因(CesA)及其类蛋白D基因家族(CSLD)的部分序列,并对其进行生物信息学分析。纤维素合成酶类蛋白(CSL)作为一种重要的膜蛋白与纤维素合成酶具有相似的蛋白结构,都含有D,D,D,QXXRW保守区。利用其它物种中CesA基因的保守序列设计简并引物,采用RT-PCR方法扩增基因片段,经多次重复测序,获得了6个CesA基因片段和5个CSL基因片段。应用ClustalW和NCBI数据库对获得的基因片段进行序列分析,它们分别属于CesA基因家族和CSLD基因家族,6个CesA基因片段之间核酸和蛋白的相似性分别在67%～88%和71%～98%之间,5个CSLD基因片段之间核酸和蛋白的相似性分别在68%～83%和76%～94%之间。推测LusiCesA1与LusiCesA3,LusiCesA4与LusiCesA5及LusiCSLD1与LusiCSLD2的亲缘关系较近。