脂氧合酶与作物黄曲霉毒素污染抗性关系研究进展

曲霉属真菌(Aspergillus)侵染玉米、花生等富含油脂的作物种子后产生的黄曲霉毒素(aflatoxin)具有强致癌作用,严重威胁食品安全和人类健康。脂氧合酶(LOX)及其代谢衍生物在曲霉菌-种子互作中具有重要调节作用。LOX活性的增加可提高植物对细菌、真菌和病毒等病原物的抵抗力,同时由于其催化不饱和脂肪酸代谢生成的脂氧合物如茉莉酸甲酯以及挥发性醛类等物质,可影响黄曲霉菌的生长及黄曲霉毒素的生物合成,因而LOX在作物黄曲霉毒素污染抗性遗传改良中具有潜在的利用价值。本文评述了脂氧合酶及其代谢产物与黄曲霉毒素污染抗性关系的研究进展,旨在从植物-病原菌互作的角度揭示作物黄曲霉毒素污染抗性机制,为下一步的研究提供指导。

毛细管顶空气相色谱法高灵敏监测花生大豆根瘤生物固氮能力

建立了测定花生和大豆根瘤菌生物固氮能力的毛细管顶空气相色谱法,利用固氮酶还原乙炔气体为乙烯的经典方法,实现了高浓度乙炔中痕量乙烯的高灵敏分析。利用顶空进样方式,分离柱采用HP-PLOT Q毛细管色谱柱,程序升温,采用氢离子化检测器,对乙烯标准气体进行了定量分析。乙烯检测范围宽为0.125~30000μmol/mol,相关系数为0.9996,检测限(LOD)为0.0341μmol/mol,检出限优于已有报道。该方法检测精密度好,5次检测的相对标准偏差为2.32%。乙烯样品的回收率为95.8%~110%,相对标准偏差为1.54%~3.47%。同时,对乙烯和实际样品进行检测时,与GDX-502填充柱的传统气相色谱法的测定结果一致,表明所建立的乙烯顶空气相色谱法具有较高的可靠性。此外,该方法分析时间缩短至3 min,利用自动进样方式,检测通量大,适用于花生和大豆根瘤菌中固氮能力的快速准确测定,能满足花生和大豆生物固氮研究中乙炔还原法测定乙烯的需求。

氮钾肥运筹对花生——油菜轮作制作物产量及养分效率的影响

通过4年(2010-2013年)6季田间定位试验,研究了不同氮钾肥分配方式对花生-油菜轮作制作物产量、植株氮钾素累积量、氮钾肥吸收利用效率、土壤氮钾素平衡和施肥经济效益的影响。试验设空白对照(CK)、农户习惯施肥(FB)和轮作周年氮(N)、磷(P_2O_5)、钾(K_2O)单季均衡施肥(花生90-90-120,油菜180-90-120)、花生低氮油菜高氮(花生45-90-120,油菜225-90-120)、花生高钾油菜低钾(花生90-90-180,油菜180-90-60)和花生低钾油菜高钾(花生90-90-60,油菜180-90-180)等6个处理。结果表明:(1)施用氮磷钾肥花生、油菜和轮作周年产量平均分别提高10.9%、118.0%和32.1%,其中花生以花生高钾油菜低钾处理表现最好,油菜以花生低氮油菜高氮处理表现最好。(2)施用氮磷钾肥能显著提高花生和油菜的氮、钾素累积量,与单季均衡施肥相比,花生低氮油菜高氮处理能显著提高花生氮肥偏生产力和氮素吸收效率,花生高钾油菜低钾处理能显著提高油菜钾肥偏生产力和钾素吸收效率。(3)试验结束后,空白对照与农户习惯施肥的土壤氮、钾素均表现为亏缺,4种氮钾肥分配方式的土壤氮、钾素均表现为盈余(分别盈余36.1kg/hm^2和24.0kg/hm^2)。(4)在经济效益上,花生、油菜和轮作周年的产投比均以花生高钾油菜低钾处理最高(花生2.12、油菜3.13、周年2.59)。综合考虑认为,湖北省花生和油菜的氮肥适宜用量是90kg/hm^2和180kg/hm^2,在轮作周年钾肥总用量有限条件下,将钾肥适当前移至花生季有利于提高肥料利用率和经济收益。

分子标记在花生遗传图谱及QTL定位中的研究进展

分子标记为花生遗传图谱构建及QTL定位的基础。本文介绍了分子标记的种类和特点,从遗传多样性分析、遗传图谱构建、基因定位等三方面综述了常用分子标记在花生遗传育种中的应用及研究进展,对分子标记技术在花生遗传图谱构建及QTL定位中的应用进行了探讨。

甘蓝型油菜分枝角度主基因+多基因混合遗传模型及遗传效应

分枝角度是油菜株型重要性状,是油菜品种高产及适合机械化收获理想株型的基本组成之一。为明确油菜分枝角度的遗传,本研究选用油菜分枝角度大的松散型材料6098B和分枝角度小的紧凑型材料Purler配制杂交组合,采用主基因+多基因混合遗传模型方法对该组合6世代(P1、P2、F1、F2、BCP1和BCP2)的分枝角度进行了遗传分析。结果表明,上部第一分枝(顶枝)和基部第一分枝(基枝)角度的最适合遗传模型均为D-0(1对加性-显性主基因+加性-显性-上位性多基因)。顶枝角的主基因加性效应值为4.939o,显性效应值为–4.156o,主基因遗传率在BCP1、BCP2和F2中分别是34.08%、1.40%和14.99%,多基因遗传率分别为24.43%、61.72%和63.98%;而基枝角的主基因加性效应值为2.217o,显性效应值为–1.941o,主基因遗传率在BCP1、BCP2和F2中分别是7.86%、1.24%和4.84%,多基因遗传率分别为66.46%、58.49%和73.96%。结果发现油菜分枝角度明显存在主效基因,为油菜分枝角度的遗传改良奠定了基础。

花生种质资源研究进展与展望

种质资源是花生生物学研究和育种改良的重要基础。本文综述了花生种质资源的研究进展:(1)国内外对花生起源以及分类方法的研究;(2)我国及其他几个花生资源大国的花生收集保存概况;(3)花生优异种质鉴定评价方面取得的一系列进展;(4)介绍了我国花生品种的历次更新并预测了未来的发展趋势;(5)简述了我国花生种质创新的主要方法及取得的成效;(6)国内外关于花生基因组研究的重要成果及应用前景;(7)花生优异基因挖掘的现状。文中指出,对于栽培种花生起源问题还存在争议,在花生资源收集保存、优异种质鉴定评价、种质创新、优异基因挖掘方面还存在一些问题,并对今后解决这些问题的研究方向提出建议。期望为未来花生种质资源的利用和育种提供可参考的信息。

中国主产区油菜品种与加拿大油菜品种小区试验产量比较

为了解中国与世界油菜主产国加拿大之间油菜品种的产量差异及成因,对近3年来两国的审定品种区域实验数据进行比较分析,研究了它们在不同区域产量、适应性及群体性状表现。结果表明:2013-2015年度,我国主产区冬油菜品种平均产量2 950.4~3 112.9 kg/hm^2;而加拿大油菜品种平均产量分别为3 496.5~4 689.8kg/hm^2。品种试验中,加拿大油菜3年平均单产为4 057.8kg/hm^2,比我国(平均3 026.2kg/hm^2)高34.1%。与我国油菜品种相比,加拿大油菜品种在不同年份、不同区域间产量都稳定在3 000kg/hm^2以上,具有较好的稳定性和适应性。群体性状结果表明,加拿大油菜品种主要依靠群体优势获得高产,而我国油菜品种则对单株丰产性要求较高。因此认为,我国油菜品种产量改良应加快从个体丰产型向群体优势型方向发展。

褪黑素对大豆幼苗盐害的缓解效应及机理研究

为探究褪黑素对大豆幼苗耐盐性的调节作用,明确褪黑素提高大豆耐盐能力的作用途径。以大豆品种天隆2号为材料,通过水培试验,分析了盐胁迫下施加外源褪黑素(200μmol/L)对大豆幼苗生长、活性氧代谢及渗透调节物质的影响。结果表明,在盐胁迫下,大豆的生长受到了抑制,显著增加了过氧化氢(H2O2)与丙二醛(MDA)含量、可溶性蛋白(WSP)含量、超氧化物酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性。在盐胁迫下施加外源褪黑素可缓解大豆幼苗的盐毒害症状,增加其生物量,与盐处理相比,显著地提高了抗氧化酶(SOD和POD)活性,减少了H2O2与MDA的积累,同时渗透调节物质WSP含量也显著上升。此外,正常水培条件下,褪黑素对大豆幼苗的生长也有促进作用。以上结果说明,在盐胁迫下,施加外源褪黑素可以通过增加大豆幼苗抗氧化酶活性来清除过多的H2O2,减轻膜脂过氧化反应,并通过调节渗透物质缓解盐胁迫诱导的渗透胁迫,促进大豆幼苗生物量积累,从而提高大豆幼苗耐盐能力。

中国芝麻育成品种的系谱分析

为给芝麻亲本选配和育种提供有益借鉴,对1960-2013年间我国芝麻育成品种的系谱资料、亲本组成及亲本选配规律和特点进行了分析。结果表明:近60年来中国公开报道(或记载)育成品种共145个,其中常规种136个,杂交种9个。自1993年育成第一个杂交种后,育成的杂交种品种数量呈加快发展趋势,表明芝麻杂种优势利用开始得到重视。这些品种中,白芝麻品种121个(占83.4%),黑芝麻品种17个(占11.7%),黄褐芝麻品种7个(占4.8%)。育成品种的类型已呈现出多样化的格局。分析134个品种的亲本组成发现,它们来源于98个亲本,可追溯到45个中国地方种和9个国外引进品种,说明我国芝麻育种以利用地方品种资源为主,国外资源利用力度相对较小;我国最主要的芝麻骨干亲本包括豫芝4号、鄂芝1号(老)和宜阳白,分别选育出衍生品种29个、18个和10个。系谱分析发现,选择地理来源差异大、植物学性状差异大的亲本进行组配,可以做到优势互补,更容易选育出优良品种。

芝麻核心种质株高构成相关性状的遗传变异及关联定位

以我国216份芝麻核心种质为材料,分析芝麻株高及其构成相关性状的变异、相互关系等,利用79对EST-SSR、AFLP和SRAP引物对供试材料基因组进行检测并进行标记-性状关联分析,检测群体中与株高构成性状相关的DNA变异位点。结果表明,株高及其构成性状的变异均呈现连续变化,变异丰富,变异系数均在10%以上;相关性分析和多元回归拟合株高及其构成因素间的关系表明,主茎始蒴高度、主茎果轴长度是影响株高差异的主要因素。利用GLM(Q)和MLM(Q+K)模型共检测到34个变异位点同时与供试群体两年的株高构成显著关联,对表型变异解释率在1.89%～5.29%,平均为2.82%,其中与主茎始蒴高度显著关联的标记位点M20E12-3被2种模型均检测到。此外,研究发现株高构成因素受基因型、环境和两者互作影响,且均达到极显著水平。

利用3个F_2群体整合高密度栽培种花生遗传连锁图

遗传图谱的构建及整合是开展花生分子育种研究的基础,利用多个作图群体整合遗传图谱是解决图谱标记密度低的有效途径。本研究采用基于锚定SSR标记的作图策略,构建3个F2群体3张遗传连锁图,利用Join Map 3.0软件整合图谱,获得一张包含20个连锁群、792个位点、总遗传距离为2079.50 cM,标记间平均距离为2.63 cM的整合图谱,各连锁群标记数在20～66个之间,遗传距离在59.10～175.80 cM之间。将3个分离群体中检测到的与荚果及种子大小相关的QTL区段与整合连锁图的标记比较发现,各群体中检测到的位于各染色体上的QTL在整合图谱中都能出现,有些QTL标记区间在整合图谱中存在更多的标记,为今后利用这些标记进行精细定位奠定了基础。

花生中胁迫相关基因AhDHN1的克隆及非生物胁迫下表达分析

低温、高盐和干旱胁迫严重影响作物的生长和产量。为了挖掘花生逆境胁迫相关功能基因,本研究以花生品种花育33号为试验材料,根据c DNA文库中已知的脱水素(dehydrin,Dhn)基因全长序列设计引物,通过RT-PCR克隆到该基因,并命名为AhDHN1。该基因编码框为384bp,编码128个氨基酸。序列分析表明该氨基酸序列含有两个保守的富含赖氨酸片段和一个保守的富含丝氨酸片段,表明该蛋白为K2S型脱水素。荧光定量PCR结果显示,AhDHN1基因在花生的叶片和根中对低温没有明显响应,对高盐和干旱胁迫则有明显响应,说明该基因可能参与了花生对高盐和干旱胁迫的适应性调控。本研究为阐明花生抗逆分子机理提供了理论基础,为花生抗逆分子育种提供了新的基因资源。

甘蓝型油菜千粒重性状的QTL初步定位研究

千粒重是油菜重要的产量相关性状之一,构建油菜遗传连锁图谱是研究其产量性状基因的前提。本研究利用小孢子培养技术,选育出了甘蓝型油菜大粒品系(G-42)和小粒品系(7-9)的纯合DH系DH-G-42和DH-7-9,其千粒重分别为6.24 g和2.42 g,二者比值达2.58。以DH-G-42为母本、DH-7-9为父本,构建了含190个单株的F2遗传作图群体,利用SSR和SRAP标记技术绘制遗传连锁图谱,该图谱共包含20个连锁群,涉及128个SSR标记和100个SRAP标记,图谱总长1546.6cM,标记间平均图距为6.78cM。本研究共检测到3个与千粒重性状相关的QTL,分别位于A9和C1连锁群,其中qSW-A9-1和qSW-A9-2贡献率分别达到10.98%和27.45%,均可视为控制粒重的主效QTL。本研究为后续进行油菜千粒重性状QTL的精细定位分析、分子标记辅助选择育种及新基因的克隆等奠定了基础。

基于核磁共振法的花生品种含油量遗传变异分析

建立准确快速而且不破坏种子的含油量检测方法,对花生品质育种至关重要。本研究利用非破坏性的核磁共振法与索氏提取法对60份黄淮及长江地区主推品种的含油量进行了测定,结果表明两种方法测定结果差异不显著。利用核磁共振法对4个生态环境下种植的60份花生品种进行了种子含油量鉴定,发现含油量在不同环境中表现出极显著差异,其中石家庄种植材料的含油量最高,周口种植材料的含油量最低。综合分析4个环境的鉴定结果,中花16、中花15和冀花11号等3个品种在4个环境中含油量均高于55%。利用195对多态性SSR引物对60份材料进行遗传多样性分析,基因多样性指数和多态信息含量指数(PIC)的平均值分别为0.393和0.349,60份花生品种之间的遗传距离为0.049~0.731,平均为0.388,遗传距离大于0.5的材料所占比重为23.95%。SSR标记与含油量相关性分析结果显示,有11个SSR引物与含油量极显著相关,其中,7个标记位点包括AGGS1280-288、AGGS1442-201、AHGS0288-182、AHGS1578-266、AHGS1891-276、AHGS2036-200和GM1940-122与高含油量相关,这些相关标记和标记位点为花生含油量QTL分析奠定了基础。

花生品系对白绢病的抗性评价及产量损失研究

选取中国农业科学院油料作物研究所培育的10个花生新品系,通过自然发病和人工接种两种方法进行了白绢病抗性鉴定和产量损失研究。结果表明,在自然发病条件下,10个新品系由白绢病造成的枯萎率为11. 0%~50. 0%,其中7个品系白绢病枯萎率低于30. 0%;白绢病枯萎率与花生荚果产量呈显著负相关(r=-0. 73,P <0. 05)。在田间人工接种条件下,接种2周后,10个品系导致的植株枯萎率为66. 1%~94. 0%,收获前的白绢病枯萎率为66. 1%~97. 4%,均为感病品系;白绢病导致的植株枯萎率与花生荚果产量的相关系数为-0. 85(P <0.05)。产量损失试验表明,在人工接种条件下,所有品系产量损失均超过91. 7%,严重者几乎绝产。综合田间自然发病和人工接种鉴定,获得一份耐病品系16-A13440。

2013-2015年中国冬油菜参试品种(系)DNA指纹数据库的初步构建及分析

为了满足日益增长的冬油菜新品种鉴定需要,采用多色SSR荧光标记组合毛细管电泳检测法,构建了419份2013-2015年度国家冬油菜区域试验中的冬油菜新品种(系)×38对SSR荧光标记的DNA指纹数据库。所有标记共检测到41个位点,其中双位点标记3个,单位点标记35个。38个多态性SSR标记于419份冬油菜新品种中共检测到129个等位变异;每个位点的变异范围为2~6,平均每个位点3.15个。等位基因型数共250个,每个位点的基因型数为3~15个,平均每个位点6.09个。41个位点的多态性信息指数PIC值变幅为0.132 2~0.690 7,平均为0.390 2。统计指纹数据库缺失率为1.1%,具有较好的完整性。DICE相似系数矩阵分析得出,419份中国冬油菜新品种(系)间成对遗传相似系数共获取87 571个数据项,品种间遗传相似系数变幅为0.366~0.983,平均遗传相似系数为0.692。相似系数在区间0.601~0.800内共有78 571个数据项,占总数的89.72%。此结果一定程度表明冬油菜新品种(系)的遗传多样性不够丰富。

向日葵同名种质的遗传多样性分析

以不同来源的同名向日葵种质三道眉等共33份种质为试验材料,采用SSR分子标记及农艺性状进行分析比较,利用16对引物对33份种质进行SSR扩增,共获得条带55条,其中多态性条带43条,多态性比率达78.2%,且基因组多态性高于叶绿体。基于SSR扩增的UPGMA聚类分析结果表明,种质之间的遗传相似系数为0.68～0.98,在遗传相似系数0.75附近,可将33份种质分为四大类群,类群分布具有较强的地域性。除可考虑将三道眉选3和娄烦三道眉归并为一份种质外,其他不同来源的三道眉之间形态差异较大,存在一定的遗传差异,具有分别保存的价值。

基因工程技术在油菜油脂中的研究进展

油菜是中国最主要的油料作物,在人们的日常生活及工业生产中都占有重要地位。本研究综述了植物油脂合成的生物化学过程,介绍了目前通过基因工程技术提高油菜种子含油量的三个主要途径和取得的成效,以及基因工程技术在油菜油酸、芥酸及月桂酸等脂肪酸品质改良研究方面的最新进展,同时对基因工程技术在油菜油脂研究中的发展趋势进行了展望。

栽培种花生遗传图谱的构建及主茎高和总分枝数QTL分析

栽培种花生是异源四倍体,基因组大,构建花生的分子遗传连锁图谱并对相关性状进行 QTL 定位研究的工作缓慢。本研究以遗传差异大的亲本组配杂交组合富川大花生×ICG6375构建 F2作图群体,采用公开发表的2653对SSR引物,构建了一张含有234个SSR标记、分布于20个连锁群的栽培种花生遗传图谱。该图谱覆盖基因组的长度为1683.43 cM,各个连锁群长度在36.11∽131.48 cM之间,每个连锁群的标记数在6∽15个之间,标记间的平均距离为7.19 cM。结合F3在湖北武汉和阳逻环境下的主茎高和总分枝数鉴定结果,应用WinQTLCart 2.5软件采用复合区间作图法进行了QTL定位和遗传效应分析。共检测到17个与主茎高和总分枝数相关的QTL位点,贡献率在0.10%∽10.22%之间,分布于8个连锁群上。综合分析武汉和阳逻环境的鉴定结果,获得重复一致的与主茎高相关的6个 QTL,其中 qMHA061.1和 qMHA062.1位于连锁群 LG06上 TC1A2∽AHGS0153标记区间,贡献率为5.49%∽8.95%； qMHA061.2和 qMHA062.2位于 LG06上 AHGS1375∽PM377标记区间,贡献率为2.93%∽5.83%； qMHA092.2和 qMHA091.1位于连锁群 LG09上GM2839∽EM87标记区间,贡献率为0.53%∽9.43%。

芝麻发芽期耐盐性鉴定方法研究及耐盐候选基因的挖掘

【目的】确定芝麻发芽期耐盐性鉴定适宜的Na Cl胁迫浓度和评价指标,发掘耐盐种质和耐盐相关重要基因,为芝麻耐盐性大规模鉴定、遗传改良和耐盐机理研究提供方法借鉴和优异基因资源。【方法】以8份耐盐性差异较大的芝麻种质为材料,在不同浓度的Na Cl(0、50、100、150、200和250 mmol·L-1)胁迫下发芽,测定其发芽势、成苗率、根长、芽长和鲜重等指标,通过对指标值的方差分析、主成分分析、隶属函数和相关性分析等,筛选芝麻发芽期耐盐性鉴定适宜的Na Cl处理浓度和评价指标。以100 mmol·L-1 Na Cl溶液为处理浓度,相对成苗率为鉴定指标对71份芝麻核心种质进行发芽期耐盐性鉴定和全基因组关联分析,并对获得的候选基因进行功能注释;通过Na Cl胁迫下芝麻幼苗叶片转录组测序和荧光定量PCR分析候选基因的表达模式,筛选耐盐相关候选基因。【结果】对不同浓度Na Cl胁迫下8份芝麻材料发芽各指标进行统计和方差分析表明,100 mmol·L-1的Na Cl处理下,除发芽势外,发芽指数、活力指数、成苗率、根长、芽长和苗鲜重的标准偏差值均较大,所有指标在0.05水平上均存在显著差异,100 mmol·L-1的Na Cl溶液可以作为芝麻发芽期耐盐性鉴定的适宜胁迫浓度;相对成苗率、相对发芽势、相对发芽指数、相对活力指数、相对芽长、相对根长和相对鲜重7个指标与芝麻发芽期耐盐性关系密切,贡献率较高,可以作为芝麻发芽期耐盐性鉴定的评价指标。71份芝麻核心种质材料的相对成苗率变异比较丰富,符合正态分布;通过对71份芝麻核心种质相对成苗率与SNP标记进行全基因组关联分析,检测到7个与芝麻发芽期耐盐性显著关联的SNP标记(LG5:688003、LG7:9582027、LG10:5274091、LG10:10788493、LG11:11924186、LG14:2128695和LG16:3930301),SNP标记上、下游各100 kb区间内共有基因67个,其中有功能注释的基因34个;通过耐盐材料S04在盐胁迫下的转录组测序和荧光定量PCR对预测的候选基因进行表达模式分析,共有21个候选基因受到盐胁迫诱导显著差异表达。【结论】芝麻发芽期耐盐性鉴定的适宜Na Cl胁迫浓度为100 mmol·L-1,相对成苗率等7个指标可以作为适宜的评价指标;检测到与芝麻发芽期耐盐性显著关联的SNP标记7个,并鉴定出耐盐候选基因21个。