苏丹草和高丹草转录组测序及其差异基因表达分析

为了初步探明苏丹草[Sorghum sudanense(Piper) Stapf.]和高丹草[Sorghum bicolor(Linn.) Moench.×Sorghum sudanense(Piper) Stapf.]相关差异基因的表达,本研究对两者进行转录组测序,并对分蘖调控以及粗蛋白和木质素合成关联基因的差异表达进行分析。结果表明:与苏丹草相比,高丹草的单株分蘖数显著降低,粗蛋白、木质素和独角金内酯含量以及果糖激酶、苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶、反肉桂酸4-单加氧酶活性显著提高,己糖激酶-3(HXK3)、果糖激酶2(FRK2)、天冬氨酸转氨酶(ASPAT)、S-腺苷甲硫氨酸合成酶1(SAMS1)、多酚氧化酶II(PPOII)、双功能天冬氨酸激酶/高丝氨酸脱氢酶2(AKI/DHI2)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、反-肉桂酸4-单加氧酶(C4H)基因表达上调,独角金内酯酯酶D14(SLsE D14)基因表达下调。本研究为苏丹草和高丹草相关功能基因的克隆、分子标记开发等工作奠定了基础。

3个高丹草品种在新疆北疆地区的生产性能综合评价

为筛选出适宜在新疆北疆地区推广种植的高丹草品种,采用随机区组设计,测定了3个冀草系列高丹草品种(冀草5号、冀草2号、冀草8号)的株高、干鲜比、草产量等指标,并利用灰色关联法进行了生产性能综合评价。结果表明,根据3个品种在北疆地区的生育期可将冀草5号、冀草2号、冀草8号分别划分为早、中、晚熟品种。冀草5号的株高最高,为325.30 cm,冀草2号的草产量最高,其鲜草产量为127 556.19 kg/hm^(2),干草产草量可达30 613.49 kg/hm^(2)。灰色关联度综合评价结果由高到低的顺序为冀草2号>冀草5号>冀草8号。说明冀草2号高丹草更适宜在新疆北疆地区推广种植。

通江地区7个高粱属品种的生产性能及营养价值评价

试验旨在筛选适宜通江地区种植的高粱属牧草品种,采用大田试验,对引进的7个优质品种的产草量、农艺性状和营养成分进行测定和评价。结果显示,7个品种在通江地区均能够正常生长,农艺性状、产草量及营养成分在各品种间均存在差异。蜀草1号株高最高,分蘖数最多;绿巨人茎粗、叶片数及叶宽极显著高于除阿尔托901外的其他品种(P<0.01);海牛叶长最长,节间长最短,茎叶比最小。阿尔托901的总鲜草产量最高,蜀草1号和绿巨人次之。绿巨人的干物质、可溶性糖含量和相对饲用价值最高,粗纤维和酸性洗涤纤维含量最低;蜀草1号的粗纤维含量较低,粗脂肪和磷含量最高;海牛的粗蛋白和粗灰分含量最高。综合评价发现,绿巨人平均隶属函数值最高,蜀草1号次之。研究表明,绿巨人和蜀草1号较适宜在通江地区栽培种植。

20份高丹草种质苗期耐镉性综合评价

本研究以20份高丹草(Sorghum bicolor×Sudanense)种质资源为材料,以25 mg·L^(-1)Cd溶液进行胁迫处理,通过测定高丹草苗期的形态和生理指标进行综合评价,以期为高丹草耐镉种质资源筛选以及新品种选育提供参考和理论依据。结果表明,20份高丹草对照组和处理组的13个指标间存在着不同程度的差异。其中,不同高丹草种质资源的株高、茎粗、叶绿素含量、最大光合效率、健康指数、根系活力等均出现不同程度下降,下降程度从12%~99%不等,根冠比从下降70%到上升90%不等;各品种的相对电导率和丙二醛含量均出现不同程度上升,其中,相对电导率上升程度从2%到65%不等,丙二醛上升程度差异巨大。采用隶属函数和聚类分析,将20份高丹草依据D值分为4类:高耐镉型2份、中耐镉型5份、低耐镉型10份和镉敏感型3份。

炭化液对NaCl胁迫下高丹草种子萌发和幼苗生长的影响

为探讨炭化液对NaCl胁迫下高丹草(Sorghum bicolor×sudanense)种子萌发和幼苗生长的影响,利用工程水生植物金鱼藻(Ceratophyllum demersum Linn.)和苦草〔Vallisneria natans(Lour.)Hara〕制备炭化液,研究了NaCl胁迫下2种炭化液及其稀释比例对高丹草种子萌发及幼苗生长和生理指标的影响。结果显示:在0~16 g·L^(-1)NaCl范围内,高丹草种子的发芽率、发芽势和发芽指数随着NaCl质量浓度的提高呈下降趋势,在16 g·L^(-1)NaCl条件下发芽率仅5.6%;种子萌发阶段的耐盐适应质量浓度、耐盐半致死质量浓度和耐盐极限质量浓度分别为4.00、8.03和15.06 g·L^(-1)。在4 g·L^(-1)NaCl条件下,添加金鱼藻炭化液和苦草炭化液(稀释比例1∶15)对高丹草种子发芽势、发芽率和发芽指数的影响不显著,但总体上显著(P<0.05)促进了芽长和根长;且处理10和15 d,金鱼藻炭化液处理的芽长和根长分别较苦草炭化液处理显著增加。在8~16 g·L^(-1)NaCl条件下,添加金鱼藻炭化液(稀释比例1∶15)总体上显著增加了高丹草种子的发芽势、发芽率、发芽指数、芽长和根长。在8 g·L^(-1)NaCl条件下,添加稀释比例1∶15和1∶5的金鱼藻炭化液均较对照显著增加了高丹草幼苗的株高、根长、茎长、叶长、总鲜质量、地上部鲜质量、地下部鲜质量和根冠比,显著降低了超氧阴离子含量、过氧化氢酶活性和可溶性蛋白质含量。综上所述,较高质量浓度NaCl胁迫下,添加金鱼藻炭化液显著促进了高丹草的种子萌发,有效减少了高丹草幼苗受到的氧化损伤,进而缓解了NaCl对高丹草种子萌发和幼苗生长的胁迫作用。

高丹草SSR引物设计及分子遗传框架图谱构建

利用高粱EST序列和BAC克隆,以Primer 5.0程序设计了10对高丹草SSR引物,结果发现有3对引物在皖草2号高丹草的亲本间表现多态性,其中2对来自BAC的引物可用于遗传连锁图谱构建。除以上10对SSR引物外,再选取已公布的245对高粱SSR引物,以180个皖草2号(TX623A×S722)的F2代单株作为构图群体,构建了一个包括4个连锁群、33个SSR标记的高丹草遗传图谱,图谱覆盖基因组长度458.5cM,平均图距13.8cM。

不同甜高粱与高丹草品种在呼伦贝尔岭西地区的适应性评价

为筛选出适宜在呼伦贝尔岭西地区种植的高丹草和甜高粱品种,探索优质牧草主要农艺性状与干草产量关系,本试验以4个高丹草和2个甜高粱品种为试验材料,观测各品种的农艺性状、产量、营养品质等指标,并进行灰色关联分析和隶属函数分析。结果表明,各品种间的农艺性状、产量、营养品质均有显著差异(P<0.05)。品种FS3501的产量、粗蛋白质、非纤维碳水化合物含量最高、酸性洗涤纤维含量最低;黑贝的粗脂肪和钙含量最高。通过灰色关联分析可知,叶片数和叶宽对干草产量有密切关系。综合分析可知,在6个品种中,FS3501和黑贝的综合评价较优,适宜在呼伦贝尔岭西地区大面积推广种植。

高丹草EST-SSR标记的开发及其遗传多样性

对NCBI数据库中210 878条高粱EST序列进行处理,得到57 498条无冗余EST序列,经SSR搜索,发现3 338个SSR分布于3 116条EST序列中,分布频率为1/11.28 kb,包括215种基元重复类型。其中三核苷酸重复最高,占68.33%,二核苷酸重复占17.97%。3 338条SSR序列中有1 694条序列能够设计出引物,所占比例为50.75%。选取14对引物进行合成,对50份高丹草、7份高粱和3份苏丹草材料进行了EST-SSR扩增,共检测到72个等位变异,平均每对引物检测出5.14个基因位点。每对引物多态性指数范围为0.54~0.93,遗传距离的变化范围0.1646~0.6398。结果显示：供试材料具有较丰富的遗传多样性,根据EST-SSR数据的聚类分析,将供试材料按亲缘关系远近分为5大类,来源相同的品种大致聚在一类,呈现出一定的地域性分布规律。同时发现4个特异分子标记,其中引物D1763只对314A和白壳苏丹草杂交后代GB-4-2高丹草审定品种产生特异性,此标记已作为该材料的特异性标记用于种质资源的鉴定中,同时表明,EST-SSR标记是高丹草遗传多样性及特异性研究的一种有效方法。

国审苏丹草和高丹草品种SSR指纹图谱构建及遗传多样性分析

利用SSR分子标记技术,从108对引物中筛选出20对在国审10个苏丹草（Sorghum Sudanense）和7个高丹草（Sorghum bicolor×Sorghum sudanense）品种中进行了指纹图谱构建及遗传多样性分析。结果表明：20对引物在17个品种中共扩增出121条谱带,其中多态性条带有117条,多态性信息含量（PIC）平均为0.703;单对引物能将17个品种区分为2-14个类型,2-5对引物指纹图谱可以将17个品种区分开,可作为鉴别高丹草和苏丹草品种的分子依据;17个品种材料的平均Nei′s基因多样性指数（H）为0.480,平均Shannon多样性信息指数（I）为0.820,品种间的相似系数介于0.58-0.96之间,可见,国审苏丹草和高丹草品种具有丰富的遗传多样性。

Cr^6＋胁迫对高丹草幼苗根质膜氧化及ATPase活性的影响

【目的】研究不同浓度Cr6+处理对高丹草幼苗根质膜氧化及ATPase活性的影响,阐明重金属Cr对植物的毒害机理,为铬污染地区优质牧草的种植提供理论依据。【方法】采用不同浓度(0(对照),0.5,1.0,1.8mmol/L)K2CrO4胁迫处理高丹草幼苗,测定根长、根干质量、根系中的Cr含量、根系O2.-产生速率和H2O2、丙二醛(MDA)含量及根质膜H+-ATPase、Ca2+-ATPase活性的变化。【结果】与对照相比,随着Cr6+处理浓度的增加,高丹草幼苗根长和根干质量均呈先升高后降低的变化趋势,O2.-产生速率、H2O2和MDA含量及细胞质膜相对透性显著升高(P<0.05),且与Cr6+处理浓度呈正相关。0.5 mmol/L Cr6+浓度处理时,H+-ATPase、Ca2+-ATPase活性与对照差异不显著(P>0.05),而在1.0,1.8 mmol/L Cr6+处理时,ATPase活性显著降低(P<0.05),并且与膜脂过氧化水平呈负相关。【结论】低浓度Cr6+处理对高丹草幼苗根系质膜ATPase活性影响较小,较高浓度Cr6+处理使AT-Pase活性及根生长受到抑制。

高粱与苏丹草EST-SSR标记的开发

从769条含SSR位点的高粱EST序列中设计了103对EST-SSR引物。用设计出的103对EST—SSR引物，对高粱品种TX623A和苏丹草品种S722进行了PCR扩增和多态性检测。结果表明：80对引物同时在两品种中扩出了条带，占引物总数的77．7％，20对引物在两品种中表现出多态性，占引物总数的19．4％，占能在两品种中扩出带引物的25．0％。研究结果表明根据高粱EST建立高粱与苏丹草EST-SSR标记是有效、可行的。

高粱—苏丹草杂交种研究与利用前景

高粱、苏丹草杂种优势非常明显 ,杂交种产量高、品质好、抗逆性强、具有较好的适应性 ,在畜牧、水产养殖业及资源利用与环境保护上有着广阔的开发利用前景 ,大力发展高梁 -苏丹草杂交种生产顺应经济发展大趋势 ,对 2 1世纪我国农业的可持续发展具有深远的意义。

氮肥运筹对杂交苏丹草产量饲用品质及再生系数的影响

采用大田小区栽培试验,研究了氮肥对杂交苏丹草产量和饲用营养品质及再生系数的影响。结果表明,杂交苏丹草干物质总产量氮肥处理显著高于对照,N4处理最高,相同的施氮量分次施用比一次性施用增产效果好。氮肥处理粗蛋白(CP)含量均高于对照,头茬草CP含量最高,随收获次数增加,CP含量降低,分次施肥处理施氮量增加,CP含量降低。对照处理粗灰分(CA)含量最高,随收获次数增加CA和酸性洗涤纤维(ADF)含量降低,无氮浸出物(NFE)含量升高。杂交苏丹草5大营养成分产量均是N4处理最高,对照最低,CP产量顺序是N4>N1>N2>N3>N0,3次收获的粗脂肪(EE)、CA、ADF、NFE总产量,均是肥料分次施用比一次性施用的处理高。各氮肥处理总能量(GE)均高于对照,其中N4处理最高,其次是N2处理,分次施肥的处理有利于总能量的增加。再生系数表现为相同施氮量分次施用处理高于一次性施用的处理,N4处理可使杂交苏丹草再生系数达到最大。比较发现,生产上采用N4(600 kg/hm2,底肥∶追肥=1∶2)处理可获得高产优质的牧草。

高粱11A与3种苏丹草杂交种F_1代的农艺特性及细胞遗传学研究

研究了雄性不育系高粱11A与苏丹草3个杂交组合F1代的生育、产量、光合性能等主要农艺特性及细胞遗传学特性。结果表明，3个杂交组合F1代的生长势和平均株高均明显超过其各自父本苏丹草，继承了苏丹草分蘖能力强和高粱11A抗倒伏的优良特性，生育期126～130d，穗型呈双亲中间型；F1代花粉可育率均高达93％以上，结实性好，自然结实率62．34％～68．75％，杂交组合间差异不明显；F1代PMCMⅠ的平均染色体构型均为2n=2x=20（10Ⅱ），配对行为较规则，但棒状二价体频率明显高于其3个父本苏丹草和母本高粱11A，原亲本间遗传组成存在一定差异。综合分析植株生长、产量性状、光合性能等指标，得出3个杂交组合F1代的育种潜力依次为：高梁11A×棕壳苏丹草F1≥高梁11A×黑壳苏丹草F1〉高粱11A×白壳苏丹草F1。

苏丹草及高丹草幼苗对干旱胁迫的生理响应与抗旱性比较

采用沙培植物育苗法,以聚乙二醇6000(PEG-6000)模拟自然干旱,研究9份苏丹草(Sorghum sudanense)及3份高丹草(S. bicolor×S. sudanense)幼苗期对干旱胁迫的生理响应,并利用隶属函数法对其抗旱性进行综合比较。结果表明,抗旱性强的材料在干旱胁迫下保水能力强、叶绿素持有率高、能维持较高的光合性能和细胞膜结构的完整性。依据叶片相对含水量、相对电导率、丙二醛含量、叶绿素含量、光化学效率(Fv/Fm)、净光合速率和水分利用效率7项抗逆相关指标,对12份材料的抗旱隶属值进行计算,其综合抗旱适应性鉴定结果为,材料编号1、2和3的苏丹草与10(‘蜀草2号’高丹草)、11(‘蜀草1号’高丹草)及12(‘海狮’苏丹草)抗旱性较强,编号为7、8的两份苏丹草和9号高丹草抗旱性较差。本研究为高梁属作物抗旱新品种选育和优质牧草栽培利用提供了试验依据。

入侵植物黄顶菊与3种牧草竞争效应研究

以入侵植物黄顶菊和多年生黑麦草、紫花苜蓿、高丹草3种牧草为试验材料,采用盆栽取代试验方法观察了不同密度及比例条件下4种植物的竞争表现,为黄顶菊生物替代提供理论依据.结果表明:(1)在3种牧草中,高丹草对黄顶菊株高控制效果最为明显,并以苗期效果最好,在低密度比例下对黄顶菊抑制率即可达60.00%;而多年生黑麦草和紫花苜蓿的控制效果较差,在低密度比例下对黄顶菊起不到抑制作用.(2)在高丹草低密度替代组合中,黄顶菊单株生物量、分枝数比对照均明显减少,抑制率分别可达91.40%和44.87%;而多年生黑麦草和紫花苜蓿各密度替代组合中,黄顶菊单株生物量、分枝数与对照相同或大于对照.(3)在各个生育时期,除高密度高丹草替代组合外,其他组合中黄顶菊的相对产量值均极显著小于1.0,生长受明显抑制;而在各替代密度下,多年生黑麦草、紫花苜蓿与黄顶菊竞争替代效果均不明显.研究发现,高丹草的替代效果明显优于多年生黑麦草和紫花苜蓿,可以作为生物替代的材料对黄顶菊进行替代控制,且在植株比为1∶3比例下即可实现理想控制效果.

盐碱互作胁迫对高丹草叶片叶绿素荧光参数的影响

为明确高丹草Sorghum bicolor×S.sudanense在盐碱互作胁迫下的生理响应及耐受特点,以两种中性盐NaCl和Na_2SO_4以及两种碱性盐Na_2CO_3和NaHCO_3按不同比例配成50、100、150和200mmol·L^(-1) 4个盐浓度,并且每个盐浓度分别设7.0、8.0、9.0和10.0共4个pH梯度的盐碱互作组合,研究了在盐碱互作胁迫对高丹草叶片的叶绿素荧光参数的影响。结果表明,高丹草叶片的各生理参数受高盐浓度以及溶液中各离子浓度的影响较大,其中影响较大的为CO_3^(2-)浓度和总盐浓度。低盐浓度下,不同pH对高丹草叶片叶绿素荧光参数的影响相对较小,并且低于100mmol·L^(-1)的盐浓度下高丹草叶片PSⅡ反应中心的光化学活性无明显影响,即高丹草具有一定的抗盐碱性能力。但在高盐高pH条件下,高丹草叶片PSⅡ光化学效率的降低,并且此时随着pH的增加,高丹草叶片的PSⅡ反应中心活性降低幅度增大。高丹草在一定碱性盐浓度范围内可以通过提高非化学淬灭系数(NPQ)及时耗散过剩的光能,但在高盐浓度下高丹草叶片通过NPQ来耗散过剩光能的保护能力下降,并且高pH下降低幅度更为显著。盐和pH对高丹草叶片的各生理参数影响过程中存在明显的交互作用,并且随着盐浓度的增加,交互作用逐渐变大,即低盐浓度下,受pH的影响相对较小,但随着盐浓度的增加,pH的影响变大。高丹草叶片具有一定的耐盐碱能力,但在盐浓度较高地区推广高丹草要注意碱化度的影响。

高粱和苏丹草生物学特性的数值分析

4个苏丹草(Sorghumsudanense)品种和6个高粱(S.bicolor)品种被用来进行高粱和苏丹草的比较研究。结果表明,定性性状22,24,31在高粱与苏丹草上表现完全一致;数量性状除3,9,13,15,19,27,38,41,42,46,47,48,49,57在2类间差异不显著外,其余皆达显著或极显著水平。高粱与苏丹草品种间F测验达极显著水平,但苏丹草品种内1与2,3的F测验不显著,高粱品种6,7,10间F测验不显著。全部个体判别分析表明,各品种回判正确率为100%。聚类分析表明,参试的10个品种被明显分成2类,即苏丹草1,2,3,4聚为一类,高粱5,6,7,8,9,10聚为另一类。数量指标的方差分析显示,聚类指标的选择是合理的。

高粱-苏丹草杂交种产量构成因子及最适密度的研究

通过高粱 -苏丹草杂交种产量构成因子分析表明 ,影响单株产量的主要因素是主茎粗和叶长 ;影响单位面积产量的主要因素是密度、叶长和单株产量 ,其中密度对单位面积产量的直接通径系数最大 ,为 1.0 2 99 。随机区组试验结果表明杂交种最适密度为 30万株 /hm2 。

蒙农青饲2号高丹草选育

从高粱雄不育系A4×白壳苏丹草杂种F2代分离群体中开始选择优秀单株,通过4次单株选择、1次混合选择及品比、区域与和生产试验,历经9个世代育成蒙农青饲2号高丹草。该品种根系发达,株高350cm,生育期134d,绿杆成熟,分蘖多,再生性强,每年刈割利用3次,鲜草产量132000kg/hm2,种子产量5600kg/hm2;茎叶柔嫩、多汁,茎叶比3.01,拔节期粗蛋白质含量11.70%,开花期的粗蛋白质含量9.32%、粗脂肪3.48%、粗纤维37.57%、粗灰分5.68%、无氮浸出物42.12%,糖锤度3.89%,富含17种氨基酸,CN-含量低,营养价值高,适口性好,可青饲、青贮或晒制干草;植株抗逆能力强,生态适应性广,适宜在有效积温≥2400℃的地区推广种植。