大豆氮高效种质苗期筛选与鉴定

氮高效利用种质资源的筛选与鉴定是大豆高产育种的重要前提。本研究以78份大豆种质资源为材料，采用水培养法，分析正常氮（氮浓度为7.5 mmol/L）和低氮（氮浓度为0.75 mmol/L）条件下大豆生物量和耐低氮指数。根据地上部干重、总干重、耐低氮胁迫指数初步筛选出3份耐低氮材料（2011-X-559、2011-X-618、2011-X-639）、3份低氮敏感材料（2011-X-472、2011-X-531、2011-X-547）和2份中间型材料（吉育86、东农53）。进一步复筛测定8份大豆种质材料的叶绿素含量、生物量、氮含量和根系形态构型等17个氮利用相关指标，通过对性状指标的变异系数、相关性和主成分分析，筛选出总干重、整株氮含量、整株总氮、总根长、根体积和根表面积6个指标可作为大豆苗期耐低氮评价关键指标，并依此鉴定出耐低氮材料2011-X-618和低氮敏感材料2011-X-531。本研究为大豆耐低氮机制解析和氮高效育种提供了优异种质资源和理论指导。     

Aerenchyma Formation in the Seminal Roots of Japanese Wheat Cultivars in Relation to Growth under Waterlogged Conditions

Abstract

Morphological adaptation of roots is critical for plants to survive under waterlogging. In this study, we evaluated the capacity of wheat to form aerenchyma in seminal roots in combination with the growth angle of the roots. We used five Japanese cultivars from the waterlogging-prone Kanto-Kyushu region in Japan, and a non-Japanese cultivar, Bobwhite for comparison. Seedlings in pot culture were waterlogged at a 3-cm depth for 7 days. The first adverse effect of waterlogging on plant growth was a significant reduction of root dry mass. The reduction rate varied with the cultivar, and it was 19.2% in cv. Shiroganekomugi and 40.0% in cv. Norin 61. Root aerenchyma was initially observed on the 2nd day of waterlogging and developed until the 7th day, in all 6 cultivars. Quantitative analysis of the aerenchyma development revealed no significant difference in radial distribution among the cultivars, whereas a slight difference was found in the axial distribution. As a consequence, the heavier root weight of Shiroganekomugi was not related to either the radial or axial developing capacity of aerenchyma but might be due to the effect of its shallow root angle in the soil. These results suggest that the capacity to form aerenchyma in the seminal root is not sufficient for expression of waterlogging tolerance in the Japanese wheat cultivars.     

不同基因型油菜耐铝性及其根系形态对铝胁迫的响应

本研究旨在为酸性土壤地区筛选耐铝毒的甘蓝型油菜,探讨不同基因型油菜苗期生长发育指标和生理指标的耐铝特性,分析铝胁迫对根系形态的影响。以81个油菜品种为材料,通过水培试验,设置铝浓度（AlCl3）0、100 μmol·L-1两个处理,对根系形态、株型、生物量、生理特性等13指标的耐铝系数进行相关分析、主成分分析和聚类分析,采用隶属函数法综合评价不同基因型油菜的耐铝相关指标,并分析不同耐铝类型的品种根系形态差异。结果表明,铝胁迫对不同基因型油菜苗期各单项指标有不同程度的影响,综合应用主成分分析、聚类分析和隶属函数法筛选出耐铝性较强的品种6个,耐铝性中等的品种65个,耐铝性弱的品种10个。不同直径范围根系对铝胁迫的响应不同,铝胁迫下,D1类根系（直径0.0～0.5 mm）的长度、表面积、体积、根尖数降幅最大,D3类根系（直径>2.0mm）各指标降幅最小,且铝敏感型品种不同类别的根系指标受铝胁迫的抑制程度大于耐铝型品种,其D1、D2（直径0.5～2.0 mm）、D3类根系的长度、表面积、体积、根尖数均少于耐铝型品种。因此,以综合指标对油菜耐铝性进行筛选与评价更为客观;耐铝型品种不同直径范围的根系受铝毒害的影响较轻,通过改变根系形态适应铝胁迫的能力更强,其根系拥有更多细根可能是耐性品种抗铝毒的一种作用机制。     

大豆品种苗期根系性状的遗传变异及其与耐逆境胁迫的关系

从301份黄淮海和长江中下游地区代表性大豆地方品种和育成品种(系)中按根系类型选取62份,用以研究不同生态区大豆苗期根系性状的遗传特点、与地上部性状的相关以及与逆境胁迫的关系.大豆苗期一级侧根数、主根长、根干重、总根长和根体积等性状,在品种间、各苗龄间均存在显著遗传变异.不同生态区间生长进度不同,长江中下游晚熟品种的根干重、总根长、根体积发育速度较快,而北方早熟品种的根系发育较慢.根系性状与整株干重呈高度相关;根干重、根总长和根体积的相对值与耐旱平均隶属函数值,一级侧根数、主根长、总根长、根体积、根干重的相对值与耐铝毒平均隶属函数值呈极显著相关,且根系性状的相对值在品种间存在显著变异,可用做耐逆性选择的根系指标.黄淮海区品种的耐旱相关根系性状值高于长江中下游区品种,表明耐旱种质的相关根系性状具有生态适应性.     

大豆成苗期抗旱性与根系生长的关系

选择抗旱性强、中、弱的大豆品种各5个,在试验室条件下研究成苗期抗旱性与根系生长、胚轴伸长的关系。结果表明:抗旱性强的品种发根早,主根长,侧根数量多,侧根总长度长,胚轴长,成苗率高。在干旱条件下的趋势更为明显。     

Improved waterlogging tolerance of barley (Hordeum vulgare) by pretreatment with ethephon

ABSTRACT

Root growth into hypoxic or anoxic waterlogged soil relies on internal aeration in plants. The plant hormone ethylene helps adapt to waterlogging by inducing the formation of aerenchyma, which provides a low-resistance pathway for the transport of oxygen from the shoot to the root apex. Waterlogging-susceptible crops including barley start to form aerenchyma after suffering waterlogging stress. But waterlogging can be fatal if aerenchyma formation is not fast enough. Here, we investigated whether pre-treating barley with ethephon, an ethylene-releasing agrochemical, could improve its tolerance to mimicked waterlogging conditions (using stagnant deoxygenated agar nutrient solution). In barley growing in aerated nutrient solution, ethephon treatment enhanced aerenchyma formation at the root tips and induced the development of shorter and shallower roots. Pre-treating barley leaves also delayed waterlogging-caused whiting and increased the percentages of viable root-tips under waterlogging conditions. However, the pretreatment did not noticeably increase fresh weight or shoot length. Further studies are needed to optimize ethephon treatment conditions to improve barley production under waterlogged conditions.     

Effects of Toxic Levels of Aluminium on Seedling Parameters of Rice under Hydroponic Culture

The presence of Al in the rhizosphere of rice in acid soil restricts root growth and significantly reduces crop productivity.In this study,the effects of Al(30,60 and 90μg/mL)on seedling root growth,number of primary roots per seedling,seedling shoot length,number of leaves per seedling,seedling fresh weight,and seedling dry weight were studied.Rice genotypes were classified into three different classes,namely,tolerant,moderately tolerant,and susceptible,based on root tolerance index.The method of hydroponic culture was modified,and elaborated in the text.Toxic levels of Al in nutrient solution significantly decreased seedling root growth,number of primary roots,seedling shoot length,number of leaves per seedling,seedling fresh weight,and seedling dry weight.Few genotypes showed longer root length at 30μg/mL Al in nutrient solutions compared with the control.High levels of Al in nutrient solutions were highly toxic for rice seedlings.Based on root tolerance index,Radhunipagal,Gobindobhog,Badshabhog,Kalobhog,UBKVR-11,UBKVR-16,UBKVR-18,Khasha and IVT4007-B were classified as tolerant genotypes,and these genotypes may be used as donors for breeding of Altoxicity tolerance.     

部分CIMMYT小麦种质的耐盐性鉴定与评价

为了筛选耐盐小麦新种质,以耐盐小麦品种青麦6号为对照,分别在小麦苗期以相对盐害指数、芽期以根系盐害易感指数和相对苗长为鉴定和评价指标,对选自国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）的417份小麦材料进行耐盐性筛选与鉴定。结果显示,有39份小麦种质的耐盐性优于对照,经相关分析和主成分分析发现,总根长SSI值可作为根系耐盐指标用于耐盐性综合评价;结合总根长SSI值、盐害指数和相对苗长的隶属函数综合值进行聚类分析发现,cm58、cm163、cm439和cm440 四份小麦种质的耐盐性优于对照青麦6号,是研究小麦耐盐性和培育耐盐小麦新品种的优异材料。     

冬小麦根系对不同生育时期渍水胁迫的生物学响应

为了研究不同生育时期渍水逆境对北方地区生态条件下冬小麦根系及地上部生长发育的影响,进行了人工模拟小麦渍水试验。结果表明,各生育时期渍水均能使小麦上位次生根数量有所增加,根系POD活性在小麦生育前期也会因渍水而有所提高。但小麦根系总重、根系活力、根系SOD活性、单株绿叶面积、叶片氮、磷及叶绿素含量均因渍水而明显降低,根细胞过氧化产物MDA含量成倍增长。苗期、返青期、拔节期、孕穗期和灌浆期渍水20d分别导致小麦产量降低5.2%、20.8%、43.1%、61.8%和68.3%。     

大豆肥田机制的研究Ⅱ.常规技术条件下大豆根系动态

研究大豆根系的动态变化有助于探讨大豆根系对土壤环境影响的各个时期和各土层的机制。结果表明：大豆分枝期至开花期根系生长迅速,各处理此时期皆占苗期至鼓粒期总根量的６０～７０％,Ａ、Ａ’和Ｂ三处理最大根量在结英期,只有Ｂ’最大根量提前。在结英期、Ａ处理根重及根长比Ｂ’分别增长４１％和９１％。大豆结英期根系在土壤层中的分布：０～１０ｃｍ根重比其它层次占绝对优势,其中Ａ’较明显。大豆根长在１０～２０ｃｍ土层占优势,但与其他层次的判别小于根重的差别。大豆根重与大豆产量呈正相关,凡使大豆增产的技术都增加其根重。     

水旱轮作大豆的营养生长与根系活力的关系

大豆是实行水旱轮作制度的重要作物之一,水田的排水不良是导致轮作大豆减产的重要原因.通过对水旱轮作大豆幼苗进行过湿处理,分析了不同大豆品种的营养生长特性与根系生理活性的关系.轮作大豆在过湿条件下,所有品种的生育都受到抑制,干物质生产受抑制程度存在着品种间的差异.营养生长诸性状中,伤流速度受过湿处理影响最大,处理区的伤流速度仅为对照区的64.2%.过湿处理导致伤流液中氮含量几乎减少了一半,伤流中的氮含量与叶片氮素含量之间存在极显著正相关关系,过湿条件下叶片氮含量的减少是由于根的氮素吸收能力的低下所致.遭遇过湿逆境时的植株个体大小与维持物质生产关系密切.过湿处理期间及其后的干物质增加量的大小与以伤流速度为代表的根系活力密切相关,说明从田间管理技术上提高大豆的根系活力以维持水旱轮作大豆的干物质生产是可行的.     

大豆基因型在组织培养条件下对NaCl耐性的研究

以3个大豆基因型为材料,以固体培养基中大豆出苗率、苗高和下胚轴长度为指标,研究大豆对NaCl的耐受性.结果表明,大豆不同基因型对NaCl的耐受性不同,东农46对NaCl的耐受性较差.在3个苗期性状中,以苗高和下胚轴长度对NaCl的耐受性较差,当在培养基中加入35～65 mmol/L NaCl时大豆的苗高和下胚轴长度的增加受到明显地抑制.     

渍涝对不同耐性花生品种根系形态特征及解剖结构的影响

为解析渍涝对花生根系形态特征的影响，以耐性品种湘花2008与敏感品种中花4号根系为研究材料，在自制根架系统内进行盆栽培养，于幼苗期分别进行0、3、6、9、12 d渍涝胁迫处理，通过根系的鲜（干）重以及显微和超微结构研究不同耐性花生品种根系形态特征的差异。结果表明，渍涝胁迫下中花4号根系受影响较大，随着淹水天数延长，根系颜色加深，臭味加重，而湘花2008仅根系中、上部根色变黄，臭味较轻，湘花2008根系鲜重耐渍系数高于中花4号。湘花2008出现了通气组织，且随着淹水时间增加，通气组织数量增加、横截面积加大；主根中段木质部基本保持正常，导管大体呈射线状分布。而中花4号未形成明显的通气组织，木质部和导管呈不规则分布。湘花2008主根细胞内的细胞核、线粒体虽受到影响，但仍能维持细胞活动，保持根系生长状态。中花4号细胞器受渍涝胁迫较敏感，加速衰老死亡。综上认为，渍涝胁迫下湘花2008根色和根味受影响较小，主根出现了通气组织，主根中段木质部与细胞中的细胞核、线粒体基本正常。而中花4号根色和根味受影响较重，未形成明显的通气组织，主根中段木质部和导管呈不规则分布，主根中段细胞中的细胞质溶解，线粒体异常。本研究可为解析花生耐渍涝机理提供依据。     

大豆耐盐碱种质资源鉴定

盐碱胁迫伴随作物生长各个阶段,筛选获得全生育期耐盐碱大豆资源意义重大。试验通过测定大庆地区盐碱土含盐碱种类、含盐量及pH值等指标,确定筛选用盐碱种类、浓度。在培养皿、发芽袋和盆栽试验筛选中,通过大豆芽期发芽率、芽苗期物质生长量、成熟期物质生长量鉴定耐盐碱大豆种质。结果显示大庆地区盐碱土壤为硫酸盐苏打盐碱土,确定盐碱溶液为NaCl、Na₂CO₃、NaHCO₃和Na₂SO₄（摩尔比为1∶1∶9∶9）的混合盐碱溶液,以Na离子含量计算总盐浓度为80 mmol·L^-1,溶液pH值为8.9,盆栽筛选用土壤盐含量为3.3‰,pH值为8.9。鉴定的887份种质资源中种皮颜色有黑、褐、红、绿、黄及双色等,相关性分析发现大豆耐盐碱性与大豆种皮颜色极显著正相关。通过芽期耐盐碱鉴定,887份大豆资源中筛选获得296份耐以上资源,进一步芽苗期筛选有123份显示高耐,再经过全生育期筛选获得7份高耐资源,5份来源于南方,2份来源于黄淮,62份耐资源,盆栽筛选比例为56.10%。本研究建立了从芽期、芽苗期到全生育期的逐级筛选方法,从887份大豆种质资源中筛选获得69份耐盐碱资源,为耐盐碱育种与耐盐碱基因资源利用提供基础材料。     

大豆种子萌发期耐盐性综合鉴定指标初探

利用22个大豆品种(系),在不同浓度的盐胁迫下进行大豆萌发期耐盐性鉴定,并提出了适合大豆萌发期耐盐性的综合鉴定指标。结果表明,在不同浓度的盐胁迫中,110 mmol/L NaC l胁迫下的22个大豆品种相对发芽率的方差和变异范围表现为最大,认为该浓度对于大豆萌发期耐盐性鉴定是比较合适的胁迫条件。同时,以相对发芽率作为因变量,运用通径分析筛选出与相对发芽率关系最密切的相对下胚轴长、相对胚根长、相对胚根鲜重和相对胚根/胚轴比4个指标,进行大豆萌发期耐盐性的综合鉴定。     

苗期大豆根系及地上部性状与耐旱性的关系

选用耐旱性较强的野生大豆SNWS0048和综合性状优良但不耐旱的育成品种晋大73为亲本,构建回交自交系(BIL)群体。连续2 a在人工控制环境下,检测不同水分条件下该大豆群体的苗期根系及地上部性状,采用相关及通径分析研究了大豆根系及地上部性状与耐旱性的关系,同时探讨了这些性状的遗传特性。结果表明:在干旱胁迫下株高、茎重、根长和根重均有所下降,根冠比有所升高。干旱胁迫下的耐旱系数与所有性状呈正相关,其中与主根长、根重、根冠比极显著相关,与茎重显著相关,与株高相关不显著。通径分析进一步表明正常供水条件下根干重对大豆耐旱性有重要影响,而干旱胁迫条件下根冠比对大豆耐旱性的影响较大。     

涝渍胁迫对辣椒植株表型的影响

采用高于穴盘的中转箱作为容器模拟涝渍胁迫环境的方法,研究涝渍胁迫对4种类型20个辣椒品种的形态特征、生物量积累等表型可塑性及壮苗指标的影响。结果表明：涝渍胁迫严重抑制了辣椒根系和植株的纵向伸长生长,但是短期涝渍胁迫会促进同化产物向根系的相对积累。本研究通过对各个单项指标与耐涝性关系进行分析,结合观察结果,认为根系耐涝系数和壮苗指标耐涝系数可作为辣椒品种耐涝性的量化评价指标,但是辣椒的耐涝性是一个复杂的综合性状,用任何一个单项指标来评价都有片面性,需要结合各个性状指标进行综合评价。     

江淮大豆育种种质苗期耐旱性鉴定

江淮地区是我国大豆重要产区,季节性干旱时有发生,发掘适合本地区种植的耐旱新材料十分必要。选用210份江淮大豆育成新品种(系)及其部分亲本为材料,于2015和2016两年进行旱棚盆栽试验,以地上部干重、株高、主根长和根干重4个性状的耐旱系数为指标,通过主成分分析、隶属函数值法和聚类分析对其苗期耐旱性进行综合评价。结果表明:与正常供水相比,干旱胁迫下4个性状均显著降低,其中地上部干重、根干重、株高和主根长平均分别减小54%、42%、39%和15%;方差分析显示各性状在水分处理间和材料间均存在极显著差异,而株高和根干重性状上基因型、水分处理和年份三因子间一级互作和二级互作效应均为极显著。地上部干重与株高、根干重间以及主根长与根干重间的耐旱系数存在显著正相关,反映指标间有内在联系;主成分分析提取的前3个相互独立的主成分的累积贡献率达83.61%,能较好地替代原有4个信息部分重叠的性状;进一步获得耐旱性综合评价D值,结合聚类分析将所有材料分为强耐旱、耐旱、中度耐旱、干旱敏感、干旱强敏感5类。共鉴定出强耐旱材料5份(包括IA2077、YC4H/NN88-31//NN73-935、蒙8108、NN88-48/NN86-4和NN88-48/D76-1609)、耐旱材料57份。来自淮南和淮北地区的强耐旱或耐旱材料分别为27份(占该地区83份材料的32.53%)和19份(占该地区76份材料的25.00%)。所得结果可为大豆耐旱遗传育种提供材料。     

遮光和渍水对小麦幼苗形态和生长的影响

为了解遮光、渍水及其互作对小麦幼苗形态及生长性状的影响,以长江中下游不同年代小麦品种扬麦1号(20世纪70年代)、扬麦158(20世纪90年代)和扬辐麦4号(21世纪正在应用)为材料,通过盆栽试验研究了遮光、渍水后小麦幼苗主茎叶龄、单株茎蘖数、单株次生根数、苗高、叶面积、干物重、比叶重和根冠比的变化。结果表明,遮光处理显著延缓幼苗叶龄,抑制分蘖的发生,而渍水处理影响不显著;遮光和渍水处理均显著降低单株次生根数、叶面积、比叶重及地上部和根干重,遮光影响程度重于渍水,遮光和渍水同时处理仅对比叶重、地上部和根干重、根冠比表现出一定的累加效应。处理结束后经20d恢复,仅不遮光+渍水处理下叶龄、苗高和比叶重基本恢复到正常生长水平;不遮光+渍水处理下单株次生根数及各处理下根干重表现出恢复趋势。不同品种间幼苗形态和生长性状表现出显著的差异。扬辐麦4号和扬麦158单株次生根数和比叶重均显著高于扬麦1号。不同处理下扬辐麦4号幼苗形态和生长性状相比正常生长幼苗的变化幅度总体上小于其他品种,表现出较好的苗期抗渍及抗弱光能力。     

野生大豆芽期耐盐性状的关联分析

盐渍化是危害大豆生产的主要非生物胁迫因素之一。目前大豆耐盐性研究主要集中在栽培大豆的苗期耐盐性,而芽期耐盐性状的研究相对较少。野生大豆蕴含丰富的耐逆基因,是栽培大豆遗传改良的重要资源。为了研究野生大豆芽期耐盐性状的遗传机制,以113份野生大豆为试验材料,进行芽期耐盐性状的鉴定,结合群体的分子标记对包括2年平均值在内的3个环境下的3个耐盐指数进行全基因组关联分析,共检测到与野生大豆芽期耐盐相关的位点26个,6个SSR标记Satt521、Satt022、Satt239、Satt516、Satt251和Satt285在2个或3个环境下均被检测到,4个SSR标记Satt516、Satt251、Satt285和GMES4990与2个或3个耐盐指数显著相关。对这些SSR标记进行分析,挖掘了最优的等位基因及其载体材料。以上这些结果对于阐明野生大豆芽期耐盐性状的遗传机制,进一步发掘新的耐盐基因具有重要意义。同时也为栽培大豆遗传基础的拓宽、大豆耐盐分子标记辅助选择和分子设计育种等后续研究提供重要依据。