谷子SiCCT基因的表达及其与主要农艺性状的关联分析

为了揭示SiCCT基因可能的功能效应,并进一步研究该基因在光温互作调控谷子开花过程中所起的作用。以光周期敏感谷子品种黄毛谷为材料,利用荧光定量PCR技术分析了SiCCT基因在长日照高温(LD,27℃)、长日照低温(LD,22℃)、短日照高温(SD,27℃)、短日照低温(SD,22℃)4个光温组合条件下的昼夜表达规律,并在连续2 a调查10个主要农艺性状的基础上,开展了基于候选基因的关联分析。结果表明,光照期SiCCT基因表达不受温度影响,长日照条件表达水平整体高于短日照,而黑暗期表达受温度影响,特别是短日照条件下SiCCT基因在低温环境的表达水平明显高于高温环境。基于候选基因关联分析发现,SiCCT基因中共检测到11个多态性位点与8个主要农艺性状显著关联(P0.05),其中SNP-10在河南洛阳、吉林吉林与抽穗期、叶片数和穗粒质量显著关联;SNP-100和SNP-104在河南洛阳同时都关联到株高、叶片数和穗长3个性状;SNP-51连续2 a在海南乐东、河南洛阳、吉林吉林都检测到,但关联到的性状不同,在海南乐东与穗粗关联,在河南洛阳与穗码数关联,在吉林吉林与叶片数关联。SiCCT基因表达受光周期调控,温度也影响其在短日照条件黑暗期的表达;SiCCT基因具有多效性,但其作用受光周期环境影响。     

谷子SiPRR37基因对光温、非生物胁迫的响应特点及其有利等位变异鉴定

从谷子品种延谷11号克隆生物钟基因SiPRR37,通过生物信息学分析、组织特异性表达分析、4种不同光温组合条件的昼夜表达模式分析以及对NaCl、ABA、PEG、低温、Fe 5种非生物胁迫的响应特点分析,揭示SiPRR37参与谷子光温互作调控以及应对非生物胁迫的作用机制;并对160份谷子材料重测序检测SiPRR37基因的突变位点进行单倍型分析,探究该基因对谷子主要农艺性状的影响。结果表明,SiPRR37基因蛋白质编码区(sequence coding for amino acids in protein,CDS)全长2247 bp,编码748个氨基酸,含有REC和CCT 2个结构域,基于PRR37蛋白的系统进化分析发现,谷子与糜子、高粱、玉米亲缘关系最近;启动子预测分析发现,SiPRR37启动子区存在光、温、生长素、赤霉素、脱落酸、茉莉酸甲酯、干旱和盐胁迫等多种应答元件。SiPRR37相对表达量从高到低依次为根、穗颈、穗、顶叶、次顶叶、茎秆;4个光温组合条件SiPRR37均只在光照期出现1个表达峰,无论高温(27℃)还是低温(22℃),短日照相比长日照表达峰均要提前,无论长日照还是短日照,低温(22℃)相比高温(27℃)表达峰均要提前;NaCl、低温(15℃)胁迫能够抑制SiPRR37表达,PEG模拟干旱胁迫和Fe胁迫能够诱导SiPRR37基因表达,SiPRR37参与了ABA信号传导过程。位于SiPRR37 CDS区的10个SNP将160份谷子材料分为19个单倍型,其中3个单倍型(Hap_7、Hap_10、Hap_19)是改善穗部性状的有利单倍型。谷子SiPRR37基因表达具有昼夜节律性,同时受光周期和温度调控,并且参与了谷子对盐胁迫、低温胁迫、干旱胁迫和铁胁迫的应答反应,同时SiPRR37与抽穗期和多个穗部性状相关,在开展谷子高产分子辅助选育中具有一定应用潜力。     

以光周期处理与分期播种试验综合鉴定大豆品种的光温反应

设置短日照(12 h)和长日照(16 h)两种光周期处理,并以春播模拟低温、夏播模拟高温条件,形成长日+低温、长日+高温、短日+低温、短日+高温4种光温组合。2007年对近年育成的10个北方春大豆[Glycine max (L.) Merr.]品种(系)和18个黄淮海夏大豆品种(系)进行了光温反应特性鉴定。2008年对50份材料进行了光周期反应鉴定。结果表明,不论在低温(春播)还是高温(夏播)条件下,短日照均加快大豆的发育进程,导致开花提前;不论在长日照还是短日照条件下,高温均减少出苗至初花的日数。光周期和温度对大豆的发育存在明显的互作,随着温度的升高,短日照促进大豆发育的效应有所加强;随着日照的缩短,高温加快发育的作用也有所增大。供试大豆品种生态类型在光周期反应敏感度(PRS)、温度反应敏感度(TRS)及光温综合反应敏感度(PTCRS)等方面均存在显著差异。北方春大豆品种的上述3个指标均小于黄淮海夏大豆品种,但前者在不同光照条件下的温度反应敏感度差值和在不同温度条件下的光周期反应敏感度差值均较后者高,说明北方春大豆品种光温互作效应较强。     

小麦穗分化过程中的光温组合效应研究

在Ｃｏｎｖｉｒｏｎ生长箱控制条件下,利用６个来自不同生态区的春小麦品种,研究了４种光温组合下（高温长日,高温短日,低温长日,低温短日）穗人化期持续天数与积温的反应,结果表明,日照对缩短各穗分化期起主要作用。（２）温度对光周期反应有强烈的调节作用,主要表现,长日照下。高温加快生育进程,短日照下,高温使短日抑制穗分化效应更为显著,常导致幼穗中途死亡,低温虽然延缓了小麦的生育进程,但却可以减轻短日对穗分     

谷子SiHd3a基因的克隆及表达分析

分析谷子成花素基因(Hd3a)在不同光周期条件下的表达规律,旨在揭示成花素基因在光周期调控谷子开花过程中扮演的角色。首先利用生物信息学方法获得位于谷子4号染色体的成花素基因序列(Seita.4G067600),命名为SiHd3a,然后根据基因序列设计1对特异引物,提取谷子农家种黄毛谷总RNA,利用RT-PCR技术克隆得到黄毛谷SiHd3a基因cDNA序列,其长度为792 bp,包含一个537 bp的CDS区,编码178个氨基酸;预测SiHd3a蛋白的分子质量为19.74 ku,等电点为6.82,初步判断其为亲水蛋白;蛋白质的二级结构中无规则卷曲所占比例最高(43.26%),其次为延伸链(β-折叠,29.21%)、α螺旋(16.29%)、β转角(11.24%);亚细胞定位分析发现,SiHd3a蛋白定位在细胞质和细胞间质;基于Hd3a蛋白序列进化分析发现,谷子与野生黍、玉米、高粱之间的亲缘关系比较近,聚在一组,而与水稻亲缘关系较远。半定量PCR发现,SiHd3a基因在短日照条件下表现为昼夜节律性表达,在早晨6:00、中午12:00各有1个表达峰,而在长日照条件下基因24 h内表现稳定表达水平。推测谷子SiHd3a基因长、短日照条件下昼夜表达模式的差异是导致其光周期敏感性的可能原因。     

谷子长刚毛基因的克隆与表达分析

谷子(Setaria italic)是中国北方地区重要的粮食作物之一,然而谷子种植面积逐年下降,其中一个重要原因就是鸟害。谷子长刚毛有减轻和防止鸟害的作用,因此谷子长刚毛基因的研究,对提高谷子产量,扩大谷子的生产有重要的意义。本研究以长刚毛的谷子品种‘毛毛谷’、短刚毛的‘晋谷21’及其杂交一代为研究材料,对长刚毛基因进行克隆和表达分析。RT-PCR结果显示,控制谷子长刚毛的基因bHLH转录因子(Seita.1G316900),在毛毛谷和杂交一代幼穗中的表达量显著高于在‘晋谷21’中的表达量。该研究为全面解析调控谷子刚毛发育的机制提供基础,为提高谷子产量和防治鸟害发生都有着重要的意义。     

不同光周期环境对谷子农艺性状的影响

本研究连续2年在短日照(海南)、中等日照(河南)、长日照(吉林)3个不同光周期环境调查160份谷子资源的抽穗期、株高、叶片数、穗长、穗粗、穗码数、码粒数、穗重、穗粒重、千粒重10个主要性状,利用SPSS19.0软件进行多因素方差分析及多重比较,揭示光周期对谷子各性状的影响,评价160份谷子资源对光周期的敏感性。结果表明,3个不同光周期环境间谷子株高、叶片数、穗长、穗码数、抽穗期、穗粗、穗重、穗粒重、码粒数9个性状均表现出极显著差异(P0.01),千粒重表现出显著差异(P0.05)。株高、叶片数、穗长、穗码数、抽穗期5个性状随着日照的延长呈现出递增趋势。品种对谷子的10个性状有极显著影响(P0.01),年份对千粒重以外的9个性状有极显著影响(P0.01)。光周期与品种互作效应对10个性状均有极显著影响(P0.01),光周期与年份互作效应对抽穗期以外的9个性状有极显著影响(P0.01),年份与品种互作效应对株高、叶片数、穗长、穗粗、穗重、穗粒重、穗码数、码粒数8个性状有极显著影响(P0.01)。160份谷子资源中对光周期表现中、低敏感性的材料没有明显的地域特性,而对光周期表现强敏感性的材料主要是来自春谷区的农家品种。筛选出光周期极不敏感材料小早谷和极端敏感材料呼和浩特大毛谷、然谷、红钙谷、茄谷、二白谷等,为选育谷子光周期钝感品种及开展光周期敏感性形成机理研究奠定了基础。     

谷子品种农艺性状的灰色关联度分析及综合评价

为合理利用引进的谷子材料,为杂交亲本选配提供试验依据。以引进的30份谷子种质资源为材料,采用灰色关联度和因子分析法对9个农艺性状进行关联和综合评价。结果表明,与单穗重关联的性状由大到小依次分别为穗粒重、穗粗、穗松紧度、穗长、穗毛长短、千粒重、株高、节数及叶片数。以性状灰色关联所占比重为权重,‘09-221’、‘赤谷8号’、‘朝谷13’、‘371’、‘黄金吨谷’等5份品种的加权关联度综合评价较高。因子分析中前5个公共因子分别为单株产量因子、穗性状因子、茎叶因子、穗松紧度因子和穗毛长短因子,它们的累积贡献率为93.36%。以公共因子的贡献率为权重计算综合评分,‘大同33’,‘大红谷’,‘Jul-108’,‘鑫谷10号’,‘09-220’等5份品种的得分高,综合性状好。     

大豆品种自贡冬豆花芽分化及开花逆转过程的形态解剖学研究

研究了光周期反应敏感的晚熟大豆[Glycine max (L.) Merr.]品种自贡冬豆在正常花芽分化和开花逆转过程中的解剖学特征。光周期处理包括连续短日照（SD, 12 h）、连续长日照（LD, 16 h）和13 d短日后转入长日(SD13d-LD)3种。结果表明, 自贡冬豆在连续短日条件下可正常开花结实;经13 d短日照处理后移至长日照下约50％的植株发生开花逆转,另外50％的植株形成短的顶端花序;在连续长日照下保持营养生长。短日照不仅促进大豆的生殖发育, 而且加快出叶速度。短日处理3 d基部叶腋开始分化花芽;13 d顶端分生组织开始分化花序,19 d顶端花序分化结束,29 d植株开花。SD13-LD处理,在移至长日照的最初14 d内,顶端分生组织继续分化花原基,但分化速度比连续短日处理慢,分化出的花芽数目少。长日处理20 d（出苗后33 d）左右,约50％植株的顶端分生组织逆转到营养器官的分化。在连续长日条件下,顶端分生组织一直分化叶片。还讨论了叶片和花器官的同源性。     

珠江三角洲水稻品种光温反应研究

本文应用珠江三角洲(20°30′～23°10′N)当前推广的早、晚稻29个品种,在自然和人工控制共12级光长处理下进行研究,结果表明:从早、晚稻光周期反应,区分出了早稻属于中性类型。晚稻属于短日性类型。品种出穗日数,在自然光照下,随早、中、迟熟品种而递次增多,随早,中,晚季而递次减少,表现出连续变异性。早稻感光性弱,短日高温     

谷子PEPC基因的鉴定及其对非生物逆境的响应特性

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)是C4植物光合作用关键酶,并在植物多种代谢途径及逆境信号应答过程中起重要作用。本研究通过序列比对,从谷子基因组中筛选出6个SiPEPC候选基因。SiPEPC蛋白特征参数相似度很高,序列非常保守,都含有PEPC基因特征功能域PEPcase Motif。SiPEPC成员主要被定位在细胞质、细胞核和线粒体。在SiPEPC成员启动子序列中含大量有光、激素、逆境以及其他生长调控相关的顺式应答元件。苗期逆境qRT-PCR表达谱分析表明,5个SiPEPC基因(SiPEPC1、SiPEPC2、SiPEPC3、SiPEPC5、SiPEPC6)不同程度受ABA、PEG、高盐和低温诱导表达,表明其参与了苗期对非生物逆境的响应。5个SiPEPC基因表达量在正常生长条件下随着谷子的生长呈增强趋势,且在不同生育时期干旱胁迫下明显增加,表明其参与了拔节、抽穗、灌浆期的干旱胁迫应答。拔节期弱光可诱导5个SiPEPC基因的表达,而在拔节期中等强度光照以及抽穗期和灌浆期的中等光照和弱光照下表达量均急剧降低,揭示光照强度严重影响SiPEPC基因的表达。     

温度和光照对富贵籽花芽分化的作用研究

为研究富贵籽成花的影响因素,探明其花芽分化与环境主要因素温度和光照的关系,以1.5~2年生盆栽富贵籽为试验材料,采用不同的温度、光周期和光照强度进行试验研究。结果表明,温度对富贵籽的花芽分化起决定性的作用,是影响富贵籽成花的主要因素,20~25℃处理下的富贵籽植株可以完成花芽分化和成花,而10℃处理的植株一直处于营养生长状态而未能花芽分化。光照对富贵籽的成花不起主导作用,在营养生长充实的条件下,无论是长日照还是短日照,只要温度合适富贵籽即可进行花芽分化,说明光周期对富贵籽的花芽分化不起作用,但合适的光照强度有利于其生长发育。     

玉米光周期敏感类Hd6基因的克隆和实时定量表达分析

水稻Hd6基因在调节水稻光周期敏感中起重要作用。本研究以热带玉米自交系CML288为材料, 利用同源基因克隆法结合3¢RACE技术克隆了与水稻Hd6基因同源的玉米类Hd6基因。该基因序列中999 bp的开放阅读框可编码332个氨基酸。BLAST分析发现, 该基因与玉米中编码蛋白激酶CK2的一个基因高度同源, 所推测的氨基酸序列包含2个CK2活性区域, 1个N末端区域, 1个ATP结合位点和1个丝氨酸/ 苏氨酸蛋白质激酶活性位点,与玉米、小麦、水稻和拟南芥的CK2氨基酸序列也有较高的同源性。建立了SYBR GREEN法实时荧光定量RT-PCR表达分析系统, 研究了不同光周期处理下类Hd6基因在光周期敏感自交系CML288茎尖和叶片中的表达。结果发现, 该基因在茎尖和叶片中均有表达。在短日条件下, 该基因在6~8叶期茎尖中的表达量存在明显差异, 在光周期敏感的7叶期出现表达高峰, 在叶片中的表达量均低于茎尖。在长日条件下, 该基因在茎尖中6叶期表达量较低, 在光周期敏感的9叶期在叶片中高量表达。由此可推测, 该基因与玉米光周期敏感密切相关, 可能在光周期敏感调节过程中发挥一定的作用。     

转cry1C*及cry2A*基因早粳稻Bt蛋白的时空表达和抗螟虫性

早粳稻空育131为受体, 以根瘤农杆菌介导遗传转化法创制了转ubi启动子调控下的cry1C*及cry2A*基因早粳稻空育131 (cry1C*)和空育131(cry2A*)。为了研究转基因水稻Bt蛋白的时空表达特性及抗螟虫性, 将不同转化事件形成的转基因早粳稻品系种植于田间, 利用酶联免疫吸附测定(ELISA)法检测转基因水稻不同生长发育阶段不同器官的、以及成熟期糙米的Bt蛋白量, 采用室内离体茎秆法接虫鉴定转基因水稻的抗螟虫性。结果显示, 转基因早粳稻不同抗虫基因Bt蛋白量不同, cry1C*基因总是低于cry2A*基因的蛋白质表达量; 不同生长发育时期Bt蛋白量不同, 叶片和茎鞘等器官的Bt蛋白量为分蘖期<抽穗期<灌浆期, 幼穗或糙米等器官的Bt蛋白量为抽穗期幼穗>灌浆期幼穗>成熟期糙米; 不同器官Bt蛋白量不同, 高低次序在分蘖期为叶片、茎鞘, 抽穗期为叶片、幼穗和茎鞘, 灌浆及成熟期为叶片、茎鞘、幼穗和糙米; 同一抗虫基因不同转基因品系间抽穗期叶片、茎鞘和幼穗等器官Bt蛋白量及抗螟虫性、糙米Bt蛋白量等性状存在差异, 抽穗期各器官Bt蛋白量与抗螟虫性及成熟期糙米Bt蛋白量之间相关不显著, 不论Bt蛋白量高或低的品系均表现为高抗螟虫。转基因早粳稻营养器官生长发育前期Bt蛋白量较低、后期较高, 繁殖器官生长发育早期Bt蛋白量较高、晚期较低, 营养器官通常比繁殖器官的Bt蛋白量高。在本研究范围内, 不同基因及不同转化事件培育的转基因水稻Bt蛋白表达量高低不同, 但所有的转基因早粳稻品系均表现高抗螟虫。     

不同灌溉处理对杂交谷子生长特性、产量及水分利用的影响

旨在为‘张杂谷’的节水高效提供理论依据。本试验于2014 年在张家口农科院宣化试验站(115°3′N,40°63′E)进行,以‘张杂谷3 号’为材料,设置4 个灌水处理：①杂交谷子全生育期不灌水(T0);②于拔节期灌水(T1);③分别于拔节、抽穗期灌水(T2);④分别于拔节、抽穗、灌浆期灌水(T3),探讨了不同灌溉条件下‘张杂谷’生长、产量、水分利用效率的变化规律。结果表明：（1）灌溉使灌浆期叶片水势提高0.04~0.31 Mpa,株高及生物量分别提高21.1~34.05 cm、2675.07~4103.88 kg/hm2。（2）与T0相比,灌溉下T1、T2、T3产量分别增加了1256.36 kg/hm2、2155.62 kg/hm2、2105.93 kg/hm2。（3）T1、T2、T3处理产量水平水分利用效率(WUEy)分别比T0提高9.33%、19.2%、14.88%,且WUEy 与产量呈显著正相关。分析得出如下结论：（1）在干旱年型,对‘张杂谷3 号’而言,于拨节、抽穗期进行2 次灌溉是获得高产与高WUEy 的有效措施。（2）灌溉下产量与WUEy 的提升主要是通过提升群体生物量与群体水分利用效率(WUEbm)实现的。     

利用分子选择培育水稻‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系

旨在将水稻早抽穗基因hd2和hd4导入优良品种‘吉粳88’，培育可在黑龙江省北部种植的水稻‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系。以‘吉粳88’为受体，‘空育131’为供体，利用分子选择及回交转育创制‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系，在寒区第三积温区田间鉴定导入系的生育期、农艺性状及产量。‘吉粳88’和‘空育131’杂交、‘吉粳88’作为轮回亲本回交4次、回交后代自交2次，每个世代利用Hd2-Caps和Hd4-Caps进行前景选择，利用SSR标记进行背景选择，获得了‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系-1和‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系-2，两个导入系抽穗期和‘空育131’类似，株型特征和‘吉粳88’类似，丰产性明显高于‘空育131’。‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系培育成功，并且具有应用于黑龙江省第三积温区及第二积温区下限的可能。     

Studies on the Influence of Photoperiod and Temperature on Floral Traits in Buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench) under Controlled Stress Conditions

Floral traits of three Japanese and one European buckwheat varieties were studied in a phytotron under three photoperiods (short-day 10/14 h, long-day 14/10 h, extreme long-day 18/6 h) and two thermoperiods (25/20, and 15 °C constant temperature). The Japanese varieties showed a strong delay in flowering under prolonged day length, whereas one European variety reacted almost day-neutral. Also affected by the photoperiod were the number of flower clusters as well as their sizes. A constant low temperature of 15 °C led to a strong delay in flowering under short- and long-day in all the varieties tested. In particular, the Japanese varieties were sensitive to temperature, developing more flower clusters under high temperature. Furthermore the experiments revealed complex genotype/pliotopenod/thermoperiod interactions. The study, conducted to investigate the causes of low seed-set observed in buckwheat, offered some suggestions for new breeding strategies. Insensitive genotypes, showing less sensitivity to photoperiod as well as to thermoperiod, should be included in further buckwheat improvement.     

不同外源激素对糜子成穗及产量的影响

研究不同种类外源激素对糜子成穗及产量的影响。用5种外源激素在糜子3~4叶期喷施,连续处理2次,喷清水为对照。记录糜子苗期基本苗数、拔节期总茎数、成熟期穗数等性状,用统计软件SPSS 17.0进行统计分析。结果表明,施用脱落酸（ABA）能够显著降低糜子的分蘖数,施用赤霉素（GA₃）、吲哚乙酸（IAA）、矮壮素（CCC）也能减少糜子分蘖数,但是与对照差异不显著,施用多效唑（PP₃₃₃）对糜子分蘖数没有明显影响;施用GA₃、IAA、CCC能够增加分蘖穗数,而ABA、PP₃₃₃降低分蘖穗数;各处理分蘖成穗率都较对照高,ABA处理分蘖成穗率为最高达到25.20%;ABA处理主茎穗占比较对照增加,分蘖穗占比降低;GA₃、IAA、CCC处理主茎穗占比相对于对照降低,分蘖穗占比增加,PP₃₃₃处理与对照相近;5种外源激素对糜子产量的影响差异显著,施用ABA产量最高,可能与主茎穗占比高和分蘖成穗率高有关系。在糜子3~4叶期喷施5种外源激素,对糜子有显著作用的是ABA,主要表现在ABA能够降低糜子分蘖数,保证了主茎的成穗数量,增加了分蘖成穗率,从而提高了糜子产量。