中国芒属植物ISSR-PCR扩增反应体系的优化

芒属植物(Miscanthus)被认为适合作为新一代能源作物开发利用而成为当前国内外研究热点之一.为给后续相关研究奠定基础,本研究从中国芒属植物的芒(Miscanthus sinensis)、五节芒(M.floridulus)、荻(M.sacchari florus)、南荻(M.lutarioriparius)、尼泊尔芒(M.nepalensis)、双药芒(M.nudipes)和红山茅(M.paniculatus)等类群中挑取部分材料,以其基因组DNA为模板,采用同一试验考察多个因素及水平的筛选方式对ISSR-PCR扩增体系中的Mg2+、dNTP、引物、模板的浓度以及循环数进行优化,建立适用于中国芒属植物的最佳ISSR-PCR反应体系.该体系为20 μL,含Mg2+2.5 mmol·L-1,dNTP 0.25 mmol·L-1,引物0.5 μmol·L-1,DNA 2 μL及1 UTaq Plus DNA聚合酶和1×PCR buffer.结果将为进一步开展中国芒属植物的相关遗传分析研究提供技术参考.     

4种芒属植物光合特性研究

以芒(Miscanthus sinensis)、五节芒(M. floridulus)、荻(M. sacchariflorus)和南荻(M. lutarioriparius)等4种典型芒属植物为试验材料,用LI-6400便携式光合仪测量不同时期的光合特性,来研究芒属植物光响应及光合特性的季节性变化规律。结果表明:光合作用参数对不同光合有效辐射的响应在种间有差异,除南荻的光饱和点(LSP)在800 μmol·m^-2·s^-1左右外,其他3种约在1000 μmol·m^-2·s^-1;最大净光合速率(P_nmax)由大到小依次为荻(47.3 μmol·m^-2·s^-1)、南荻(38.6 μmol·m^-2·s^-1)、五节芒(20.4 μmol·m^-2·s^-1)、芒(8.0 μmol·m^-2·s^-1);表观量子效率(AQY)依次为荻(0.123)、南荻(0.108)、五节芒(0.089)、芒(0.022),荻和南荻的光能转化率强于五节芒和芒。主生长季的净光合速率(P_n)表现出明显的季节性变化,并与生长速率同步,种间差异极显著(P< 0.01),荻和南荻的P_n值高于芒和五节芒。 4种芒属植物在主生长季的水分利用率(WUE)最小值在6-7月,最大值在8-9月,表现出耐旱耐高温能力,且种间差异显著(P< 0.05)。     

玉米ＳＳＲ 引物和甘蔗ＥＳＴ－ＳＳＲ引物在芒属中的通用性研究

 芒属种质资源是芒属能源作物新品种育种的基础。为了给开展芒属的相关遗传分析提供基础,本研究以中国芒属植物全部７个种类为材料,对３８２对玉米ＳＳＲ 引物和１００对甘蔗ＥＳＴ－ＳＳＲ 引物的通用性进行研究以筛选有效的微卫星分子标记。筛选分前期筛选以获得初步有效的引物和后期使用这些初步有效的引物对全部供试材料进行扩增２个环节进行。结果表明,在全部８４份供试材料中都能实现稳定ＰＣＲ 扩增且条带清晰、有多态性、能准确判读的玉米ＳＳＲ 引物和甘蔗ＥＳＴ－ＳＳＲ 引物分别为３９对（１０．２１％）和１３对（１３．００％）。这５２对引物在所有供试材料中扩增总共得到２５０条带。其中在芒属中产生２２０条带,而多态性条带为２０６条（９３．６４％）,平均每对引物获得３．９６条多态性条带。在扩增条带中,出现了不少特异性条带。基于全部２５０ 条带计算得到的遗传相似度（ＧＳ）为０．５８８～０．９８８。采用非加权类平均法聚类的结果表明,在ＧＳ＝０．６８水平上,中国芒属植物分为两大类：第一类由尼泊尔芒、双药芒、红山茅构成,第二类由芒、五节芒同荻、南荻组成;在ＧＳ＝０．８２水平上,芒与五节芒同荻与南荻分开;在ＧＳ＝０．８８时,芒与五节芒分开。结果初步表明中国芒属植物遗传多样性比较丰富。其中,芒、五节芒、荻和南荻的相似性较高,相似度为０．７８０～０．９８８,说明它们之间的遗传距离较近,而尼泊尔芒、双药芒、红山茅同这四者的遗传距离却较远。因此建议在中国芒属植物的遗传改良和新品种选育时,亲本选配可以适当考虑这三者,以拓宽杂交种的遗传基础。     

芒属植物对3种杂草种子萌发与幼苗生长的化感效应研究

为了探究芒属植物(Miscanthus spp.)的化感效应和作用规律，本试验采用室内生物学测定方法，研究南荻(Miscanthus lutarioriparius)、芒(Miscanthus sinensis)、五节芒(Miscanthus floridulus)、奇岗(Miscanthus×giganteus)不同部位(根、茎、叶)浸提液对青葙(Celosia argentea)、苋(Amaranthus tricolor)、稗(Echinochloa crusgalli)3种杂草种子的萌发与幼苗生长的影响。结果表明：不同种芒草根、茎、叶浸提液对3种杂草发芽率、发芽指数、胚轴长、胚根长、幼苗干重具有显著的化感作用(P<0.05)，且3种杂草之间存在一定的差异，不同种芒草浸提液对青葙、稗的化感效应整体表现为促进作用，而南荻浸提液对苋表现为抑制作用；不同芒草浸提液对3种杂草化感效应表现为芒>五节芒>奇岗>南荻；芒草不同部位浸提液间的化感效应不同，表现为根浸提液>叶浸提液>茎浸提液。结合种子萌发与幼苗生长的综合化感指数，3种受试植物对不同芒草不同部位化感作用的敏感程度为青葙>稗>苋。     

几种高大禾草热值和灰分动态变化研究

对3种C₃类植物(芦竹、菅、芦苇)与5种C₄类植物(五节芒、芒、岗柴、斑茅、南荻)不同器官热值和灰分含量的月变化进行了研究,并探讨了其应用前景,为禾草类能源植物筛选评价提供科学依据。结果表明,1)8种高大禾草灰分含量存在差异,且具明显的季节性变化;C₃类植物平均灰分含量分别为:芦竹(7.17±1.09)%、菅(6.33±0.60)%、芦苇(7.89±1.09)%;C₄类植物平均灰分含量分别为:五节芒(4.92±1.38)%、芒(6.27±0.94)%、岗柴(6.99±1.13)%、斑茅(5.13±0.88)%、南荻(5.10±0.82)%。2)C₃类植物中芦竹干重热值较高,C₄类植物中五节芒、芒、斑茅、南荻的干重热值比较接近,无显著差异,岗柴干重热值最低。3)芦竹的干重热值与灰分含量有显著线性相关(P＜0.05),五节芒、芦苇的干重热值与灰分含量有极显著线性相关(P＜0.01),而菅、芒、岗柴、斑茅、南荻的干重热值与灰分含量无相关性(P＞0.05)。4)C₃类植物平均去灰分热值分别为:芦竹(19.01±0.27)kJ/g、菅(18.58±0.31)kJ/g、芦苇(18.72±0.23)kJ/g;C₄类植物平均去灰分热值分别为:五节芒(18.52±0.32)kJ/g、芒(18.69±0.47)kJ/g、岗柴(18.54±0.33)kJ/g、斑茅(18.48±0.41)kJ/g、南荻(18.49±0.37)kJ/g,灰分含量不同,导致去灰分热值与干重热值的月变化趋势不同。     

基于形态性状及Adh1基因序列的芒与五节芒自然杂交现象研究

本研究通过对13份芒与五节芒17个形态性状及Adh1基因序列的分析,探讨了芒与五节芒的自然杂交现象。形态性状聚类分析结果表明,疑似杂交种AD431与五节芒类群(AA335和AD625)聚为一类,疑似杂交种AA343、AD431、AD628、AD607、AD633和AD606与芒类群(AD623、AD512、AD620、AD619和AD627)聚为一类。Adh1基因序列聚类分析结果表明,五节芒和芒的材料分别聚成2个明显分开的分支,所有的疑似杂交种中均检测到2种Adh1基因单倍型的存在,其中1个单倍型在系统树中与芒聚为一类,另1个单倍型与五节芒聚为一类。本研究的结果确证了AD431、AD431、AD628、AD607、AD633和AD606这6个疑似杂交种的真实性,证实了芒与五节芒种间确实存在自然杂交现象,为进一步阐明芒和五节芒的系统进化与亲缘关系提供了重要的理论依据。     

NaCl胁迫对芒属种子萌发及幼苗生长的影响

为研究芒属植物种子对盐分胁迫的耐受性,分别采用50mmol/L、100mmol/L、150mmol/L、200mmol/L、250mmol/L和300mmol/L等6个不同浓度的NaCl溶液胁迫荻、南荻、芒及芒×南荻杂交种等四种不同来源的芒属植物种子,结果表明:随着NaCl溶液浓度的升高,芒属植物种子的发芽率、相对发芽率、发芽指数和活力指数均呈下降趋势,不同种下降趋势不同。NaCl胁迫下,胚芽和胚根长度比对照显著降低,盐浓度愈高抑制作用愈强,不同种抑制程度不同。半致死浓度分析结果表明,四种芒属植物种子的抗盐能力为杂交种>荻>南荻>芒,与隶属函数法排序结果一致。     

我国不同地区芒和荻种质资源抗盐性的初步评价

根据盐胁迫后供试材料相对生长高度、相对生物量等的变化,评价了我国不同地区36份芒(Miscanthus sinensis Anderss.)和荻(M.sacchari florus(Maxim.)Benth.)种质资源的抗盐性,以期为选育抗盐优质的芒属植物新品种提供试验依据。结果表明:盐浓度逐渐增加的持续胁迫下,供试材料间的抗盐性变异很大,芒的相对生长高度为50%的盐度S(S_50%)平均为14.93g·L^-1,变异系数为42.31%,荻的S_50%平均为12.97g·L^-1,变异系数为25.85%。盐胁迫下地上和地下部分生物量较对照提高的材料分别有7份和24份,而2部分生物量均提高的有6份。通过对材料相对生长量进行S_50%拟合,结合生物量变化分析发现,芒植物中抗盐性排前3位的分别为01114(29.12g·L^-1)、12001(19.32g·L^-1)和12189(16.39g·L^-1),而抗盐性最弱的材料为01121(8.84g·L^-1)。     

杂花苜蓿与无芒雀麦混播群落种间竞争及稳定性

苜蓿(Medicago sativa)与无芒雀麦(Bromus innermis)以0.3:0.7的播种量进行混播试验,测定组分种绝对生长率(AGR)、相对生长率(RGR)、相对产量总和(RYT)以及种间竞争率(CR),探讨不同苜蓿品种+无芒雀麦混播群落种间竞争及稳定性。结果表明:草地生物量的净积累主要在生育前期,单播和混播草地中杂花苜蓿的AGR和RGR平均值高于敖汉苜蓿(M.sativa CV.A ohan);同种苜蓿混播与单播草地生物量快速积累期相同,但不同品种间有所差异,敖汉苜蓿早于杂花苜蓿(M.varia Martin.CV.Caoyuan);苜蓿在孕蕾至初花期、无芒雀麦在拔节至抽穗期AGR和RGR最高,混播降低了苜蓿的AGR和RGR值;在组分频率下,春秋二季种间竞争小于种内竞争(RYT>1),而夏季种间竞争大于种内竞争(RYT<1),苜蓿的竞争力大于无芒雀麦(苜蓿的CR>1);甘农1号杂花苜蓿(M.varia Martin.CV.Gannong No.1)与无芒雀麦混播群落稳定性较好;在苜蓿+无芒雀麦混播群落中,光资源竞争是种间竞争的关键,温度对种间竞争有明显影响,夏季较高的温度减弱了无芒雀麦的竞争力,增强了苜蓿的竞争力;夏季是混播草地中无芒雀麦种群衰退的关键时期。     

Natural hybridization between Miscanthus sinensis and M.floridulus revealed by phylogenic analysis using morphological traits and Adhl sequences

本研究通过对13份芒与五节芒17个形态性状及Adh1基因序列的分析,探讨了芒与五节芒的自然杂交现象.形态性状聚类分析结果表明,疑似杂交种AD431与五节芒类群(AA335和AD625)聚为一类,疑似杂交种AA343、AD431、AD628、AD607、AD633和AD606与芒类群(AD623、AD512、AD620、AD619和AD627)聚为一类.Adh1基因序列聚类分析结果表明,五节芒和芒的材料分别聚成2个明显分开的分支,所有的疑似杂交种中均检测到2种Adh1基因单倍型的存在,其中1个单倍型在系统树中与芒聚为一类,另1个单倍型与五节芒聚为一类.本研究的结果确证了AD431、AD431、AD628、AD607、AD633和AD606这6个疑似杂交种的真实性,证实了芒与五节芒种间确实存在自然杂交现象,为进一步阐明芒和五节芒的系统进化与亲缘关系提供了重要的理论依据.     

广西省芒野生居群表型多样性研究

通过方差、聚类和相关分析等方法对分布在我国广西省芒的13个野生居群的18个叶片、茎秆、花序和小穗的表型性状进行居群内和居群间的遗传多样性研究。结果表明,18个表型性状在居群内和居群间均存在极显著差异,说明芒种群内表型性状变异较丰富且遗传多样性较高。表型分化系数的变幅为17.99%～47.21%,其中,叶片、茎秆、花序和小穗性状分别为38.01%,29.80%,32.84%和27.14%,所有性状均值为32.05%,说明芒表型性状的变异主要来源于居群内。UPGMA聚类结果表明,在阈值5.388处可以将13个居群分为4个类群,聚类结果表明,聚成一类的居群在地理位置上并不靠近。表型性状与地理因子的相关性分析表明,部分表型性状的变化与地理因子呈显著或极显著相关性。本研究结果为我国芒属能源植物在遗传改良以及野生资源的保护与利用等方面提供了可参考的理论依据。     

细胞工程技术在芒属能源作物上的应用

生物质能源是可再生能源的重要领域。芒属植物是极具开发潜力的生物质能源作物,欧美多国以奇岗(Miscanthus×Giganteus)作为芒属能源作物的代表对其进行了系统广泛的研究。本研究对细胞工程技术在芒属能源作物上的应用进行了总结: 1)离体再生体系建立的相关研究,主要集中于再生体系的愈伤诱导及分化增殖,研究内容涵盖了对组织培养影响重大的主要因素,包括激素、外植体、辅助添加物、培养基成分,甚至碳源的不同灭菌方式等; 2)染色体倍性操作,主要是染色体加倍研究,单倍体育种也有所突破。本研究最后对该领域的发展趋势进行了简要探讨。     

7种能源草在酸性红壤中的性状比较及适应性评价

本研究比较了7种能源草在酸性红壤中物候期、越冬率、农艺性状和化学成分等20个性状,并利用其中与适应性相关的12个性状来综合评价不同能源草在酸性红壤中的适应性。结果表明,1)7种能源草中除狼尾草以外其余各品种均能完成生育期,且都能在酸性红壤上生长良好;2)7种能源草的7个主要农艺性状和5个化学成分均有显著差异(P<0.05)。其中五节芒、湘杂芒、柳枝稷的干物质产量较高,单株分别达到5385.24,4846.09和4566.83 g,而斑茅、奇岗和湘杂芒的纤维素含量较高,分别达46.13%,45.38%和45.16%;3)对12个数量性状进行主成分分析,得到累计贡献率为92.626%的4个主成分因子,说明前4个主成分代表了主要的遗传信息;4)利用主成分线性模型综合评价7种能源草的适应性,排序结果如下:湘杂芒>五节芒>狼尾草>斑茅>柳枝稷>奇岗>荻。本研究结果可为我国南方酸性红壤边际性土地的开发与利用提供理论依据。     

Further analysis of VNTR and MIRU in the genome of Mycobacterium avium complex, and application to molecular epidemiology of isolates from South America

All members of Mycobacterium avium complex are serious pathogens for humans and animals. The aim of this study was to look for and analyze VNTR-MIRU loci in the genome of M. avium complex and their preliminary application to test these isolates. In the present study, we identified 22 novel VNTR-MIRU by using Tandem Repeat software: five with a structure similar to MIRU and 17 without MIRU structure; these latter were designated as VNTR. Most VNTR were located within predicted coding regions. Most MIRU were intercistronic with their extremities overlapping the termination and initiation codons of their flanking genes. Some of these VNTR-MIRU exhibited polymorphism among M. avium complex isolates due to insertion or deletion of whole repeats and/or of nucleotide sequence degeneration. We determined the variability of six VNTR-MIRU loci in 21 M. avium subsp. hominissuis and 26 M. avium subsp. paratuberculosis. The analysis identified 15 different alleles with the combination of six VNTR-MIRU in the 21 M. avium subsp. hominissuis with 16 different IS1245 RFLP and four different profiles with PCR-restriction analysis of hsp65 (PRA). However, neither the six VNTR-MIRU loci nor the PRA were able to distinguish M. avium subsp. paratuberculosis isolates with five different IS900 RFLP profiles. In conclusion, some of the VNTR-MIRU loci identified were useful to differentiate M. avium subsp. hominissuis but not M. avium subsp. paratuberculosis isolates here included. However, we observed polymorphism in VNTR-MIRU loci between M. avium subsp. hominissuis and M. avium subsp. paratuberculosis genomes, which could be important in the understanding of the obvious differences in the pathogenic effects of these mycobacteria.     

芒花粉活力及柱头可授性研究

采用I2-KI染色法和离体萌发法测定芒(Miscanthus sinensis)花粉活力以及不同保存条件下的花粉寿命,并利用H2O2法检测雌蕊柱头的可授性。结果表明:芒花粉量大,平均花粉量/胚珠比(P/O值)达到5445±2883,属于专性异交性植物,且花粉初始活力较高,平均为78.68%±17.46%,但离体花粉的活力丧失快,室温干燥和湿润条件下保存的花粉寿命分别为70min和100min。不同基因型在花粉量、花粉活力及寿命上存在变异。雌蕊柱头可授性较高,活性可持续8d,最佳授粉期为开花前1d至开花后1d。     

岩溶石漠化区四种牧草植物光合生理适应性特征

以类玉米、紫花苜蓿、菊苣和杂交狼尾草4种牧草植物为研究对象,通过测定其叶片结构性状、光合生理特征以及土壤理化特性,研究其对岩溶石漠化环境的生理适应性的差异。结果表明,4种牧草植物的叶面积(LA)、叶干重(DW)、叶绿素含量(Chl)和比叶面积(SLA)差异显著,反映出4种牧草植物叶片结构性状差异种间较大;同科植物类玉米和杂交狼尾草光合能力相近,而不同科植物如菊苣和紫花苜蓿光合能力差异较大,但其水分利用效率(WUE)和潜在水分利用效率(WUEi)相近;相比较而言,类玉米和杂交狼尾草具有较强的光合能力和较高的水分利用效率,而菊苣和紫花苜蓿的光合能力和水分利用效率相对较低。4种牧草对0～10和10～20cm土层土壤含水量的影响差异不大,但对土壤容重的影响存在差异。相关分析表明,4种牧草植物蒸腾速率(T_r)与0～10cm土层土壤含水量为显著的正相关关系,而10～20cm土层土壤含水量对大气饱和蒸汽压亏缺(V_pdl)影响较大。相比较而言,类玉米和杂交狼尾草具有较高的P_n,WUE和WUEi,对岩溶环境具有良好的适应性。