拟南芥液泡型H^(+)-ATP酶E1亚基编码基因AtTUF的研究进展

液泡型H^(+)-ATP酶(Vacuolar-H+-ATPase,V-ATP酶,VHA)是存在于所有真核生物中的一类质子泵,主要存在于植物液泡膜、高尔基体及胞内体等内膜系统上,在维持真核细胞内膜区室的pH稳态过程中发挥着重要作用.V-ATP酶是一种多亚基蛋白复合体,由亲水的头部V_(1)和疏水的基部V_(0)两个区域组成,V_(1)位于膜外胞质区,呈球茎状,由A~H 8个亚基组成,主要负责ATP的水解;V_(0)整合于膜中,由a、c、c''、d、e 5个亚基组成,主要负责质子易位.在拟南芥中,V-ATP酶的大多数亚基由包含2~5个成员的小基因家族编码,其中VHA的E亚基由3个具有差异表达的同工型基因编码,在种子发育期间,VHA-E1是胚胎发生过程中的主要同工型,VHA-E2具有花粉特异性,而VHA-E3主要在胚乳和周围的母体组织中表达.VHA-E1亚基由AtTUF基因(又被称为TUFF,EMB2448,VHA-E1,VHAE1,基因号AT4G11150)编码,与跨液泡膜的物质运输密切相关,在体细胞发育过程中对维持功能性分泌系统及植物对各种非生物胁迫的响应过程中均起着重要作用.论文综述了拟南芥中AtTUF的研究进展,以期为相关领域的研究提供参考.

小麦茎秆抗倒伏性能研究

为了研究小麦茎秆纤维素与小麦茎秆抗倒伏性之间的关系,采用微波辅助加热酸浸提法提取了小麦茎秆纤维素,通过光学显微镜、扫描电子纤维镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X-射线衍射光谱法(XRD)等方法对小麦茎秆纤维素光谱性能和形貌结构进行了表征。结果表明:抗倒伏小麦百农矮抗58茎秆纤维素含量为22.51%,结晶度高达74.47%;微波辅助加热酸浸提法所提取的小麦茎秆纤维素纯度高,具有典型的纤维素特征,小麦茎秆纤维素结晶体具有典型的纤维素Ⅰ的结构;小麦茎秆纤维素结构属结晶度高、大分子排列非常紧密的纤维;小麦茎秆纤维素的结晶度和小麦茎秆的倒伏指数具有一定的相关性,结晶度高,倒伏指数小,抗倒伏性能强;结晶度可以用来表征小麦茎秆纤维素的强度,有望作为衡量小麦茎秆质量的重要指标之一。

小麦温敏不育系BNS366育性转换的敏感期研究

为了确定BNS366育性转换的敏感时期和温光阈值,探寻杂交制种最佳时空区域,2011-2013年度在长沙进行了分期播种,研究了BNS366群体不同生育时期的气象因子与花粉败育率、自交不育度和自交实粒数等性状的相关关系。结果表明,播种-分蘖盛期的气温与育性呈极显著相关;拔节始期-孕穗始期的日平均气温、日最低气温和日长也与育性呈极显著相关。即BNS366育性受到播种-分蘖盛期和拔节始期-孕穗始期温光因子的影响。播种-分蘖盛期的日平均气温为17.1-21.7℃不育,日平均气温为14.0-16.2℃育性转换,日平均气温为5.5-6.2℃可育。BNS366育性转换的敏感时期为群体拔节始期-孕穗始期,即小花原基分化期-药隔形成期。育性转换的温光阈值：日平均气温6.6-8.10℃,日长10.92-11.18h不育;日平均气温8.13-10.72℃,日长11.40-11.53h育性转换;日平均气温15.5-18.4℃,日长11.75-12.33h完全可育。

不同小麦品种籽粒脱水特性研究

为探讨小麦籽粒灌浆后的脱水特性,选用生产中大面积种植的5个半冬性小麦品种(矮抗58、百农418、百农4199、温麦6号和周麦18),研究了不同年际间不同品种小麦的籽粒脱水速率,以及其与籽粒质量之间的关系。结果表明,小麦籽粒成熟期的脱水特性在不同品种间存在着较大差异,同一品种年际间受温度条件的影响,籽粒脱水速率亦存在较大差异。百农4199籽粒脱水速率较快,各年度均显著高于其他品种,百农418籽粒平均脱水速率显著低于百农4199,但高于其他品种,矮抗58、温麦6号和周麦18的籽粒平均脱水速率无显著差异。通过相关分析,籽粒的脱水速率与0~21 d籽粒灌浆速率呈正相关,其中与7~14 d灌浆速率的相关性达到了显著水平,而与21 d以后的灌浆速率呈负相关;籽粒的平均灌浆速率又是影响千粒质量的重要因素(R^2=0.99,P<0.01)。小麦品种百农418具有相对较高的平均籽粒灌浆速率,千粒质量较大;百农4199后期籽粒脱水速率较快,年际间籽粒质量稳定。由此得出,小麦籽粒脱水特性除受到灌浆期温度条件的影响外,主要受基因型的影响,生产中选用灌浆前中期(0~21 d)籽粒灌浆快与后期籽粒脱水速率相对较快的品种,是提高籽粒质量、稳定产量的关键,5个品种中百农4199和百农418为本次试验的优选品种。

高产小麦品种郑麦7698花后光合特性研究

选取河南省的区试对照品种周麦18与郑麦7698进行光合性能比较研究,分析郑麦7698高产原因,旨在为小麦高产育种提供理论指导。结果表明,郑麦7698在开花后0～36 d旗叶的总光合速率均显著高于周麦18(平均提高40. 0%),在开花后6～18 d穗的总光合速率均显著高于周麦18(整个测定时期平均提高17. 2%)。郑麦7698穗层光合有效辐射截获率显著高于周麦18(提高29. 6%)。与周麦18相比,郑麦7698能够保持更高的叶绿素含量、最大光合速率、表观量子效率、最大羧化效率和RuBP最大再生速率,保证了郑麦7698在灌浆后期较慢的衰老速率。上述因素致使郑麦7698比周麦18有更高的籽粒灌浆能力,最终导致郑麦7698具有较高的千粒质量和穗粒数,分别较周麦18显著提高3. 5%和8. 0%,进而使得籽粒产量较周麦18显著提高9. 1%。

黄淮麦区小麦品种的高产潜力与实现途径

黄淮麦区是中国冬小麦的主产区和高产区,对中国小麦生产以及国家粮食安全起着重要作用。针对中国人多、地少的基本国情,以及耕地资源非农化、耕地利用非粮化的发展现状,指出未来提高小麦总产的根本出路在于提高单产。要充分挖掘小麦高产潜力,培育高产品种是进一步提高单产的重要途径。文章根据黄淮麦区的生产条件及生态特点,分析不同时期高产品种产量结构的发展变化趋势,指出在大田条件下实现小麦高产潜力,千粒重与穗粒数并重是小麦新品种的发展方向。并从机械化生产对品种的要求出发,探讨了黄淮麦区小麦高产品种的高产空间与创育思路,提出进一步挖掘黄淮麦区小麦品种高产潜力的有效途径:(1)小麦高产潜力的实现,应重新认识和定位穗光合在产量形成中的作用,要充分挖掘和利用穗器官的光合优势,培育穗叶高光效品种。小麦穗器官除具有空间优势外,其光合特点类似于C4途径或介于C3—C4中间型,籽粒呼吸释放的CO2能被穗光合再次固定。鉴于穗光合对籽粒产量形成的较大贡献,应强化绿穗灌浆特性,发挥穗器官的光合优势,提升穗粒重。(2)提高单产水平,必须注重群体生物产量的提高。在保持现有收获指数基本不变的情况下,提高茎秆强度,实现植株高大化、密植化,能有效改善群体穗叶空间结构。通过调节生长发育节律,培育小叶、壮秆、大穗型新品种,实现小麦高生物产量。高生物产量品种还应拉开穗层,使穗层由一层增至三层,能有效提高单位面积容穗数。(3)小麦杂种优势利用已日趋成熟,有效利用杂种优势是今后挖掘高产潜力的重要途径。利用杂种优势挖掘高产潜力需同时兼顾品质性状的优化,充分考虑多个品质性状间的协调稳定。可通过多穗大穗实现高产,通过提高强势小花结实比例稳定品质,从而实现高产与优质并重发展。挖掘小麦产量潜力是一个长期的动态过程。文章旨在通过协调各种产量形成影响因素,最大限度地挖掘黄淮麦区小麦的高产潜力,为中国黄淮麦区的小麦高产育种实践提供思路和方法借鉴。

温敏核不育小麦可育和不育花药的细胞化学观察

温敏核不育小麦BNS可育花药发育中,脂类物质一直很少。在小孢子分裂前,花药中的淀粉粒也不多。小孢子分裂形成二胞花粉后,伴随着营养细胞中大液泡的消失和细胞质内含物的增加,细胞质中出现淀粉粒并持续增加。即将开花的成熟花粉中积累大量淀粉粒,是其营养物质积累特征。不育花药在小孢子分裂以前与可育花药相似,小孢子未显示结构差异。小孢子分裂形成二胞花粉后,不育花粉营养细胞中的大液泡不消失,细胞质内含物也不持续增加,淀粉粒的积累终止,最终导致其没有内含物的积累。这种淀粉代谢的异常与花粉败育有关。

温光敏雄性不育小麦BNS育性的遗传效应分析

【目的】探究新型生态型雄性不育系BNS的遗传特点,为不育系的转育与改良提出理论指导,并为BNS败育机制的进一步研究奠定基础。【方法】利用7个品种(系)与BNS的正反交组合,判断BNS雄性不育的胞质效应,并利用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型,连续3年对BNS/山农055525 F1、F2的育性表现进行分析,判别其最佳模型,并估计遗传参数。【结果】BNS雄性不育性主要受核基因的控制,部分品种(系)表现胞质效应。BNS/山农055525 F2育性呈现连续分布状态,具有明显的多峰或偏态现象,遗传符合E_1,即2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因模型。主基因遗传率为72.5%—79.7%,多基因遗传率为4%—11.6%,环境方差占表型方差的比例为8.8%—23.6%。BNS雄性不育基因的表达受温度因子的影响较大,F2自交结实率及遗传参数因年度间的温度不同而异。【结论】BNS的雄性不育性受2对主基因和多基因的共同控制,并初步发现存在一定的胞质效应。2对主基因对育性的遗传影响较大,其加性效应远远大于显性效应。因此,在不育系的转育与改良过程中可以进行早代选择,以提高育种效率。

不同固定液对小麦小孢子发育和花粉育性检测的影响

为了明确FAA和卡诺氏固定液对小麦小孢子花粉染色效果的差异,以温敏雄性不育系BNS366及其近等基因系郑麦366为材料,采用I2-KI法、醋酸洋红法和DAPI法染色观察了小孢子发育过程,并统计了花粉可育率和自交结实率。结果表明,采用FAA固定液固定、I2-KI法染色,小孢子内淀粉积累区域染色较深,单核期和二核期醋酸洋红法与DAPI法染色细胞核清晰程度均较高;采用卡诺氏固定液固定、三核期和开花期醋酸洋红法染色,细胞核清晰度较高,二核期与三核期DAPI法细胞图像略偏红。采用两种固定液固定、I2-KI法和DAPI法染色,以及采用卡诺氏固定液固定、醋酸洋红法染色,花粉可育率均较高;采用FAA固定液固定、醋酸洋红法染色,花粉可育率偏低并与自交结实率一致。因此,从获得小孢子高清晰细胞图像角度考虑,对于I2-KI、单核期和二核期醋酸洋红及DAPI染色法来说,采用FAA固定液较好;对于三核期和开花期醋酸洋红染色法来说,采用卡诺氏固定液较好。

乌拉尔图小麦PBF基因克隆及其序列分析

醇溶蛋白盒结合因子(prolamin-box binding factor,PBF)是胚乳组织特异的基因表达调控因子,主要调控籽粒蛋白基因表达效率进而影响面粉的加工品质。本研究采用同源克隆方法从2份乌拉尔图小麦(Triticum urartu Tum.)中克隆得到2个PBF基因(Gen Bank登录号分别为MF547409和MF547410)。与已报道不同来源PBF基因比对分析发现,乌拉尔图小麦PBF存在丰富变异位点,高达45个单核苷酸多态性位点(SNPs)。其推导的PBF蛋白具有典型DOF结构特征,存在22个氨基酸变异位点,尤其第22位A→S和第23位G→A变异形成特有酪氨酸激酶Ⅱ磷酸化位点(CK2-phospho-site)。该结果表明乌拉尓图小麦PBF基因具有较高遗传多样性,也暗示了氨基酸变异位点可能对其PBF蛋白的调控功能产生影响。同时,聚类分析显示乌拉尓图小麦与普通小麦的PBF蛋白聚在1个亚组,进一步证实了二者亲缘关系较近。

小麦新品种百农矮抗58及其亲本矮秆基因的检测

为探索百农矮抗58小麦所含的矮秆基因及其来源,应用赤霉素反应和分子标记检测了百农矮抗58及其亲本周麦11、豫麦49号、郑州8960的矮秆基因。结果表明:郑州8960为赤霉素敏感型,其他3个品种对赤霉素不敏感;分子标记检测显示,矮抗58、豫麦49号、郑州8960携带Rht-D1b基因,周麦11携带Rht-B1b基因,4个品种均没有扩增出Rht8基因的192bp标准带。

小麦幼苗根系生理特性和解剖结构对根际pH的响应

为探讨根际pH对冬小麦根系生长的影响,以半冬性小麦品种‘矮抗58’(AK58)和‘百农4199’(BN4199)为材料,采用水培试验,设置3个pH水平(4.0、6.5、9.0,以6.5为对照),研究根际pH对冬小麦根系抗氧化酶系统的影响及根系解剖结构对pH的响应。结果表明:酸碱胁迫下,植株地上部及根系生物量、抗氧化酶活性较对照下降,且酸胁迫较碱胁迫下降幅度大。两品种根冠比表现为pH 4.0<pH 6.5<pH 9.0,丙二醛(MDA)含量表现为pH 6.5<pH 9.0<pH 4.0。与对照相比,两品种碱性条件下根系结构受损较小,而酸性条件下受损较大。相关分析表明地上部和根系干物质积累量与抗氧化酶活性呈显著正相关,与根系MDA含量呈极显著负相关。可见,酸碱胁迫下,保持较高的抗氧化酶活性有利于保持根系生长,从而提高小麦适应不良根际环境的能力。

温敏核不育小麦可育和败育花粉的超微结构观察

温敏核不育小麦可育与不育花粉超微结构观察结果显示:可育花粉小孢子分裂形成二胞花粉后,营养细胞中的大液泡形成一些单膜小液泡,导致大液泡体积减小,然后通过增加液泡内含物,使大液泡转变为细胞质基质。伴随着营养细胞大液泡消失,细胞质中开始积累淀粉粒并逐渐增加。不育花粉在小孢子分裂之前发育正常,但在形成的二胞花粉中出现异常,营养细胞中有自体吞嗜泡形成并融入到大液泡中,结果大液泡不消失,细胞质基质不增加,营养细胞中没有积累淀粉粒,最终花粉败育。该种小麦雄性不育花粉败育时间和败育结构特征的确定为进一步深入研究其花粉败育机制打下基础。

温敏核不育小麦可育花药和败育花药发育观察

对温敏核不育小麦百农不育系(Bainong sterility,BNS)的可育和不育花药结构进行对比观察。在减数分裂期、小孢子早期和小孢子晚期,可育花药与不育花药的结构相同。小孢子分裂形成二胞花粉后,可育花粉中随着大液泡的分解,细胞质内含物增加,其中出现一些颗粒状物质。不育花药中,小孢子也可分裂形成二胞花粉,但营养细胞的大液泡不分解,细胞质也不增加,最终花粉中的细胞质消失,花粉败育。该种温敏核不育小麦的花粉败育时间发生在二胞花粉早期,可能和其大液泡没有适时分解有关。花粉败育时间的确定为进一步深入研究该种雄性不育小麦的败育机制打下了基础。