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。     

甘蔗野生种质植物光合特性与原生长地年平均光强的关系

测定了原生长地不同的割手密、斑茅、蔗茅和五节芒等甘蔗野生种质植物的单叶净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、细胞间隙CO2浓度和水分利用效率,并探讨了与其原生长地年平均光强的关系.结果表明:各野生种光合特性与原生长地年平均光强关系密切,各野生种光合特性及水分利用效率均随原生长地年平均光强的变化而变化.其中割手密变化最大,蔗茅变化最小,斑茅和五节芒居于其间.由此认为,在甘蔗野生种质植物中,割手密可能是比较新的种,具有较强的生态适应性,蔗茅则可能是比较古老的种,生态适应性较弱.     

甘蔗野生种质植物光合特性与原生长地年平均气温关系

测定了原生长地不同的割手密、斑茅、蔗茅和五节芒等甘蔗野生种质植物的单叶净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、细胞间隙CO2浓度和水分利用效率,并探讨了与其原生长地年平均气温的关系.结果表明:各野生种光合特性与原生长地年平均气温关系密切,光合特性及水分利用效率均随原生长地年平均气温的变化而变化,其中割手密变化最大,蔗茅变化最小.由此认为,割手密气孔调节能力强,适应性也最强,可能是4种甘蔗野生种质植物中比较新的种,而蔗茅气孔调节能力弱,适应范围较窄,可能是比较古老的种.     

不同甘蔗品种叶片中总黄酮含量与提取工艺的优化研究

以云南农业大学自育的甘蔗品种滇蔗01-58为试验材料,以芦丁为标准品,采用分光光度计法研究滇蔗01-58叶片中总黄酮的最佳提取条件。以提取率作为指标,测定不同类型甘蔗[野生种、栽培品种（系）]叶片中黄酮含量。结果表明,基于单因素和正交试验的最佳提取条件为乙醇浓度70%、提取温度70℃、提取时间90min;不同类型甘蔗叶片的黄酮提取率有明显差异,栽培种黄酮含量最高的为滇蔗09-38,野生种黄酮含量最高的为五节芒Ι91-27,总体表现为野生种叶片中黄酮含量高于栽培品种（系）。     

中国热带和亚热带地区能源草资源调查与初步筛选

按照“草本,高大,多年生,丛生性好,适应性较强,热带或（和）亚热带分布”的自拟标准,通过查阅文献和植物标本,初步筛选出64种纤维素质能源草,隶属于8科31属。在对它们的野外调查中,观察到拥有1000 m2以上自然种群且植株高度超过1.5 m的只有芒、五节芒、斑茅、南荻、河八王、象草、甜根子草、芦竹、芦苇、光高梁、龙须草和拟高粱等12种。对这12种能源草进行了引种栽培研究,其中河八王、甜根子草、芦苇和龙须草长势一般,其他8种长势良好,可作为进一步筛选研究的对象。     

海南甘蔗野生种资源的收集与遗传多样性初析

为了进一步丰富中国甘蔗野生资源库,充分了解和发掘具有良好品性的野生材料,对海南省海口、澄迈、临高、儋州、白沙等16个县（市）的甘蔗野生种质资源进行了采集,共采集白茅8份、斑茅39份、荻7份、割手密26份、芒14份（其中五节芒4份）,涉及5个属6个种,共94份。测定株高、茎粗、锤度、叶长和叶宽5个主要农艺性状,并对斑茅和割手密进行了相关性和遗传多样性分析。初步研究表明,海南甘蔗野生种资源性状差异显著,株高、茎粗、叶长和叶宽存在较大相关性,而锤度与其他指标不相关;斑茅和割手密具有较大的遗传多样性,变异系数分别为0.187~0.558及0.206~0.432;斑茅和割手密分别分为四类群和三类群,其中斑茅Ⅱ和Ⅳ类群具有较大的生物量,而割手密Ⅰ和Ⅲ类群具有良好的锤度品质潜力,可推荐作为甘蔗育种的上游材料。     

蔗茅EfNAC基因的克隆和生物信息学分析

为了更好地利用甘蔗野生种蔗茅(Erianthus fulvus Ness.)的抗逆相关基因,并为转基因甘蔗抗逆育种提供可靠的候选基因。本研究利用电子克隆和RT-PCR的方法在蔗茅野生种‘蔗茅99-2’中克隆到一个干旱诱导表达基因,并命名为FfNAC (GenBank登录号:MT499790)。生物信息学分析表明,FfNAC基因ORF长度为765 bp,共编码254个氨基酸,具有一个保守的NAM结构域。编码的蛋白以无规则卷曲和α-螺旋为主,没有信号肽,具有多个磷酸化位点,没有跨膜结构。本研究为深入研究蔗茅干旱胁迫的分子调控机制和转基因甘蔗抗旱育种提供理论依据和技术支撑。     

甘蔗及其近缘属倍性鉴定与分析

为提高甘蔗遗传改良效率提供基础,探明甘蔗及其近缘属、栽培种的倍性,本研究利用流式细胞术,首次对甘蔗及其近缘属的倍性进行了系统分析鉴定。结果表明,甘蔗属的热带种倍性为8和10,其中典型热带种拔地拉倍性为8、非典型热带种卡拉华倍性为10;印度种倍性为8和16.8,其中芒高为8、盘沙鞋为16.8;中国种育巴和芦蔗倍性分别为9.8和10;细茎野生种倍性范围为6.3~9.2,主要倍性约等于8,大茎野生种倍性为14.4。甘蔗近缘属的蔗茅属倍性范围在3.3~7.9之间,其中斑茅倍性范围在7.1~7.9之间,滇蔗茅倍性为3.3和3.8;芒属倍性有1.4和4.8两种类型;河八王属倍性范围在3.6~5.2之间。甘蔗杂交品种倍性较高,在8.2~12.3之间,其中以倍性9~10为主。首次系统性探明甘蔗及其近缘属、栽培种的倍性,倍性最低的为芒属的芒,其倍性为1.4;倍性最高的是印度种的盘沙鞋,为16.8,说明甘蔗是一种遗传背景复杂的非整倍体植物。研究结果可用于指导甘蔗杂交组合的配置。     

秋水仙素对斑茅愈伤组织诱导及分化的影响

斑茅是重要糖料作物甘蔗的近缘属植物,是甘蔗抗逆、抗病育种的重要基因源。秋水仙素是目前多倍体育种中最常用及效果最好的化学诱变剂。为探寻秋水仙素对斑茅愈伤组织诱导及分化的影响,以2n=60的斑茅‘云83-183’为材料,研究不同2,4-D浓度、秋水仙素浓度、处理时间及培养方式对愈伤组织诱导及分化的影响。结果表明:当秋水仙素浓度为0.07%、固体培养7天,或秋水仙素浓度为0.05%、液体培养0.5天时,愈伤组织皆失去分化能力,说明液体培养时,秋水仙素不但对愈伤组织抑制作用比固体培养更大,而且所用的浓度更低、时间更短;当秋水仙素处理浓度皆为0.03%,固体培养7天或液体培养0.5天时,抗愈率、抗芽率达最大,虽然抗愈率差异不大,皆在88.00%左右,但液体培养的抗芽率仅为6.00%,比固体培养减少了16.22%,说明固体培养比液体培养效果好。斑茅‘云83-183’的最佳2,4-D浓度为2 mg/L,秋水仙素浓度为0.03%,固体培养7天时对愈伤组织的生长及分化效果最佳。该试验结果可为今后斑茅染色体加倍研究提供参考依据。     

甘蔗与斑茅杂交染色体组构成特征研究

斑茅是甘蔗重要的野生种质资源,渗入斑茅血缘来提高甘蔗抗性是目前甘蔗育种的重要途径之一。对甘蔗与斑茅杂交后代进行染色体分型有利于高效利用斑茅的各种优异性状。本研究利用斑茅特异引物鉴定斑茅与甘蔗杂交高世代材料的真实性,通过荧光原位杂交对甘蔗与斑茅染色体进行分型,以探究斑茅和甘蔗染色体在子代中的遗传与分离,并分析其染色体组结构特征。结果表明,杂交群体中有30份为斑茅的真实后代,包含斑茅染色体从1～10条不等,说明其后代群体基本服从n+n的遗传方式,占整个真实后代群体的60%。斑茅与甘蔗发生染色体水平的重组约16.67%,并且斑茅与不同血缘甘蔗重组的概率趋近一致。割手密种特异探针共定位结果表明,斑茅血缘的渗入降低了近现代栽培甘蔗种中热带种血缘与重组血缘的占比,并同时提高了割手密血缘的比例。本研究分析的甘蔗与斑茅杂交后代中不同血缘染色体组的遗传及结构特点,为提高斑茅种质资源在甘蔗育种中的开发利用提供了细胞遗传学基础。     

甘蔗细茎野生种(Saccharum spontaneum L.)的遗传多样性和系统演化研究

利用RAPD技术,采用25个随机引物对来自中国不同生态环境的195份甘蔗细茎野生种材料进行了地理群体结构的遗传多样性研究。结果表明：甘蔗细茎野生种的种内遗传变异较大,各地理类群的遗传分化明显,具有丰富的遗传多样性。基于分子聚类分析,推论中国甘蔗细茎野生种的起源演化方式为：起源于云南,然后由云南→四川→贵州→     

甘蔗野生种蔗茅的形态多样性分析

蔗茅(Erianthusfulvus)是甘蔗育种中极为重要的野生种质资源,研究其形态性状的遗传多样性对选育抗旱、抗寒、耐贫瘠、高蔗糖分含量的甘蔗新品种极为重要。为深入研究利用蔗茅野生资源,以保育在云南农业大学甘蔗研究所甘蔗种质资源圃的48份蔗茅无性系为试验材料,进行包括株高、叶宽、节间长度、茎径、锤度的田间调查和统计分析。结果表明,48份蔗茅材料在所调查性状上具有显著差异,变异系数介于9.37%~33.52%之间;基于5个性状的聚类分析将所分析材料分为了3类以及很多小类群,表明所研究蔗茅资源具有丰富的遗传多样性。研究结果对蔗茅资源在甘蔗育种中的利用具有重要参考价值。     

7个蔗茅野生种及其后代材料苗期耐寒性鉴定

以7个蔗茅野生种及其与甘蔗杂交的3个后代材料[滇蔗品种(系)]为试验材料,在苗期进行低温(3℃)胁迫,测定与耐寒性相关的各项生理生化指标。结果表明:(1)通过极点排序法计算得到电导率,可溶性糖、丙二醛、脯氨酸、可溶性蛋白、叶绿素含量,超氧化物歧化酶活性的权重系数分别为0.109、0.194、0.148、0.133、0.108、0.183、0.124,其中可溶性糖与叶绿素含量的权重系数最大,说明这两项生理指标对甘蔗耐寒性影响较大;(2)在低温(3℃)胁迫下,10个供试材料的耐寒性强弱为蔗茅99-3>蔗茅99-2>蔗茅Ⅱ91-2>蔗茅99-4>蔗茅99-1>蔗茅90-29>蔗茅Ⅰ91-8>滇蔗04-14>滇蔗01-58>滇蔗02-39,表明蔗茅野生种的耐寒性均强于滇蔗品种(系)。     

基于rDNA-ITS序列探讨甘蔗近缘属种的系统进化关系

以狼尾草属(PennisetumRich.)的象草(P.purpureum)为外群体,依据rDNA-ITS序列探讨了甘蔗亚族(Saccharinae)内与甘蔗植物分类关系较近的8属37种120份材料的系统进化关系,结果表明,ITS1序列长度为200~208bp,变异位点91个,简约信息位点70个,GC含量为60.4%~69.1%;ITS2序列长度为215~220bp,变异位点93个,简约信息位点68个,GC含量为66.1%~73.4%;5.8sDNA序列长度为164bp,变异位点18个,简约信息位点9个,GC含量为54.1%~58.0%;根据变异位点,简约信息位点占总位点的比例可以看出,ITS序列比5.8sDNA序列变异程度高,其中ITS1序列又较ITS2序列变异丰富。属种间遗传距离表明芒属(Miscanthus)和荻属(Triarrhena)与甘蔗属(Saccharum)的亲缘关系最近,其次为蔗茅属(Erianthus)和河八王属(Narenga);而莠竹属(Microstegium)、大油芒属(Spodiopogon)、白茅属(Imperata)与甘蔗属亲缘关系较远。根据甘蔗近缘属种的NJ和MP系统发育关系,支持将斑茅(E.arundinaceus)归入蔗茅属,荻属归入芒属的观点;河八王属的河八王(N.porphyrocoma)与滇蔗茅(E.rockii)亲缘关系较近,而与同属的金猫尾(N.fallax)亲缘关系较远;蔗茅属和芒属属种系统进化关系较其他属种复杂;有4份材料被发现鉴定有误,不应用于后续研究。     

甘蔗抗黄锈病G1标记的分子检测及候选抗病基因WAK的分析

甘蔗黄锈病是屈恩柄锈菌(Puccinia kuehnii Butler)引起的一种世界性真菌病害,导致产量减少和糖分降低,给甘蔗产业造成严重损失。本研究采用抗黄锈病分子标记G1,检测我国和世界上重要的甘蔗栽培品种、野生种和近缘属的抗黄锈病基因,并对扩增的代表性特异条带进行克隆测序、功能注释和聚类分析,推测其抗性基因的起源和进化。G1检测结果表明,国内124份甘蔗栽培品种检测到G1标记的有83份,占66.9%;国外46份甘蔗栽培品种检测到G1标记的有31份,占67.4%。34份甘蔗野生种和近缘属中检测到G1标记的有17份,占50%,其中割手密种含有该基因比例最高,为100%。功能注释揭示,G1标记的候选基因编码一种细胞壁连接的类受体激酶,并在甘蔗栽培品种的单倍体蛋白组数据库中鉴定到3个相似度较高的蛋白,这些蛋白都有细胞壁受体激酶结构的胞外域、跨膜域和激酶活性的胞内域。聚类结果则清晰展示了抗病候选基因的起源及进化关系,具体可分为3组,第1组来源于割手密种和大茎野生种;第2组来源于大茎野生种、热带种和河八王属;第3组来源于割手密种、大茎野生种、中国种和栽培品种。研究结果为抗黄锈病甘蔗品种的选育提供重要的抗源支撑,并为抗性分子机制的解析奠定基础。     

甘蔗与滇蔗茅杂交后代F_1、BC_1表型和GISH分析

滇蔗茅是甘蔗重要的近缘植物资源,在甘蔗种质创新和遗传改良中具有重要利用价值。为了鉴定甘蔗与滇蔗茅远缘杂交F_1、BC_1真实性后代种质并探明其遗传物质组成,本研究对远缘杂交组合亲本和后代材料进行了形态学观察、染色体计数、核型分析和染色体荧光原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH)分析。结果:(1)表型鉴定结果显示,F1叶片具父本滇蔗茅特征,BC1后代叶片则趋于甘蔗品种。BC1的节间长度和株高表现出一定的杂种优势,茎径和锤度则逐渐趋于甘蔗品种(ROC10);(2)细胞学鉴定结果显示:父本云南95-20 2n=30,核型属2B类型。F1云野03-316 2n=54,属2B类型;3个BC1后代材料2n均为110,其中云野06-278属2B类型,云野06-277和云野06-279属2C类型。(3)GISH结果:在F1和3个BC1材料中均检测到15条滇蔗茅野生种外源染色体,但没有检测到重组染色体。以上结果表明F1和BC1是真实的杂交后代种质,杂交过程染色体遗传方式分别为n+n和2n+n。本研究可为滇蔗茅有利基因向甘蔗转移提供细胞学证据,为滇蔗茅在甘蔗杂交创新中利用方式的制定提供参考。     

甘蔗细茎野生种（Saccharum spontanenm L.）的遗传多样性和系统演化研究

利用RAPD技术，采用25个随机引物对来自中国不同生态环境的195份甘蔗细茎野生种材料进行了地理群体结构的遗传多样性研究，结果表明: 蔗细茎野生种的种内遗传变异较大，各地理类群的遗传分化明显，具有丰富的遗传多样性。基于分子聚类分析，推论中国甘蔗细茎野生种的起源演化方式为：起源于云南，然后由云南→四川→贵州→广西→海南→福建→江西；进一步证明了云南为野生某蔗的起源中心之一的可能性。     

糜子愈伤诱导及再分化最适条件研究

研究旨在应用组织培养技术探究愈伤诱导及再分化的最适条件,以期为糜子建立遗传转化体系奠定基础。采用5个糜子品种研究愈伤诱导及再分化的最适条件。利用植物激素2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)诱导茎尖愈伤组织,筛选出发芽率高、愈伤组织诱导率高、染菌率低的品种,并对诱导愈伤最适激素浓度及配比进行了鉴定。结果显示,‘冀黍2号’出芽率高、愈伤组织诱导率高、染菌率低,适宜进行组织培养;2,4-D对‘冀黍2号’愈伤诱导效果最好,最适浓度为2.5 mg/L,诱导率达86.67%,淡黄色块状,结构紧密,质地较硬,继代培养后形成的胚性愈伤组织状态更好。再分化过程中,2.5 mg/L 2,4-D+3.5 mg/L TDZ时,出现明显的嫩芽。该试验获得‘冀黍2号’愈伤诱导及再分化的最适条件,可为糜子再生体系的构建提供参考。     

茅苍术试管苗继代培养的ISSR及MSAP分析

为探究茅苍术试管苗在长期继代培养中的遗传稳定性与DNA甲基化变化,保证工厂化生产种苗品质。以茅苍术幼嫩顶芽为初始材料,建立高效离体快繁体系进行长期继代培养,并运用ISSR、MSAP分子标记技术对不同继代次数的试管苗进行分析试验。结果显示不同继代次数的10个样本遗传多样性较低,具有遗传稳定性较高。其中,第1代与第10代样本之间遗传相似系数最低,亲缘关系较远;从继代第4代开始,不同引物扩增图谱条带在个别位点发生变化,且随着继代次数增加变化愈明显。经过长期继代培养后,茅苍术试管苗的甲基化水平有所下降,去甲基化模式和甲基化模式并存,但以去甲基化模式为主。长期继代培养后出现变异现象可能是培养条件、培养时间的不同导致基因被重新活化和表达或抑制、去甲基化模式高于甲基化模式造成的。本研究结果为茅苍术种质资源保存和工厂化生产提供了一定的理论依据。     

特高糖甘蔗育种材料筛选创制

甘蔗为高度复杂的异源多倍体，杂交后代会发生严重分离，对于某些有应用前景的优异育种中间材料，进行无性繁殖可获得遗传稳定的无性系基因型。针对甘蔗这一育种特点，福建农业大学甘蔗综合研究所在甘蔗育种中，应用种间杂交和回交方法，开发甘蔗复合体的遗传多样性，采用国内外高优商业品种，按不完全双列杂交设计，配制一系列杂交组合，应用多种先进手段，在相关世代进行特异甘蔗性状的筛选，建立了特异甘蔗育种材料选育程序，从保育的常用亲本、细茎野生种或斑茅BC1、BC2和“八五”选育的100个中间材料中完成创制4份特高糖育种材料。