盐胁迫对不同基因型甘薯光合、酶活和生物学特性的影响

通过对徐薯22、徐508、徐薯25、徐薯18、商薯19等5个不同基因型甘薯品种的盐胁迫研究,表明在盐胁迫下不同基因型甘薯品种的产量和干率均有所下降,产量的下降幅度在22.87%～56.35%,干率的下降幅度在2.33%～7.2%;当用20%盐水浇灌时,所有品种均不能生长。对盐胁迫后甘薯叶绿素含量测定结果表明,盐胁迫对甘薯苗期影响较大,但对甘薯中期和后期影响不大;对POD活性测定结果表明,甘薯品种在受到盐胁迫时,多数品种的POD活性是不升高的,甘薯品种对盐胁迫有自我保护。从品种的耐受度、产量、POD活性值等多因素结果表明,徐薯22和徐薯18对盐有较好的耐受性。

甘薯茎线虫病抗扩展性遗传特性分析与QTL定位

甘薯茎线虫病由马铃薯腐烂线虫引起,是严重影响甘薯产量和品质的检疫性病害。挖掘抗茎线虫病基因并通过分子设计育种培育抗病品种是防控茎线虫病的有效途径。本研究前期以抗茎线虫病甘薯品种美国红为父本,感病品种徐紫薯8号为母本,通过控制授粉有性杂交方式构建了包含274个F1子代的分离群体。以该F1群体为材料,利用室内人工接种法对F_(1)子代的茎线虫病抗扩展性进行鉴定,结果表明,甘薯茎线虫病抗扩展性呈连续性偏峰态分布,甘薯茎线虫病发病体积比与扩展直径和扩展长度呈极显著正相关,与薯块直径、薯块长度和薯块长宽比无相关性,说明薯块的大小和薯形对抗扩展性鉴定结果无影响。甘薯茎线虫病抗扩展性遗传力为75.7%,表明抗扩展性主要受遗传因素控制。基于前期构建的甘薯SNP遗传图谱对抗扩展性进展QTL定位,获得与抗扩展性紧密连锁的QTL 10个,解释6.6%~10.7%的表型变异。候选基因功能注释表明,苯丙素生物合成、植物激素信号转导、植物病原互作代谢等通路参与抗病胁迫。筛选5个关键候选基因进行荧光定量表达分析,在接种茎线虫后候选基因itf13g19570表达量显著增高。研究结果为甘薯茎线虫病抗病基因挖掘和抗病机理解析提供了重要参考。

甘薯黑斑病菌的生物学特性研究及室内药剂筛选

本试验对甘薯长喙壳菌(Ceratocystis fimbriata Ellis et Halsted)进行了生物学特性研究。结果表明:适宜该病原菌生长的碳源为乳糖,氮源为酵母膏,pH 9,菌落直径分别为4.28,3.96,5.10 cm。菌丝在光照、黑暗、光暗交替下均能生长,其中在黑暗条件下生长最好,菌落直径为5.01 cm,菌丝致死温度为55℃、10 min或58℃、5 min。采用菌丝生长速率法进行了4种杀菌剂对甘薯黑斑病菌的毒力测定。结果表明,供试4种杀菌剂对甘薯黑斑病菌菌丝生长均有抑制作用,其中96.3%苯醚甲环唑抑制作用最佳,EC50值为2.52;其次为97%甲基托布津,EC50值为7.21;97.6%甲基立枯磷和97%氟酰胺抑制作用相对较差,EC50值分别为454.08和425.99。

3株甘薯干腐病菌的生物学特性研究

为了明确3株甘薯干腐病菌的生物学特性,采用单因素试验并利用十字交叉法和血球计数对其菌丝生长和产孢数量进行了研究。结果表明:菌株GF1Y和GF2Y在碱性较强的环境下菌丝生长速度更快,而菌株GF3Y对酸碱度不敏感;GF1Y和GF2Y对光照不敏感,而GF3Y在完全光照条件下生长速度最慢;3个菌株在不添加碳源或氮源条件下均能较快生长,但是其菌丝均较稀薄;3个菌株的产色素能力随着pH值、氮源等条件的不同而变化;GF1Y的菌丝致死温度为58℃,10 min,GF2Y和GF3Y的菌丝致死温度均为60℃,10 min;GF1Y的孢子致死温度为48℃,10 min,而GF2Y和GF3Y的孢子致死温度均为50℃,10 min;GF1Y和GF3Y的产孢量很低,因此不同条件对其产孢量的影响较小;GF2Y的最适产孢条件为pH 9、完全光照、以葡萄糖为碳源,以尿素为氮源。

甘薯紫纹羽病病原菌的生物学特性及室内药剂筛选研究

对甘薯紫纹羽病(Helicobasidium mompa Tanaka)进行了生物学特性研究。结果表明,适宜该病原菌生长的碳源为淀粉,氮源为硝酸钾,pH为10,菌落直径分别为9.50,8.04,7.52 cm,菌丝在光照、黑暗、光暗交替下均能生长,其中在黑暗条件下生长最好,菌落直径为7.54 cm,菌丝致死温度为50℃、10 min。采用菌丝生长速率法进行了5种杀菌剂对甘薯紫纹羽病菌的毒力测定。结果表明,供试5种杀菌剂对甘薯紫纹羽病菌菌丝生长具有较好的抑制效果,其中97.6%甲基立枯磷和97%氟酰胺效果最佳,EC50值分别为0.28和0.45;87.6%拌种灵的抑制作用其次,EC50值为5.50;96.3%苯醚甲环唑和97%甲基托布津抑制作用相对较差,EC50值分别为17.32和19.12。

不同药剂对甘薯病毒病薯苗生物学特性及品质的影响

研究了6种药剂对甘薯病毒病(Sweet Potato Virus Disease,SPVD)薯苗生物学特性及品质的影响。结果表明:5%氨基寡糖素水剂能较好地减少甘薯分支,增加商薯19的薯蔓长度;有机多态酶亚康力诺9号能显著增加甘薯的叶面积和地上鲜重,同时能促进叶片和茎蔓的干物质积累;有机多态酶亚康力诺2号和20%吗胍·乙酸铜可湿性粉剂能显著提高甘薯的产量;18%丙唑·吗啉胍可湿性粉剂和20%吗胍·乙酸铜可湿性粉剂能显著提高薯块的淀粉和蛋白质含量;几种药剂还显著降低了薯块的还原糖和可溶糖含量。

甘薯黑痣病菌的生物学特性研究

为了明确甘薯黑痣病菌(Monilochaetes infuscans Ell. et Halst.ex Harter)的生物学特性,为病害防治提供理论依据,从江苏徐州甘薯研究中心试验田采集甘薯黑痣病典型症状薯块,分离获得病原菌,然后利用液体培养测量菌丝体干重的方法开展了病菌生物学特性研究。结果表明:甘薯黑痣病菌对碳源的适应范围较广,菌丝生长的最适碳源是葡萄糖;仅可有效利用有机氮源,最适氮源是酵母粉;生长的最适宜pH值为8～9,温度为25～30℃;分生孢子致死温度为57℃,5 min,且光照对病原菌的生长无显著影响。

中国甘薯地方种质资源遗传多样性分析

利用形态农艺性状标记对来自17个省份的176份中国甘薯地方种质资源进行遗传多样性分析,结果表明形态标记并未按照这些地方种质的来源地聚类,176份种质可以划分为5大类群,发现了复份保存的2对种质材料。对其中133份地方种质资源的品质特征进行比较和统计分析,筛选到高干物率、高淀粉种质11份,其中广东地方种质爆皮王的干物率和鲜薯淀粉含量最高,分别为34.87%和23.32%;鲜薯可溶性糖≥4.00%的材料11份,其中来自云南的腾冲本地种可溶性糖含量最高,为5.22%;筛选高蛋白材料2份。同时利用品质性状标记将133份地方种质划分为5大类群,第Ⅰ类群主要为干物率、淀粉含量和粗蛋白含量低,可溶性糖含量高的14份种质;第Ⅱ类群主要为可溶性糖含量较高、干物率和粗蛋白含量较低的28份种质;第Ⅲ类群由可溶性糖含量最高的腾冲本地种1份种质构成;第Ⅴ类群由干物率及鲜薯淀粉含量都很高的4份广东品种构成;剩余的86份种质组成第Ⅳ类群,各项表现不等。通过对我国甘薯地方种质资源遗传多样性的探索,为甘薯育种选配亲本提供参考,同时促进我国甘薯种质资源研究利用和种质创新。

解淀粉芽孢杆菌菌株XZ-1对甘薯黑斑病的生物防治效果研究

【目的】解淀粉芽孢杆菌XZ-1是江苏徐淮地区徐州农业科学研究所甘薯病虫害防控课题组从甘薯根际土壤中筛选到一株具有广谱抗真菌活性的生防菌株,本文拟研究该菌株对甘薯黑斑病的室内生物防治效果。【方法】采用平板对峙法、显微观察法等测定了XZ-1对甘薯黑斑病菌菌丝形态以及孢子萌发的影响,并采用不同浓度XZ-1发酵液对薯块黑斑病的防治效果进行研究。【结果】XZ-1对甘薯黑斑病菌有明显的拮抗活性,其抑菌带平均直径可达25.3 mm;该菌株对黑斑病菌菌丝没有明显的致膨大或致畸作用,但可以导致黑斑病菌产孢类型的改变,同时该菌株发酵液还可以抑制黑斑病菌孢子的萌发。薯块黑斑病防治试验结果表明XZ-1原液,XZ-1 10×稀释液和XZ-1 100×稀释液处理的薯块黑斑病发病体积分别为12.64,13.84和15.75 mm3,3种不同浓度的XZ-1发酵液处理的薯块黑斑病发病体积均与对照病斑体积35.08 mm3呈极显著水平差异;而多菌灵处理的薯块黑斑病发病体积为26.00 mm3,与对照薯块发病体积没有显著性差异。防治效果分析表明,XZ-1原液,XZ-1 10×稀释液和XZ-1 100×稀释液处理对黑斑病的防治效果分别为65.02%,58.19%和54.14%,而多菌灵1600倍液处理对黑斑病防治效果仅为23.99%,XZ-1 3种不同浓度的发酵液对黑斑病的防效与多菌灵对黑斑病的防效呈极显著水平差异。【结论】本研究表明XZ-1对储藏期甘薯黑斑病具有较好的防治效果,为储藏期甘薯甘薯黑斑病的防控开辟了一条新途径。

一株解淀粉芽孢杆菌的分离鉴定及其生物学特性研究

从土壤中分离筛选到一株具有广谱抗菌活性的拮抗细菌,命名为XZ-1。采用平板对峙培养法测定其抑菌活性,结果显示:XZ-1对大蒜叶枯病菌、草莓炭疽病菌等8种重要农作物病害的病原真菌均具有较强的拮抗活性,且抑菌带直径均大于10 mm。采用PCR扩增16S r DNA片段并用MEGA 6.0软件构建系统发育进化树,结果表明XZ-1与解淀粉芽孢杆菌16S r DNA序列KY828923聚为一簇,因此初步鉴定该菌株为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)。采用单因素试验设计对XZ-1的生物学特性进行研究,结果表明:XZ-1在pH值为6时生长最佳,在氯化钠浓度为0~10g/L之间时生长情况相对较好;对光暗不敏感,致死温度为100℃、10 min。

甘薯等8种植物JAZ1基因的生物信息学分析

JAZ(Jasmonate ZIM-domain)蛋白是植物中茉莉酸信号调控途径中重要的负调控因子,它在调控植物发育、营养生长、衰老、抗盐、抗旱以及抗病等过程中起着至关重要的作用。为了对甘薯等JAZ1基因的生物信息学进行分析并对其功能进行预测,本研究以NCBI数据库中收集的8种植物JAZ1蛋白氨基酸序列为试验数据来源,采用系列生物信息学分析软件对甘薯等8种JAZ1蛋白的氨基酸组成及其理化性质、蛋白质亲疏水性、磷酸化位点、二级结构元件和含量、跨膜结构域、信号肽、蛋白质亚细胞定位、功能结构域进行预测和分析,并对8种植物JAZ1蛋白氨基酸序列进行多重比较和蛋白质系统进化树进行构建和分析。结果表明,8种植物JAZ1蛋白的氨基酸残基数目介于180~294;相对分子量介于19815670~31550050;理论等电点均为碱性等电点;8种植物JAZ1蛋白的主要氨基酸为丝氨酸、脯氨酸、赖氨酸和苏氨酸;稳定性预测结果表明8种植物JAZ1蛋白均为非稳定性蛋白质;磷酸化位点预测分析结果表明8种植物JAZ1蛋白磷酸化位点数量最多为丝氨酸,其次为苏氨酸;根据亲疏水性预测分析结果推测8种植物JAZ1蛋白均为亲水性蛋白质;信号肽和跨膜结构域预测结果显示这些蛋白质均为非分泌蛋白质不具有信号肽,没有明显的跨膜结构域;JAZ1蛋白二级结构元件主要为不规则卷曲,其次为α-螺旋和延伸链;亚细胞定位预测结果显示该蛋白质主要定位于细胞核;结构域预测结果表明供试8种植物JAZ1蛋白均含有JAZ蛋白家族典型的TIFY和CCT_2功能结构域;氨基酸序列多重比对和蛋白质系统进化树分析结果表明甘薯JAZ1与长春花JAZ1亲缘关系最近。本研究可为甘薯JAZ1基因功能研究和甘薯性状定向改良奠定理论基础。

适合机械化收获的甘薯品种筛选及育种研究

甘薯机械化收获程度过低是阻碍中国甘薯产业健康发展的瓶颈,而农机农艺不配套则是导致无法很好地进行机械化收获的主要因素之一。笔者主要通过对5个薯形大小不同的甘薯品种进行机械化收获试验,分析了甘薯的薯形和大小对甘薯机械化收获的影响。结果表明:‘徐紫薯5号’的机械化收获破损率最小,因此该品种更适合田间机械化收获。同时,在调查参试品种的薯形、破损率和明薯率后,发现甘薯的薯形与其破损率具有极显著线性关系,扁率越大其破损率越大,反之则破损率越小,但对薯块明薯率没有显著影响。因此,在甘薯品种选育过程中,在考虑农艺性状的同时应当选择薯形扁率较小的品系。

中国甘薯双生病毒C4基因分子变异及遗传多态性分析

甘薯双生病毒是中国甘薯上一种重要的病毒,其C4基因编码的蛋白是一个多功能蛋白,参与了寄主症状的形成及病毒在植物体内移动等。本研究利用PCR方法扩增了24个分离物的C4基因,通过SDT、Dna SP等软件分析,结果表明,24个分离物核苷酸序列均为258个碱基,一致率为73.3%~100.0%,编码85个氨基酸,一致率为47.1%~100.0%。中国甘薯双生病毒分离物C4基因构建系统进化树分为2个组,组Ⅰ包括本研究的15个双生病毒分离物及中国大部分双生病毒分离物,又分为2个亚组,亚组2仅有15个双生病毒分离物,其中本研究的6个分离物位于此亚组;组Ⅱ含有30个双生病毒分离物,包括本研究的9个分离物。非同义突变与同义突变比值大于1,说明C4基因处于正向选择。亚组1错配分布图为单峰,说明该组种群呈突然暴发的状态,其余组或亚组为多峰锯齿状,表明种群或者亚种群已经存在很长时间,长期处于动态平衡。

中国甘薯双生病毒外壳蛋白基因分子变异及遗传多样性分析

甘薯双生病毒是中国甘薯上一类重要病毒,其外壳蛋白(coat protein,CP)基因具有介体传毒、基因包被等多功能。揭示其分子变异,可以为病毒防治及育种工作提供理论依据。利用PCR方法扩增获得了24个甘薯双生病毒分离物的cp基因,采用SDT、Dna SP、RDP3、MEGA等软件对其进行分子变异分析。结果表明:24个分离物核苷酸序列均为765个碱基,一致率为88.3%~100%,编码254个氨基酸,一致率为94.5%~100%。中国甘薯双生病毒分离物系统进化树分为2个组,组I包括大部分分离物及本研究获得的22个分离物,又分为了2个亚组;组Ⅱ含有29个分离物,包括本研究中的XU8_2和XU8_3,这2个分离物与其他分离物可能为不同的种。非同义突变与同义突变比值大于1,说明cp基因处于正向选择即多样化选择。错配分布图除亚组1相对比较平滑外,其余组或亚组分离物均为多峰锯齿状,表明除亚组1种群呈突然暴发的状态外,其他组或亚种群已经存在很长时间,处于动态平衡状态。

甘薯等10种作物基因的生物信息学分析

采用生物信息学相关软件对甘薯等10种NAC1蛋白的氨基酸序列及其理化性质、磷酸化位点、疏水性或亲水性、二级结构和三级结构、跨膜结构域、信号肽、亚细胞定位以及保守结构域等进行了预测和分析。结果表明:供试10种NAC1蛋白的磷酸化位点主要为丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸;这些NAC1蛋白均为亲水性蛋白,属于非分泌蛋白,不具有信号肽,没有明显的跨膜结构域;在它们的二级结构中,无规则卷曲所占比例最高;MtNAC1和CaNAC1可能定位于叶绿体,NtNAC1和GmNAC1可能定位于线粒体,甘薯及其他6种作物的NAC1蛋白可能定位于细胞核;甘薯等NAC1蛋白的三级结构与水稻NAC1蛋白具有一定的相似性;10种NAC1蛋白均含有1个NAM(No apical meristem)功能结构域。氨基酸序列比对和进化树分析显示IbNAC1与CaNAC1的亲缘关系最近。

大蒜叶枯病菌的生物学特性研究及室内药剂筛选

由大蒜叶枯病菌引起的大蒜叶枯病是徐淮地区大蒜生产中的重要病害之一,拟通过对该病原菌生物学特性研究和室内高效低毒化学药剂筛选,为大蒜安全生长提供理论依据。采用十字交叉法研究该病原菌生物学特性,结果表明:该病原菌生长的最适碳源为D-木糖,氮源为硝酸钾,p H值为5~12时均生长较好,菌落直径7.55~9.15 cm,菌丝对光暗条件不敏感,但在黑暗环境下菌落直径最大,为7.30 cm,菌丝致死温度为57℃、5 min,最适温度为22℃,菌落直径为7.78 cm。采用菌丝生长速率法测定了5种杀菌剂对该病原菌的室内毒力。结果显示,5种杀菌剂对大蒜叶枯病菌的毒力差异显著,其中96%苯醚甲环唑EC50最低,为0.017 4;其次是98%吡唑醚菌酯,其EC50为0.892 7;其他3种药剂EC50较高,分别是98.4%百菌清EC50为9.959 0;98.5%醚菌酯EC50为18.080 4;98%多菌灵EC50为45.387 7。

菜用和观赏甘薯种质资源遗传多样性分析

为了发掘菜用和观赏甘薯优异种质资源,通过对国家种质徐州甘薯试管苗库中1000余份资源材料进行鉴定,筛选了96份优异种质。利用30对SSR引物对入选材料进行了遗传多样性和群体结构分析,明确了这些材料遗传差异;并对入选材料12个表型质量性状进行主成分和聚类分析。结果表明:扩增的总条带数为275条,其中多态性条带为269条,多态率97.8%;利用DPS软件计算入选材料间的Nei72遗传距离为0.15~0.76,平均遗传距离0.66;群体结构分为3个组群,与分子标记聚类结果相似,表明入选材料有较大的遗传差异性;表型质量性状主成分分析得到5个主要成分,其累计贡献率达到80.50%;利用表型质量性状,可聚为8个组群。本研究通过分子标记与表型质量性状分析为下一步杂交选育菜用和观赏甘薯新品种提供了亲本选择信息。

基于SSR分子标记的甘薯地上部专用品种遗传多样性分析

为明确国内外甘薯主要地上部专用品种的遗传关系,利用多态性高的30对SSR分子标记对国内主栽的16份材料进行遗传多样性分析。结果显示,30对SSR分子标记共检测出169条多态性条带,每对引物可获得2~16条多态性条带。基于SSR分子标记进行聚类分析,在遗传相似系数为0.64处,将16份材料聚为3个类群。16份材料的遗传相似系数在0.522至0.863之间,其中观赏甘薯黄金叶与菜用甘薯材料之间的遗传相似系数较低(0.522~0.626),与鄂菜薯10号的遗传相似系数最低(为0.522);而菜用甘薯材料之间,薯绿1号和台农71遗传相似系数最高,为0.863,遗传差异较小,薯绿1号和鄂菜薯10号遗传相似系数最低,为0.522,遗传差异较大。这些信息可为地上部专用品种选育的亲本选配提供参考。

甘薯等20种作物蔗糖转化酶抑制子生物信息学分析

【目的】蔗糖转化酶是植物中糖信号调控途径中的关键因子之一,它们在调控植物糖代谢、生长发育、抗病和抗逆等过程中起着至关重要的作用。蔗糖转化酶抑制子是一类同源性较低的蛋白质家族,通过调控蔗糖转化酶抑制子的表达量可以抑制蔗糖转化酶活性。本课题组前期分离到甘薯转化酶抑制子IbINH全长ORF,本文对20种转化酶抑制子进行了生物信息学比较分析,可为深入研究IbINH基因功能提供参考。【方法】本研究以前期克隆获得的IbINH全长ORF推测的氨基酸序列和NCBI数据库中搜集到的其余19种植物INH氨基酸序列为分析数据来源,采用系列生物信息学分析软件对INH蛋白质的氨基酸组成及其理化性质、蛋白质亲疏水性、磷酸化位点、INH蛋白质的二级元件和含量、跨膜结构域和信号肽、蛋白质亚细胞定位、功能结构域和空间三维结构等进行预测和分析。【结果】根据预测和分析发现,IbINH同其他INH蛋白质一样均含有典型的PMEI-like超级家族功能结构域,二级结构组成和比例也比较相似,INH蛋白质定位在细胞质的可能性最大,但是各种INH的亲疏水性、稳定性以及跨膜结构域等也有差异。【结论】本文通过对INH蛋白质进行系列生物信息学分析和比较,为以后IbINH基因功能研究奠定了重要基础。

基因差异表达分析方法及其在作物遗传育种中的应用

植物基因的差异表达是细胞形态和功能多样性的根本原因,也是各种生理及病变过程的物质基础.分析基因差异表达是近30年来分子生物学研究的重点,研究方法也从最早的差减杂交、差异显示PCR和cDNA代表性差异分析等,不断地发展到基于测序的表达系列标签和转录组测序技术,其中高通量测序技术的应用,使得分子生物学进入后基因组时代,特别是转录组测序可高效率、大批量地获取差异表达基因.通过基因差异表达分析,可挖掘农作物的优异农艺性状、高品质、抗性以及杂种优势等相关基因,辅助常规育种,提高农作物的品质、产量、抗性等综合性状,并为探究其机理、机制奠定基础.