43份菊芋种质资源遗传多样性的ISSR分析

【目的】探明国内外菊芋（HelianthustuberosusL．）资源间的亲缘关系远近及遗传多样性。【方法】以40份国外菊芋资源与3个国内栽培品种为材料，选用14条引物进行ISSR分子标记分析，分析他们的遗传多样性，利用POPGENE32软件计算多态位点比率（PPB）、有效等位基因数（Ne）、Nei’s基因多样性指数（H）、Shannon’s信息指数（I）。采用NTSYS2．10软件计算品种间的相似系数，进行聚类分析，并对不同类群的形态学主要特点进行分析。【结果】采用14条引物对43份菊芋资源进行PCR扩增，共获得203个标记，其中多态性标记199个，多态性比率为98．0％。采用POPGENE32软件分析，供试的43份菊芋资源平均有效等位基因数为1．8948，平均Nei’s基因多样性指数为0．4677。平均Shannon’s信息指数为0．6590。43份菊芋资源问的相似系数为0．443～0．955。聚类结果显示，供试的43个菊芋资源可聚为2个类群，能很好地将国外菊芋资源与国内品种区分开来。不同类群菊芋的块茎形态及颜色有明显差异。【结论】国内外菊芋资源间遗传关系较远，且国外资源间存在丰富的遗传多样性。

24个菊芋品种(系)遗传多样性的ISSR标记分析

利用ISSR分子标记技术研究了来源于国内外不同区域的24个菊芋（Helianthus tuberosus Linn．）品种（系）的遗传多样性，并结合块茎特征采用聚类分析法探讨了它们的遗传关系。结果表明：用16条ISSR引物从24个品种（系）的基因组DNA共扩增出242条带，包含228条多态性条带，多态性条带百分率达94．2％，其中7条引物的多态性条带百分率达100．0％。各品种（系）间的遗传距离为0．19～1．01，遗传距离平均值为0．45。聚类分析结果显示：在遗传相似系数0．68处可将24个品种（系）划分为5类，第1类仅包含‘青芋1号’（‘Qingyu No．1’），第Ⅱ类仅包含W12，第Ⅲ类包含W30、W42、‘青芋2号’（‘Qingyu No．2’）、W09、W18、W26和WSl，第Ⅳ类包含W06和W84，第V类包含‘青芋3号’（‘Qingyu No．3’）、w23、W36、W43、W54、W75、WS0、W62、W64、W79、S150、S138和W66；多数块茎特征相似的品种（系）被聚在一起，但也有部分块茎特征不同的品种（系）被聚在同一类中；部分品种（系）的聚类分析结果与其形态分类结果及地理分布不一致。研究结果表明：供试的菊芋品种（系）具有较高的遗传多样性，存在着较为频繁的基因交流；基于ISSR标记分析能较准确地揭示出菊芋品种（系）间的遗传多样性。

干旱胁迫对菊芋苗期叶片保护酶活性及膜脂过氧化作用的影响

本试验采用盆栽控水的方法研究了干旱胁迫对菊芋叶片保护酶活性及膜脂过氧化作用的影响。轻度胁迫下,保护酶活性上升能有效清除体内自由基,膜脂过氧化程度低,丙二醛含量较低;中度胁迫下,保护酶活性持续上升,保护细胞免受更大损伤,丙二醛含量有所升高;重度胁迫下,保护酶活性先升后降,酶保护系统遭到破坏,活性氧积累,膜脂过氧化加剧,丙二醛含量升高。试验表明菊芋能有效抵御轻度及中度的干旱胁迫,具有较强的抗旱性。

干旱胁迫下菊芋可溶性碳水化合物的积累及分配规律

以青芋1号、青芋2号2个菊芋品种为试验材料,采用不同的聚乙二醇PEG-6000胁迫浓度(0、10%、20%、30%)及不同控水胁迫强度(轻度、中度、重度)2种人工模拟干旱胁迫的方式对其不同部位可溶性碳水化合物在处理不同时间后的含量变化进行研究。结果表明,在PEG胁迫下,青芋1号、青芋2号叶片中可溶性碳水化合物含量均随着胁迫时间增加而增加;青芋1号茎中随着胁迫时间增加变化趋势不同,青芋2号在PEG浓度为30%、胁迫24 h时效果最明显;青芋1号、青芋2号根中可溶性碳水化合物含量随着胁迫时间增加均增加;在不同控水强度胁迫下,青芋1号叶片中呈现先上升后下降的趋势,青芋2号叶中呈上升趋势;青芋1号、青芋2号茎中均随着控水时间的增加而增加;青芋1号根中随着控水时间的增加呈现下降的趋势,青芋2号根中变化不同,但差异不大。

三十份菊芋资源亲缘关系的SRAP分析

利用SRAP分子标记技术对30份菊芋资源进行了基因组多态性分析。用22对扩增稳定且清晰的具有多态性DNA条带的引物组合,进行菊芋的SRAP-PCR扩增。共扩增出160条条带,其中多态性条带114条,多态性比率为71%,表明菊芋资源在DNA水平上存在广泛差异。利用NTSYS软件统计分析出资源间遗传距离在0.04～0.42之间。应用UPGMA得出聚类结果,将30份菊芋资源划分为2大类群,第2大类群分为6个亚类群。聚类结果与传统的形态学分类略有不同,可结合两种方法为菊芋资源亲缘关系的研究提供理论基础。

菊芋ISSR-PCR反应体系的建立与优化

利用正交试验设计的方法,从Mg2+浓度、dNTPs浓度、引物浓度和Taq酶浓度4因素对菊芋ISSR-PCR反应体系进行优化分析,并在此基础上对模板DNA浓度及退火温度进行梯度检测。结果表明:菊芋20μl最佳反应体系包括10×PCR buffer,200μmol/L dNTP,0.5μmol/L引物,1.5 mmol/L Mg2+,1.0 U Taq DNA聚合酶和50 ng模板DNA。这一优化系统的建立,将为菊芋种质资源鉴定及遗传多样性的研究奠定基础。

干旱胁迫对菊芋苗期生长的影响

以青芋2号、青芋3号菊芋为材料,研究干旱胁迫[轻度胁迫(土壤含水量为土壤最大持水量的60%)、中度胁迫(土壤含水量为土壤最大持水量的45%)、重度胁迫(土壤含水量为土壤最大持水量的25%)、对照(土壤含水量为土壤最大持水量的80%)]对菊芋苗期生长的影响。结果表明:轻度胁迫和中度胁迫下,菊芋出苗率基本不受影响,均可达到93%,但出现出苗时间延长的现象;重度胁迫下,出苗率为26%,严重影响出苗;菊芋在水分胁迫下很长的一段时间里保持萌发潜力。青芋2号、青芋3号均能适应轻度胁迫的干旱,对其生长影响不明显,能抵御中度胁迫,但其生长受到抑制,长时间的重度胁迫对青芋2号、青芋3号生长均有严重影响,但是青芋3号在株高、茎粗、最大叶面积以及干物质含量等方面表现出优于青芋2号,显示在相同水平的干旱胁迫下青芋3号受到的影响较小。

不同处理方法打破菊芋块茎休眠对比研究

以青芋1、2、3号菊芋块茎为试验材料,设计了不同浓度赤霉素(GA_3)溶液浸种及不同热激温度处理条件下对打破菊芋块茎休眠的影响。结果表明:不同浓度的赤霉素(GA_3)处理间存在着一定的差异,以10 mg/L处理效果最好。热激温度处理下,青芋1号菊芋在处理1下效果最好,青芋2号菊芋在处理4下发芽率最好;青芋3号菊芋在处理2下发芽率最好;2种方法对比之下以赤霉素浓度为10 mg/L时打破菊芋块茎休眠较好。

3个菊芋品种的ISSR引物筛选及分子鉴别

采用ISSR分子标记对3个菊芋品种进行了分析,从100条ISSR引物中筛选出16条多态性好、稳定性高的引物对3个菊芋品种的DNA序列进行了PCR扩增,共扩增出160个位点,多态性位点132个,比率为82.5%;建立了3个菊芋品种的分子识别卡,用2条引物的9个多态性位点即可将其分开;3个品种间遗传距离在0.44～0.86之间,平均为0.3,表明3个菊芋品种具有不同的亲缘关系;本研究为菊芋品种的鉴别及选育提供了理论依据。

干旱胁迫下菊芋叶片光合变化规律研究

试验以菊芋(Helianthus tuberosus L.)品种青芋1号(H.tuberosus cv.Qingyu No.1)和青芋2号(H.tuberosus cv.Qingyu No.2)为材料,采用聚乙二醇模拟干旱胁迫方法 ,对菊芋叶片光合作用相关参数的响应特征进行了研究。结果表明,干旱胁迫对菊芋的净光合速率、蒸腾速率及气孔导度的影响一致;胁迫强度越大,植株的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度就越低,且对青芋2号的影响更大;干旱胁迫对菊芋叶片胞间CO2浓度的影响则相反,胁迫时间越长,菊芋的胞间CO2浓度越高,品种间也无差异;干旱胁迫下2个品种的水分利用效率变化趋势基本一致,但青芋2号的水分利用效率波动较青芋1号的要剧烈;随着干旱胁迫时间的延长,菊芋叶片的叶绿素含量会有小幅下降,但不同的胁迫强度对叶绿素含量影响不大。在干旱胁迫下,青芋1号的光合作用强于青芋2号,蒸腾速率低于青芋2号,反映出青芋1号比青芋2号更适合在较干旱的地区种植。

菊芋不同部位DNA提取的比较研究

分别以菊芋的茎段、叶片和块茎为材料,采用改良CTAB法分别提取菊芋3个部位的基因组DNA,用0.8%的琼脂糖凝胶电泳检测DNA质量,分别测定3个部位的DNA在A260和A280下的吸光值,根据A260/A280的值检测DNA的浓度和纯度,并以3个部位提取的DNA为模板进行ISSR扩增。结果表明:采用菊芋叶片提取DNA的产率最高,茎段次之,块茎最低。三个部位提取的DNA纯度均相近,提取叶片获得的DNA浓度最大,为163.2 ng·μL-1;其次是茎段,为137.4 ng·μL-1;块茎获得的DNA浓度最低,为95.5 ng·μL-1。菊芋不同部位提取的DNA模板对ISSR扩增没有明显影响,DNA浓度都能达到扩增的要求。菊芋3个部位提取的DNA质量均较好,可以进行后续的酶切和PCR扩增等实验。

干旱胁迫下菊芋蔗糖磷酸合成酶及转化酶活性变化规律研究

为研究干旱胁迫下不同菊芋品种不同部位的蔗糖磷酸合成酶(SPS)及蔗糖转化酶(INV)的活性变化规律,采用PEG模拟与人工控水胁迫的方式对青芋1号、青芋2号两个菊芋品种进行研究。结果表明:(1)青芋1号和青芋2号在10%、20%PEG胁迫下,茎中SPS活性均较对照高,而30%PEG胁迫下茎中SPS活性较对照低,INV活性均表现较低;而不同浓度PEG胁迫处理的叶片中,SPS活性均较对照高,INV活性表现仍然较低。(2)青芋1号和青芋2号茎、叶中的SPS活性在不同控水强度胁迫前期均较对照高;青芋1号INV活性在中度控水35 d时活性较低、蔗糖合成增加,青芋2号INV活性在所有控水条件下7 d后均下降,故适宜的控水强度及控水时间可以提高青芋1号和青芋2号茎、叶中的蔗糖含量。

菊芋SSR-PCR反应体系优化及3个品种的分子鉴别

本研究通过单因子优化试验和L16(45)正交试验设计的方法,对菊芋SSR-PCR反应体系进行优化。结果表明,20μl最佳反应体系:10×PCR扩增缓冲液,2.5 mmol/L Mg2+,0.20 mmol/L dNTPs,0.30μmol/L正反引物,0.2 U Taq DNA聚合酶和50 ng模板DNA。利用该优化体系,从100个SSR引物组合中筛选出12个清晰且多态性高的引物组合对3个品种的菊芋DNA序列进行扩增,得到58个位点,其中多态性位点39个,多态率为67.2%;建立3个菊芋品种分子识别卡,用2对引物组合的6个多态性位点即可将其分开。本研究为后续应用SSR分子标记技术对菊芋进行种质资源分子遗传学方面的研究提供依据。