基于主成分分析的苦荞麦重组自交系农艺性状综合评价

为筛选出综合性状优良的种质,为苦荞麦高产品种的选育推荐材料,对选取的58个具有高产潜质的重组自交系(RILs)及其双亲的10个主要农艺性状进行遗传变异分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析。结果表明,58个RILs各性状的变异系数介于5.71%~31.55%,其中,产量、生育期和主茎分枝数的变异系数较大,粒宽和籽粒周长的变异系数较小。产量与籽粒面积、籽粒周长、株高和千粒重呈极显著(P<0.01)正相关,与粒长和粒宽呈显著(P<0.05)正相关,与生育期呈极显著负相关,产量与上述指标的相关系数绝对值从大到小依次为千粒重>株高>籽粒面积>生育期>籽粒周长>粒宽>粒长。主成分分析结果表明,前4个主成分的累计贡献率达86.987%,分别是粒形与产量因子(39.940%)、粒宽因子(24.478%)、株高因子(11.667%)、主茎分枝数与生育期因子(10.893%)。基于综合评价结果及RILs与亲本间的方差分析,共筛选出R64、R103、R164、R84、R192、R153和R214等7个综合性状优良的非米荞型RILs。这7个株系在聚类分析中均被划分在了高产、大粒、高秆和生育期短的C2类群,可将其作为示范推广品种或西南地区常规苦荞育种的优良种质资源加以利用。米荞型株系R52、R198和R101的产量极显著或显著高于米荞型亲本小米荞,可用于苦荞麦高产薄壳品种的选育。

应用CRISPR/Cas9基因编辑技术获得高直链淀粉水稻种质

【目的】通过CRISPR/Cas9基因编辑技术遗传改良水稻种质,创制高直链淀粉新材料。【方法】以水稻品种中花11为试验材料,利用CRISPR/Cas9编辑系统对水稻淀粉分支酶(Starch branching enzymes,SBE)基因OsSBE3进行靶向编辑,利用PCR技术鉴定无标记纯合突变体,并测定其淀粉含量。【结果】T_(0)代获得10株突变体株系,T1代获得5个无标记纯合突变株系,其中4个株系(sbe3-22-6、sbe3-25-3、sbe3-25-4、sbe3-25-6)的直链淀粉含量和淀粉直支比显著高于野生型。【结论】本研究创制了高直链淀粉含量的水稻新种质,为水稻品质改良提供了参考。

金荞麦叶发酵茶抗小鼠H22肿瘤的作用及机制研究

为探究金荞麦叶发酵茶抑制肿瘤的作用及其机制,以移植H22荷瘤小鼠为模型,设置空白组、金荞麦叶发酵茶低中高剂量组(1.25、2.50和5.00 g·kg-1·d-1)灌胃,阳性药5-FU组,检测其抑瘤效果及对H22小鼠生存时间的影响。以荷瘤小鼠血清中SOD和MDA含量检测评价金荞麦叶发酵茶的抗氧化能力,以耳肿胀度、鸡红细胞(CRBC)致敏小鼠血清溶血素水平、碳廓清能力及小鼠免疫器官的重量评价免疫功能的调节能力。结果发现,金荞麦叶发酵茶高剂量能够明显抑制小鼠H22实体瘤生长(P<0.05),其抑瘤率为36.3%;SOD活力与模型组比较显著提高(P<0.05),而低剂量组、中剂量组和高剂量组MDA含量较模型组均下降,但与模型组比无明显差异。发酵茶能显著提高正常小鼠DTH反应所致的耳廓肿胀度(P<0.01);可提高CRBC致敏小鼠的血清溶血素含量,且显著加强小鼠单核巨噬细胞的吞噬能力,加快碳粒的清除,而对正常小鼠免疫器官的影响比较复杂。可见,金荞麦叶发酵茶通过显著增强小鼠的免疫功能,提高SOD的活性,清除自由基,减轻活性氧带来的损伤,从而起到抗肿瘤作用。

荞麦生产状况及新类型栽培荞麦育种研究的最新进展

笔者通过对国内外栽培荞麦生产状况、荞麦育种现状、新类型荞麦育种及远缘杂交突破等方面的综述,提出:从野生甜荞中导入花柱同长自交可育基因,可提高甜荞的结实率;将地方苦荞特殊种质薄壳基因导入常规苦荞,可提高苦荞的加工性能和品质。由于栽培种品种间的变异有限,故通过栽培和野生荞麦的种间远缘杂交,可培育出双二倍体杂种并用于生产。另外,笔者将不同于花柱异长自交不亲和甜荞、不同于常规厚果壳苦荞的栽培荞麦类型称为新类型栽培荞麦,并指出新类型栽培荞麦将代表着荞麦产业的未来。此外,笔者还详细介绍了新类型荞麦育种的突破和应用,以便为荞麦品种更新、新类型荞麦产业的发展提供参考。

贵州苦荞麦加工过程营养物质流向分析

阐述了贵州苦荞麦加工过程中的几种副产物及成品,分析了苦荞基础营养物质在其加工副产物中的营养流向。结果表明:传统方法加工所得苦荞精米较大程度地保留了苦荞全麦的营养物质,但其加工副产物中也含有较多营养成分,为苦荞副产物的高效利用提供依据。

苦荞种子活力测定方法与其田间成苗率的相关性

为确定与田间成苗率相关性较好的室内苦荞种子活力测定方法,以活力水平不同的4个苦荞品种:六苦1号、品苦1号、黑米15、额曲木耳薏为试验材料。采用标准发芽试验、低温发芽试验和高温发芽试验3种室内发芽方法测定种子活力,并将其结果与田间成苗率进行相关性分析。结果表明标准发芽试验中,苗鲜重和活力指数与四月份田间出苗率表现出显著相关性,低温发芽试验中苗鲜重和活力指数与七月份田间出苗率表现出显著相关性,高温发芽试验中苗鲜重活力指数与四月和七月田间出苗率均表现出显著相关性。高温发芽试验中发芽势、发芽率、苗鲜重、发芽指数、活力指数与七月份田间成苗率均表现出显著相关性,其中发芽势和发芽率与七月份田间成苗率相关系数最高(0.993、0.907)。研究结论:在使用标准发芽试验检测苦荞种子活力时,苗鲜重和活力指数与田间出苗率表现出显著相关性,可作为预测田间成苗率的有效指标,逆境试验中的高温发芽试验结果与田间出苗率表现出显著相关性,可作为预测田间成苗率的有效方法。

荞麦远缘杂交种质(Fagopyrum tatari-cymosum)的再生特性与品质分析

该文选用荞麦远缘杂交育成品系‘贵多苦75’为材料,进行40 cm(I)、20 cm(Ⅱ)和10 cm(Ⅲ)留桩高度处理,对再生植株主要农艺性状、产量性状和品质性状进行分析。结果表明:留桩高度40 cm内,留桩高度对再生植株株高、茎叶重、单株粒数、单株产量和产量影响显著;处理I植株的株高、茎叶重、单株粒数、单株产量和产量均显著或极显著高于处理Ⅱ和处理Ⅲ,说明留40 cm高桩有利于再生植株营养器官的生长与产量的形成。‘贵多苦75’种子清蛋白含量>谷蛋白含量>醇溶蛋白含量>球蛋白含量。留桩高度40 cm内,留桩高度对种子总蛋白和谷蛋白影响显著,但对清蛋白、醇溶蛋白和球蛋白含量影响不显著。‘贵多苦75’再生植株种子总黄酮含量在3.17%~3.33%之间,受留桩高度的影响不显著。留桩高度为40 cm时,‘贵多苦75’再生植株产量达到1.5 t·hm^(-2),清蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白、球蛋白、总黄酮含量分别达到4.06%、3.26%、1.27%、0.39%、3.33%,具有较高营养价值和药用价值。

甜荞花青素糖基转移酶基因FeUFGT1的克隆、遗传转化及生物信息学分析

为探究花青素糖基转移酶基因(UFGT)在甜荞花色苷生物合成中的作用,以甜荞贵红1号为材料,基于同源比对分析,筛选并克隆得到1条UFGT基因序列,命名为FeUFGT1。对FeUFGT1进行生物信息学分析,并构建过表达载体转入拟南芥花青素3-O-糖基转移酶突变体(atugt78d2)中分析其功能。结果表明,FeUFGT1开放阅读框为1 404 bp,编码467个氨基酸残基,推测其分子质量51.46 ku,理论等电点为4.97。FeUFGT1蛋白不存在信号肽和跨膜区,含有植物糖基转移酶家族典型结构域(GT-B型),并且在C末端具有植物UGT家族成员特有的PSPG-box。进化分析表明,FeUFGT1蛋白与罗汉果的3-O-葡萄糖基转移酶UGT74AC1亲缘关系最近。在白花品种丰甜1号和红花品种贵红1号2个品种盛花时期的花瓣中,红花中FeUFGT1的表达量约为白花中的3.7倍,差异显著。突变体恢复试验表明,FeUFGT1能够恢复拟南芥突变体atugt78d2缺乏花色苷积累的表型,具有催化花色苷生成的功能。

普通荞麦种内丝裂原活化蛋白激酶序列分析

【目的】比较普通荞麦Fagopyrum esculentum种内丝裂原活化蛋白激酶基因(MAPK)序列的差异,研究MAPK基因序列在普通荞麦栽培进化过程中的变化。【方法】以普通荞麦的9个栽培品种和3个落花落果野生种质为材料,PCR特异性扩增获得MAPK基因的保守片段,对基因片段序列进行差异分析和蛋白结构预测。【结果】荞麦MAPK基因cDNA全长为2 835 bp,开放阅读框1 827 bp,编码609个氨基酸,含有TDY的三肽模块,为植物D组MAPK蛋白。PCR扩增获得12个供试材料的MAPK序列,其单型不变位点为723个,多态位点为70个。9个栽培品种间开放阅读框(ORF)区域无序列差异,3个野生种质间ORF区域也无序列差异。栽培品种与野生品种的ORF区域序列含有8个差异位点,编码3个差异氨基酸。其中,ORF区域第13位点组氨酸(H)→酪氨酸(Y)发生置换,导致1个α-螺旋构象发生变化。【结论】普通荞麦MAPK基因序列高度保守,栽培驯化对ORF区域第13位点差异氨基酸的选择具有高度一致性。

关于现代粮食作物农业生产方式发展战略的研究

本文分析了现代农业作物经济可持续发展的关键因素,提出高效低投入生态农业概念及其最佳生产模式。认为多年生粮食作物品种培育和推广,规模化机械化生产,提高复种指数、加强救荒填闲可以获得全年高产和稳产,充分利用作物的多重用途发展相关产业,是现代农业生产高效率的关键基础。由于多年生荞麦等多年生粮食作物的高度抗旱耐瘠薄性和防止水土流失特性,以此为基础的高效低投入生态农业模式特别适合喀斯特山区的农业生产。

苦荞薄壳种质的光合特性、淀粉合成与产量形成研究

为探索薄壳苦荞的“源-库”关系,提高产量水平,进而指导薄壳苦荞杂交育种。该研究选用杂交薄壳苦荞种质米55为材料,以母本小米荞为对照,对灌浆期的叶片光合特性、籽粒淀粉合成关键酶活性与主要农艺和产量性状进行测定分析。结果表明:(1)灌浆期米55叶片净光合速率显著或极显著高于对照。(2)籽粒蔗糖浓度稍低于对照,葡萄糖浓度稍高于对照,均未达到显著差异水平。(3)籽粒腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性高于对照,且前期达到极显著差异水平。(4)籽粒淀粉合成酶活性和淀粉浓度都稍高于对照。(5)米55的株高降低,单株粒数提高,千粒重增加,产量显著提高。上述结果说明增“源”、扩“库”在杂交薄壳苦荞米55上取得一定进展,叶片光合同化能力、单株粒数和千粒重改良是未来薄壳苦荞育种的重要研究方向。

黔苦5号全麦荞茶的营养与抗氧化、免疫调节功效评价研究

评鉴贵州特色黔苦5号全麦荞茶(QB5T)营养与抗氧化、免疫调节功效,为区域性荞麦饮品研发与推广提供科技支撑。以贵州特色黔苦1号全麦荞茶(QB1T)、贵州特色黔苦5号全麦荞茶(QB5T)为材料,应用福林酚比色法和高效液相色谱法对QB1T、QB5T的多酚、黄酮含量进行测定,采用1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-dipheny1-2-picryl-hydrazyl,DPPH)法、2, 2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐[2, 2'-azinobis-(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate), ABTS]自由基清除法、铁离子还原/抗氧化能力(ferric reducing ability of plasma,FRAP)法测定抗氧化能力,建立免疫低下小鼠模型,测定QB5T醇提物对免疫低下小鼠的免疫器官、细胞免疫影响。结果表明:QB5T感观及冲饮特性较优;营养价值较高,碳水化合物占69.50 %,蛋白质含量达20.12 %,多酚、总黄酮含量显著高于QB1T(P<0.05),分别为25.72、20.06 mg/g;总黄酮主要为芦丁(18.23 mg/g)、山奈酚(660.00 μg/g)和槲皮素(412.33 μg/g)。QB5T乙醇提取物抗氧化活性显著优于QB1T,且浓度为100 μg/mL时,对ABTS+·、DPPH·清除率分别达59.53 %、75.02 %,仅次于VC,而FRAP值(255.24 μg FeSO4·7H2O eq/mL)显著优于VC(231.72 μg FeSO4·7H2O eq/mL)。采用QB5T醇提物灌胃免疫低下小鼠,小鼠各项免疫指标均显著或极显著高于模型对照组,且呈现剂量-效应关系:高剂量组的胸腺指数(4.98 mg/g)显著高于模型对照组(P<0.05);脾脏指数(7.77 mg/g)、IgG含量(1 095.65 mg/100 mL)、IgM含量(175.23 mg/100 mL)、血清血溶素水平(OD450值为0.49)、耳肿胀率(121.62 %),吞噬率(53.12 %)则均表现为极显著(P<0.01)。

甜荞果皮开裂类型及其对籽粒早期萌发性状的影响

甜荞是我国传统的药食同源植物,籽粒是甜荞的重要贮藏器官,籽粒果皮的开裂类型及其开裂行为影响种子的萌发性状。该研究以5份甜荞为材料,进行果皮裂口的建模与分型,并通过纸床发芽法,检测种子的发芽率、胚根及下胚轴长度。结果表明:(1)甜荞籽粒果皮开裂主要包括纵向完全开裂型、种孔端部半开裂型、种脊中部半开裂型、种脐端部半开裂型和横裂型等5种类型;(2)开裂型籽粒比完整型萌发时间提早约12 h;(3)开裂型籽粒早期萌发率均高于相应的果皮完整型,但48 h后,完整型籽粒的萌发率超过果皮开裂型;(4)开裂型籽粒胚根及下胚轴的早期增长速度比完整型快,但果皮开裂型籽粒胚根与下胚轴增长比值显著小于果皮完整型;(5)不同开裂类型的萌发率从大到小依次为种孔端部半开裂型、纵向完全开裂型、种脐端部半开裂型、种脊中部半开裂型、横裂型,而种子霉烂率从大到小依次为种脐端部半开裂型、纵向完全开裂型、种脊中部半开裂型、种孔端部半开裂型、横裂型。果皮开裂虽然可以提高甜荞种子早期的萌发率,促进胚根及下胚轴早期的伸长速度,但会降低甜荞整体的萌发率以及胚根/下胚轴增长比值,种子霉烂率显著增加,不利于田间壮苗与全苗的形成。

金荞麦转录组SSR位点分析及分子标记开发

金荞麦具有较高的医疗保健价值,目前缺乏相应的分子工具用于系统评价金荞麦资源以保护及利用种质资源,SSR标记能够应用于植物多样性评价、品种鉴定以及遗传图谱构建等领域。为揭示金荞麦根系转录组SSR分布特征,开发更多有价值的SSR标记,本研究利用Krait软件对其46923个Uingenes序列的SSR位点进行检索和标记开发。结果显示,在1783个Unigenes序列中包含1961个SSR位点,SSR分布频率为3.80%,平均分布间距为1/17.00 kb;其中三核苷酸重复基序数量最多(54.92%),其次是单核苷酸重复基序(23.36%)和二核苷酸重复基序(10.76%);共发现104种重复基序,其中A/T的出现频率最高(23.10%),其次是AAG/CTT(16.32%)和AG/CT(5.61%)。随机合成了115对SSR引物,基于12份金荞麦种质资源检测其多态性,结果得出98对引物(85.2%)能扩增出目标条带,其中36对引物有多态性。单个SSR引物平均能检测到3.83个变异位点,多态信息含量(PIC)为0.15~0.96,平均为0.53;12个金荞麦之间的遗传相似系数为0.47~0.76,平均值为0.55,表明12个金荞麦种质具有一定的遗传多样性。本研究鉴定金荞麦根系转录组SSR标记,有效增加了金荞麦遗传多样性评价、品种鉴定和重要性状遗传机制的解析等研究中可用的分子标记,为金荞麦分子育种的深入研究奠定了基础。

苦荞(Fagopyrum tataricum)RILs群体果壳率相关性状的变异分析和QTL定位

为选育薄果壳大粒的苦荞(Fagopyrum tataricum)品种和挖掘果壳率相关性状候选基因,本研究以‘小米荞’(米荞型)和‘晋荞麦2号’(非米荞型)为亲本构建的重组自交系(recombinant inbred lines,RILs)群体为供试材料,分析了两个生长季节苦荞RILs群体的果壳率、百粒重、百粒果仁重和百粒果壳重等4个性状的遗传变异和数量性状座位(quantitative trait locus,QTL)。结果显示,非米荞型亲本和非米荞型株系的4个果壳率相关性状均值均高于米荞型亲本和米荞型株系的。米荞型和非米荞型株系的4个果壳率相关性状变异系数分别在9.01%~15.66%和8.21%~14.04%。果壳率与百粒重、百粒果仁重和百粒果壳重均呈极显著正相关。通过聚类分析筛选到米荞型株系R160、R198、R199和R46,以及非米荞型株系R102、R120、R125、R142、R157和R178在两个生长季节均表现低果壳率和高百粒重的特点,可作为薄壳大粒苦荞品种选育的候选材料。两个生长季节共检测出17个QTL,其中百粒重、百粒果仁重、百粒果壳重和果壳率的QTL数目分别为5个、4个、5个和3个,单个QTL的表型贡献率为3.76%~48.65%。QTL簇qC1.2含果壳率、百粒重、百粒果仁重和百粒果壳重稳定主效QTL各1个,与已经报道的控制果壳类型和粒重的主效QTL重叠。研究结果可为苦荞果壳率相关性状的分子改良、基因的精细定位和克隆提供理论依据。