小麦苗期根系性状的全基因组关联分析与优异位点挖掘

【目的】植物根系对水分及营养的获取、作物的生长发育和产量的形成至关重要。挖掘小麦苗期根系性状显著关联的SNP位点,预测相关候选基因,为解析小麦根系建成遗传机制及选育具有优良根系构型的小麦品种奠定基础。【方法】以189份小麦品种组成的自然群体为供试材料,调查2种培养条件（霍格兰营养液和去离子水）下培育21 d的苗期根系总长度（TRL）、根系总表面积（TRA）、根系总体积（TRV）、根系平均直径（ARD）及根系干重（RDW）等5个根系性状,试验进行2次重复,同时结合小麦660K SNP芯片的分型结果进行全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）。此外,通过序列比对、结构域分析和注释信息预测候选基因,并采用竞争性等位基因特异性PCR(kompetitive allele specific PCR,KASP)技术开发根系性状的分子标记。【结果】霍格兰营养液培养条件下的根系性状变异范围较大,根系整体粗短;而去离子水条件下的根系细长、侧根较多。选用贝叶斯信息与连锁不平衡迭代嵌套式模型（BLINK）、压缩式混合线性模型（CMLM）、固定随机循环概率模型（...     

小麦单位面积穗数和粒长主效QTL紧密连锁KASP标记的开发及其效应评价

【目的】小麦单位面积穗数和籽粒粒长是小麦产量相关的重要农艺性状,对其进行遗传改良有利于提高小麦的产量。通过对前期QTL定位鉴定到的提高单位面积穗数的主效QTL位点QSn.sau-2D.2和提高籽粒粒长的主效QTL位点QKl.sau-3D.2开发相应的KASP分子标记,并在川农18和T1208构建的RILs群体中进行验证及评价,为更好地利用这两个QTL以及分子标记辅助育种奠定基础。【方法】利用前期在川农18和T1208构建的高代自交群体中鉴定到的控制小麦单位面积穗数主效QTL位点QSn.sau-2D.2和控制籽粒粒长主效QTL位点QKl.sau-3D.2,结合在这两个QTL区间内的55K SNP分子标记序列,开发设计KASP分子标记,并在亲本间筛选具有多态性的KASP分子标记。将筛选到的KASP分子标记在川农18×T1208的RILs群体中分别进行基因分型和鉴定相应表型性状的高低,并分析这两个主效QTL对于其他农艺性状的影响。【结果】KASP-AX-111151907和KASP-AX-109962767在亲本中具有多态性,KASP-AX-111151907和KASP-AX-109962767在群体中的验证表明这两个分子标记分别与QSn.sau-2D.2和QKl.sau-3D.2连锁。KASP-AX-111151907和KASP-AX-10996276能将群体材料的基因型分为2类,按照表型划分,在3年试验中,KASP-AX-111151907对多穗材料的平均选择率均达到72.58%,对少穗材料的平均选择率达到71.68%;KASP-AX-10996276对长粒材料的平均选择率达到69.86%,对短粒基因型的平均选择率可达61.52%,表明这两个标记的可靠性。基于KASP分子标记的基因分型结果表明,这两个QTL对于株高、千粒重、粒长、粒宽、粒径比、单位面积穗数、穗粒重均具有显著性影响。在川农17×川农11的RILs群体中进行验证也表明这两个分子标记对相应性状的选择具有一定的作用。【结论】针对单位面积穗数主效QTL位点QSn.sau-2D.2和籽粒粒长主效QTL位点QKl.sau-3D.2分别开发了1对与之连锁的KASP分子标记,可用于相应性状的选择,与KASP标记连锁的QTL分别能显著提高单位面积穗数和籽粒粒长。QSn.sau-2D.2对株高、千粒重、粒长、粒宽、粒径比、穗粒重是负向影响,QKl.sau-3D.2对株高、千粒重、粒宽、粒径比和穗粒重是正向影响,但对单位面积穗数是负向影响,这两个QTL及开发的KASP标记可应用于小麦高产育种中。     

小麦苗期生物量及氮效率相关性状的全基因组关联分析

【目的】探究不同氮素供应环境下与小麦苗期生物量及氮效率相关性状显著关联的SNP位点,预测相关候选基因,为小麦氮效率的基因克隆及其在育种中的应用提供参考。【方法】以134个小麦品种（系）组成的群体为供试群体,设置低氮、正常氮和高氮3个处理,各处理重复4次,并在2年（2013和2014年）进行了2次完全重复的营养液培养试验。试验对小麦苗期生物量及氮效率相关的14个性状进行了表型鉴定,采用MLM+K+Q混合线性模型,利用90K SNP芯片对小麦生物量及氮效率相关性状进行全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）,获得显著关联的SNP位点。【结果】与正常氮处理相比,低氮处理条件下,根系、地上部及植株氮含量和氮积累量均显著下降,而根生物量和根、植株氮效率均显著增加,高氮处理下,几乎所有鉴定性状均显著增加;14个性状的广义遗传力均在40%以上,其中,植株总干重的遗传力最高（95.73%）。利用9 329个SNP标记进行关联分析,共检测到838个SNP标记位点与供试材料的14个性状存在显著关联（P≤0.001）,分布在21条染色体上。有435个（51.91%）SNP标记位点仅在一个关联分析环境中被检测到;有403个位点至少在2个处理环境（包含均值环境）中被检测到与同一性状显著关联（稳定关联标记）。其中8个SNP标记位点至少在3个环境中被检测到。在4个环境下（包括均值环境）均检测到的稳定关联位点有2个：Kukri_c65481_121和tplb0025f09_1052,分别与植株总氮利用效率（total nitrogen use efficiency of plant,TNUE）和根系总氮利用效率（root nitrogen use efficiency,RNUE）显著关联;同时与至少6个性状（生物量及养分效率相关性状）显著关联的SNP标记位点共5个,分别位于1A、1B（3）和2A染色体上;根据小麦基因组注释及LD衰减水平,在同时定位了6个性状的5个SNP位点和2个多环境（4个环境）稳定关联的SNP位点的214 kb的基因组区域中共筛选候选基因84个,根据已知克隆氮效率基因的编码蛋白类型、候选基因功能注释信息及利用植物比较基因组学资源库蛋白序列同源比对分析,筛选到3个候选基因与生物量及氮效率相关。【结论】不同氮素处理显著影响小麦苗期生物量、氮效率相关性状及其相关QTL的表达,大多数SNP位点仅在1个氮素检测环境中被检测到,但也存在环境稳定性较强的位点。生物量及氮效率相关性状之间存在显著相关关系,并在一定程度上受到相同的QTL/基因控制。     

Deciphering the morpho–physiological traits for high yield potential in nitrogen efficient varieties (NEVs): A japonica rice case study

The use of nitrogen (N)-efficient rice (Oryza sativa L.) varieties could reduce excessive N input without sacrificing yields. However, the plant traits associated with N-efficient rice varieties have not been fully defined or comprehensively explored.  Here, three japonica N-efficient varieties (NEVs) and three japonica N-inefficient varieties (NIVs) of rice were grown in a paddy field under N omission (0 N, 0 kg N ha^–1) and normal N (NN, 180 or 200 kg N ha⁻¹) treatments.  Results showed that NEVs exhibited higher grain yield and nitrogen use efficiency (NUE) than NIVs under both treatments, due to improved sink size and filled-grains percentage in the former which had higher root oxidation activity and greater root dry weight, root length and root diameter at panicle initiation (PI), as well as higher spikelet–leaf ratio and more productive tillers during the grain-filling stage.  Compared with NIVs, NEVs also exhibited enhanced N translocation and dry matter accumulation after heading and improved flag leaf morpho–physiological traits, including greater leaf thickness and specific leaf weight and higher contents of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, chlorophyll, nitrogen, and soluble sugars, leading to better photosynthetic performance.  Additionally, NEVs had a better canopy structure, as reflected by a higher ratio of the extinction coefficient for effective leaf N to the light extinction coefficient, leading to enhanced canopy photosynthesis and dry matter accumulation.  These improved agronomic and physiological traits were positively and significantly correlated with grain yield and internal NUE, which could be used to select and breed N-efficient rice varieties.     

2022 年 4 期目录

  目的  三倍体毛白杨作为华北平原重要的速生丰产树种之一,是我国木材战略储备的重要资源。滴灌水氮耦合技术已被广泛应用于人工林培育,掌握该栽培技术下毛白杨幼林细根生长、分布及形态特征,明确影响细根生长的重要环境因子,对精准水氮耦合策略的制定具有重要意义。  方法  以砂壤土立地条件下2年生毛白杨为研究对象,设置由?20 kPa（W20）、?33 kPa（W33）、?45 kPa（W45）3个灌溉水平和0（N0）、80 kg/（hm2·a）（N80）、150 kg/（hm2·a）（N150）、220 kg/（hm2·a）（N220）4个施氮水平组成的12个水氮耦合处理,并设置无灌溉施肥的对照处理,监测特定水氮耦合处理下（W20N220、W20N80、W20N0、W45N220、W45N0）幼林细根生长、分布及形态指标的变化规律,并分析对应土层土壤有机质、全氮、铵态氮、硝态氮及土壤含水率与细根生长的关系。  结果  （1）滴灌水氮耦合及土层深度对细根生长及形态指标有显著影响（P < 0.05）。其中,W20处理能显著促进0 ~ 20 cm土层细根生长（P < 0.05）,细根趋于浅土层分布,而在W45N0处理下,0 ~ 30 cm土层比根长显著提高（P < 0.05）。（2）垂直剖面内,W20处理细根呈“由表层至深层降低”的分布规律,W45处理细根在不同土层内分布较均匀;水平方向上,细根分布呈“靠近树体,随径向距离增加而降低”的分布规律,但W20N220和W45N0处理细根生物量在同一径向位点无显著差异。（3）有机质、铵态氮和硝态氮均与细根生长呈显著的正相关关系（P < 0.05）,且相关性强弱的顺序为有机质 > 硝态氮 > 铵态氮。  结论  W20滴灌施肥处理能显著促进表土层细根生长,不同施氮量对细根性状无明显影响;三倍体毛白杨优先改变细根生物量在不同土层的分配及部分形态特征,而非改变细根总生物量以适应水氮资源的异质性;滴灌水氮耦合措施实施的过程中,应采取少量多次的灌溉施肥方式对0 ~ 30 cm细根集中分布土层及时补充水氮资源,提高资源的吸收利用效率。      

长期氮添加对阔叶红松林细根形态、解剖结构和化学组分的影响

  目的  细根作为植物吸收养分和水分的主要器官,是植物根系中最活跃的部分,对土壤环境的变化尤为敏感。氮（N）沉降改变了土壤环境,也必将影响细根的结构和功能。红松是阔叶红松林的重要组成树种。探讨不同N添加水平对红松细根化学组分、形态特征和解剖结构的影响,了解长期N添加下红松细根性状的变异和权衡,对于理解和预测全球气候变化下植物根系生理功能变化具有重要意义。  方法  于2011年5月,在小兴安岭阔叶红松林建立3个样地,每个样地设立4个不同N 添加处理,分别为对照（CK,0 g/（m2·a））、低N处理（LN,2.5 g/（m2·a））、中N处理（MN,5.0 g/（m2·a））和高N处理（HN,7.5 g/（m2·a））。在2019年7月,利用挖掘法挖取红松根系,测定其1 ~ 5级根在不同N添加处理下细根化学组分、细根直径、根长、根表面积、皮层厚度、皮层细胞特征、维管束直径、维根比和管胞特征的变化。  结果  与CK处理相比,N添加显著增加了红松细根的TN含量,LN和MN处理显著降低了C∶N;LN和MN处理显著增加了红松1 ~ 5级根直径以及1级根的平均长度和表面积,显著降低了2 ~ 3级根的平均长度和表面积;LN处理显著增加了1 ~ 5级根维管束直径、1 ~ 3级根皮层厚度和皮层细胞特征以及4 ~ 5级根管胞特征。  结论  长期N添加显著改变了细根化学组分、形态特征和解剖结构。细根直径的变异主要来源于皮层厚度和维管束直径,皮层厚度的变异主要来源于皮层细胞直径,维管束直径的变异来源是管胞平均直径和总管胞面积,细根通过调整其形态特征和解剖结构来优化其生理功能,以此应对土壤环境的变化。      

氮磷配施对云南松苗木生长及养分积累的影响

  目的  开展氮磷配施,揭示云南松Pinus yunnanensis苗木生长及养分积累对氮磷配施的响应,为优化云南松苗期养分管理及苗木培育提供理论依据。  方法  以2年生云南松盆栽苗为研究对象,设置对照(不施肥)、磷肥0.8 g·株?1(P₁)、磷肥1.6 g·株?1(P₂)、氮肥0.4 g·株?1 (N₁)、氮肥0.8 g·株?1(N₂)、氮肥0.4 g·株?1和磷肥0.8 g·株?1(N₁P₁)、氮肥0.4 g·株?1和磷肥1.6 g·株?1 (N₁P₂)、氮肥0.8 g·株?1和磷肥0.8 g·株?1 (N₂P₁)、氮肥0.8 g·株?1和磷肥1.6 g·株?1 (N₂P₂)等9个不同施肥处理,分析不同施肥对云南松苗木生长及养分积累的影响。  结果  各施肥处理的总生物量、苗木质量均大于对照组,N₁P₁处理下苗木总生物量和苗木质量最大。各器官的养分积累从大到小依次为叶、茎、根。各施肥处理的器官及单株氮、磷、钾储量与对照组之间总体上均具有显著差异(P＜0.05),较对照组均有不同程度增加。N₁P₁处理下苗木根、茎、单株的氮、钾储量最大,根、茎、叶、单株的磷储量最大,N₂P₁处理下叶的氮、钾储量最大。氮、磷、钾养分分配格局从大到小依次为叶、茎、根。  结论  施肥促进了云南松苗木的生物量积累,提高了苗木质量,促进了苗木各器官的养分积累,并增大了根、茎的养分分配,减小了对叶的养分分配。氮磷配施的效果优于单施氮肥,单施氮肥的效果优于单施磷肥,N₁P₁处理为最优配施组合。图6表5参38     

Breeding against mycorrhizal symbiosis: Modern cotton (Gossypium hirsutum L.) varieties perform more poorly than older varieties except at very high phosphorus supply levels

Cotton (Gossypium hirsutum L.) is an important fiber cash crop, but its root traits related to phosphorus (P) acquisition, including mycorrhizal root traits, are poorly understood.  Eight cotton varieties bred in northwestern China that were released between 1950 and 2013 were grown in pots with or without one arbuscular mycorrhizal fungal (AMF) species (Funneliformis mosseae) at three P supply levels (0, 50 and 300 mg P as KH₂PO₄ kg^–1).  Eleven root traits were measured and calculated after 7 wk of growth.  The more recent accessions had smaller root diameters, acquired less P and produced less biomass, indicating an (inadvertent) varietal selection for thinner roots that provided less cortical space for AMF, which then increased the need for a high P fertilizer level.  At the two lower P levels, the mycorrhizal plants acquired more P and produced more biomass than non-mycorrhizal plants (3.2 vs. 0.9 mg P per plant; 1.8 vs. 0.9 g biomass per plant at P₀; 14.5 vs. 1.7 mg P per plant; and 4.7 vs. 1.6 g biomass per plant at P₅₀).  At the highest P level, the mycorrhizal plants acquired more P than non-mycorrhizal plants (18.8 vs. 13.4 mg per P plant), but there was no difference in biomass (6.2 vs. 6.3 g per plant).  At the intermediate P level, root diameter was significantly positively correlated with shoot biomass, P concentration and the P content of mycorrhizal plants.  The results of our study support the importance of the outsourcing model of P acquisition in the root economics space framework.  Inadvertent varietal selection in the last decades, resulting in thinner roots and a lower benefit from AMF, has led to a lower productivity of cotton varieties at moderate P supply (i.e., when mycorrhizal, the average biomass of older varieties 5.0 g per plant vs. biomass of newer varieties 4.4 g per plant), indicating the need to rethink cotton breeding efforts in order to achieve high yields without very high P input.  One feasible way to solve the problem of inadvertent varietal selection for cotton is to be aware of the trade-offs between the root do-it-yourself strategy and the outsourcing towards AMF strategy, and to consider both morphological and mycorrhizal root traits when breeding cotton varieties.     

间伐对栓皮栎人工林林下荆条根茎叶主要功能性状的影响

  目的  研究间伐对栓皮栎Quercus variabilis人工林林下荆条Vitex negundo var. heterophylla根、茎、叶功能性状的影响，为人工林林分结构优化和林下幼苗更新保护提供理论基础。  方法  以间伐后3 a栓皮栎人工林灌木层荆条为研究对象，比较其叶面积、比叶面积、叶干物质质量分数、茎干物质质量分数、总根长、比根长等结构性状，以及植株各器官全氮、全磷、全钾和总有机碳质量分数等化学性状的差异性，研究植物功能性状与林下光环境及土壤理化特征的关系。  结果  间伐后荆条地上部分植物功能性状指标(叶总有机碳、叶面积、比叶面积、叶有机氮、茎总有机碳)和地下部分植物功能性状指标(总根长、根体积、根生物量、根总有机碳)均显著高于对照样地(P＜0.05)。相关和逐步回归分析结果表明:林下散射辐射是影响荆条叶结构性状的主要因子，林下直射辐射通量、光合有效辐射和太阳总辐射时间是影响叶化学性状的关键因子，茎功能性状主要受林下直射辐射和散射辐射的共同作用。总根长、比根长和根有机碳与土壤非毛管孔隙度、土壤总孔隙度、土壤有机碳和土壤全氮存在显著相关(P＜0.05)，其中，土壤有机质是影响荆条根功能性状的关键因子。  结论  间伐能显著促进栓皮栎人工林下荆条叶和根功能性状的发育，对茎功能性状的影响较弱。图1表6参31     

不同氮磷钾处理对鹰嘴豆产量、农艺性状及经济效益的影响

【目的】研究不同氮、磷、钾处理对鹰嘴豆产量、农艺性状及经济效益的影响,建立肥效模型,提供能够有效增产的氮、磷、钾最佳施肥量,为集成鹰嘴豆高产栽培提供参考。【方法】2019～2020年以白鹰1号为材料,采用“3414”不完全正交回归设计进行田间试验。试验地常用施肥量为N:58 kg/hm²、P₂O₅:69 kg/hm²、K₂O:60 kg/hm²。设氮、磷、钾4个施肥水平为0(不施肥)、1(常用施肥量×0.5)、2(常用施肥量)、3(常用施肥量×1.5)。调查鹰嘴豆生育日数、株高、主茎分枝数、单株荚数、单荚粒数、百粒重、干重、根长和产量等指标,研究不同氮、磷、钾处理鹰嘴豆产量和农艺性状的变化,拟合并优化氮、磷、钾施肥效应进行方程,分析氮、磷、钾肥对鹰嘴豆产量和农艺性状单因素和互作效应,分别得到最高产量和最佳经济效益下的氮、磷、钾最佳施肥量。【结果】鹰嘴豆生育日数、主茎分枝数和单荚粒数受肥料施用量变化影响较小,单株荚数和百粒重共同决定了产量。N₂     

不同氮水平下玉米苗期生长性状及成熟期产量的QTL定位

 【目的】研究玉米苗期氮素利用效率相关性状与成熟期产量之间的遗传关系。【方法】以优良杂交种豫玉22两亲本Z3和87-1为基础构建的一套F8家系的RIL群体为研究材料,在高、低氮两种条件下,通过苗期水培试验和成熟期田间试验,利用复合区间作图法对玉米苗期地上部干重、根干重、总根长、根冠比以及成熟期产量性状进行了QTL定位。【结果】利用Windows QTL Cartographer 2.5 软件,在LOD＞2.5条件下共定位到22个QTL位点,其中高氮下定位到10个QTL,低氮下定位到12个QTL,两种氮水平下共位或紧密连锁的QTL位点很少,表明不同氮水平下的遗传机制不同。在第5和第7染色体上发现了苗期根系相关性状与成熟期产量之间存在连锁关系。【结论】苗期根系性状对成熟期的产量形成具有重要的作用,在氮高效遗传育种中可以把苗期根系性状作为一个重要的选择指标。     

氮磷添加和干旱对高寒草甸优势植物叶片化学计量的影响

    目的   全球变化背景下，土壤氮和磷有效性及含水量发生显著变化，进而对植物生长和生理过程产生影响。但是，目前同时考虑土壤氮、磷和水分三因素交互作用对植物生长和生理性状的研究还很少，特别是对高寒草甸植物的研究。本研究旨在揭示氮富集、磷富集、干旱及其交互作用对高寒草甸优势植物生长、叶片氮磷含量及其化学计量的影响，为高寒草甸生态系统管理提供科学依据。    方法   基于川西北高寒草甸氮添加（10 g/（m 2 ·a））、磷添加（10 g/（m 2·a））与干旱（减雨50%）控制实验，通过测定垂穗披碱草、发草和草玉梅地上生物量、叶片氮含量（N）、磷（P）含量以及N:P比例，分析不同处理及其交互作用对3种植物生物量和叶片养分性状的影响。    结果   对于植物生长，氮添加均显著增加3种植物地上生物量，但是磷添加和干旱及不同处理之间的交互作用对植物生物量没有显著影响。对于叶片养分，氮添加显著增加3种植物叶片氮含量和N:P比例，磷添加也增加植物叶片磷含量但降低叶片N:P比例。干旱增加垂穗披碱草与发草的叶片氮含量，对叶片磷含量和N:P比例影响不显著。氮添加与干旱处理之间的交互作用显著增加垂穗披碱草与发草叶片氮含量和N:P比。氮添加与磷添加之间的交互作用对3种植物叶片养分性状没有影响。    结论   本研究表明高寒草甸植物生长和养分性状对养分富集、干旱及其交互作的响应格局存在很大差异。氮输入主要影响植物生长，而氮磷养分和干旱及它们之间复杂的交互作用均改变植物养分和化学计量平衡。这些结果指示出未来需要深入研究高寒草甸植物生理过程对全球变化交互作用的响应机理。      

Linkage and association mapping of wild soybean (Glycine soja) seeds germinating under salt stress

Salinity threatens soybean germination, growth and production.  The germination stage is a key period in the life of soybean.  Wild soybean contains many genes related to stress resistance that are valuable resources for the genetic improvement of soybean.  To identify the genetic loci of wild soybean that are active during seed germination under salt stress, two populations, a soybean interspecific hybrid population comprising 142 lines and a natural population comprising 121 wild soybean accessions, were screened for three germination-related traits in this study.  By using single-nucleotide polymorphism (SNP) markers with three salt tolerance indices, 25 quantitative trait loci (QTLs), 21 significant SNPs (–log₁₀(P)≥4.0) and 24 potential SNPs (3.5<–log₁₀(P)<4.0) were detected by linkage mapping and a genome-wide association study (GWAS) in two environments.  The key genetic region was identified based on these SNPs and QTLs.  According to the gene functional annotations of the W05 genome and salt-induced gene expression qRT-PCR analysis, GsAKR1 was selected as a candidate gene that responded to salt stress at the germination stage in the wild soybean.  These results could contribute to determining the genetic networks of salt tolerance in wild soybean and will be helpful for molecular marker-assisted selection in the breeding of salt-tolerant soybean.     

dep1 improves rice grain yield and nitrogen use efficiency simultaneously by enhancing nitrogen and dry matter translocation

The rice cultivars carrying dep1 (dense and erect panicle 1) have the potential to achieve both high grain yield and high nitrogen use efficiency (NUE).  However, few studies have focused on the agronomic and physiological performance of those cultivars associated with high yield and high NUE under field conditions.  Therefore, we evaluated the yield performance and NUE of two near-isogenic lines (NILs) carrying DEP1 (NIL-DEP1) and dep1-1 (NIL-dep1) genes under the Nanjing 6 background at 0 and 120 kg N ha^–1.  Grain yield and NUE for grain production (NUEg) were 25.5 and 21.9% higher in NIL-dep1 compared to NIL-DEP1 averaged across N treatments and planting years, respectively.  The yield advantage of NIL-dep1 over NIL-DEP1 was mainly due to larger sink size (i.e., higher total spikelet number), grain-filling percentage, total dry matter production, and harvest index.  N utilization rather than N uptake contributed to the high yield of NIL-dep1.  Significantly higher NUEg in NIL-dep1 was associated with higher N and dry matter translocation efficiency, lower leaf and stem N concentration at maturity, and higher glutamine synthetase (GS) activity in leaves.  In conclusion, dep1 improved grain yield and NUE by increasing N and dry matter transport due to higher leaf GS activity under field conditions during the grain-filling period.     

利用重组自交系群体定位不同温度条件下玉米种子发芽性状的QTL

以基于豫82×沈137和豫537A×沈137构建的2个重组自交系群体的420个家系为材料,借助SNP分子标记遗传连锁图谱,利用复合区间作图法定位了发芽率(GP)、发芽势(GE)、发芽指数(GI)、活力指数(VI)、苗长(SL)、幼苗干质量(SDW)、根干质量(RDW)7个种子发芽相关性状的QTL。结果表明,基于豫82×沈137的重组自交系群体检测到24个QTLs,分布在1、2、3、5、6、7、10染色体上,单个QTL解释性状遗传变异的5.61%~11.01%;基于豫537A×沈137的重组自交系群体检测到40个QTLs,分布在除第2染色体外的其余9条染色体上,单个QTL解释性状遗传变异的5.39%~11.92%。通过元分析方法将64个原初QTLs中的25个(39.1%)整合进6个mQTLs,分别分布于第3、5、7、10染色体上,每个mQTL平均包含4.17个QTLs,分别参与2~4个性状的调控,其中,mQTL3-2包含了7个QTLs,参与对VI、SDW、RDW、GE等4个性状的调控。确定了位于6个mQTLs对应标记区间的35个候选基因,主要参与种子萌发、氧化还原代谢途径、信号传导、逆境抵御等生物学过程。     

苯磺隆胁迫下甘蓝型油菜萌发期关联性状的QTL定位及候选基因筛选

【目的】寻找苯磺隆胁迫下油菜种子萌发性状相关的QTL及其耐性基因,为筛选与培育耐苯磺隆油菜种质以及探究油菜种子萌发过程中苯磺隆耐性分子机理奠定基础。【方法】用0.15 mg·kg ^-1苯磺隆溶液处理由人工合成甘蓝型油菜10D130和甘蓝型油菜常规品种ZS11构建的包含175个株系的高世代重组自交系（RIL）群体,进行种子发芽试验,以蒸馏水为对照,分别测定其相对发芽势、相对发芽率、相对根长和相对干重。然后,利用油菜6K SNP芯片对该RIL群体进行基因分型,通过JoinMap4.0软件构建高密度遗传连锁图谱。基于该遗传图谱,利用MapQTL软件多QTL作图法对4个性状的相对值进行QTL定位,根据各QTL置信区间查找甘蓝型油菜的基因序列,并依次与拟南芥基因组序列进行BLAST,筛选可能与耐苯磺隆胁迫相关的候选基因。【结果】频数分布表明4个相对性状的变异范围较大,且呈连续性分布,符合数量性状表现特征,适宜进行QTL遗传分析。相关分析表明,相对发芽率和相对发芽势呈极显著正相关,相关系数为0.587。构建的遗传图谱包含1 897个多态性SNP标记,覆盖甘蓝型油菜基因组3 214.19 cM,标记之间的平均图距为1.69 cM。利用此图谱共检测到22个相关QTL,表型贡献率变幅为6.4%—12.6%。其中,与相对发芽势、相对发芽率相关的QTL分别有6个和3个,与相对根长和相对干重有关的QTL分别为8个和5个。在A01染色体64.857 cM、55.935 cM和56.645 cM处检测到的相对发芽势与相对发芽率QTL的置信区间完全或者部分重叠。通过分析QTL置信区间上甘蓝型油菜对应的区间序列,筛选到30个可能与油菜耐苯磺隆有关的候选基因,其中包括18个细胞色素P450家族成员、5个糖基转移酶家族基因、1个GSTF相关基因、1个ABC转运蛋白相关基因和1个ALS基因,这些基因均与除草剂抗性机制有关,尤其ALS为磺酰脲类除草剂靶位点酶;另外筛选到1个BHLH和1个JAZ6基因,BHLH与JAZ蛋白可通过相互作用来防御胁迫;检测到1个LSU2蛋白相关基因和1个MATE家族成员,前者参与细胞氧化剂解毒及植物防御反应,后者参与类黄酮、生物碱、金属离子、其他多种代谢物的转运及有毒物质引起的植物胁迫响应。【结论】检测到与相关QTL共22个,筛选出可能与苯磺隆耐性有关的候选基因30个。这些基因通过加速毒性分子的转运与代谢从而响应有毒物质引起的胁迫反应,可能参与植物对苯磺隆的抗性调节与反应机制。     

添加城市排水污泥对竹柳和欧美107杨嫩枝扦插苗生长及养分积累的影响

  目的  为明确城市排水污泥作为有机土壤改良剂在苗圃扦插育苗过程中的应用潜力，研究不同污泥施用量对竹柳和欧美107杨嫩枝扦插苗生长及养分积累的影响。  方法  在平原沙地苗圃中，以竹柳和欧美107杨当年生半木质化嫩枝条为试验对象，采用完全随机区组试验设计，设置3 kg/m2（T1）、6 kg/m2（T2）和9 kg/m2（T3）3个污泥施用量梯度，以不施污泥为对照（CK），在扦插前测定各处理土壤密度和孔隙度，在扦插后35 d统计各处理扦插苗成活株数，在扦插后35、50、65、80 d观测各处理扦插苗新梢长度和新梢基径的变化，并在生长末期进行取样，测定各处理扦插苗生物量参数、根系各形态参数以及叶片养分含量。  结果  不同污泥施用量均能够降低土壤密度、增大土壤孔隙度。对于竹柳而言，随着污泥施用量的增加，不同测试时间其扦插苗新梢长度均呈现先上升后下降再上升的变化趋势，T1处理对其新梢生长的促进作用最明显，显著高于CK；T1处理下竹柳扦插苗生物量参数、根系各形态参数、叶片全碳（C）含量和碳氮比（C/N）均高于CK，并达到显著水平；不同处理间竹柳扦插苗成活率没有明显差异。对于欧美107杨而言，T3处理能够显著提高其扦插苗成活率以及根系生物量参数；随着污泥施用量的增加，其扦插苗的新梢长度、根表面积、根体积、平均根系直径均呈现先增加后减小的变化趋势，且均在T2处理达到最大值；其扦插苗叶片C、全氮（N）含量和C/N在施用污泥后均有所增加，以T3处理效果最佳。生物量参数和根系形态参数关系密切，总生物量与地上、根系生物量均呈极显著正相关关系，这三者与总根长、根表面积、根体积、平均根系直径亦分别表现为极显著正相关关系。  结论  城市排水污泥的适量施用，有利于两树种嫩枝扦插苗的生长及其叶片对部分养分元素的吸收，其中3 kg/m2污泥施用量对竹柳扦插苗的促进效果最好，欧美107杨扦插苗能够适应较高污泥添加量的土壤环境，在污泥施用量为6 ~ 9 kg/m2时效果更佳。      

穿透雨减少对红椎人工林土壤有机碳含量和化学组分的影响

  目的  在全球气候变化导致的降水格局改变下,通过研究穿透雨减少（减雨）对南亚热带红椎人工林土壤有机碳含量及其化学组分的影响,为准确预测气候变化对人工林生态系统固碳功能的潜在影响提供科学依据。  方法  2012年,在广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站,29年生红椎人工林内随机布设了3个减雨处理样地和3个对照样地,每个样地面积为 20 m × 20 m。减雨处理第6年,分别测定了干季（3月）和湿季（7月）土壤有机碳含量和化学组成、凋落物总量及其组分、细根生物量、土壤微生物量及功能基因丰度,分析了减雨对红椎人工林土壤有机碳和化学稳定性的影响和主导因素。  结果  （1）减雨显著降低了干季土壤含水量和干、湿季细根生物量,而减雨对干、湿季的凋落物总量、凋落物各组分和土壤微生物量无显著影响。（2）干季,减雨显著降低了土壤烷基碳比例和烷基碳/氧烷基碳的值,但显著增加了土壤芳香碳比例和芳香碳/烷基碳的值;湿季,减雨对土壤有机碳及其化学组分均无显著影响。（3）凋落物量对土壤有机碳化学组分的改变起主要作用。  结论  经过6年的减雨处理,虽然土壤有机碳含量没有明显改变,但是在干季显著降低了稳定性高的土壤烷基碳比例,并提高了土壤有机碳芳香化程度。因此,南亚热带地区未来降水减少情境有可能降低红椎人工林的土壤有机碳的化学稳定性。      

小麦抗条锈基因Yr52在品种改良中的应用

【目的】 评价小麦高温成株期（high temperature adult plant,HTAP）抗条锈病基因Yr52在生产中的应用价值,选育出农艺性状优良并高抗小麦条锈病品系,为充分利用现有高温成株期抗病资源、提高相关产量性状奠定基础。【方法】 通过回交和自交结合分子标记辅助选择育种方法,将小麦抗条锈病基因Yr52转育到轮选987（LX987）、百农矮抗58（AK58）和邯6172（H6172）中。在四川绵阳和陕西杨凌鉴定圃,用小麦条锈菌流行生理小种CYR32、CYR33和CYR34混合侵染,鉴定抗病基因载体品系和受体品种以及它们的高代家系的成株期抗病性。比对中国春参考基因组,结合Yr52两翼SSR分子标记Xcfa2040（6.8 cM-Yr52）和Xbarc182（1.2 cM-Yr52）,在目标基因物理区间内寻找35K SNP芯片标记,并开发成dCAPS和KASP分子标记,对BC₂F_5:6高代群体进行抗条锈病基因Yr52的检测。【结果】 抗病性鉴定和农艺性状评价表明,在19个具LX987背景的BC₂F_5:6家系中,抗条锈性表现为高抗（IT=0—3,DS=1%—20%）有11个,中抗（IT=4—6,DS=15%—30%）有8个,平均千粒重（TKW）、每穗穗粒数（KPS）、单株有效分蘖（PTN）、株高（PH）和穗长（SL）分别为45.33 g、46粒、7个、113.26 cm和10.05 cm。4个具AK58背景BC₂F_5:6家系全部表现高抗（IT=0—3,DS=5%—25%）;平均TKW、KPS、PTN、PH和SL分别为44.67 g、48粒、7个、96.54 cm和10.17 cm。5个具H6172背景的BC₂F_5:6家系全部表现高抗（IT=0—3,DS=5%—20%）;平均TKW、KPS、PTN、PH和SL分别为43.74 g、49粒、8个、109.72 cm和10.06 cm。分子标记检测结果表明,Yr52两翼连锁的分子标记Xbarc182、Xcfa2040和Xwmc557在后代群体中的检出率分别为78.57%、66.67%和66.67%,并成功开发出1个dCAPS标记Xdcaps-Yr52-1和1个KASP标记Xkasp-Yr52-1,两者在群体中的检出率分别为73.68%和41.67%。通过比较高抗（IT=0—3）与中抗（IT=4—6）水平家系的农艺性状,结果表明,IT在0—3的家系平均TKW（P>0.05）、PTN（P>0.05）和KPS（P<0.05）高于中抗水平的家系。结合各亲本抗病性和农艺性状筛选出PH为80—105 cm、PTN≥6个、KPS≥45粒、TKW≥42 g、SL≥8 cm的材料共5份。【结论】 Yr52仍对当前主要流行小种具有成株期抗性;将Yr52导入中国主栽感病小麦品种中,选育出综合抗病性和农艺性状良好的高代材料可用于培育多基因聚合的品种,丰富抗病基因的多样性,并实现持久利用。