基于连续14年国家绿豆品种区域试验的中国绿豆品种产量和性状变化

利用GGE双标图、变异系数法、相关性分析、多元回归和聚类分析等方法,分析了2003—2016年共14 a国家绿豆品种区域试验中来自内蒙古自治区、黑龙江省、吉林省、辽宁省、山西省等12个绿豆主产省(市、自治区)的29个育种单位提供的130个参试品种的生育天数、株高、主茎节数、主茎分枝数、荚长、单株荚数、荚粒数、千粒重以及产量在春播组和夏播组的变异,并比较了性状间的相关性以及不同育种单位选育的绿豆品种的性状差异。结果表明:2003—2016年春播组和夏播组绿豆产量分别增加14.0%和25.4%,年均增幅分别为1.0%和1.8%;主茎分支数分别减少12.0%和15.9%;其他性状变化不明显。春播组绿豆主要农艺性状的变异系数为5.14%~17.01%,均值为11.33%;遗传多样性指数为1.91~2.08,平均为1.99。夏播组绿豆主要农艺性状的变异系数为5.96%~19.99%,均值为12.52%;遗传多样性指数为1.98~2.17,平均为2.07。相关性和偏相关性分析表明,春播组中产量与荚长、单株荚数和荚粒数显著正相关,与其他性状的相关性不明显;夏播组中产量与单株荚数和荚粒数显著正相关,与株高、主茎分支数和荚长显著负相关。多元回归分析表明,春播组绿豆生育天数、株高、主茎分支数、荚长和单株荚数共同决定产量60.9%的变异;夏播组绿豆株高、主茎分枝数、单株荚数、荚粒数和千粒重共同决定产量87.7%的变异。依托品种选育区域的聚类分析表明,65个春播组品种被分为4类,在北京市、河北省、山西省、河南省、山东省、吉林省和陕西省综合表现较好;65个夏播组品种被分为6类,在河南省、河北省和山东省综合表现较好。2003—2016年,国家每轮区试的绿豆品种产量稳步提升,表明我国绿豆育种水平有了一定提升;但品种遗传基础狭窄,育种方法多样化程度较低,缺少突破性品种。

土壤微生物中向日葵核盘菌抗性资源的挖掘及分子鉴定

为从不同来源土壤中筛选对向日葵菌核病具有较强拮抗能力的拮抗菌株,并进行分子鉴定,分别用PDA、MDA培养基培养核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)菌丝。结果表明,PDA培养基核盘菌菌丝生长较快,MDA培养基核盘菌菌核形成数量较多。从采集到的5个土壤样品中共分离到微生物单株26株,经过筛选,获得3株具有较好拮抗效果的细菌菌株,分别命名为BMD1、BMD2和BMD3。通过Blast对16SrDNA序列对比分析并结合构建系统发育树分析表明,BMD1与Bacillus subtilis(X60646)亲缘关系较近,序列相似度高于99%;BMD2与BMD3有2个碱基差异,二者同Bacillus pumilus(AB098578)、Bacillus altitudinis(AJ831842)、Bacillus stratosphericus(AJ831841)和Bacillus aerophilus(AJ831844)处于系统发育树同一分枝。

药隔期低温胁迫对小麦生理及产量的影响

为揭示小麦春季耐寒性的生理生化机制,以不同春季耐寒性的8个小麦品种为材料,采用田间盆栽和药隔期低温胁迫的方法,探讨了药隔期低温胁迫后小麦的生理及产量变化。结果表明,药隔期低温胁迫后,小麦单株产量明显下降,平均降幅为68.4%,其中淮麦20、皖麦38、西农979和矮丰3号表现出较好的春季耐寒性,单株产量降幅均小于65%,而陕麦139、郑366、小偃22和郑麦9023单株产量降幅较大(>70%),耐寒性相对较差;小麦叶片丙二醛含量、SOD活性、POD活性、脯氨酸含量和可溶性蛋白含量均不同程度升高,其中淮麦20、皖麦38、西农979和矮丰3号丙二醛含量的增幅明显小于平均增幅,SOD活性、POD活性、脯氨酸含量和可溶性蛋白含量的增幅显著大于平均增幅,表现出较低的细胞膜受损程度和较强的耐寒性。在生理指标中,SOD活性、POD活性、脯氨酸含量和可溶性蛋白含量与产量的关联度高,因此可作为春季低温下小麦耐寒性鉴定的重要指标。

荞麦、糜子与玉米淀粉理化性质比较研究

为阐明荞麦、糜子淀粉与生产常用玉米淀粉理化性质差异,以荞麦、糜子和玉米籽粒为原料,采用碱提法提取淀粉,比较研究电子显微镜（SEM）和X-射线衍射仪测定的淀粉颗粒结构,快速黏度测定仪（RVA）测定的糊化特性,差示热量扫描仪（DSC）测定的热特性,以及透明度和凝沉性.结果表明,荞麦淀粉颗粒为不规则多角形或球形,有微孔,粒径为3.5～12.6 μm;糜子淀粉颗粒为多角形,表面塌陷,粒径为1.8～10.5μm.3种淀粉X-衍射图谱均属于A型.淀粉糊凝沉速度玉米＞荞麦＞糜子.荞麦淀粉峰值黏度和最终黏度最大,为1 692和2 265 cP,显著高于糜子、玉米淀粉（P＜0.05）;糜子淀粉谷值黏度和回生值最小,为760和160 cP,显著低于荞麦、玉米淀粉（P＜0.05）.荞麦淀粉相变起始温度（To）、峰值温度（Tn）、终止温度（Tc）为62.7、66.7和71.9℃,显著低于糜子、玉米淀粉（P＜0.05）;荞麦、糜子淀粉热焓值（△H）分别为7.9和7.5 J/g,显著低于玉米淀粉（P＜0.05）.

苦荞淀粉颗粒及淀粉糊性质研究

为明确苦荞籽粒淀粉理化特性,以7个苦荞品种为材料,分析了其淀粉颗粒表面结构及其淀粉糊的透明度、冻融稳定性、凝沉性、糊化特性、热焓特性。结果表明,苦荞淀粉颗粒多为不规则多面体球形,颗粒大小平均为6.8μm;苦荞淀粉糊的透明度平均为7.68%,低于玉米淀粉糊;苦荞淀粉糊凝沉性、冻融稳定性均强于玉米淀粉糊;苦荞淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最终冷黏度、破损值及回生值均高于玉米淀粉;苦荞淀粉糊具有较强的热黏度稳定性、冷黏度稳定性和凝胶形成能力;苦荞淀粉糊的平均糊化温度范围为65.87℃到78.41℃,峰值温度为70.88℃,均低于玉米淀粉糊。

连作对荞麦产量、土壤养分及酶活性的影响

在连续4年不施肥的定位试验基础上,采样分析了不同荞麦连作年限(2年、3年和4年)对土壤养分、酶活性和荞麦产量的影响。结果表明,随连作年限的增加,荞麦产量下降,且显著低于与豆科作物轮作下的荞麦产量;土壤氮、磷、钾含量均降低,磷和钾含量降低更明显,土壤p H提高;土壤碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性下降,脲酶活性先降后升,蔗糖酶活性总体上呈降低趋势。因此,为维持地力,提高荞麦产量,一要实行荞麦与芸豆等豆科作物轮作倒茬,二要施用一定的肥料。

春小麦旗叶长度、宽度及叶绿素含量QTL分析

为了提高高产和理想株型小麦的选育效率,以普通小麦(Triticum aestivum L.)宁春4号和宁春27号杂交得到的128个F9代重组自交系(RILs)为试验材料,利用从1 001个SSR标记中筛选出的307个在亲本之间存在多态性的标记对该群体进行遗传分析和QTL检测。构建了覆盖小麦21对染色体的包含291个SSR标记的遗传连锁图谱,遗传距离总计2 576.09cM,标记间平均遗传距离为8.85cM。以复合区间作图法(ICIM)分别对旗叶长度、宽度和叶绿素含量进行加性QTL检测,分别检测到6、8和4个QTL。多数QTL只在单一生态环境下检测到,说明这些性状受一定环境因素的影响。

小麦单株穗数的遗传分析及基于QTL定位的最优基因型预测

为给小麦育种提供参考,以种植于陕西杨凌、岐山、乾县三地的中国春(母本)×兰考大粒(父本)F2∶3家系为材料,对小麦单株穗数进行数量性状主基因+多基因混合模型遗传分析和QTL定位,并对最优株系基因型及遗传效应进行预测。结果表明:(1)单株穗数符合数量性状遗传特征,由一对加性和部分显性主基因(A-1模型)控制。(2)联合分析三个环境下的单株穗数得到9个控制单株穗数的QTL位点,其中QPn4B-2为主效位点,具有增穗的加性效应,与遗传分析结果相吻合,同时还得到自身无主效应但存在较强上位效应的5个位点;单独分析得到具有QTL与环境互作效应的7个位点,可见上位效应及环境互作效应对小麦单株穗数遗传有较大的影响。(3)在排除基因与环境互作效应以及分别考虑三地基因与环境互作效应4种情况下,单株穗数最优基因型预测效应值较中国春(P1)分别增加了1.45、1.45、1.9337和1.45,其中岐山地区预测效应值最高,达3.954 2,由此可推知此杂交组合后代在提高单株穗数这一性状上存在较大潜力;岐山地区最优株系QTL基因型在QPn2A、QPn6B位点上与杨凌和乾县两地不同,可见不同环境所对应的最优株系基因型存在差异。预测了普通最优株系的最佳基因型组合,同时讨论了在育种中获得最优株系的途径。

红花甜荞籽粒淀粉的理化特性

为明确红花甜荞籽粒淀粉理化特性,选用12个红花甜荞品种为材料,分析了其淀粉颗粒形态、粒度分布特征、直链淀粉含量、溶解度、透明度及糊化特性以及品种间差异。结果表明,红花甜荞淀粉颗粒多为不规则多角形和球形,多角形多且颗粒较大,球形颗粒较少且颗粒小,淀粉粒径范围介于0.38～25.78μm;品种间淀粉粒径、直链淀粉含量、溶解度、透明度存在显著性差异(P<0.05);起始糊化温度在62.80～72.60℃,峰值黏度在126.58～141.00RU;品种间谷值黏度、最终黏度、破损值、回生值和峰值时间差异显著。定边甜荞谷值黏度大,为118.00RU;破损值及回生值小,分别为13.00和57.33RU;达到峰值时间最长,达5.80min;淀粉糊稳定性好。因此,在进行优质专用品种选育和产品加工时,应根据不同目标选择不同的甜荞品种。

小麦分蘖数和单株穗数QTL定位及上位性分析

为了明确小麦分蘖性状和单株穗数的遗传基础，以中国春（母本）和兰考大粒（父本）杂交获得的F2群体为作图群体，构建了含169个分子标记的遗传连锁图谱。将F2：3家系分别种植于陕西乾县、岐山和杨凌三地，利用完备区间作图方法对小麦冬前分蘖、春季分蘖和单株穗数进行多环境联合QTL分析，共检测到21个相关的加性QTL位点。其中，6个冬前分蘖QTL位于2A、2D、5D和7A染色体上，单个QTL可解释1.38%～6.73%的表型变异；7个春季分蘖QTL位于1A、2D、4B、5D、7A和7D染色体上，单个QTL可解释1.97%～32.60%的表型变异；8个单株穗数QTL位于1A、2B、2D和4B染色体上，单个QTL可解释2.29%～41.21%的表型变异。共检测到30对加性×加性上位性QTL。其中，控制冬前分蘖的为1对，可解释21%的表型变异；控制春季分蘖的为20对，可解释0.59%～48.7%的表型变异；控制单株穗数的为9对，可解释0.08%～22.18%的表型变异。控制冬前分蘖、春季分蘖和单株穗数的加性QTL存在差异，同一QTL在不同性状中的遗传贡献率也不同；基因间上位性效应以春季分蘖最大，单株穗数次之，冬前分蘖最小，且不同性状涉及的QTL位点具有差异。小麦分蘖遗传主要受加性效应控制，本研究初步定位到的一些重要QTL可为进一步精细定位、基因挖掘和高产育种的分子标记辅助选择提供依据。

小麦籽粒品质性状的QTL分析

利用小麦中国春（母本）和兰考大粒（父本）F2群体构建了169个标记的分子遗传图谱，将F2∶3家系分别种植于3个环境中，利用基于完备区间混合模型的单环境作图模型和多环境作图模型对小麦籽粒容重、硬度、蛋白含量和结合水含量性状进行了QTL分析。结果显示：（1）两种作图模型下，检测到容重的6个共同QTL（QTW-6B-6、QTW-7B-6、QTW-7B-9、QTW-5D-2、QTW-6D-1、QTW-6D-4），单环境模型下遗传贡献率为1.99%～6.57%，多环境模型下遗传贡献率为3.66%～20.07%，其中QMTW-7B-9、QMTW-6D-1和QMTW-6D-4在多环境模型中表现为主效QTL。（2）检测到硬度的3个共同QTL（QHD-4A-5、QHD-7A-1和QHD-7B-9），单环境模型下的遗传贡献率为6.00%～6.95%，多环境模型中遗传贡献率为5.43%～9.64%。（3）检测到蛋白含量1个共同QTL（QPR-6D-1），单环境模型下的遗传贡献率为5.39%，多环境模型中遗传贡献率为10.06%，表现为主效QTL。（4）检测到籽粒结合水含量1个共同QTL（QMO-1B-4），单环境模型下的遗传贡献率为39.20%，多环境模型下的遗传贡献率为75.01%，均表现为主效QTL。（5）1B染色体上存在同时控制籽粒容重、硬度、蛋白和结合水含量的QTL，说明1B染色体对小麦品质的影响可能很大。研究表明，小麦容重、硬度、蛋白含量、结合水含量的遗传主要受加性效应控制。该研究初步定位的一些重要QTL可为进一步精细定位、基因挖掘和育种早代品质性状分子标记辅助选择提供依据。

节节麦不同生育期叶片蜡质组成和超微形态的变化

为了解节节麦(Aegilops tauschii Coss.)不同生育期叶片表皮蜡质组成及晶体形态的变化,对节节麦叶片蜡质进行提取,利用气相色谱-质谱(GC-MS)联用仪和气相色谱-火焰离子化检测仪(GC-FID)对蜡质进行了定性和定量分析,并采用扫描电镜(SEM)对叶片表面蜡质晶体形态进行了观察。结果表明,节节麦叶表皮蜡质经GC-MS分析,共鉴定出化合物21种,主要以初级醇为主(苗期、抽穗期和灌浆期相对含量分别为85%、84%和70%),并含有少量的烷烃、醛、酮和脂肪酸;随着节节麦的生长发育,蜡质总量不断积累,烷烃含量极显著地升高,其中以C29烷烃的增加最明显,而初级醇含量显著降低,其中C26醇的相对含量降低最明显(苗期、抽穗期和灌浆期相对含量分别为80%、76%和63%),其他各类化合物组分变化不大。经扫描电镜观察,节节麦叶片近轴和远轴面的蜡质晶体形态无明显差别,苗期均为片状,抽穗期大部分仍以片状形态存在,并且蜡质晶体的密集程度比苗期稀疏,灌浆期蜡质晶体的密集程度变得更加稀疏。这些变化可能与抽穗期、灌浆期烷烃含量的增加和初级醇含量的减少有关。

基于高光谱反射率的糜子冠层叶片叶绿素含量估算

连续两年大田试验研究不同糜子品种叶绿素含量与冠层光谱反射率,并基于不同植被指数建立糜子叶片叶绿素含量的估测模型。结果表明,参试糜子品种叶绿素含量在整个生育期呈现"低-高-低"的抛物线变化趋势,最大值出现在抽穗期到开花期之间;不同品种各生育期内冠层光谱反射率趋势一致,在近红外波段,冠层光谱反射率与叶绿素含量呈稳定正相关,灌浆初期光谱反射率达到最大值;可见光波段,拔节期、开花期和灌浆初期冠层光谱反射率与冠层叶绿素含量呈正相关,成熟期呈负相关;糜子冠层叶绿素含量与760~900、630~690、550 nm波段组合的植被指数具有较高相关性;基于RVI、PSNDb、GNDVI750能较好地建立糜子叶绿素含量统一检测模型,决定系数分别为0.791、0.779、0.748;模型验证的相对误差分别为9.58%、8.93%、11.80%;均方根误差分别为0.045、0.140、0.196。表明利用RVI、PSNDb、GNDVI750建立的模型能较为准确地预测糜子冠层叶绿素含量。

高温胁迫下TaERECTA基因对小麦幼苗抗氧化物酶活性的影响

【目的】研究TaERECTA基因对高温胁迫下小麦幼苗抗氧化物酶活性及丙二醛和可溶性糖含量的影响.【方法】以TaERECTA转基因小麦为材料,鉴定TaERECTA基因超表达水平,测定高温胁迫下转基因小麦幼苗的过氧化物酶活性、可溶性糖和丙二醛含量.【结果】转基因小麦幼苗超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性以及可溶性糖含量显著提高,而过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量增加不显著.TaERECTA基因的超表达水平与SOD和POD酶活性显著正相关.依据抗氧化物酶活性以及MDA和可溶性糖含量聚类分析,转基因株系可分为3组,分别与TaERECTA基因超表达水平一致.【结论】在高温胁迫下,TaERECTA基因参与提高小麦幼苗SOD和POD酶活性以及可溶性糖含量.

基于SmartGrain软件的小麦NaN_3诱变群体籽粒性状分析

为了解小麦NaN3诱变后代籽粒性状的遗传变异规律,利用高通量表型分析软件SmartGrain对小麦新品种陕农33NaN3诱变群体(M3)籽粒性状进行测量,并进行相关分析、通径分析和主成分分析。结果表明,M3代籽粒性状变异系数表现为千粒重>密度因子>表面积>长宽比>粒宽>圆度>周长>粒长,诱变群体籽粒性状均值除长宽比外均较陕农33不同程度下降。千粒重与籽粒表面积、周长、粒长、粒宽、圆度、密度因子均呈极显著正相关,与长宽比呈极显著负相关。经通径分析,7个籽粒性状对千粒重直接贡献表现为密度因子>粒宽>表面积>周长>长宽比>圆度>粒长,其中,密度因子、粒宽和表面积对千粒重有较大的正效应。主成分分析结果显示,2个主成分(籽粒大小和籽粒形状)累计贡献率达到94.10%,说明2个主成分已经覆盖诱变群体所有籽粒性状的主要变异信息。

小麦和谷子C_4光合途径关键酶活性及其与光合和蒸腾的关系

为了解小麦和谷子叶片中C4光合途径关键酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、NADP-苹果酸酶(NADP-ME)、磷酸丙酮酸二激酶(PPDK)和苹果酸脱氢酶(MDH)的活性差异及其与光合速率和蒸腾速率的关系,以4个小麦品种(中国春、晋麦47、绵阳11、小偃6号)和4个谷子品种(豫谷1号、吨谷1号、冀谷19、冀谷20)为材料,在苗期、拔节期、抽穗期、开花期和灌浆期,分别测定了小麦和谷子叶片中四种光合酶的活性、净光合速率和蒸腾速率。结果表明,在小麦生育期,叶片中均可检测到这四种光合酶的活性,且酶活性与净光合速率变化趋势一致;谷子叶片中四种光合酶活性均远高于小麦;不同小麦和谷子品种间四种光合酶活性存在显著差异。小麦的PPDK和NADP-ME活性均与净光合速率呈显著正相关,与蒸腾速率相关不显著;谷子的MDH、PEPC和PPDK活性均与净光合速率呈显著正相关,仅豫谷1号的PEPC活性、冀谷20和吨谷1号的MDH活性与蒸腾速率呈显著正相关。

利用SNP标记和宁7840×Clark重组自交系(RIL)群体检测小麦染色体偏分离区域

为给小麦偏分离规律研究及小麦农艺性状的QTL定位研究提供相关信息,以普通小麦(Triticum aestivum L.)宁7840和Clark杂交得到的F12重组自交系(RIL)为试验材料,利用筛选出的2 404个单核苷酸多态性SNP标记和291个SSR标记对该群体进行遗传分析。结果表明,共有494个标记位点表现偏分离,占总标记数的18.3%,其中有429个标记偏向父本Clark,占偏分离标记数的86.8%,65个标记偏向母本宁7840,占偏分离标记数的13.2%。大多数偏分离标记在连锁图谱上成簇分布,形成偏分离区域(Segregation distortion region,SDR),共检测到33个SDR,分别位于1A、1B、2A、2B、3A、4B、5A、6A、6B、7A、7B和7D染色体上,其中有6个SDR偏向母本宁7840,27个SDR偏向父本Clark。杂合致死基因Ne2、导致偏分离的QSd.ksu-7D、核质互作增强子基因scs所在染色体区间分别与SDR-2B.1、SDR-7D.1、SDR-1A.2存在部分重合,这3个SDR中可能存在上述基因或其同源基因,在合子体选择和配子体选择共同作用下造成偏分离,形成SDR。

轮作及连作条件下荞麦功能叶片衰老特性的比较

为了探明轮作及连作条件下荞麦功能叶片的衰老特性,揭示叶片衰老机制和产量形成的内部生理机制,在连续4a定位试验的基础上,测定轮作及连作条件下荞麦开花后主茎功能叶片叶绿素质量分数、可溶性蛋白质量分数、保护酶SOD活性和膜质过氧化产物MDA、氧自由基积累量等生理指标。结果表明:荞麦开花后,随着衰老进程的推移,功能叶片的叶绿素质量分数、可溶性蛋白质量分数、SOD活性均呈先升高后下降趋势,且轮作显著高于连作;MDA和氧自由基积累量持续上升,且轮作低于连作;轮作荞麦籽粒产量较连作高出32.89%。综合分析说明,连作会加速荞麦功能叶片的衰老进程,而轮作在一定程度上能延缓功能叶片的衰老,维持叶片生理功能,对籽粒产量形成具有重要作用,故在荞麦生产上要合理地轮作倒茬。

氮磷配比覆膜黑豆花后干物质积累与转运特性

为了探明不同氮磷配比下覆膜黑豆花后干物质的积累与转运特性,揭示黑豆产量形成的内部生理机制,以‘连枷条’黑豆品种为材料,对开花至成熟期间植株主茎叶、分枝叶、主茎杆、分枝秆及豆荚等地上部各器官的干物质积累、分配和转运进行研究。结果表明,黑豆开花后,地上部干物质的积累量呈先增加后下降的变化趋势,籽粒干物质在开花初期增质量较慢,后期快速增加,呈近"S"型的增长趋势;黑豆植株干物质在各器官中的分配随生长中心的转变发生变化,而后又随着籽粒的灌浆将茎叶中储备的同化物不同程度地转移到生殖器官中,主茎叶对黑豆籽粒充实的贡献最大。不同氮磷配比下黑豆地上部干物质的积累、分配和转运差异显著,N2P0和N1P3处理下的黑豆地上部干物质积累速率、籽粒积累速率以及干物质在主茎叶中的分配比例和转运率明显较同一时期其余4组处理高。综合分析表明,开花结荚期是黑豆籽粒产量形成的关键时期,主茎叶是籽粒充实的主"源",合理的氮磷配比是提高黑豆植株干物质"源"器官积累能力、促进干物质向"库"器官转运从而获得高产的关键。

普通小麦“宁7840×Clark”RIL群体抗条锈病QTL分析(英文)

为了解小麦条锈病抗病基因在染色体上的位置,对源自小麦杂交组合宁7840×Clark的重组自交系(RIL)群体进行了抗条锈病QTL分析。结果表明,在染色体1BS上检测到一个主效的QTL即QYr-hwwg-1B。该QTL由抗病亲本宁7840提供,位于SNP标记Xsnp3620和Xsnp5435之间,区间长度为2.5cM,可解释55.8%的表型变异。根据宁7840的小种抗性推测QYr-hwwg-1B可能是由来自1B/1R易位系的抗病基因Yr9引起的。抗性基因Yr9、Yr10、Yr15、Yr24、Yr26、YrH52和YrAlp均位于小麦1B染色体短臂的一端,形成一个抗条锈基因簇,并与SSR标记Xgwm11紧密连锁。另外,有56个SNP标记与该标记区间共分离,可以用于小麦抗条锈基因精细定位图谱的构建及分子标记辅助选择育种。