不同黄麻品种对重金属污染农田镉的富集和转移效率研究

为研究黄麻(Corchorus capsularis L.)植株对重金属污染农田中Cd的富集和转移效率,以湖南省株洲县为试验区,研究3个黄麻品种6个植株器官的干物质积累、Cd富集和转移特征。结果表明:木质部和韧皮部是黄麻植株干物质积累的主要器官;不同品种的黄麻及其器官间的Cd含量均呈显著差异,3个品种中连红黄麻各器官的Cd含量均高于闽侯红皮和黄麻179。6个植株器官中,蒴果和叶柄的Cd含量显著高于其他器官,平均值分别为4.75 mg·kg^-1和4.27 mg·kg^-1,其他器官Cd含量均值从高到低依次为叶片>根部>木质部>韧皮部;地上部器官间Cd转移效率研究表明,3个品种地上部的Cd转移系数均在1以上。Cd从木质部和韧皮部到叶柄和蒴果的转移能力较强,从根部到木质部和韧皮部、从叶柄到叶片的转移能力较弱。对黄麻Cd总富集量评估表明,连红黄麻的总富集量最高,每公顷可富集53.3 g的Cd,木质部占总富集量的33.11%~42.99%。研究表明,黄麻对中度Cd污染农田中的Cd有较高的富集和转移能力,可作为植物修复材料加以利用。

圆果黄麻纤维素合成酶基因CcCesA1的克隆及利用反义载体转化拟南芥

以圆果黄麻(Corchorus capsularis L.)"179"茎部韧皮为材料,利用同源克隆和RACE技术,克隆黄麻纤维素合成酶基因CcCesA1 5′端500 bp序列外的全部cDNA。其序列长度为2529 bp,编码627氨基酸残基,经Blast基因比对和蛋白质结构分析,确定是黄麻纤维素合成酶基因。半定量RT-PCR分析表明,CcCesA1在植株不同部位表达量具组织差异性,依次为茎部韧皮>根>叶>顶芽>麻骨。利用CcCesA1基因部分cDNA序列和3′UTR区,构建黄麻CcCesA1基因反义载体,用测序验证的阳性质粒转化模式植物拟南芥。Southern杂交结果表明,外源基因以单拷贝方式整合进入基因组,转基因拟南芥生长严重受阻,植株变得矮小且茎部易弯曲倒伏,角果数量变少,长度变短,纤维素含量有不同程度的降低,本研究结果表明,所克隆的黄麻CcCesA1基因除了参与植物其他生理代谢过程外,还参与纤维素的生物合成。

长果种黄麻SRAP标记遗传连锁图谱的构建及3个质量性状基因定位

【目的】构建黄麻遗传连锁图谱,定位质量性状基因,为今后有关黄麻基因组结构、重要农艺性状QTL定位、分子标记辅助育种和基因克隆等研究工作奠定基础。【方法】以甜麻(黄麻野生种)和宽叶长果(黄麻栽培品种)为杂交亲本,构建了187个F2单株作为作图群体,利用513对SRAP引物进行遗传图谱构建,并对3个质量性状基因(托叶色、叶柄色、叶缘色)进行了定位。【结果】122个SRAP多态性标记位点和这3个形态学标记被定位在该图谱上,初步构建的长果种黄麻遗传连锁图谱全长2 231.9 cM,包含10个连锁群,每个连锁群有2—38个标记位点,2个标记间平均间距为17.86 cM。【结论】该图谱上的标记位点均匀分布在10个连锁群上,没有出现标记位点聚集的现象,表明SRAP标记十分适合黄麻遗传图谱的构建。

圆果黄麻成熟叶片总DNA提取及SRAP扩增体系的建立与优化

采用改良的CTAB法从圆果黄麻成熟叶片中提取基因组DNA,对DNA进行电泳检测、含量测定和SRAP分析,并对黄麻SRAP-PCR反应体系中主要影响因子进行了优化,建立了最佳反应体系.结果表明,改良的CTAB法能够提取高质量的DNA,DNA纯度和完整性都较好,经紫外分光光度计测定,D260 nm/D280 nm均在1.7-1.9之间,无降解现象,蛋白质、多糖类等去除彻底.所建立的SRAP最佳反应体系(25μL)中5种成分的适宜浓度及用量分别为:Taq DNA聚合酶1.75 U,Mg2+3.0 mmol.L-1,dNTPs 0.16 mmol.L-1,引物0.51μmol.L-1,模板DNA 80-120 ng.

黄麻种质资源遗传多样性的SRAP分析

为明确黄麻(Corchorus L.)种质资源的遗传多样性,采用SRAP分子标记方法,对来自13个国家的两个黄麻栽培种及野生种共96份黄麻种质资源进行了分析。研究结果如下:(1)供试黄麻种质资源之间的遗传距离在0.0169至0.9667之间,变幅较大,其中近缘野生种与其他种质的遗传距离最大,基本在0.8以上;圆果栽培黄麻与其他种质的遗传距离最小,平均<0.5。(2)当在聚类图上遗传距离为0.53处划切割线L1时,96份黄麻种质资源被分为两个大类群(Ⅰ、Ⅱ)、一个小类群(Ⅲ)和5个独立个类。(3)当在遗传距离为0.33处作切割线L2时,各大类群被分为不同的亚类群,并表现出按地域聚类的趋势。(4)供试黄麻种质资源基于SRAP分子标记的聚类与形态学上的表现并不完全一致。

圆果种黄麻新品种‘闽黄1号’的选育

优质高产抗病圆果黄麻新品种‘闽黄1号’是以圆果种黄麻‘孟引1号’为材料,采用Co60 2.5万伦琴γ射线辐射诱变,以选择高产、稳产、优质、抗病为目标,经7年9代系谱选择育成。2011-2012年参加全国黄麻新品种区域试验,平均纤维产量3 131.25kg·hm-2,比对照‘黄麻179’(CK1)增产7.45%,比对照‘宽叶长果’(CK2)增产8.08%,均达极显著水平;2012年参加全国黄麻新品种生产试验,平均纤维产量2 964.75kg·hm-2,比对照‘宽叶长果’(CK2)增产7.36%,且纤维品质优良,是一个优质高产抗病的黄麻新品种。

黄麻幼苗cDNA文库的构建和质量鉴定

黄麻全长cDNA文库的构建对开展黄麻遗传和功能研究具有重要的应用价值。以生产上的优良品种闽引一号为材料,利用Creator SMART cDNA ConstructionKit技术,成功构建了黄麻苗期的全长cDNA文库。文库的滴度为1.9×106pfu/mL。随机挑取86个克隆进行菌落PCR鉴定,结果显示:插入片段的大小在0.5～2.0kb之间。研究结果表明,黄麻全长cDNA文库的质量较高。

高产抗病圆果黄麻新品种福黄麻3号的选育研究

高产抗病圆果黄麻新品种福黄麻3号是福建农林大学作物科学学院采用梅峰2号为母本,闽麻5号作父本杂交,以选择高产、稳产、优质、抗病为目标,经9年8代系谱选择育成。该品种茎秆粗壮,梢部较粗,群体生长整齐。出苗至工艺成熟期天数140d左右,全生育期200d左右。

南宁引种长果种黄麻的适应性及其效益分析

以09C黄繁-9、09C黄繁-13、黄麻179(CK1)、黄麻831、福黄麻1号、福黄麻2号、福黄麻3号、梅峰4号(CK2)、闽黄麻1号共9个长果种黄麻品种为供试材料,在广西南宁种植,研究其生长发育、农艺性状、经济性状及产出效益。结果表明:每公顷福黄麻1号的鲜茎重及干皮重最高,分别为30 059.67和3885.40,闽黄麻1号干骨产量最高达到7865.33 kg,福黄麻2号纤维产量最高为2 618.03 kg,此外,通过投入与产出分析表明福黄麻1号具有最大的经济效益,每公顷纯收入为34 705.29元,适合在广西南宁推广种植。

圆果黄麻茎中花青素的遗传研究

对6个中国圆果种黄麻茎中花青素的遗传研究表明,其F_2代群体有呈3:1,9:3:4,9:7或13:3的分离比率,此遗传现象可以用C-c,A^D-A^L-a和R-r的基因互作和复等位基因的作用解释.根据后代的遗传现象,推导出6个中国圆果黄麻品种的花青素基因型:仙游黄麻、永安黄麻为ccA^LA^Lrr,高雄青皮为ccaarr,牛刷条为ccA^LA^LRR,平和竹蒿麻为CCA^LA^Lrr,快早红为CCA^DA^Drr.其中高雄青皮ccaarr是首次报道.

镉胁迫对黄麻光合作用及镉积累的影响

为揭示镉(Cd)胁迫下黄麻的光合耐性及其对Cd的富集特征,通过土壤盆栽试验分析了Cd胁迫下黄麻的生长、光合色素、气体交换参数及对Cd富集能力的变化。结果表明,当Cd浓度≤10 mg·kg^(-1)时,黄麻根长、株高和各器官生物量降幅较小;而当Cd浓度≥20 mg·kg^(-1)时,根长、株高和各器官生物量降幅进一步增大。随着Cd浓度的升高,黄麻叶片光合色素含量显著降低,但却能维持较高的Chla/b值,这可能有助于黄麻对Cd的耐性。Cd胁迫使净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)显著降低,但胞间二氧化碳浓度(Ci)随Cd浓度的升高而逐渐增大,表明黄麻光合速率的下降是由非气孔限制因素引起的。随着Cd浓度的升高,黄麻各器官Cd含量和累积量逐渐增大,在浓为100 mg·kg^(-1)Cd处理下,地上部和地下部Cd含量均达到最大值,分别为232.46 mg·kg^(-1)和186.98 mg·kg^(-1)。Cd胁迫下,黄麻地上部和地下部富集系数均大于1,各处理迁移系数在0.85~1.65之间,表明黄麻对Cd有较强的富集和转运能力。Cd浓度为5~10 mg·kg^(-1)时,Cd提取率超过1.9%。因此,黄麻是一种潜在的修复轻、中度土壤Cd污染的植物材料。本研究结果为挖掘新的植物修复材料提供了理论依据。

黄麻全基因组SSR鉴定与特征分析

黄麻是世界上重要的天然韧皮部纤维作物之一。然而, SSR标记的缺乏限制了黄麻的遗传改良。本研究从圆果种黄麻测序品种CVL-1的基因组、基因、CDS和cDNA中挖掘SSR信息,利用SSR Primer软件查找SSR位点,并分析其分布特征。结果表明,基于基因组序列共开发了153,242个基因组SSR,平均密度为467.20个SSRMb^(–1);基于cDNA序列开发了10,747个SSR,平均密度为260.85 SSR Mb^(–1)。大部分重复基元为二至四核苷酸,占76.91%,其中cDNA序列SSR中三核苷酸重复基元数量较多而基因组SSR中二核苷酸重复基元数量较多。对于不同类型的SSR重复基元,随着重复单元数量的增加,其基因组和cDNA的SSR分布频率呈现逐步降低特征。黄麻全基因组SSR标记鉴定,不仅可以丰富黄麻分子标记的数量,而且为剖析黄麻重要农艺性状的遗传机制奠定基础。

EGTA与有机酸联合施用对黄麻修复Cd污染土壤的影响

采用盆栽试验研究了柠檬酸(CA)和酒石酸(TA)分别与螯合剂乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸(EGTA)的配施对改进黄麻部分生理特性和Cd提取效率的影响。结果表明,EGTA与有机酸配施能促进黄麻光合色素的合成,增加抗氧化酶活性。各处理均提高了黄麻的株高、根长和各器官的干质量,T2E2处理的总干质量最大,为对照的2.69倍。EGTA与CA和TA的配施不同程度提高了黄麻各器官中的Cd含量和积累量,在E1C1处理中,黄麻具有最大的地上部Cd积累量643.02μg·plant-1。各处理地上部和地下部富集系数均有所提高,地上部增幅达1.30～2.14倍,地下部增幅达0.11～0.80倍。各处理的迁移系数分别较CK增加了0.64～1.66倍,其中,T1E2处理的迁移系数最高,达3.15。土壤净化率明显提高,在T2E2和C1E1处理中达最大值0.346%。综上所述,EGTA与TA或CA配施能显著改善黄麻对Cd的提取效率。

中国育成黄麻主要品种间的亲缘关系分析

【目的】探讨新中国成立以来中国育成黄麻主要品种间的亲缘关系和遗传多样性。【方法】选用1949年以来,在中国有一定的推广面积和具有清晰系谱关系资料记录,以引进或育成的20个长果种和40个圆果种黄麻品种为供试材料,采用亲缘系数与聚类分析的方法,对中国60多年来黄麻生产上历经6次品种更替的主要品种间进行亲缘关系和遗传多样性分析。【结果】在长果黄麻中,20份供试品种共组成190对组合,31.58%存在亲缘关系,COP总和为38.5625,平均为0.0964,表明2/3的品种在系谱上的遗传关系较少;在圆果黄麻中,40份供试品种共组成780对组合,其中50.26%存在亲缘关系,COP平均为0.1179,表明50%的圆果品种存在亲缘关系,有近一半的品种亲缘关系相对较远。圆果黄麻品种间的亲缘关系比长果品种间的遗传相似性更高。聚类分析较直观地反映了新中国成立以来中国育成黄麻主要品种间的亲缘关系和品种演变特点。20份供试长果黄麻品种在欧式距离值0.95处,聚为5个类群。其中,2个国外引进品种各自聚为一个类群,其余18个品种分别以翠绿、广丰长果、巴长4号、马里野生长果等优势亲本聚为不同的大类群与亚类群。40份供试圆果黄麻品种在欧式距离值0.90处,聚为6个类群,除了2个地方品种各自聚为一个类群外,其余38个品种分别以D154、琼山、粤圆1号、卢滨圆果、选46等优势亲本聚为不同的大类群与亚类群。共祖先度分析表明,翠绿、广丰长果、宽叶长果、巴长4号等品种在新中国成立以来中国长果黄麻育种中利用价值很高;D154、卢滨圆果、粤圆1号、JRC-212、选46等品种是对中国圆果黄麻培育贡献较大的骨干亲本。【结论】在黄麻育种中,利用较多的资源是广丰长果、宽叶长果、粤圆1和早期引进的D154、JRC-212等少数骨干亲本,而近年引进的品种资源相对较少,由此导致现有黄麻品种遗传基础狭窄。在以后的育种工作中需加强黄麻种质资源的挖掘和引进,以提高黄麻品种的遗传多样性。

圆果种黄麻主要经济性状与纤维产量的相关及灰色关联分析

为了明确圆果种黄麻主要经济性状与单株纤维产量间的主次关系,本试验采用灰色关联和相关性分析的方法,对黄麻14个主要经济性状进行了研究。结果表明,14个主要经济性状的变异系数为3.03%~15.59%,变异系数最大的为分枝数,最小的为分枝高度;在相关分析中,单株纤维产量与株高、分枝高度、单株鲜皮重呈显著或极显著正相关;在关联度分析中,分枝高度、单株鲜皮重、鲜皮晒干率与单株纤维产量关联度较高。因此,黄麻在高产栽培和品种选育方面,除了应该选择分枝高度、单株鲜皮重和鲜皮晒干率作为主要目标性状外,同时也要注意多性状的综合选择。

基于转录组测序的黄麻SSR分子标记开发与初步验证

为开发黄麻SSR引物,为黄麻分子标记辅助育种等研究提供有利工具,在黄麻转录组测序的基础上,采用MicroSAtellite(MISA)软件进行SSRs搜索,并对部分SSR引物的多态性进行验证,结果表明:1)在1kb以上的13 718条unigene中,共检测到8 571个SSR位点,占评估序列数目的62.47%,平均每3.47kb有1个SSR;2)所开发的SSR标记中,单核苷酸重复序列最多,占42.15%,二核苷酸和三核苷酸序列也较丰富,分别占14.80%和16.74%;3)利用Primer3.0软件设计了与木质素合成酶基因及MYB转录因子相关的880对引物,随机选取29对引物,以8份不同类型黄麻种质进行多态性验证,获得8对具有稳定多态性的引物,多态性引物比率为27.58%。结果表明,基于黄麻转录组序列的SSR标记开发是可行的,开发的SSR标记可为黄麻属遗传多样性分析、遗传图谱构建及功能基因的挖掘等研究提供有利工具。

黄麻β-酮脂酰-CoA合酶(KCS)基因分离与功能鉴定

表皮蜡质层和角质膜对植物自我防护外界生物和非生物胁迫发挥重要调控作用,β-酮脂酰-CoA合酶(KCS)基因是表皮蜡质层中超长链脂肪酸合成反应中的限速酶,为揭示β-酮脂酰-CoA合酶与植物抗旱特性之间的关系,本研究从黄麻中分离了β-酮脂酰-CoA合酶(KCS)基因,该基因cDNA全长1 572 bp,编码523个氨基酸,将该基因正向插入植物表达载体(pCAMBIA2300)中,利用花絮侵染法转化拟南芥,通过PCR和Southern blotting分子检测表明,外源基因已整合到拟南芥基因组中,模拟干旱胁迫结果表明,过表达黄麻β-酮脂酰-Co A合酶基因的拟南芥与野生型相比,转化植物的根根毛数量、根长及抗旱性能有不同程度的提高。该研究结果为进一步解析β-酮脂酰-CoA合酶基因参与调控植物抗旱的分子机制提供指导。