大麦品种(系)HvPDIL5-1和HvEIF4E基因的单倍型及其黄花叶病抗性研究

为了解大麦品种HvPDIL5-1和HvEIF4E基因的单倍型及其与大麦黄花叶病抗性的关系,以扬农啤系列、扬饲麦系列和其他来源的29个品种(系)为材料,在江苏扬州和盐城病圃进行大麦黄花叶病大田自然抗性鉴定;利用大麦HvPDIL5-1和HvEIF4E基因全CDS区的3对引物对供试品种(系)的HvPDIL5-1和HvEIF4E基因进行扩增、测序,分析两个黄花叶病抗性基因的单倍型及其抗性。结果表明,本试验年度两试点大麦黄花叶病发病程度较正常年份偏轻,29个品种(系)中有20个品种(系)在扬州和盐城对大麦黄花叶病同时表现为免疫或高抗,Ea52和苏B1403在扬州表现为免疫、在盐城表现为中抗,其余7个品种(系)在两试点均表现为中抗或中感。供试材料的基因存在4种单倍型,HvEIF4E基因存在14种单倍型。扬农啤2号、扬饲麦3号、扬农啤7号等10个品种(系)在扬州和盐城病圃对大麦黄花叶病均表现为免疫或高抗,但其HvPDIL5-1和HvEIF4E基因均为BaMMV-ASL感病单倍型,说明这些品种(系)携带有除rym1/11和rym4/5以外的其他黄花叶病抗性基因。携带抗性基因rym5的苏B1403在盐城病圃鉴定中表现为中抗,说明江苏大麦产区出现了拮抗rym5抗性基因的病毒株系,需进一步加强大麦黄花叶病抗性新基因的发掘。

不同大麦品种特异性SSR分子标记的筛选

为探究鉴别大麦品种特异性所需要SSR标记的数量与鉴别效果,以国内外44个大麦品种为材料,并根据来源不同,将其分为江浙沪组、国内组和国际组;根据SSR标记的多态性及其分布,选取位于大麦7条染色体上的28个SSR标记对参试品种进行遗传多样性分析与特异性鉴定,研究鉴别不同来源组内不同品种所需的最少标记数和最佳标记数。结果表明,鉴别江浙沪组、国内组和国际组大麦品种所需要的最少SSR标记数分别为7、6和6个。考虑到分子标记在大麦染色体上分布的均匀性及其对同一来源组其他大麦品种鉴别的广适性,并结合各分子标记的多态性及不同分子标记组合的品种聚类效果,初步认为鉴别江浙沪组、国内组和国际组所需要的最佳SSR标记数分别为14、15和15个,说明15个SSR标记组合可以鉴别不同来源大麦品种的真实性和纯度。

大麦表皮蜡质组分及晶体结构的差异性分析

为了解不同大麦品种(系)表皮蜡质组分及结构的差异,以7个大麦品种(系)开花期的倒二叶、穗下节及穗为材料,利用GC-MS和S-4800场发射扫描电子显微镜测定不同器官表皮蜡质组分,观察其晶体结构。结果表明,大麦不同器官表皮蜡质均是由烷烃、初级醇、醛、脂肪酸、二酮等20种物质组成,不同品种及不同器官表皮蜡质组分种类无明显差异,但组分含量差异显著;同一品种(系),表面有白霜覆盖器官蜡质总量明显高于无白霜覆盖器官。穗下节表皮蜡质及穗部白霜型品种(系)表皮蜡质的二酮含量最高,穗部无白霜品种(系)(QS、FR、SYR01)表皮蜡质以烷烃和初级醇为主,二酮含量显著低于白霜型品种;叶片表皮蜡质则以初级醇为主,含量明显高于其他组分,且品种(系)间差异显著。电镜观察结果表明,参试品种(系)倒二叶近轴面和远轴面表皮蜡质晶体均呈片状结构;穗下节表皮蜡质晶体结构均呈棒状,SYR01穗下节蜡质晶体附着密度远小于其余6个穗下节有白霜覆盖品种(系)。白霜型大麦品种(系)穗部表皮蜡质完全为棒状,非白霜型品种(系)穗部表面仅有少量片状蜡质晶体或无蜡质晶体附着。

大麦NF-YC基因鉴定及在盐胁迫下的表达分析

核因子Y(NF-Y)是由NF-YA、NF-YB和NF-YC三个亚基组成的一类真核细胞转录因子,主要参与植物生长发育调控和非生物胁迫信号传递。该研究利用生物信息学方法解析了大麦(Hordeum vulgare)NF-YC基因家族功能。首先,基于大麦基因组数据库鉴定出11个HvNF-YC成员,分布在除第2号染色体以外的其余6条染色体上,内含子0–5个。系统进化分析显示,大麦、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa)NF-YC基因家族成员可分为5个亚家族。基因复制分析显示,6个HvNF-YC基因存在片段复制,3个HvNF-YC基因存在串联复制。启动子顺式作用元件分析显示,大多数HvNF-YC基因启动子含有与非生物胁迫及激素响应相关的顺式作用元件。对HvNF-YC家族成员在不同组织不同时期的表达模式分析表明,不同成员的时空表达存在明显差异,其中HvNF-YC9和HvNF-YC11可能在籽粒发育初期发挥重要作用。通过分析耐盐型和盐敏感型大麦品种根和叶中HvNF-YC表达量变化,发现HvNF-YC3、HvNF-YC6和HvNF-YC10主要在盐胁迫初期的根中行使功能,HvNF-YC9主要在长期盐胁迫处理后期的根中起作用。综上所述,推测HvNF-YC9、10、11三个基因可作为后续探究大麦NF-YC参与耐盐作用机制的候选基因。该研究结果为进一步解析HvNF-YC在大麦中的耐盐调控功能奠定了基础。

大麦籽粒大小的遗传多样性与稳定性评价

为了解大麦籽粒大小的遗传多样性与稳定性,以185份大麦种质资源为材料,测定了7个试验环境下籽粒的长度、宽度、长宽比及千粒重等性状,对其遗传多样性和稳定性进行了分析评价。结果表明,所有试验环境下二棱大麦粒长、粒宽及千粒重均值均大于六棱大麦,籽粒长宽比均值均小于六棱大麦;二棱大麦与六棱大麦千粒重、粒长、粒宽及籽粒长宽比在品种(系)间及环境间差异均极显著,且品种(系)与环境之间存在极显著的互作效应,籽粒大小在环境间差异程度因性状而异,其中以千粒重的差异程度最大。依据10级分类分布频次法则,千粒重和粒宽分布比较集中,六棱大麦集中分布在3、4等级,二棱大麦集中分布在7、8等级;粒长和籽粒长宽比分布比较分散,六棱大麦粒长和籽粒长宽比分别分布在1~10等级和2~10等级范围内,二棱大麦粒长和长宽比分别集中分布在4~8等级和2~7等级范围内。千粒重与粒长、粒宽及粒长与籽粒长宽比呈极显著正相关,粒宽与籽粒长宽比呈极显著负相关;粒长与粒宽及千粒重与籽粒长宽比的相关性因棱型不同而异。二棱大麦千粒重的稳定性小于六棱大麦,而粒长和籽粒长宽比的稳定性恰好相反,粒宽的稳定性与棱型无关;皮大麦千粒重稳定性小于裸大麦,其余籽粒大小性状的稳定性与皮裸无关。通过熵权法TOPSIS对大麦籽粒大小进行综合评价,筛选出籽粒饱满且稳定的品种川52209,其可作为大麦籽粒性状改良的优异种质。

氮钾配施对扬农啤7号籽粒产量与麦芽品质的影响

为了解氮、钾肥施用量及配比对啤酒大麦产量和品质的影响,以啤酒大麦品种扬农啤7号为材料,测定并分析了氮、钾肥配施对籽粒产量、蛋白质含量及麦芽品质的影响。结果表明,扬农啤7号的籽粒产量和蛋白质含量及麦芽品质性状在氮肥施用量间的差异均显著(P<0.05);随着氮肥施用量的增加,籽粒产量、蛋白质含量和麦芽α-氨基氮含量、糖化力呈增加趋势,麦芽脆度、浸出率及库尔巴哈值呈降低趋势;在相同氮水平下,钾肥施用量对扬农啤7号籽粒产量、蛋白质含量及麦芽品质性状有一定影响,但无规律。除2017—2018年度的籽粒蛋白质含量与千粒重呈极显著(P<0.01)负相关外,籽粒蛋白质含量与产量及其构成要素间均呈显著或极显著正相关;穗粒数、穗数及籽粒产量与麦芽α-氨基氮含量及糖化力呈极显著正相关,与麦芽浸出率及库尔巴哈值呈极显著负相关。氮肥水平太高导致扬农啤7号品质下降,兼顾高产与优质,扬农啤7号高产优质的氮、钾肥配施技术为:氮肥150 kg·hm^(-2),基肥∶拔节肥∶孕穗肥=4∶4∶2;钾肥150 kg·hm^(-2),作基肥一次性施用。

肥料运筹方式对不同用途大麦产量和品质的影响

为研究肥料运筹方式对不同用途大麦品种产量和品质的影响,以啤用大麦品种扬农啤7号和饲食兼用大麦品种扬饲麦3号为材料,分析4种肥料运筹方式对大麦籽粒产量和蛋白质含量及麦芽品质的影响。结果表明,在中等偏上肥力的土壤上,扬农啤7号优质高产施肥方式为基施尿素150kg·hm^(-2)+复合肥375kg·hm^(-2),苗肥施尿素75kg·hm^(-2),拔节肥施尿素75kg·hm^(-2)+复合肥225kg·hm^(-2),其产量水平在7500kg·hm^(-2)左右;主要啤酒麦芽品质接近国标二级,可适当减少氮肥用量及提前施用拔节肥改善扬农啤7号籽粒的麦芽品质。无论哪种肥料运筹方式,扬饲麦3号的麦芽品质指标均达不到国家二级麦芽标准,该品种不适宜作为啤酒大麦原料种植,宜作优质高产饲食大麦种植,其较佳肥料运筹方式为基施尿素75 kg·hm^(-2)+复合肥750kg·hm^(-2),拔节肥施尿素112.5kg·hm^(-2)+复合肥375kg·hm^(-2),其产量水平在8000kg·hm^(-2)左右,籽粒蛋白质含量在14.0%左右。

不同生态类型大麦品种(系)杂交后代主要农艺性状的分析

为了解不同生态类型大麦品种(系)杂交后代主要农艺性状的分离规律,以美国引进的优质啤酒春大麦品系ABI 18-152为母本、江苏主推冬啤酒大麦品种扬农啤7号为父本配制的杂种F1、F2群体及亲本为材料,测定株高、穗长、穗下节间长、单株穗数、主穗粒数、千粒质量、单株产量、粒长、粒宽、粒长宽比10个农艺性状,对各性状的杂种优势及分离规律进行分析。结果表明:除主穗粒数和粒宽在亲本间差异不具统计学意义,其余8个性状在亲本间均具有统计学意义(P<0.05)或高度统计学意义(P<0.01)。杂种F1的10个性状大多存在正向中亲优势和负向高亲优势,优势大小在性状间存在较大差异。株高类性状和单株产量性状在杂种F2群体内变异程度高,变异系数均在10%以上,单株产量的变异系数最大(58.65%);籽粒粒型性状在杂种F2群体内的变异程度较低,其变异系数在5%左右,粒长的变异系数最小(4.52%)。降低单株株高,对影响单株产量的性状加强选择,可实现矮秆高产品种的选育。

常温与低温处理下小麦发芽特性及幼苗性状的比较

为了解小麦种质资源耐低温的差异性及鉴定小麦耐低温的发芽特性,本文以来源不同的300份小麦种质资源为材料,利用常温和低温发芽方法,测定不同条件下小麦的发芽特性和幼苗性状,分析参试品种发芽特性和幼苗性状的差异性及各性状之间的相关性。结果表明:在常温和低温条件下,小麦种子发芽特性和幼苗性状在参试品种间均存在显著差异(P<0.01),发芽指数、活力指数、发芽势3个发芽特性及3个幼苗性状均值以常温发芽条件的较高,各性状在品种间的变异系数均以低温发芽条件较大。小麦发芽特性间、幼苗性状间及发芽特性与幼苗性状间的相关性均达到显著水平(P<0.01),小麦常温发芽特性与幼苗性状的相关系数均显著小于低温发芽。按照发芽率对小麦进行耐冷性评价,选出122份耐低温发芽的小麦种质,为优异耐迟播小麦种质的发掘与育种利用奠定基础。

低氮条件下NaCl浓度对大麦氮素吸收利用的影响

为了探讨低氮条件下耐盐大麦种质资源对氮素吸收利用的规律,本文以大麦品种‘花30’诱变结合小孢子培养获得的耐盐纯合新品系DH20和‘花30’(亲本对照)为材料,通过幼苗水培对相关性状进行测定分析。结果表明:在无盐条件下,低氮较正常氮处理水平均降低了DH20和‘花30’的苗高、地上部干重、氮素积累量、气孔导度、叶绿素荧光参数,但无显著差异;在中盐(150 mmol·L^(-1)NaCl)条件下,低氮处理对新品系DH20的苗高、地上部干重、氮素积累量、氮素吸收利用率、氮素利用率、净光合速率、气孔导度、Fv’/Fm’值的影响均显著低于对‘花30’各相应性状的影响;在高盐(450 mmol·L^(-1)NaCl)条件下,DH20和‘花30’的苗高、干重、氮素积累量和氮素吸收利用率均很低,但无显著差异。经对大麦氮代谢关键基因表达分析发现,在低氮+中盐处理的条件下,DH20的HvNR1、HvNRT3.1和HvNRT3.3等氮利用基因表达量显著增加,促进幼苗对氮的吸收利用。说明耐盐大麦新品系DH20在中盐胁迫条件下具有对氮素高效吸收和利用的潜在能力,可以作为大麦育种中氮素高效利用的重要基因资源。