甘蔗新品种及主栽品种对褐锈病抗性与Bru1基因分子检测

为明确近年我国各甘蔗育种单位育成的新品种及各蔗区主栽品种对甘蔗褐锈病的抗性,筛选抗褐锈病优良新品种供生产上推广应用,本研究结合全国甘蔗新品种联合区域试验,选择甘蔗褐锈病高发的云南临沧、云南普洱、云南玉溪和广西宜州蔗区,在田间自然发病下,对我国近年来选育的60个新品种和34个主栽品种进行抗性评价,并对抗褐锈病基因Bru1进行分子检测。结果表明,94个新品种及主栽品种中,66个表现高抗到中抗,占70.21%;28个表现为感病到高感,占29.79%。分子检测结果显示,共54个抗病新品种及主栽品种含有抗褐锈病基因Bru1,频率为57.45%。目前大面积种植的桂糖29号、桂糖44号、德蔗03-83、柳城03-1137、粤糖60号、桂糖46号等主栽品种高度感病,而粤甘48号、福农09-2201、桂糖08-120、柳城09-15、中蔗1号、云蔗08-1609、云瑞10-187、中糖1201等31个新品种抗病性强。建议多雨湿润褐锈病高发蔗区,应加大淘汰感病主栽品种和推广应用抗病新品种力度,以期达到品种合理布局,从根本上控制褐锈病暴发流行,为甘蔗产业高质量发展提供安全保障。     

甘蔗(Saccharum species hybrid)种质资源褐锈病和黄锈病抗性位点分子检测

开展种质资源抗锈病分子检测,对甘蔗筛选抗性资源和抗锈病育种具有重要意义。本研究利用已报道的褐锈病抗性位点Bru1和黄锈病抗性位点G1对中国甘蔗育种中的亲本资源和创新材料进行分析。在164份材料中共检测到‘粤糖07-913’、‘桂糖02-281’、‘赣南05-352’等23份带有Bru1抗性标记的材料,占参试材料的14%。在180份材料中共检测到‘粤糖96-86’、‘桂糖03-8’、‘赣南81-1035’等10份带有黄锈病抗性位点G1的材料,占参试材料的5.56%。‘粤糖96-86’、‘ROC16’、‘ROC22’等6份材料同时带有Bru1和G1位点,可能兼具褐锈病和黄锈病两种抗性。本研究结果可为选择优异抗锈病基因资源,开展杂交育种提供科学依据。     

甘蔗抗褐锈病新基因抗感病池构建及SSR多态性引物筛选

由黑顶柄锈菌(Puccinia melanocephala H. Sydow ＆ P. Sydow)引起的甘蔗褐锈病是危害中国甘蔗生产的主要病害之一。为了鉴定和发掘抗褐锈病新基因,防止褐锈病爆发流行和保证甘蔗安全生产,本研究以杂交组合‘粤糖03-393’× ‘ROC 24’抗感分离真实性F₁代群体为材料,构建抗感基因池,合成449对引物对抗感亲本及抗感基因池进行抗、感连锁SSR分子标记筛选。结果表明,25对引物在抗感亲本间有多态性,其中4对引物(SMC236CG、SCESSR0928、SCESSR0636、SCESSR2551)在抗感亲本及抗感池间有多态性,初步判定这4个SSR标记在染色体上的位点可能与抗褐锈病新基因存在连锁关系。研究结果为后续开展抗褐锈病新基因定位、为中国甘蔗褐锈病防控及抗病育种奠定了良好的基础。     

101份中国甘蔗主要育种亲本褐锈病抗性鉴定及Bru1基因的分子检测

由黑顶柄锈菌引起的甘蔗褐锈病是一种重要的世界性甘蔗病害,Bru1是甘蔗抗褐锈病主效基因,该基因对不同地区的褐锈病分离物具有广谱抗性。为明确中国甘蔗主要育种亲本对黑顶柄锈菌的抗性水平,了解Bru1基因在这些亲本中的分布情况,本研究于2014年对中国国家甘蔗种质资源圃保存的101份甘蔗主要育种亲本进行苗期抗褐锈病鉴定和抗褐锈病基因Bru1的分子检测。结果显示,供试亲本中,共48份抗病材料含有抗褐锈病基因Bru1,频率为47.5%,表明中国甘蔗主要育种亲本中褐锈病抗性主要由Bru1控制;其余29份抗病材料和24份感病材料均不含抗褐锈病基因Bru1,暗示除了Bru1外,可能还有其他抗褐锈病基因存在。研究结果为深入开展甘蔗抗褐锈病育种,选育和推广优良抗病品种,有效防控甘蔗褐锈病提供了科学依据和优良抗性亲本。     

34份甘蔗栽培原种抗褐锈病性鉴定及Bru1基因的分子检测

明确甘蔗栽培原种对黑顶柄锈菌的抗性水平,了解Bru1基因在甘蔗栽培原种资源中的分布状况,可以帮助筛选甘蔗原种抗源种质,提高抗褐锈病育种效率。本研究于2013年对中国国家甘蔗种质资源圃保存的34份甘蔗栽培原种进行苗期抗褐锈病鉴定和抗褐锈病基因Bru1的分子检测。苗期抗性鉴定结果表明,34份供试材料中,1级高抗至3级中抗的有26份,占76.5%。其中13份材料表现1级高抗,占38.2%,6份材料表现2级抗病,占17.6%,7份材料表现3级中抗,占20.6%。分子检测结果显示:34份供试材料中25份抗病材料含有抗褐锈病基因Bru1,出现频率为73.5%;其余1份抗病材料和8份感病材料不含抗褐锈病基因Bru1。本研究结果显示了中国国家甘蔗种质资源圃保存的甘蔗栽培原种资源中褐锈病抗性主要由Bru1控制,这一发现为利用Bru1防治由黑顶柄锈菌引起的甘蔗褐锈病提供了重要信息和参考依据。     

甘蔗野生种质资源抗褐锈病基因Bru1的分子检测

在甘蔗栽培品种‘R570’上发现和定位的甘蔗抗褐锈病主效基因Bru1对世界上不同国家和不同地区的黑顶柄锈菌具有广谱抗性。针对该基因开发的两个分子标记能有效、稳定地检测和筛选含有该基因的种质资源。为筛选甘蔗野生种抗源种质,利用R12H16和9O20-F4两个标记对云南农业大学甘蔗种质资源圃保存的部分野生种质资源进行抗褐锈病基因Bru1的分子检测,包括割手密96份、蔗茅15份、滇蔗茅1份、斑茅11份、河八王4份、金茅2份、五节芒9份,共计138份。结果表明,有7份割手密含抗褐锈病基因Bru1,占参试材料的5.1%。本研究为甘蔗的转基因育种和抗褐锈病杂交育种提供优良抗源材料,为进一步开展甘蔗育种研究提供了科学依据。     

31份甘蔗野生核心种质资源褐锈病抗性鉴定及Bru1基因的分子检测

为明确甘蔗野生资源对黑顶柄锈菌的抗性水平,了解Bru1基因在甘蔗野生资源中的分布状况,于2013年对中国国家甘蔗种质资源圃保存的31份野生核心种质资源进行苗期抗褐锈病鉴定和抗褐锈病基因Bru1的分子检测。结果表明,31份供试材料中,高抗(1级)至中抗(3级)的有28份,占90.3%。其中19份材料表现高抗(1级),占61.3%,3份材料表现抗病(2级),占9.7%,6份材料表现中抗(3级),占19.4%。31份供试材料中只有贵州78-2-12、云南97-4、E.rockii95-19、E.rockii 95-20、云南83-224、广西79-8、云南95-35和广西89-13含抗褐锈病基因Bru1,占参试材料的25.8%;其余20份抗病材料和3份感病材料均不含抗褐锈病基因Bru1,表明除Bru1外,可能还有其他抗褐锈病基因存在。结果暗示中国国家甘蔗种质资源圃保存的野生核心种质资源中蕴藏着优良的抗褐锈病基因,是选育抗褐锈病甘蔗品种很有利用前景的抗源种质。     

基于田间表型和Bru1基因检测分析甘蔗褐锈病抗性遗传

由黑顶柄锈菌(Puccinia melanocephala)引起的甘蔗褐锈病具有产孢量大、流行性强的特点, 可导致甘蔗产量和蔗糖分的严重损失, 了解抗病性遗传有助于抗锈病育种中的亲本选择和组合配制, 而有效的抗性鉴定技术则是分离个体选择所必需的。本研究以甘蔗分离群体为材料, 利用表型与抗褐锈病主效基因Bru1检测相结合, 研究甘蔗褐锈病抗性遗传倾向并评价Bru1基因检测与表型抗性的关联性。结果显示, 发病盛期, 感病个体中, Bru1基因未检出率为96.7%, 但未感病个体中, Bru1基因的检出率仅为66.0%, 且高抗组合CP84-1198×云蔗89-7群体中的未感病个体, 该基因检出率为0, 尽管也发现有2个组合的未感病个体中, 该基因的检出率为100%。说明由Bru1基因控制的抗性可根据该基因的检测结果判断其抗/感病性, 同时, 甘蔗基因池中还存在其他未知的控制抗病性状的主效基因。值得强调的是, 父母本的抗病性均影响杂交后代的抗病性, 但以抗病亲本为父本的组合, 其分离群体的感病个体明显减少, 说明父本对杂交后代的褐锈病抗性影响可能更大。     

11个甘蔗品种苗期抗螟虫性评价

明确甘蔗对甘蔗螟虫的抗性水平,为抗虫品种的推广应用和抗性基因发掘提供参考。采用螟虫自然种群接虫方法,连续2年对11个甘蔗品种进行苗期螟害分析与抗螟虫性评价。结果表明,不同甘蔗品种对螟虫抗性存在显著差异,‘桂糖29号’‘、桂糖31号’等较抗虫,‘福农39号’‘、德蔗03-83’和‘云蔗05-49’等较感虫。部分甘蔗品种抗性会随螟虫选择压力不同而变化,‘云蔗03-194’、‘云蔗05-51’、‘云蔗06-407’等在螟虫虫口密度高时表现为感虫,而在虫口密度低时表现为抗虫。     

应用GGE双标图分析甘蔗品种(系)的产量和品质性状

采用GGE双标图分析7个甘蔗参试品种在7个试点的产量和品质性状。结果表明, 云蔗05-51(YZ05-51)为单茎产量高且稳定性强的品种, 福农39(FN39)和柳城03-1137(LC03-1137)的单茎产量较高, 但稳定性较差; 福农38 (FN38)、粤甘35 (YG35)和新台糖22 (ROC22)有效茎数较高, 但稳定性较差; 福农39 (FN39)和云蔗05-51 (YZ05-51)为蔗茎产量较高且稳定性强的品种, 福农38 (FN38)和柳城03-1137 (LC03-1137)蔗茎产量高, 但稳定性较差; 福农39 (FN39)和赣南02-70 (GN02-70)为甘蔗蔗糖分较高且稳定性强的品种, 云蔗05-51 (YZ05-51)和福农38 (FN38)甘蔗蔗糖分较高, 但稳定性较差; 福农39 (FN39)为产糖量较高且稳定性较强的品种, 福农38(FN38)、云蔗05-51 (YZ05-51)和柳城03-1137 (LC03-1137)的产糖量较高、但稳定性较差。云南瑞丽和云南临沧2个试点单茎产量的代表性和区分力较强; 云南保山和广西来宾2个试点有效茎数的代表性和区分力较强; 广西崇左和云南临沧2个试点蔗茎产量的区分力较强; 广西百色和柳州2个试点甘蔗蔗糖分的区分力较强; 广西百色和云南临沧2个试点产糖量的区分力较强。     

甘蔗亲本黑穗病抗性鉴定与评价

为探明甘蔗亲本对黑穗病的抗性水平,以采自广东省甘蔗主产区(湛江雷州市)的甘蔗黑穗病菌混合冬孢子作为接种源,采用人工浸渍接种的方法,对34个甘蔗亲本进行黑穗病抗性鉴定。鉴定结果表明:抗性水平为高抗(HR)的亲本有Q171、ROC1、内江57-614,占供试亲本的8.8%;抗性水平为抗(R)的亲本有福农95-1702、N∶Co376、CP93-1382、CP65-357、赣蔗95-108、ROC5,占17.6%;抗性水平为中抗(MR)的亲本有巴西618、粤糖89-113、台优,占8.8%;抗性水平为中感(MS)的亲本有粤糖86-368、ROC16、Q179、Q191、Ho CP95-988、台糖89-1626、引8、F177,占23.5%;抗性水平为感病(S)的品种(品系)有Q205、ROC23、N∶Co310、柳城03-48、Q189、F134、粤糖83-271、桂糖94-119、TH10、赣蔗14,占29.4%;抗性水平为高感(HS)的亲本有湛江种、粤糖06-666、08-144、Ho TH409,占11.8%。此外,本试验还探讨了甘蔗黑穗病抗性分级方法。     

云南甘蔗宿根矮化病发生危害调查与病原检测

为了明确云南蔗区甘蔗宿根矮化病(Ratoon stunting disease, RSD)的发生危害情况,为推广应用甘蔗温水脱毒健康种苗和有效防控甘蔗宿根矮化病提供科学依据。于2012—2014年,对云南省18个蔗区的甘蔗宿根矮化病发生危害情况进行了全面系统调查,并采用PCR技术对田间采集的1091 个蔗茎样品进行RSD检测。结果表明,825 个样品为阳性,阳性检出率75.6%;18 个蔗区都检测出RSD,阳性检出率56.4%~88%;28 个主栽品种均感染RSD,阳性检出率51.2%~100%,其中‘粤糖82-882’、‘粤糖93-159’、‘粤糖00-236’、‘粤糖60’、‘桂糖11’、‘桂糖17’、‘桂糖94-119’、‘赣蔗18’、‘云引58’、‘德蔗93-94’等10 个品种感病严重,RSD检出率在90%以上;不论是新植、宿根,还是水田、旱地甘蔗均感染RSD;可见RSD已在云南各蔗区普遍发生且危害严重,是导致甘蔗减产、宿根年限缩短及严重威胁云南蔗糖产业稳定可持续发展的一种重要病害。     

甘蔗新品种苗期抗螟虫性评价

为明确新甘蔗品种对甘蔗螟虫的抗性水平,以期为抗虫品种的推广应用和抗性基因发掘奠定基础,本文采用螟虫自然种群接虫方法,连续2年对10个甘蔗新品种进行了苗期螟害分析与抗螟虫性评价。结果表明,不同甘蔗新品种对螟虫抗性存在显著差异,桂糖29号、桂糖31号等较抗虫,福农39号、德蔗03-83和云蔗05-49等较感虫。部分甘蔗品种抗性会随螟虫选择压力不同而变化,云蔗03-194、云蔗05-51、云蔗06-407等在螟虫虫口密度高时表现为感虫,而在虫口密度低时表现为抗虫。     

引进甘蔗新品种对黑穗病抗性的鉴定

对近年来从国内外引进的甘蔗新品种进行黑穗病抗性研究,旨在为生产推广应用提供科学依据。采用人工接种与田间自然表现相结合的方法进行抗性鉴定,结果表明‘:台糖88/99’‘、台糖89/1626’表现为高抗(HR),‘赣蔗18号’表现为中抗(MR),‘湖光1号’、‘新台糖22号’等7个品种表现为中感(MS),‘台糖98/0432’、‘云蔗99/601’等4个品种表现为感病(S)。从抗病性及蔗茎产量综合评价,台糖88/99表现最优,可进一步扩大示范推广;其次为‘湖光1号’、‘粤糖96/86’,可以采取相应的栽培措施,选择适宜的环境进行推广。     

甘蔗种质对甘蔗蓟马的耐害性研究

通过自然种群接虫方法,开展12个甘蔗种质对蓟马的耐害性评价。结果表明,不同甘蔗种质虫害水平存在较大差异,其中‘云蔗15-507’为害最轻（虫害指数为13.33%）,‘云蔗14-1010’为害最重（虫害指数为73.33%）。相关分析结果显示,虫害指数与卷叶率相关性最强(R=0.9758),蓟马成虫数与虫害指数、卷叶率呈弱相关关系。耐害性由强到弱划分,可将12个甘蔗种质分为4个耐害等级,其中‘云蔗135-507’、‘云蔗15-1679’和‘云蔗14-1289’为1级,‘云蔗11-3898’和‘云蔗14-1215’为2级,‘云蔗14-1208’、‘云蔗15-1692’、‘云蔗13-1821’和‘云蔗12-1185’为3级,‘粤糖93-159’、‘云蔗13-1182’和‘云蔗14-1010’为4级。对耐害性甘蔗种质相关生理生化指标分析结果表明,虫害指数与多酚氧化酶(PPO)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性呈显著的负相关关系,与过氧化氢酶(CAT)活性有弱的正相关相系,与苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性、过氧化物酶(POD)活性及丙二醛(MDA)含量等无相关关系。     

甘蔗苗期对干旱胁迫的生理响应研究

为研究云南6 个甘蔗品种苗期对干旱胁迫的响应,确定各品种的抗旱性,采用盆栽试验的方法,在人工控水造成干旱胁迫的条件下,测定可溶性糖含量、游离脯氨酸含量、叶绿素含量、丙二醛含量、水分含量和质膜透性等生理指标。采用模糊隶属函数、系统聚类法对多指标进行综合分析,全面评价6 个甘蔗品种的抗旱性。结果表明：‘闽糖69-421’表现出较强的抗旱性,‘新台糖22’和‘桂糖11’表现为中度抗旱性,‘粤糖86-368’、‘滇蔗01-58’、‘粤糖93-159’表现出较弱的抗旱性。     

籼稻品种‘ARC5833’抗褐飞虱基因的遗传分析与定位

褐飞虱是造成中国水稻减产最严重的虫害之一,发掘褐飞虱抗性基因是防治水稻褐飞虱的有效途径。籼稻‘ARC5833’是一份高抗褐飞虱的种质材料,为了明确籼稻‘ARC5833’对褐飞虱的抗性机理,以便在育种中加以利用。本研究利用‘ARC5833’与感虫材料‘9311’杂交构建包含145个F2:3家系的作图群体,采用苗期集团法进行褐飞虱抗性鉴定。结果显示,该群体中抗、感家系数分别为109和36,卡方分析表明有1对主效显性基因控制抗虫表型。进一步的基因定位表明,该抗性基因位于水稻第4染色体长臂上的分子标记4M11491与4M24.687之间,遗传距离为4.2 cM。该区间内最大LOD值为40,可以解析表型变异的72%。因该区间内已克隆一个抗褐飞虱基因Bph6,测序分析表明,它们的CDS和氨基酸序列相似度分别为99%和98%。因此,我们认为抗源‘ARC5833’中携带的抗褐飞虱基因与Bph6为等位基因。本研究完成了籼稻品系‘ARC5833’褐飞虱抗性基因对的遗传分析与基因定位,对利用该抗源提供了科学依据。     

甘蔗苗期对低温的响应及其耐寒性评价

通过综合评价品种（系）的耐寒性,筛选出耐寒性较好的品种。以云南农业大学自育的9个农艺性状优异的甘蔗品系为研究对象,在甘蔗苗期进行低温处理,通过抗逆生理生化指标的变化,采用极点排序法对各品种（系）进行综合评价。结果表明：（1）低温(3℃)处理使甘蔗叶片的细胞膜电导率、可溶性糖含量、丙二醛含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、叶绿素含量、过氧化物酶(POD)活性分别平均增加了21.21%、134.1%、83.60%、35.47%、47.72%、9.07%、565.2%;（2）低温(3℃)处理使甘蔗叶片的超氧化物歧化酶(SOD)活性平均下降19.67%。最终筛选出耐寒性最好的甘蔗品种‘滇蔗03-91’,耐寒性最差的甘蔗品种‘滇蔗02-39’,而‘滇蔗08-5’、‘滇蔗05-103’、‘滇蔗01-58’等品种（系）耐寒性强于‘滇蔗04-14’、‘滇蔗04-429’、‘滇蔗05-522’、‘滇蔗02-227’品种（系）。     

10个甘蔗品种染色体核型分析与比较

通过10个甘蔗品种的核型分析,研究其染色体组成系统演化和血缘构成的基本特征,为甘蔗育种选配亲本提供细胞学依据。以10个甘蔗品种的根尖为材料,采用改良的酶解去壁低渗法制备染色体标本,再利用Ikaros软件进行核型分析。‘粤糖86-368’的核型公式为2n=111=2M+103m+4sm+2T,‘桂糖11’的核型公式为2n=106=96m+10sm,这2个品种的核型分类均属于1B型;‘新台糖10’的核型公式为2n=108=98m+10sm,‘新台糖16’的核型公式为2n=111=4M+101m+6sm,‘新台糖20’的核型公式为2n=110=98m+10sm+2st,‘新台糖22’的核型公式为2n=110=2M+96m+12sm,‘粤糖93-159’的核型公式为2n=108=2M+88m+18sm,‘闽糖69-421’的核型公式为2n=109=95m+14sm,‘云蔗89-151’的核型公式为2n=111=91m+20sm这7个品种的核型分类均属于2B型;‘云蔗99-91’的核型公式为2n=108=84m+22sm+2st,核型分类属于2C型。研究结果说明,‘粤糖86-368’、‘桂糖11’这2个品种的进化程度都还比较原始;‘云蔗99-91’、‘云蔗89-151’进化程度最高;其余6个品种进化程度中等。     

甘蔗类甜蛋白基因ScTLP2和ScTLP3的生物信息学分析及表达

类甜蛋白(thaumatin-like proteins,TLPs)是一类与作物抵抗真菌病害紧密相关的病程相关蛋白。本研究从课题组前期构建的甘蔗(Saccharum spp.)转录组数据库中筛选获得两个甘蔗类甜蛋白基因(ScTLP2和ScTLP3),利用生物学软件对ScTLP2和ScTLP3基因进行序列特征、结构功能及聚类分析,采用qRT-PCR技术,检测ScTLP2和ScTLP3基因在不同甘蔗组织和黑穗病菌(Sporisorium scitamineum)胁迫下的表达情况。生物信息学分析显示,ScTLP2基因全长1835 bp,包含1个969 bp的完整开放读码框,编码322个氨基酸;ScTLP3基因全长1259 bp,包含1个765 bp的完整开放读码框,编码254个氨基酸。ScTLP2和ScTLP3编码蛋白均含有THN家族的保守结构域和糖苷水解酶家族的64结构域(GH64-TLP-SF),两者分别隶属于TLPs家族中的Ⅵ类和Ⅰ类。q RT-PCR结果表明,ScTLP2和ScTLP3基因在甘蔗中均为组成型表达,其中ScTLP2基因在蔗叶中的表达量最高,是蔗皮的11.2倍,而ScTLP3基因在蔗芽中的表达量最高,是蔗皮的45.3倍。受黑穗病菌侵染后,ScTLP2基因在甘蔗抗黑穗病品种‘崖城05-179’中上调表达,而在感黑穗病品种‘ROC22’中无明显变化;相反的,Sc TLP3基因表达量在‘崖城05-179’中无明显变化,在‘ROC22’中上调表达。以上结果为深入研究甘蔗ScTLP家族基因的结构和功能积累了基础资料。