甘蓝型油菜黄化突变体的光合特性及叶绿素荧光参数分析

调查油菜自发黄化突变体(NY)、野生型(NG)及其正反交后代材料(F₁和rF₁)的光合色素含量、光合特性、叶绿素荧光参数及农艺性状,分析五叶期各参数的变化规律。表明,突变体叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素均大幅减少,其中叶绿素b减幅最大;净光合速率显著降低,胞间CO₂浓度升高,但气孔导度与野生型等相当,表明光合速率不受气孔限制;光补偿点和光饱和点升高,暗呼吸速率与野生型等相当,表观量子效率和光补偿点处量子效率显著降低;CO₂补偿点、光呼吸速率和羧化效率均显著降低,CO₂饱和点则显著升高;突变体的荧光参数,包括F_o、F_m、F_v/F_m、F_v'/F_m'、Φ_PSII、q_p、NPQ和ETR均显著降低,说明光合色素含量降低导致PSII反应中心捕光能力弱和光化学转化效率低,使叶片光合速率降低。突变体的黄化持续时间较长,对生长发育产生影响较大,单株籽粒产量只有野生型的57.09%,但与正常材料组配F₁的光合特性和农艺性状均能恢复到正常水平。     

水稻早衰突变体esl3的鉴定与基因定位

叶片早衰直接降低作物的光合作用、产量和品质。因此,鉴定早衰突变体和研究其基因功能对于作物的遗传改良具有重要的作用。esl3来源于水稻籼型恢复系缙恢10号的EMS诱变库,苗期叶片中上部即呈现褐化枯萎,该特征一直持续到植株成熟。与野生型相比,突变体衰老部位叶绿素和光合速率极显著下降,绿色部位光合色素和光合速率则略有升高。农艺性状分析发现,结实率无显著变化,有效穗、穗长、穗粒数、千粒重、株高和干物质重则显著或极限著下降。遗传分析表明,esl3叶片早衰枯死性状受1对隐性核基因控制。利用391株日本晴/esl3的F₂突变型单株,最终把ESL3基因定位在第5染色体SSR标记RM19085和Indel标记Ind05-2之间,物理距离91 kb,包含14个注释基因,为下一步调控基因的克隆和功能研究奠定了基础。     

水稻斑点叶突变体spl21的鉴定与基因定位

通过双环氧丁烷(diepoxybutane)诱变籼稻品种IR64获得一个稳定遗传的红褐色斑点叶突变体spl21(spotted-leaf 21)。大田条件下,突变体播种后约2周叶片上开始出现红褐色斑点,随后部分斑点融合,从叶尖开始发黄枯萎,并沿叶片两侧边缘向下扩散,严重时叶片大部分或整体枯死。突变体spl21与野生型IR64相比,其株高、穗长、有效穗数、实粒数、结实率和千粒重等农艺性状均显著降低。组织化学分析表明,叶片斑点处及周围有H2O2沉积。突变还导致叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量极显著降低,叶片光合能力明显下降;此外,突变体中CAT、SOD、APX和可溶性蛋白含量均极显著降低,POD活性则极显著升高。遗传分析表明,突变体表型受1对隐性核基因控制。通过图位克隆法最终将该基因定位于第12染色体长臂下端介于In Del-8和RM28746之间约87 kb的区段内,暂名spl21(t),本研究为该基因的克隆与功能研究奠定了基础。     

弱光条件下不同穗型小麦品种旗叶光合特性和抗氧化代谢

在大田试验条件下,比较了大穗穗型小麦品种泰农18和多穗型品种济南17的叶绿素含量、净光合速率(P_n)、可溶性蛋白和总糖含量、抗氧化酶活性及丙二醛(MDA)含量对不同程度弱光响应的差异,为黄淮麦区小麦高产稳产栽培及品种选用提供理论依据。从开花期至成熟期分别对两品种进行25%(S1)、50%(S2)和90%(S3)的弱光处理,以正常光照(S0)为对照。结果表明,S1和S2处理提高了小麦灌浆期内旗叶叶绿素含量和最大光化学效率(F_v/F_m),而S3处理提高了花后0~6 d旗叶叶绿素含量和F_v/F_m,之后显著低于对照;随弱光程度增强旗叶花后实际光化学效率(Φ_PSII)升高,而叶绿素a/b比降低。S2和S3处理显著抑制了旗叶抗氧化酶活性,降低了旗叶P_n、可溶性蛋白和可溶性总糖含量;而S1处理增强了旗叶超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性,提高了小麦旗叶P_n、可溶性蛋白和可溶性总糖含量。相同处理条件下,与泰农18相比,济南17的旗叶叶绿素含量较高,光系统II (PSII)活性较强,同时抗氧化酶活性下降较慢,膜脂过氧化程度低,使叶片功能免受破坏,保证了光合作用的进行。75%光照条件下(S1)的小麦抗氧化酶具有较高活性,叶片膜脂化程度低,抗逆性较强,旗叶P_n高值持续期长,有利于光合产物的积累。多穗型品种比大穗型品种更能适应黄淮麦区小麦生育后期光照不足的生产条件。     

水稻矮秆脆性突变体dbc1的鉴定与基因定位

利用EMS诱变籼型水稻恢复系缙恢10号,获得一个稳定遗传的矮化脆性突变体dbc1,苗期即表现矮化、叶片变脆,一直保持到成熟。与原始亲本相比,突变体的各节间均显著缩短,株高仅58.93 cm,略有包穗,属于dn型矮化变异,对赤霉素的敏感性显著下降,有效穗、千粒重和结实率无明显变化,穗长、穗粒数和实粒数则极显著下降。进一步分析发现,dbc1的茎秆和叶片的载荷强度极显著下降,纤维素含量无变化,木质素含量则略有下降,差异达显著水平。遗传分析表明该性状受1对隐性核基因调控,利用886株西农1A/dbc1的F₂变异单株,最终把DBC1基因定位在第2染色体SSR标记RM13943和RM13952之间,物理距离仅197 kb,含有52个注释基因。这为下一步调控基因的克隆和dbc1材料的育种应用奠定了基础。     

不同生态区籼粳稻杂交F2代亚种属性与株型性状的特点

两个籼粳稻杂交F₂群体(F₂-A：晚轮422/沈农265、F₂-B：泸恢99/沈农265)分别在辽宁和四川种植,研究生态环境对亚种属性及其与株型性状相互关系的影响。结果表明,不同生态环境下F₂代植株籼粳属性均呈接近正态的连续变异,相对于四川,辽宁呈现明显的偏籼分布,生态环境对程氏指数六性状的影响并不完全一致。生态环境对株型特性也有较明显的影响,从四川到辽宁,株高和穗弯曲度显著提高,而穗长、剑叶长、剑叶宽及剑叶张角则表现降低趋势。不同地区株高的类型间差异没有明显规律性,剑叶长表现为籼型显著大于其他类型的趋势,剑叶张角地区和类型间大多无显著差异,不同地区剑叶宽的类型间差异因组合而异。总之不同地区从籼型到粳型,均有穗长递减而穗弯曲度递增的趋势。籼粳稻杂交F₂代植株个体籼粳属性与株型性状表现出一定的相关性,但相关的方向和程度在不同地区和组合间不完全一致。     

小麦形态全息相关的研究

对31个冬小麦品系的籽粒与穗部形态性状、籽粒与植株形态性状、穗部与植株形态性状及植株与植株形态性状的全息相关进行了研究，得出：粒宽与旗叶开张角度、穗长成显著正相关，与小穗密度成极显著负相关。籽粒的长×宽同样与旗叶开张角度、穗长成显著正相关。胚长与穗长、芒长呈显著正相关。粒型指数（宽／窄）与株型和穗下节间成显著正相关。一般宽短的叶片，株高较矮、旗叶开张角度较小，穗下节间较短。这些关系为籽粒选择和生长早期的选择提供了依据，也为建立全息形态选育理论奠定基础。     

小豆缺铁突变体分离群体叶色及产量性状分析

为了鉴定小豆铁吸收代谢突变体作图群体叶色性状的变异及其对产量的影响,本研究调查了‘河北801’(耐缺铁野生型)×FMY011 (缺铁敏感突变体)和MY076 (耐缺铁突变体)×GM352 (缺铁敏感资源)的F₂分离群体的叶色分离情况,测定了叶绿素SPAD值,并分析了其与单株产量及其他农艺性状的相关性。F₂群体分离出新叶黄化和正常单株,其叶绿素SPAD值差异极显著。相关性分析显示SPAD值与单株产量、单株荚数、百粒重呈极显著正相关,缺铁引起的新叶黄化会降低小豆产量。缺铁胁迫验证田间叶色分离表型,结果显示‘河北801’×FMY011群体的叶色表型与田间叶色分离符合度高,新叶黄化F₂单株的F_2:3家系全部黄化,新叶绿色F₂单株胁迫下其96.62%F_2:3家系表现正常绿叶或呈杂合叶色分离,3.38%新叶绿色F2单株胁迫下其F_2:3家系新叶黄化,表型不符合。MY076×GM352分离群体,田间正常叶色与缺铁胁迫鉴定的叶色一致,但田间新叶黄化F<...     

一个新的水稻黄绿叶突变体的遗传分析与基因定位

通过化学诱变获得一份稳定遗传的水稻黄绿叶突变体D83。该突变体苗期植株呈黄绿色,分蘖期开始逐渐转为淡绿色。与野生型相比,突变体苗期叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别下降45.03%、53.93%和39.56%,成熟期每穗着粒数减少9.45%,千粒重下降10.76%。对D83与正常绿色品种杂交F₁、F₂代的遗传分析表明,D83的突变性状由一对隐性核基因控制。以D83/浙福802 F₂代作定位群体,应用分子标记将D83所携带的突变基因定位于水稻第2染色体短臂的SSR标记RM110附近,InDel标记Ch2-27和Ch2-32之间,该基因与这2个InDel标记的遗传距离分别为1.2 cM和2.3 cM。认为D83所携带的突变基因是一个新的水稻黄绿叶突变基因,暂命名为chl13(t)。     

圆锥小麦四排穗性状基因的遗传及分子标记分析

四排穗(four-rowed spike, FRS)性状是超数小穗(supernumerary spikelets, SS)性状的一种类型,表现为在一个穗轴节片上近垂直地着生2个无柄小穗,从而增加了小穗数和穗粒数,对提高产量有一定的潜力。为了解圆锥小麦0880 FRS性状的遗传特征,将0880与正常穗(normal spike, NS)圆锥小麦0879杂交,构建了遗传群体,并对0880 (FRS) × 0879 (NS)与0879 (NS) × 0880 (FRS) F₁、F₂及F_2:3植株的穗部性状进行了调查。结果显示,正反交组合的F₁植株均表现为正常穗,F₂群体中正常穗与四排穗符合3∶1的分离比例,表明0880的四排穗性状由隐性单基因控制,将该基因定名为frs1;细胞质对frs1无显著影响。采用已定位于普通小麦A组与B组的SSR分子标记并结合混合分组分析法(BSA), 筛选出32个在双亲及F₂单株构建的四排穗型池和正常穗型池都具有多态性的SSR分子标记,利用JoinMap4.0软件构建了与frs1连锁的2A染色体11个SSR分子标记遗传图谱,其中SSR标记Xwmc598和Xwmc522位于frs1基因两侧,与该基因的遗传距离分别为4.0 cM和2.4 cM。利用2A染色体缺失系对这11个SSR进行物理定位,Xwmc598和Xwmc522均被定位在2A染色体短臂FL0.00~0.78区域。本研究的结果为frs1基因的精细定位及分子标记辅助选择奠定了基础。     

小麦旗叶和芒的遗传及其与产量性状的相关性研究

通过对20个小麦品种（系）的研究表明,旗叶、芒对产量形成影响较大。旗叶、芒具有一定的遗传变异度,旗叶性状遗传力中等,芒遗传力较高。旗叶长、旗叶宽、旗叶面积、穗平均芒长均与穗粒重呈显著正相关;旗叶开张角、披垂度与穗粒重呈显著负相关。旗叶长与开张角、披垂度正相关,旗叶宽与开张角、披垂度负相关。育种中可将旗叶宽作为良好的株型性状加以选择。     

小麦puroindoline b-2 基因变异与产量相关性状的分析

puroindoline b-2(Pinb-2)是近期发现的一组与puoindoline b基因高度相似的基因。Pinb-2基因在普通小麦B基因组中存在多种变异类型,软质麦中不同变异类型间籽粒硬度存在着显著差异。在此基础上进一步分析普通小麦B基因组中的Pinb-2基因等位变异与产量相关性状以及旗叶大小的关系,并利用重组近交系(F8)群体进行染色体定位。结果表明,4种不同变异类型的材料中,拥有Pinb-2v3b类型的小麦品种千粒重、籽粒直径、穗粒数、穗粒重和单株粒重均最高,拥有Pinb-2v3b类型的小麦品种产量相关性状可能优于其他3种类型。另外,拥有Pinb-2v3a类型的小麦品种旗叶宽度、旗叶长度和旗叶面积均高于其他3种类型。采用SSR标记定位结果表明,Pinb-2v2和Pinb-2v3互为一对等位基因,位于7B染色体的长臂上,与标记Barc315连锁。这一结果为进一步研究Pinb-2基因的分子遗传基础和小麦育种提供了依据。     

普通小麦光合碳同化与产量性状杂种优势的关系

以按照NCII遗传交配设计配制的20个普通小麦杂交种及其亲本为材料,系统测定灌浆初期、中期和后期旗叶的6个光合碳同化相关性状,包括光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度、蒸腾速率、水分利用效率和原初光能转化效率,并与产量性状杂种优势进行相关分析。结果显示,杂种优势值因组合、性状和发育时期不同而差异很大。偏相关分析表明,光合碳同化性状与穗长和有效穗数杂种优势之间没有相关性,但与其他产量性状杂种优势之间存在显著的相关关系,特别是在作物籽粒产量形成最为关键的灌浆中期,光合速率、胞间CO₂浓度、水分利用效率和原初光能转化效率与穗粒数、千粒重、单株产量和主茎穗产量等性状的杂种优势呈显著或极显著正相关,说明较高的光合能力及水分利用效率可能是小麦产量杂种优势形成的重要生理基础之一。     

空间环境诱变小麦叶绿素缺失突变体的主要农艺性状和光合特性

叶绿素缺失突变体对于研究植物光合作用机制, 揭示叶绿素生物合成与降解途径, 发掘鉴定光合作用相关新基因以及了解基因间的相互作用有重要意义。空间诱变创制的小麦叶绿素缺失突变体Mt135的叶色表现为完全白化、条纹和绿3种类型, 其中完全白化株叶片完全白化, 于苗期死亡; 条纹株叶片为绿白相间的条纹, 能够正常成穗结实, 但其株高、穗长、株粒数、株粒重、千粒重都显著低于原始亲本, 生育期比原始亲本延长5~7 d; 绿株与原始亲本没有显著差异。初步遗传分析表明, Mt135是一个由核质基因共同作用的突变材料。对突变体及其原始亲本叶绿素荧光动力学参数分析表明, 当光照强度为110 μmol m^-2 s^-1时, 条纹株绿色组织光系统II的最大量子产量与原始亲本无显著差异, 光系统II的潜在活性显著低于原始亲本, 而光化学猝灭系数、非光化学猝灭系数、实际量子产量、调节性能量耗散的量子产量、非调节性能量耗散的量子产量在不同的生育期间变化不同。另外, 不同的光照强度下, 条纹株绿色组织的电子传递速率、光化学猝灭系数、实际量子产量的变化也不相同。条纹株白色组织和完全白化株则完全失去光合能力。上述结果证实, 小麦叶绿素缺失突变体Mt135的光合作用受到很大的影响, 光合特性发生了改变, 较高的光照强度在拔节期对突变体影响较大, 抽穗期影响相对较小。条纹株光合特性的改变与其株高、穗长和产量相关性状显著降低的结果相互印证。     

Genetical and anatomical analyses of a leaf flecking mutant in Triticum aestivum L.

Flecking trait in the mutant C591 (M8) Triticum aestivum L. is a stable,developmentally programmed, dominant mutation under monogenic control resembling pathogenic attack and starts appearing only from boot leaf stage of the plant. Mutant plants differ significantly from normal plants in terms of total chlorphyll contents only at later stages of symptom spread when the flecks fully cover the leaf sheath and leaves. However, total grain weight per main spike of mutant did not differ significantly from the normal plants. Microscopic studies of the mutant leaves did not reveal any damaging effect of the mutation on leaf anatomy per se, even though differences were observed in chlorophyll filling in mesophyll cells. Considering the peculiar characteristics of the mutation, many of which resembling the disease lesion mimic mutations in other crops, this is suspected to be such a mutation in wheat. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

Genome-wide association study of differences in 14 agronomic traits under low- and high-density planting models based on the 660k SNP array for common wheat

One hundred and ninety-seven wheat accessions from Yellow and Huai Winter Wheat Region (YHW) were evaluated for differences of 14 agronomic traits under low- and high-density plantings. Compared with the high-density plantings, plant height, neck length, uppermost internode length, flag leaf angle and number of sterile spikelets under the low-density plantings reduced, while heading date, flowering date, flag leaf length and width, spike length, number of fertile spikelets, grain number per spike, thousand-kernel weight and grain weight per spike increased. A total of 1,118 markers were detected based on GWAS, and seven QTLs were confirmed. One QTL on chromosomes 5BL and two other QTLs on 5Dl were all tightly associated with flowering date difference. Bioinformatics analysis revealed that two haploblocks in 5Dl were involved, and the Vrn-D1 locus was located in this interval. A region on chromosome 5B at around 531.5 Mb was significantly associated with plant height difference. Two QTLs including AX-94840438 (7BL) and AX-94563647 (7DS) were responsible for neck length or uppermost internode length difference.     

冬小麦品种选育若干问题探讨

为提高育种预见性和选择效率,对小麦株型与冠层、株高、单位面积穗数等几个选择指标进行了探讨。认为株高80～90cm,旗叶较宽、较短,面积较小,挺而上冲,旗叶、倒二叶、倒三叶的长度依次加长,叶基角和开张角依次加大。株型从生长前期到生长后期由紧凑到松散有一定动态变化的中间型品种更易实现高产稳产;现代品种要在保持较高收获指数的基础上,注重生物产量、单位面积粒数、穗粒数／旗叶面积、穗粒重／旗叶面积的选择。     

小麦旗叶性状与产量因素的相关与回归分析

以59个小麦品种(系)为试材,对旗叶性状与产量及产量因素作了相关与多元回归分析.结果表明,小麦旗叶的长、宽、叶面积、与茎杆的夹角、叶绿素含量与穗粒数、千粒重、穗粒重、产量等性状间的相关系数分别达显著或极显著水平,r=0.4851～0.7481.建立了旗叶性状与产量及产量因素的最优多元回归方程.     

The relationships between plant form,competitive ability and grain yield in a barley cross

Summary The grain yield of F₅ lines from a barley cross, grown in field plots, showed no correlation with F₃ single plant grain yield. F₅ grain yield did however show a significant inverse relationship with plant height and leaf length in the F₃, especially at high levels of nitrogen. Shorter plants with shorter leaves in the F₃ tended to produce lines of similar habit in the F₅, and these characters were associated with lower F₃ grain yield and higher F₅ grain yield.These relationships are believed to depend on the different circumstances of competition in the F₃ and the F₅ respectively. It is concluded that plant form in segregating generations of cereals may provide a valuable selection criterion for high grain yield in monocultures.     

水稻淡黄叶矮化突变体yld的遗传分析及基因定位

水稻叶色突变体是研究植物光合作用、叶绿素代谢和叶绿体发育的重要材料。本研究从籼稻品种蜀恢527经EMS(甲基磺酸乙酯)诱变处理后代中筛选出一个淡黄叶矮化突变体Yellow leaf and dwarf(yld)。与野生型蜀恢527相比,该突变体全生育期都表现出淡黄叶矮化性状,其剑叶的淡黄色表型最为明显,倒二叶次之,倒三叶最弱,其中剑叶的叶绿素及类胡萝卜素含量降低最为明显;并且伴随着穗粒数、千粒重、结实率、株高等主要农艺性状的显著降低,但有效穗显著增多。透射电镜观察结果显示,与野生型相比,该突变体多数叶绿体结构基本完整,但基粒模糊,基质片层大量减少且排列疏松。遗传分析表明,该突变性状受一对隐性核基因控制。在yld突变体与粳稻武运粳7号杂交的F2群体中分离出323个突变单株,最终将YLD基因定位在第11染色体的L5和L7两标记之间,物理距离为115.7 kb。本研究为YLD基因的克隆和功能分析奠定了基础。