多年生小麦杂种F5代分子细胞遗传学鉴定

对利用八倍体小偃麦和中间偃麦草杂交获得的多年生小麦杂种F5代中选育的15份材料进行形态学观察和分子细胞遗传学检测。结果表明,大部分材料均含有E组和St组染色体或染色体片段。其中,8份中间型(小偃麦类型)材料具有双亲性状,根系发达、植株繁茂、分蘖多、抗逆性强等;但染色体数目仍不稳定,介于42-56之间,有6份材料具有再生性;7份普通小麦型材料染色体数在41-43之间,虽无再生性,但含有中间偃麦草染色体或染色体片段,具有大穗多花、抗病等特性,可能为E或St组染色体代换或易位材料。以上结果表明决定多年生小麦再生性、抗寒性和多年生特性的基因主要存在于部分E和St染色体上。

小麦三属杂交后代的分子细胞遗传学检测

对八倍体小偃麦"麦草8号"(AABBDDEE,2N=56)和六倍体小黑麦"哈师209"(AABBRR,2N=42)杂交的F3代90个植株进行分子标记和细胞遗传学鉴定。3对R、E和St染色体组特异分子标记鉴定结果表明,R组特异引物PSC119.1扩增出750bp片段,E组特异引物P3、P4扩增出982bp片段,St组特异引物St542扩增出750bp和450bp片段,F3植株均具有R、E和St染色体组成分;形态学和细胞学检测结果表明,F3植株高大繁茂,多花多粒,籽粒饱满,抗病;花粉母细胞的单价体数逐渐减少(2～9),二价体数逐渐增加(17～26),根尖细胞染色体数变动在47～56,可从中选育具有E组抗病、多花,R组大穗、多小穗和St组抗寒等综合性状好的材料,可作为小麦遗传改良的新种质。这些结果为创制小麦-偃麦草-黑麦三属杂交新种质研究和品种选育提供了信息和材料基础。

六倍体小偃麦与普通小麦杂交后代的分子细胞遗传学检测

为了改良六倍体小偃麦,创制携带E组染色体优良基因的普通小麦新类型。本研究利用六倍体小偃麦与克旱9号杂交选育六倍体小偃麦的衍生系,在杂交后代中选择具有六倍体小偃麦优良农艺性状的普通小麦类型。结果表明:六倍体小偃麦与普通小麦杂交结实率低,平均为21.9%,但F2以后分离复杂,出现一些代换系、易位系,附加系和DE混合的染色体组。有些品系性状表现较好,如分蘖多、抗病、多小穗、多花等。按性状继代选择直至F5共筛选出13个品系即05-9-2、05-9-4、05-9-5、05-9-6、05-9-7、05-9-8、05-9-11、05-9-14、9-9-14、05-9-13、05-7-13、05-7-24、05-7-22。利用花粉母细胞减数分裂观察,分子检测方法、原位杂交技术对以上13个品系进行了鉴定。以期为进一步研究和利用E组染色体改良普通小麦提供理论基础。

小麦-黑麦小片段易位系的分子细胞遗传学分析

为选育具有经济价值的带有黑麦R染色体组小片段的小麦-黑麦育种基础材料,对小麦-黑麦5R/5A×6R/6A代换系杂交后代的8份高代材料6-30、6-31、7-1、7-9、7-13、7-21、7-22和7-28进行形态学、细胞学观察,及SSR分析和GISH检测。结果表明,8个品系田间生长整齐、育性正常,具有大穗、多小穗,抗白粉病、叶锈病等优良性状;对其中2个品系7-1和7-9进行花粉母细胞减数分裂观察,发现大多数细胞染色体构型为2n=21Ⅱ,具有良好的遗传稳定性;选择黑麦R染色体通用引物及5R、6R染色体上的微卫星引物共8对,对8个品系进行SSR分析,结果表明8个品系都有黑麦5R或6R染色体片段的导入,进一步进行GISH检测,发现5个品系6-31、7-1、7-13、7-21、7-22都存在黑麦杂交信号,为小麦-黑麦小片段易位系。本研究综合多种手段鉴定的8份材料皆为小麦-黑麦小片段易位系,在育种上具有利用价值。

春小麦新种质的分子细胞遗传学鉴定

远缘杂交能把亲缘关系较远的种、属中有用基因引入栽培种,改良现有品种。利用形态学和分子细胞遗传学研究方法,对远缘杂交创制的5份普通小麦新种质进行分析鉴定。结果表明:5份材料为春小麦,株系4-11和4-30-32突出表现为大穗、多分蘖,2015-2016年分蘖数为别为18~20和16~17个,熟期正常。二者的千粒重平均为38和36g,籽粒蛋白质含量超过18%。株系6-30-31表现为矮秆(55cm),密穗有芒,平均穗长7cm,千粒重平均32.6g。株系5-6和5-19,穗型似小偃麦,无芒,千粒重平均为33.7和36.4g,籽粒蛋白质含量超过19%。5份材料根尖体细胞染色体数为42,减数分裂行为正常。分子标记和原位杂交检测表明,株系4-11和5-19带有中间偃麦草遗传成分,为小麦-中间偃麦草易位系,株系5-6为六倍体小偃麦,矮秆株系6-30-31带有E染色体组遗传成分。

寒地多年生小麦的选育与细胞遗传学分析

通过杂交方法获得八倍体小偃麦与中间偃麦草杂种后代,对该杂交后代进行了形态学观察和细胞遗传学分析。杂交当代结实率为10%～39%;F1表现为两亲中间型,多年生,抗小麦多种病害,生长的第2和第3年结少量种子,结实率为2%～3%;F2分离复杂,出现八倍体小偃麦类型和中间偃麦草类型的多年生材料;F3和F4代出现一些普通小麦类型的多年生小麦,表现多分蘖、多小穗、抗病、抗寒。F1根尖有丝分裂中发现49条染色体,在减数分裂中期I形成14～17个二价体和4～21个单价体;而F2和F3代减数分裂时形成14～21个二价体和9～17个单价体。杂种后代结实率逐代恢复。F1植株已在田间自然条件下生长5年。从F4代中获得了4个植株高大(140cm)、分蘖丰富(60个以上)、小穗多(25～30个)的饲草型多年生小麦株系,它们不仅具有良好的刈割再生能力,而且兼抗多种病害,抗寒性好,草质与中间偃麦草相似。还获得了一些普通小麦类型的多年生株系,有待进一步改良。这些结果为多年生小麦的遗传研究和利用提供了信息和材料基础。

杀配子染色体诱导小麦染色体畸变及其后代的细胞遗传学研究

本研究利用形态学和分子细胞遗传学研究方法对中国春-长穗偃麦草二体附加系与中国春-柱穗山羊草(2C)二体附加系的杂交后代F1、F2、F3进行研究,旨在探讨杀配子染色体诱导小麦-外源染色体畸变的频率,为小麦遗传育种提供材料基础。结果表明,杀配子染色体(2C)的丢失与恢复成二体,造成杂种F1、F2的减数分裂行为异常,杂种F3较前2代单价体数明显下降,相对紊乱系数明显低于F2。同时,杀配子染色体连续2次作用,使得附加系中ABDE染色体组受到严重影响,部分染色体产生缺失和易位,在后代传递中易于丢失,而外源E组染色体片段渗入到小麦染色体组中,使得染色体配对异常,产生非理论值的单价体数,导致后代育性下降或败育。本研究共检测F3植株448株,得到易位24株,缺失36株,小麦间易位19株,易位频率为5.36%,缺失频率为8.04%,染色体畸变总频率为13.39%。断裂位点的分布比率依次为:B组>A组>D组。本研究表明,杀配子染色体诱发染色体畸变频率高,且具有一定的方向性,是创造小麦遗传育种新材料的重要途径。

黑龙江春小麦春化和光周期基因等位变异对农艺性状的影响

春化和光周期基因决定了小麦对环境条件的适应能力,对小麦的生长发育具有重要的作用,为了明确黑龙江春小麦春化和光周期等位变异的分布,本研究对124份春小麦品种的春化和光周期基因进行了STS标记,结果表明黑龙江春小麦春化基因显性等位变异Vrn-A1,Vrn-B1和Vrn-D1的分布频率分别为93.55%,52.42%和55.65%,没有检测到显性等位变异Vrn-B3;光周期等位变异Ppd-D1a和PpdD1b的分布频率分别为39.52%和60.48%。为了研究春化和光周期等位变异对农艺性状的影响,将黑龙江省春小麦春化基因组合主要分为4种类型：Vrn-A1a＋Vrn-B1＋Vrn-D1,Vrn-A1a＋Vrn-B1＋VrnD1,Vrn-A1a＋Vrn-B1＋vrn-D1和Vrn-A1a＋Vrn-B1＋Vrn-D1。4种春化基因组合对小麦的株高和分蘖有显著影响,其中,携带Vrn-A1a＋Vrn-B1＋Vrn-D1的小麦株高最低（94.98cm）,而分蘖最多（6.01）。光周期基因对株高和各个生长发育时期有显著影响。光钝（携带Ppd-D1a）比光敏（携带Ppd-D1b）小麦的株高低8.88cm,三叶期,拔节期和抽穗期等提前1~2d。因此,本研究认为春化和光周期基因对小麦的株高,分蘖及生长发育时期有显著影响,携带Vrn-A1a＋Vrn-B1＋Vrn-D1＋Ppd-D1a小麦的株高低,分蘖多,适应性广,可能是比较理想的春化和光周期基因组合形式。

野生大麦的抗旱性及其在大麦遗传改良中的应用

干旱是主要的非生物胁迫性灾害,极大地威胁到全球的粮食供应,是影响农业生产的最重要因素之一。因此,培育抗旱性植物是解决干旱危害和粮食危机的根本途径。野生大麦已经适应广泛的干旱环境并具有丰富的遗传多样性,它们的抗旱基因与抗旱相关数量性状位点(QTLs)已经确定,对改良大麦抗旱性有巨大的潜力。综述了野生大麦的抗旱性及其在大麦改良中的应用,并对大麦抗旱育种中存在的问题以及今后发展方向进行了展望。

24-表油菜素内酯对盐碱胁迫下大豆生育、生理及细胞超微结构的影响

【目的】探讨外源EBR(24-表油菜素内酯)对盐碱复合胁迫下大豆的生长指标、生理特性及超微结构的影响,为改善大豆生长、保障粮食安全、实现农业可持续发展奠定基础。【方法】以大豆品种黑农44号为试材,分别在110 mmol·L^(-1)的盐碱复合胁迫条件下培养3 d和7 d进行取材,研究1.2 mg·L^(-1)外源EBR对大豆株高、根系生长,叶片3种抗氧化酶超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)及抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)活性,相对电导率、超氧阴离子(O_2^-)产生速率、过氧化氢(H_2O_2)和丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量、游离脯氨酸和叶绿素含量以及叶片和根尖细胞超微结构的影响。【结果】盐碱胁迫处理3 d和7 d时,与对照组相比,3种抗氧化酶(SOD、POD、APX)的活性、游离脯氨酸含量、相对电导率、O_2^-产生速率、H_2O_2和MDA含量均升高;各项生长指标、叶绿素含量均降低;叶片细胞结构中叶绿体和线粒体遭到严重破坏;根尖细胞中线粒体、内质网结构破坏较重,液泡破裂。盐碱胁迫条件下,施加外源EBR使大豆的株高、根长和根鲜重分别提高了6.45%、9.60%和19.85%;使大豆叶片SOD、POD、APX的活性显著升高,在3 d和7 d时分别增加了16.92%和9.68%、48.85%和61.44%、19.05%和20.36%;相对电导率、O_2^-产生速率、H_2O_2和MDA的含量显著降低,分别降低了19.58%和28.26%、28.06%和40.92%、28.62%和31.21%、31.03%和37.17%;脯氨酸和叶绿素含量显著升高,分别升高了3.67%和15.96%、13.34%和16.87%;同时维护了大豆叶片和根尖细胞超微结构的稳定性,延缓了细胞的衰老、解体。【结论】在盐碱胁迫下,施加外源EBR通过提高抗氧化酶活性和脯氨酸及叶绿素含量,降低了活性氧(ROS)的积累,维护了细胞结构的完整,促进了幼苗生长,增强了大豆幼苗耐盐碱胁迫的能力。

肌醇代谢在植物响应非生物胁迫中的作用

非生物胁迫制约了植物的生长和发育,降低作物的产量,严重时导致植物死亡。为了应对非生物胁迫,植物在进化过程中形成了一系列胁迫响应机制,包括肌醇(MI,myo-inositol)代谢途径。肌醇为一类化学性质稳定的极性小分子,植物可通过积累其糖苷类衍生物参与渗透调节途径,从而响应非生物胁迫。肌醇-1-磷酸合酶(MIPS,myo-inositol-1-phosphate synthase)、肌醇单磷酸酶(IMP,inositol monophosphtease)和肌醇加氧酶(MIOX,myo-inositol oxygenase)在肌醇的生物合成或分解过程中发挥作用,它们通过调控植物中肌醇的含量,以及后续一系列复杂的转化途径,参与L-抗坏血酸(L-AsA,Lascorbic acid)和部分细胞壁多糖的合成,响应盐、干旱、碱和低温等非生物胁迫。本文综述了肌醇的结构、生物学作用、肌醇代谢途径相关酶和肌醇衍生物在植物响应非生物胁迫中的研究进展,并对未来的研究方向进行了展望,旨在为利用肌醇代谢增强植物对非生物胁迫的抗性,培育抗逆植物品种提供理论基础。

玉米PDI基因家族鉴定和表达模式分析

蛋白质二硫键异构酶(PDI,protein disulfide isomerase)作为硫氧还蛋白家族的一员,是一种氧化还原酶,广泛存在于动物、植物及微生物中。在植物中,蛋白质二硫键的形成和异构主要由二硫键蛋白催化完成,在参与蛋白质正确组装折叠方面至关重要。本研究以拟南芥PDI家族基因序列信息为基础,利用同源序列比对方法,从玉米中鉴定出21个PDI基因,除8号染色体外,非均匀地分布在其余玉米9条染色体上。进化树分析表明,玉米PDI基因家族分为4个进化分支11个发育组,同一发育组的基因结构和保守基序相似。顺式作用元件分析表明,PDI基因家族启动子含响应逆境胁迫、植物激素及胚乳特异表达的顺式作用元件。表达模式分析表明,PDI基因家族在胚、胚乳和籽粒中表达量较高,在授粉后10~20 d的胚乳中表达量呈下降趋势,然后表达量又呈现上升趋势。生物多样性分析发现:ZmPDIL1-1基因存在多样性。亚细胞定位结果表明ZmPDIL1-1定位在内质网。本研究结果为玉米PDI家族基因功能研究提供参考。

利用比较基因组学开发山羊草属InDel分子标记

为开发和利用小麦野生近缘种的优异基因,采用比较基因组学方法,通过拟斯卑尔脱山羊草EST(expressed sequencetag)与小麦UniGene序列的比对分析,发现山羊草插入/缺失(InDel)位点137个,在这些位点两端序列设计引物24对,通过在15个小麦野生近缘属种基因组DNA的扩增分析,发现11对引物具多态性,可以作为InDel标记。这些包含突变位点的基因涉及亚细胞定位、蛋白质结合与催化以及代谢等过程。

中间偃麦草种质改良及基因组学育种研究进展

中间偃麦草作为禾本科小麦族多年生物种,是小麦的多年生野生近缘种,具有根系发达,生长势强,大穗多花且具有抗病、抗旱、抗寒、耐盐碱和高蛋白等优良性状。研究表明,改良中间偃麦草以选育粮饲兼用型多年生作物潜力巨大。本文综述了中间偃麦草种质资源在直接驯化改良、远缘杂交改良、基因组学育种研究等领域取得的进展,展望了今后的研究重点与选育策略,为中间偃麦草种质资源的改良和利用提供科学依据。

小麦-黑麦小片段易位系新种质的分子细胞遗传学鉴定

为创制有利用价值的小麦-黑麦易位系,选育小麦遗传改良的新种质,本研究运用形态学与分子细胞遗传学结合的研究手段,对小麦-黑麦代换系6R/6A×克珍杂种后代中选育的11个品系进行鉴定。结果表明,11个品系形态表现为大穗多花、多小穗、抗倒伏、籽粒饱满度好等优良性状。其中有4个品系2-13、2-18、2-20、2-21穗长超过14 cm。品系2-18、2-21,分蘖数为7个,2-17千粒重为35.24 g,品系2-19主穗粒数为54,均超过亲本。另有8个品系结实率也优于亲本。亲本克珍为小麦-黑麦小片段易位系,带有7R和3R染色体遗传成分,分子标记和原位杂交显示,11个品系均带有R组染色体成分,分别有10个、6个和3个品系带有黑麦6R、7R和3R染色体遗传成分。有9个品系可确定为小麦-黑麦小片段易位系,易位类型为端部易位和中间易位。本研究成果对小麦育种及种质改良具有重要意义。

‘龙麦35’与寒地多年生麦草杂交后代的分子细胞遗传分析

本研究利用黑龙江省哈尔滨地区冬季寒冷的气候特点以及形态学和分子细胞遗传学研究手段,对‘龙麦35’与6份寒地多年生麦草杂交后代F1进行选育和分析。结果表明,寒地多年生麦草同中间偃麦草染色体组构成一致,具有出色的抗寒性;寒地多年生麦草1-1-4和7-31花期同‘龙麦35’同步,杂交结实率明显高于其他组合。杂种F1为两亲中间型,植株成活率低,减数分裂时期寒地多年生麦草的染色体可同‘龙麦35’染色体发生配对,但染色体组配对不完全,单价体数量多于二价体,导致植株不育。F_(1)植株虽不具有抗寒性,但具有割后再生性。8个F_(1)株系,仅株系F_(1)18731结实,GISH检测结果表明,F_(2)18731染色体组带有27条‘龙麦35’染色体,14条麦草染色体和1条小麦-麦草易位染色体,染色体数为42条。本研究可为寒地多年生麦草染色体组的研究和利用提供理论基础。

长穗偃麦草1E附加系与杀配子染色体2C附加系杂交后代的细胞学及形态学分析

长穗偃麦草是小麦的野生近缘种属,具有抗寒、抗旱、抗病等优异性状。为了利用长穗偃麦草的优异基因,将‘中国春’-长穗偃麦草1E二体附加系与‘中国春’-柱穗山羊草2C二体附加系杂交、自交和回交,观察其后代的细胞学和形态学特性。结果表明,在杂交后代有丝分裂和减数分裂中观察到了染色体畸变现象;统计F1代自交结实率,发现与亲本相比,这些杂种后代的结实率明显降低;杂种后代的穗型发生了分离,除正常穗型外还观察到了密穗型,说明杀配子染色体2C可以诱导染色体畸变并对结实率和穗型均有一定的影响。本研究为进一步创制小麦-长穗偃麦草1E染色体易位系和缺失系奠定了基础。

寒地多年生麦草新种质的形态学分析与细胞学检测

为丰富北方寒地牧草品种,选育适合北方寒冷地区种植的优势牧草,以八倍体小偃麦(Trititrigia)与中间偃麦草(Thinopyrum intermedium)杂交后代选育的10份寒地多年生麦草新种质为材料,借助我国东北哈尔滨地区的气候特点,对其进行形态学分析和细胞学鉴定。结果表明:10份材料田间自然生长年限超过3a,均具有抗寒性和多年生特性,可在哈尔滨地区-30℃环境下安全过冬;根系发达,除2个株系8LF2 1-1-4和11LF3 1-1-4外,其他株系具有地下茎。植株生长繁茂,有5个株系总分孽数超过40,2个株系穗长超过24cm。株系11LF3 1-1-4和11LF4 1-18-1结实率平均值在80%以上,远高于亲本中间偃麦草;10份材料种子发芽率在60%~90%;株系5Q10L1-18-1茎秆干重可达1.7kg·m^(-2)。10个株系根尖体细胞染色体为42条,遗传稳定,植株均表现抗旱、抗寒,抗病等特性。本研究可为北方寒地的牧草选育提供理论和材料基础。

辣椒根尖细胞微核制片方法的探讨

为了建立辣椒根尖微核技术,对辣椒种子萌发条件和辣椒根尖解离时间等环节进行了探索。结果表明:52℃和室温浸泡利于辣椒种子萌发,可以得到状态良好的根尖材料;在60℃1N HCl中解离7 min,细胞分散和染色效果较好;利用辣椒根尖细胞可以获得理想的微核制片。

解决大豆疫霉根腐病的有效途径--转基因育种

大豆是世界上重要的粮食和油料作物,在人类的生产、生活中有着举足轻重的作用。大豆疫霉根腐病是大豆生产中常见的病害,严重影响了大豆的产量和品质。本文对大豆疫霉根腐病的病害症状以及利用转基因技术防治大豆疫霉根腐病的进展进行概述,并对大豆抗病转基因育种的前景进行了展望。