谷子突变体研究进展

谷子是在我国种植历史最悠久的主要杂粮作物之一,伴随谷子基因组测序的完成,研究谷子的功能基 因将成为谷子研究的热点。谷子属C4植物,并且与水稻的基因组共线性高等特性亦会增加对谷子的研究热情。构建 谷子功能基因组饱和的突变体库,既能为谷子功能基因研究提供基础材料,亦能为谷子功能基因组和转录组学的解 析打下基础。通过化学因素和辐射因素诱发构建突变体库的方法是获得谷子突变体库主要的有效手段。通过阐述构 建谷子突变体库的目的和意义,综述了诱变技术在创造谷子突变体和功能基因组研究中的应用。     

施氮对黄化谷子生理特性及品质的影响

为丰富谷子种质资源,提高叶色黄化突变体谷子的生产潜力,对EMS诱变育种过程中发生的叶色黄化突变体谷子进行研究。以晋谷21号经EMS诱变后选育的叶色黄化突变体谷子作为材料,通过叶面喷施氮肥处理后,测定叶片中光合能力、光合色素、糖类化合物含量和成熟后农艺性状以及小米品质。结果表明,与对照相比,施氮后黄化谷子的净光合速率和气孔导度增加,叶绿素a和总叶绿素含量增加,茎粗、千粒质量和小米类胡萝卜素含量增加。合理施氮一段时间后,能改善和提高黄化谷子叶片的光合能力和生理代谢,增加黄化谷子的抗倒伏能力和谷子籽粒灌浆效率,优化种子质量和小米品质。     

速效氮对叶色突变体谷子苗期光合生理的影响

叶色突变体具有易于辨识的表型,在理论研究和实际应用方面都具有重要价值。对EMS诱变的晋谷21号突变体库中筛选获得叶色突变体进行叶面喷施速效氮肥试验。结果表明,速效氮使叶色突变体谷子的净光合速率(Pn)增加了78.58%、水分利用率(WUE)增加了57.34%,但气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)均没有显著变化;叶色突变体谷子叶片光系统II最大的(潜在)光化学量子效率(Fv/Fm)、叶片光系统II有效光化学量子效率(Fv′/Fm′)、光系统II实际光化学量子效率(ΦPSII)和电子传递速率(ETR)分别比对照增加了33.06%,28.89%,15.88%,15.88%,光化学淬灭系数(q P)和非光化学淬灭系数(q N)无显著变化;速效氮能增加叶色突变体谷子叶绿素a、叶绿素b以及叶绿素a+b的含量,但类胡萝卜素施肥处理与对照间差异不明显。总之,速效氮能够提高叶色突变体谷子的光合作用,改善叶色突变带来的不利影响,从而促进生长。     

大同市谷子种植的气候条件分析

本文结合大同市谷子种植实际情况以及谷子生长所需气候条件,分析了大同市谷子种植的气候条件,并提出了相关的气象服务对策,以期为提升大同市谷子的品质与产量提供参考。     

EMS诱变谷子‘长农35号’突变体成熟期株型的鉴定与分析

[目的]建立谷子突变体库,以便在谷子分子生物学研究中应用。[方法]以生产上主要推广种植的谷子品种‘长农35号’干种子为实验材料,采用0.8%和1.0%甲磺酸乙酯（EMS）进行了诱变处理,并对所得突变体成熟期株型的7个表型形状进行考察,并据此对突变体进行分类。[结果]试验共收获株型相关的M1代突变体材料共282份,其中,0.8%EMS诱变‘长农35号’获得株型突变体材料100个单株,可分为10个组;1.0%EMS诱变‘长农35号’获得株型突变体材料182个单株,可分为17个组。M1代成熟期株型相关性状突变体分析结果表明：1.0%EMS处理‘长农35号’所获突变体,在株高、穗下节粗、穗下第一节间粗和茎节数4个性状与对照有显著差异,而0.8%处理与对照差异不显著。[结论]对于‘长农35号’来讲,采用1.0%EMS进行诱变处理更有利于多类型大量突变单株的获得。     

几个谷子穗发育突变体的表型分析

谷子的穗是产量的决定器官，突变体是研究穗发育调控基因的理想材料。对利用EMS化学诱变Yugu1获得稳定遗传的穗发育突变体进行表型分析。结果显示，不同于野生型的圆筒形穗，4个穗形突变体中，2个突变体为短粗圆筒形穗，另两个分别为鸭嘴形穗和棍棒形穗；并且穗下节间长度、主穗质量、主穗粒质量等均极显著低于野生型。6个稀码突变体中，3个突变体的穗码密度极显著低于野生型，2个突变体的穗码密度显著低于野生型，1个突变体的主穗码数显著减少，但穗码密度变化不显著；在籽粒产量方面， T25突变体只有主穗粒数显著少于野生型外，其他5个突变体的主穗粒数、主穗粒质量、千粒质量均显著低于野生型。这10个突变体的表型变异明显，可作为研究谷子及禾本科植物穗发育调控基因的理想材料。     

衡谷12号高矮异株突变体稳定性鉴定

衡谷12号是河北省农林科学院旱作农业研究所培育的矮秆、极早熟、分蘖性强的谷子新品种。2019年从衡谷12号繁种田获得高矮异株突变体，对该材料进行两年一点、一年两点和错期播种，为鉴定该突变体的稳定性以及深入研究株高、分蘖、抽穗期提供可靠试验材料。结果表明，衡谷12号高矮异株突变体具有稳定遗传特性，农艺性状表型不受时间、地点、播种期的影响，可作为稳定遗传材料使用。     

谷子穗顶端败育突变体sipaa1的表型分析和基因定位

【目的】穗发育对于农作物产量至关重要,而穗顶端败育谷子产量下降的重要原因之一。通过挖掘谷子穗顶端败育的相关基因,探求谷子穗顶端发育的生物学通路,以期为谷子穗发育遗传机理研究提供理论基础。【方法】利用化学诱变剂甲基硫酸乙酯（ethyl methyl sulfonate,EMS）对野生型豫谷一号（Yugu1）进行诱变,在其后代中发现了一个可以稳定遗传的穗顶端败育的突变体,命名为sipaa1,同时对该突变体的农艺性状进行鉴定。以突变体sipaa1母本,SSR41父本构建的F₂定位群体为材料进行遗传分析及图位克隆,确定基因所属染色体以及在该染色体上的位置。对突变体sipaa1和野生型Yugu1的BC₁F₂进行高通量测序,挖掘定位区间内的候选基因,根据候选基因在谷子不同组织部位表达量的差异,找出在穗部高表达的候选基因。对孕穗期的Yugu1和sipaa1进行转录组测序,寻找差异表达基因并分析差异表达基因富集的生物学通路。【结果】与Yugu1相比,突变体sipaa1的平均株高略有增高,增幅不显著,叶长、叶宽分别降低了10.66%和5.08%。突变体的表型变异主要集中在穗部,最突出的表现是穗顶端小花发育异常,谷穗长和谷穗粗分别降低了11.36%和16.12%,单株穗重、谷码数、单穗粒重及千粒重分别降低了30.02%、32.58%、30.55%和18.18%。通过对sipaa1×SSR41的F₂代群体中正常株与突变株的遗传分析表明该突变为隐性单基因控制。经图位克隆将突变基因定位于第1染色体Indel标记1-9.23与1-9.333之间约100 kb的范围内。结合高通量测序数据库,在该定位区间筛选到6个在穗部高表达的候选基因。转录组测序发现,在突变体与野生型之间存在2 768个上调表达基因,507个下调表达基因,且定位区间内有2个差异表达基因主要与激素信号转导、外界胁迫响应、植物-病原互作等生物学通路有关。【结论】谷子穗顶端败育突变体sipaa1由隐性单基因控制,突变基因位于第1染色体Indel标记1-9.23与1-9.333之间,转录组测序与基因功能分析发现了2个在穗部高表达且与植物花器官发育及胁迫响应密切相关的候选基因,候选基因可能通过对激素、胁迫响应,以及细胞程序性死亡等相关通路调控谷子穗顶端败育。     

谷子全程机械化绿色高效生产技术及推广应用

传统谷子生产费工费时,加之机械化程度低,严重制约着农户种植谷子的积极性,限制了谷子产业化发展。以自主研制的谷子免耕精量播种、种肥同播一体机为载体,集成氮高效品种、配方肥、高效除草剂、绿色防控、机械收获、烘干等技术,实现了谷子生产的全程机械化。创新推广方式,以服务新型农业经营主体,提供一对一全程技术服务,以大户引领带动;培育农机服务合作社,对小农户开展耕、种、管、收、贮、销等社会化服务,推动集成技术普及应用。对旱作区种植业结构优化调整,推进谷子产业绿色高效发展发挥重要作用。     

山西省中部地区谷子产业现状与技术需求

为了准确掌握谷子产业发展现状与技术需求,太原谷子综合试验站对山西省中部太原、晋中和阳泉三个市的谷子生产现状及技术需求进行了初步的调研,为产业体系的建设及开展技术服务工作提供了参考依据。     

谷子分子标记与功能基因组研究进展

近年来,谷子生物技术发展迅速,特别是谷子SSR标记的开发、遗传图谱的构建、EST数据库建立、QTL定位等基础工作取得了较大的发展。即将完成的谷子基因组测序,也加速了谷子分子标记和功能基因组研究的进程,提升了研究水平。主要对谷子分子标记和功能基因组方面的研究进展进行了总结,提出谷子功能基因的标记定位与发掘,建立分子标记数据基础和高效外源基因转化平台的建立是未来谷子基因组研究的关键工作,并对谷子基因组的研究发展进行了展望。     

谷子优质高产栽培技术

谷子为耐旱、耐瘠作物,在生长过程中对土壤、环境、水肥等条件没有严格的要求,但是科学的栽培措施,对于提高其产量和品质等有着至关重要的作用。简要介绍了谷子优质高产栽培技术,旨为谷子生产提供一定的借鉴。     

中国谷子产业和种业发展现状与未来展望

谷子起源于中国,是旱作生态农业绿色发展的主栽作物。国家启动产业技术体系十年来,创制出一批抗除草剂、商品品质显著提升、蒸煮时间显著缩短的育种材料;基因组测序、单倍型图谱和高通量转化技术体系构建等推动了谷子产业技术原始创新能力持续提高;育成了一批中矮秆抗除草剂新品种,创新集成了一批适合不同产区的栽培技术,单户综合生产能力提高20倍以上,单产提高90.8%,总产提高85.7%,全程机械化轻简栽培实现了谷子生产方式历史性变革。谷子是完全市场化作物,近十年来总体价格呈上升趋势,产业规模不断扩大,全国地理标志产品发展迅速,正在形成一批区域公用品牌和产业优势区。随着产业发展的带动,品种权保护与转让逐步增多,一批谷子种业开始起步。在乡村振兴和健康中国战略新的时代背景下,谷子的营养、生态、文化属性给中国谷子产业和种业带来了新的机遇;同时中国谷子种业和产业也面临着种子繁殖系数高、品种权落实力度不够、科研和平台建设有待加强、缺乏突破性大品种等诸多挑战。未来中国谷子特色产业发展将助推乡村振兴并带动种业发展;季节性休耕区、压采地下水区的生态需求将促进谷子生产面积呈现恢复性增长;种业、科研、产业融合呈加快发展趋势。攻克谷子种业重大基础科学问题,构建现代生物育种技术体系,培育突破性新品种,实现科研、种业、产业的一体化发展是中国谷子种业的发展方向。中国谷子种业发展必须坚持原始创新、坚持产业需求、坚持服务主产区、坚持差异化发展、坚持市场主体地位。未来中国谷子产业和种业需攻克的重点任务:突破性新种质创新、高效育种技术平台构建、突破性新品种杂交种培育、构建种子生产技术规范和良种繁育技术体系、提升种业管理服务能力、布局优化制种基地、打造种子优势企业。     

河北省谷子产业现状和技术需求及发展对策

本文从谷子生产、品种推广、市场、科技支撑、成本收益等方面,阐述了河北省谷子产业发展现状,分析了河北省谷子产业存在的问题。从新品种选育、轻简高效生产技术集成、产后加工增值技术、储运及信息技术等方面,对河北省谷子产业提升的技术需求进行了多层面分析。从科学规划谷子种植区域、加大研发支持力度,构建"市场+科技+基地+企业"的产业发展模式、深度挖掘粟文化等方面,提出了河北省谷子产业发展的建议。     

谷子MRP蛋白家族序列特征、分子进化及表达模式分析

本研究旨在深入了解谷子叶酸转运家族成员的基因结构和表达模式,为谷子体内叶酸转运分子机制的研究奠定基础。使用Phytozome、Clustal X、MEGA7.0等在线工具和软件,对谷子MRP家族成员进行生物信息学分析;基于谷子谷穗有参转录组测序数据,分析谷子MRP家族成员表达模式。结果显示,谷子MRP蛋白家族成员共21个,在7号染色体分布最多,有8个基因;17个谷子MRP蛋白偏碱性和4个偏酸性,根据疏水值判断其均为亲水性蛋白;成员SiMRP7、SiMRP12基因的表达量与谷子组织中的总叶酸含量表现出协同降低的趋势,推测这两个蛋白可能对谷子叶酸的积累起到调控作用。本研究有助于进一步鉴定叶酸转运相关蛋白,为后续研究叶酸代谢途径及谷子基因挖掘提供了理论基础。     

华北夏谷区2001—2015年谷子育种变化

【目的】对华北夏谷区近15年谷子区域试验数据进行分析,探讨谷子育种变化趋势,为谷子品种改良提供参考。【方法】利用2001—2015年华北夏谷区参试品种的主要农艺性状数据,研究其变化规律;以通过鉴定的51个育成品种为材料进行分析,并与15年间华北地区谷子生长季6—9月份气候因素进行相关分析,梳理通过鉴定的51个品种的类型。【结果】2001—2015年华北夏谷区区域试验参试品种各农艺性状在年度间变异较大,随着年份的推移,产量、生育期、株高、穗长、单穗重和穗粒重持续增加,千粒重基本不变,公顷穗数略有下降。51个通过鉴定品种的整体变化趋势与所有参试品种的变化趋势基本一致。51个通过鉴定品种间产量、生育期、株高、穗长、千粒重和公顷穗数差异极显著,单穗重、穗粒重和出谷率差异不显著。华北夏谷区谷子生育期气候趋向于暖湿的变化趋势。通过鉴定的品种产量和生育期、单穗重、穗粒重呈极显著正相关,与最低温、降水量呈极显著负相关。最低温、最高温、降水量、生育期、穗粒重、出谷率决定谷子产量85.17%的变异。对产量贡献较大且为负效应的是最低温,为正效应的是最高温。近几年谷子育种水平有所提高,品种类型较丰富多样,抗除草剂品种和优质米类型逐渐增多,反映了轻简栽培和优质是目前的主要育种方向。但是以冀谷19、豫谷1、冀谷25等3个主干品种为亲本来源的品种数为26个,占杂交选育品种的57.8%,育成品种亲本范围相对较窄的问题越来越严重。【结论】2001—2015年华北夏谷区区域试验育成品种产量有所提高,品种类型较丰富多样,育种水平取得一定的进步。然而,造成产量显著差异的原因主要取决于气候因素,而且品种培育的亲本选择狭窄可能是育种突破的关键瓶颈。在今后的育种过程中,要从亲本创制和选择着手,丰富亲本类型;提高品种穗粒重和出谷率,以适应气候变化,提高夏谷产量。     

小米硒含量近红外预测模型的建立与评价

为实现对多样本小米硒含量的快速检测,以93份遗传背景不同的小米样品为研究对象,将样品分为校正建模集(样本容量n=51)和外部验证集(n=42),利用丹麦生产的NIRSTMDS2500台式近红外光谱仪采集光谱信息,通过标准正态变化(SNV)、卷积平滑(Detrend)等光谱预处理方法和偏最小二乘法(PLSR)建模方法建立脱壳谷子-小米总硒含量的测定模型,用工作流调用模型实现小米总硒含量的快速检测;采用国家标准规定的方法分别测定小米总硒含量,以此作为小米总硒含量预测模型的化学参比值。结果表明:小米总硒含量内部交叉验证的相关系数为84.5%;校正集均方根误差和验证集均方根误差分别为0.039 6和0.089 2,说明小米总硒含量的近红外预测值接近化学参比值;性能偏差比为5.478,大于美国谷物化学家协会和国际谷物科技协会等提出的质量控制标准,本研究建立的模型中预测集和建模集标准误差的比值为1.073 0;因此采用PLSR建立模型具有较高的预测精度且稳健程度较高,可实现对小米总硒含量的快速检测。