分蘖型谷子资源的表型和遗传多样性分析

本研究选用了来自国外及国内的68份分蘖型谷子进行了表型及遗传多样性分析。表型分析表明,质量性状以绿鞘、白谷黄米、圆锥穗、松散穗码居多,数量性状变异系数除出谷率较小外,其他性状表现了丰富的遗传变异,来自山西的小软谷单株穗重、单株穗粒重、千粒重均为最高,而来自黑龙江的大青谷单株穗粒重、出谷率、千粒重均为最低。遗传多样性分析结果表明,77对引物共检测出202个等位位点,每对引物可检测到1~6个位点不等,平均为2.62个;77对引物多态性信息含量(PIC)在0.0283~0.6974之间,平均多态性信息量(PIC)为0.4169,68份材料间的遗传相似系数变化范围为0.59~0.96,平均值为0.68。利用软件NTSYSpc 2.10的UPGMA聚类方法对68份谷子分蘖材料进行了聚类,这些材料被划分为4个类群,即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。Ⅰ类群主要来自西北地区谷子分蘖种质,Ⅱ类群主要来自国外谷子分蘖种质,Ⅲ类群包括华北、华东和东北的谷子分蘖种质,Ⅳ类群仅包括一个种质。结合表型鉴定出10份优势谷子分蘖种质。这些结果揭示68份谷子分蘖种质遗传多样性较好,研究结果为挖掘谷子分蘖优良基因及谷子分蘖育种提供理论依据。

山西谷子产业发展十年（2009-2019年）变迁

谷子生产在山西省粮食作物生产中占据极其重要的地位,这是传统作物种植的延续,也是谷子文化的一种传承,有着不可替代的意义和地位。随着我国农业现代化进程的加速,谷子产业也在快速的发展,同时也受到各种因素的影响和制约。通过对近十年来谷子生产的一些相关方面进行归纳,客观地描述山西省谷子产业的发展进程。

谷子条纹叶突变体wsl2的鉴定及候选基因分析

谷子叶色突变体是探究叶绿体发育机制和C4光能利用率的理想材料之一。为了研究谷子叶色突变的分子机制,从谷子主推品种长农35号的甲基磺酸乙酯(EMS)诱变库中筛选鉴定到一个苗期条纹叶突变体wsl2,通过表型鉴定、遗传背景检测和遗传分析,同时利用MutMap方法快速精细定位突变基因,并根据突变位点开发共分离分子标记等方面对该突变体进行研究。结果表明,wsl2在苗期表现为条纹叶表型,但从拔节期开始恢复为正常叶片表型;wsl2与野生型遗传背景相同且wsl2受一个隐性核基因控制;MutMap精细定位的关联区间内包含9个非同义突变基因,其中,Seita.9G561800是一个编码与叶绿体相关的PsbP蛋白基因,含有6个外显子和5个内含子,在第1外显子77 bp处发生G/T碱基突变,导致一个精氨酸(R)突变成亮氨酸(L)。根据突变碱基设计了dCAPS标记MRI498-1(Cac8Ⅰ)和共分离标记MRI501-3,进一步验证了wsl2突变体的候选基因突变位点。研究鉴定了一个新的条纹叶突变体wsl2,对PsbP基因光合作用反应机制的进一步研究奠定了理论基础,丰富了谷子叶色突变体资源,同时验证了MutMap方法克隆谷子突变基因的有效性。

谷子SiARGOS1的克隆、表达分析和功能标记开发

【目的】从谷子中分离受激素诱导表达、参与器官大小控制的拟南芥ARGOS(Auxin-regulated gene involved in organ size)基因家族的同源基因,进行生物信息学分析,明确其在不同组织器官及其受植物激素诱导的表达模式,分析基因编码区及其启动子序列差异,开发功能标记,为谷子产量性状相关基因的改良提供依据。【方法】通过对已有ARGOS蛋白保守结构域进行BLAST,明确谷子ARGOS家族成员数目并进行蛋白序列分析,采用同源克隆方法获得谷子ARGOS家族成员之一——SiARGOS1编码区及其启动子序列,用生物信息学方法分析SiARGOS1启动子的顺式作用元件,通过实时荧光定量PCR分析该基因在谷子各器官中以及不同植物激素条件下的诱导表达模式,利用基因编码区及启动子序列的SNP和插入缺失序列开发分子标记,同时利用85份谷子品种的穗重(panicle weight,PW)、穗粒重(grain weight,GW)和千粒重(thousand-grain weight,TGW)等产量性状数据进行基因型间的差异显著性分析,挖掘用于检测该基因与谷子产量性状相关优异等位变异的功能标记。【结果】获得6个谷子ARGOS家族成员,均具有典型的保守OSR(organ size related)结构域,包含2个跨膜螺旋结构和1个高度保守富含亮氨酸区域,克隆了与拟南芥AtARGOS同源的家族成员之一——SiARGOS1编码区及其启动子序列,该基因位于谷子第8染色体上,开放阅读框为342 bp,无内含子,编码113个氨基酸,启动子区域为2 109 bp,含有与生长素、乙烯、茉莉酸和赤霉素等多种植物激素调控有关的元件。表达分析发现,SiARGOS1在谷子根、茎、叶和穗等器官中均有表达,在根中表达量最高,其次为茎和叶,穗中表达量最低。SiARGOS1对生长素吲哚乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)不敏感,但受乙烯利(ethephon,ETH)上调表达。不同基因型谷子SiARGOS1序列分析发现,SiARGOS1编码区151 bp(起始密码子83 bp)处存在1个SNP(C/G),导致该基因第28个氨基酸发生突变(Ala/Gly),据此设计一个CAPS-AccⅡ标记;另外,启动子区存在19个SNP和2个In Del,根据-1 652—-1 651处(TA)_(2/3)和-1 165—-1 163处(TCA)_(1/2)的序列差异分别设计SSR引物AP-1和AP-2。同时,用这些标记对85份谷子品种进行检测,CPAS-AccⅡ和AP-1检测到不同基因型的穗重、穗粒重和千粒重的差异均不显著,而AP-2检测的2种基因型间除千粒重差异不显著外,穗重和穗粒重在2015和2016两年间差异均达到显著水平。【结论】在谷子中发现6个ARGOS家族成员,均具有保守OSR结构域,其中,谷子SiARGOS1开放阅读框为342 bp,无内含子,与拟南芥AtARGOS同源,该基因对生长素不敏感,但受乙烯利上调表达。在该基因启动子区开发的SSR标记AP-2可作为功能标记,用于谷子穗重和穗粒重等产量性状相关优异等位变异的鉴定和筛选。

谷子突变体信息平台的构建

为了实现基于网络的谷子突变体库的科学数据共享服务,利用ASP技术,结合Access数据库服务,构建谷子突变体信息数据共享中英文服务平台。通过该信息平台,可以为谷子遗传育种提供丰富的中间材料,为谷子新种质创制提供参考。

谷子产业发展探讨

随着农业产业结构调整及2008年谷子产业体系启动,谷子已逐渐融入我国特色农业现代化的进程。本文介绍了我国谷子产业现状,重点从谷子加工方面提出相应对策,以期为谷子产业发展提供借鉴。

谷子花药颜色基因Siac1的精细定位

为从分子水平上揭示谷子花药颜色性状的遗传基础,以‘E1005’为母本,‘品资39号’为父本构建F2分离群体,利用集团分离分析法(BSA)结合隐性群体分析法(RCA),对谷子花药颜色基因Siac1进行精细定位。遗传分析表明,F2植株黄色花药与白色花药分离比例符合3:1的孟德尔分离规律,表明白色花药性状由一对隐性核基因控制。利用SSR和SV标记将Siac1初定位于第VI染色体上标记GSA07025和GSA07037之间约282 kb的区间内。进一步利用根据亲本重测序结果新开发的InDel标记,最终将Siac1精细定位于标记MRI579和MRI583之间约94.7 kb区段内。生物信息学分析表明,该区间共有10个开放阅读框,初步推测Seita.6G227100、Seita.6G227200、Seita.6G227300和Seita.6G227900为花药颜色性状的候选基因。本研究为克隆Siac1基因、解析花药颜色发育机制奠定了一定基础。

施氮量对春谷农艺性状、光合特性和产量的影响

【目的】通过分析不同氮素水平下春谷品种农艺性状、光合特性与产量的变化规律,确定春谷最佳施氮量,并探讨光合特性与产量相关性。【方法】以春谷品种长农35号和晋谷21号为试验材料,采用裂区设计,品种为主区、施氮量为副区,重复3次,小区面积15.0 m2(5 m×3 m),留苗30万株/hm2。共设0(N1)、45(N2)、90(N3)、135(N4)、180(N5)和225 kg·hm-2(N6)6个氮素水平,40%氮肥作底施,60%在拔节至孕穗期追施。于谷子抽穗后,用日本产叶绿素测定仪SPAD-502(Konica Minolta)测定顶三叶SPAD值,用美国产CIRAS-2光合速率仪(PPSYSTEMS)测定谷子顶三叶的细胞间隙二氧化碳浓度(Ci)、光合速率(Pn)和蒸腾速率(E)。【结果】随着氮素水平的提高,春谷品种的株高、茎粗、穗长呈上升趋势,穗重、穗粒重、旗叶与顶三叶SPAD值、蒸腾速率(E)及光合速率(Pn)表现为先升高后降低,千粒重在各氮素处理间无显著差异,氮水平为90 kg·hm-2时,以上各指标值(千粒重除外)达到或接近最大,产量趋于稳定,预示氮肥施用量90 kg·hm-2为春谷最佳施氮量,进一步通过2个春谷品种产量随氮素施用量变化回归方程计算出最高理论产量,方差分析表明两品种最高理论产量和施氮90 kg·hm-2时产量无显著差异(P长农35号=0.5571、P晋谷21号=0.6632)。综合以上结果,将90 kg·hm-2施氮量确定为春谷最佳施氮量。春谷光合生理指标与产量相关性分析表明:谷子旗叶蒸腾速率(E)及光合速率(Pn)与产量相关系数分别为0.87和0.86,顶三叶总蒸腾速率(E)及总光合速率(Pn)与产量相关系数分别为0.82和0.83,4个相关系数值均达到显著水平。【结论】明确了春谷品种在山西中南部生态气候和土壤条件下的最佳施氮量为90kg·hm-2,发现谷子开花后旗叶蒸腾速率(E)及光合速率(Pn)、顶三叶蒸腾速率(E)及光合速率(Pn)与春谷产量呈显著正相关。

玉米苗期抗旱性鉴定指标及综合评价

以52个春播玉米杂交种作为供试材料,利用旱棚内模拟干旱胁迫环境,测定了株高、叶面积、光合速率、叶绿素含量、叶片含氮量、叶温值、叶片离体脱水率、叶片含水量等10个抗旱相关指标,并分析各指标的相关性,根据隶属函数值对52个品种进行聚类分析。结果表明,各指标在干旱胁迫下均表现出不同程度的变化,其中,苗期相对株高与叶面积相关性最大,相关系数为0.883,说明其大小在一定程度上可以代表品种抗旱性的强弱,可作为鉴定玉米品种苗期抗旱能力的主要指标。根据隶属函数值,可将52个玉米品种分为高抗、中抗、低抗、敏感4个抗旱等级,筛选出6个表现优异的抗旱品种。其结果可为玉米苗期耐旱品种筛选提供理论指导和借鉴。

温度对双斑长跗萤叶甲取食量及活动能力的影响

本研究利用智能人工气候箱等设施分别测定温度对双斑长跗萤叶甲成虫取食量和活动能力的影响。结果显示,该虫取食量随着温度的增加先增大后减小,最适取食温度在25~28℃之间;取食玉米花丝时,28℃取食量最大,为(17.47±3.94)mg/d;取食大白菜时,25℃取食量最大,为(18.88±1.68)mg/d。在15℃时双斑长跗萤叶甲丧失飞行活动能力;17℃时该虫基本丧失飞行能力。结果表明,温度对双斑长跗萤叶甲成虫取食量和活动能力均存在较大影响,是制约该虫活动时空分布的主要因素之一。