EMS诱导的盛农1号小麦突变体筛选与鉴定

突变体诱导是创造小麦遗传材料和选育新品种的重要途径之一。通过甲基磺酸乙酯（EMS）处理高产、抗白粉病品系盛农1号,从4 500个M₂代穗系中筛选出174个突变体穗系,突变率为3.86%。其中,穗部突变体32个,突变率为0.71%;叶部突变体47个,突变率为0.89%;茎部突变体22个,突变率为0.49%;育性和成熟期突变体12个,突变率为0.27%;其他类型突变体11个,突变率为0.24%;农艺性状优于对照盛农1号的突变体57个,突变率为1.27%。经过M₃代验证及生物学性状和农艺性状调查,获得可稳定遗传的株系18个,其中,穗部突变体6个,茎秆突变体1个,叶部突变体6个,早熟突变体3个,晚熟突变体2个。农艺性状分析表明,穗部突变体SS4、SS5、SS6和SS16的小穗性状优于盛农1号。这些新突变体为小麦品种改良和遗传研究提供了新的材料。     

重离子束(C)辐照诱变东北粳稻后代变异的初步研究

利用高能重离子束(C)辐照诱变东北粳稻通禾899,剂量为0(CK)、200Gy,初步研究了重离子束(C)辐照诱变后代材料出现的突变情况。结果表明,辐照M_1代全部为半不育,结实率5.2%;M_2代突变率5.7%,高于传统的γ、X射线辐照诱变的突变率,而且突变体的类型丰富;经过M_3～M_5代的连续种植和选择,后代突变体群体越来越大,大部分突变材料均已稳定,少量后代材料综合性状优良,生育期比对照通禾899明显提前,已参加吉林省水稻新品种联合区域试验。但有近30%的材料在M_5代还存在分离或疯狂分离,分离的材料绝大部分表现为长粒型,千粒重偏低,外观品质好。     

根癌农杆菌介导的大麦茎尖转化研究

为了建立农杆菌介导的大麦茎尖遗传转化技术,以我国大麦主推品种鄂大麦9号、鄂大麦32122为材料,以农杆菌介导法转化大麦茎尖,经PPT筛选获得了转抗除草剂基因的大麦株系。PCR鉴定表明,以鄂大麦9号茎尖为受体,筛选获得4个转基因植株,阳性率为0.59%;以鄂大麦32122茎尖为受体,筛选获得10个阳性植株,阳性率为1.96%。转基因T1代Southern杂交分析证实,外源基因确已整合到大麦基因组中,已鉴定的转基因株系均含单个转基因拷贝,不同转基因株系整合的位点不同。因此大麦茎尖可作为农杆菌转化的受体。本研究结果为拓宽大麦遗传转化受体提供了技术和方法。     

白燕2号EMS突变体的形态鉴定与遗传变异分析

为促进燕麦的遗传改良,采用化学诱变剂甲基磺酸乙酯(Ethyl methane sulfonate,EMS)处理裸燕麦品种“白燕2号”种子,构建燕麦EMS突变体库,对获得的M²代突变体的形态特征进行调查鉴定,估计突变效果并采用内含子切结点引物和长随机引物的PCR技术分析M²代突变体间的遗传多态性。结果显示,所创制的燕麦突变体库的M²代个体间表现出了丰富的遗传变异,变异的总频率为 7.17%。采用15个内含子切接点引物和长随机引物对其中39个突变体株系进行PCR检测,共扩增出99条谱带,其中多态性条带65条,多态性条带比率为65.7％。突变体株系间的遗传相似系数为0.667～0.973,表现出丰富的遗传变异。表明构建的燕麦EMS突变体库具有丰富的突变类型,可用于燕麦重要性状突变体的筛选和候选基因的功能分析。     

水稻突变频率和突变谱的预示参数

导言电离幅射可提高作物突变率,但突变因子在M_1代一般是不可见的,M_2代必须具有足够的群体隐性突变才能充分显现。如果能通过M_1代生理损伤参数,来预示M_2代的突变频率和突变谱,就能在有限的M_2群体中提高选择效果。不少学者研究过与M_2代突变频率和突变谱等参数有关的M_1代生理损伤和染色体突变各种参数的关联性。Galdecott(1966)指出,M_1种苗高度与M_2代叶绿素突变频率之间有密切相关。Singh和Dub(1972)指出,M_1结实性和     

60Co-γ射线诱变小麦M3代品质性状的遗传变异分析

为探讨~(60)Co-γ射线辐射处理对郑麦9023的诱变效应,用200 Gy的~(60)Co-γ射线辐射处理郑麦9023干种子,对M_3代群体166个株系的籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、硬度、沉降值、高分子量谷蛋白(GMP)含量、脂肪氧化酶(LOX)活性和多酚氧化酶(PPO)活性共7个品质性状进行了遗传变异分析及高分量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)鉴定。结果表明,M_3代群体籽粒的蛋白质含量、湿面筋含量、LOX活性均值高于亲本,硬度、沉降值、GMP含量和PPO活性均值低于亲本。以超过群体均值±1.96×标准差[P(|u|≥1.96σ)≤0.05]为标准确定变异株系,蛋白质含量和湿面筋含量仅发生正向变异,发生变异的株系分别为5个和3个;硬度没有产生正向变异,发生负向变异的株系有7个。M_3代群体中发生高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)变异株系6个,亚基组成从郑麦9023的Null/7+8/2+12突变为1/7+8/2+12,品质得分提高了2分。在M_3代群体中筛选出13个强筋小麦株系,无弱筋小麦突变体。说明~(60)Co-γ射线可以诱导蛋白质亚基发生变异,拓宽小麦的遗传基础。     

一个大豆雄性不育雌性可育突变体的遗传稳定性及天然异交特性评价

为了提高大豆品种培育过程中轮回选择的效率,本研究以1个大豆雄性不育-雌性可育突变体M_4～M_8和M_(12)代育性分离群体为材料,分别5年在1个地点和1年在2个地点对其育性遗传方式进行分析。同时,以该突变体天然杂交F_1单株衍生的5个F_2群体和3个F_2衍生的F_3群体为材料对育性表型遗传方式和不育株结荚数进行统计分析。结果表明:在M_4～M_8和M_(12)代群体中,突变性状均为单基因控制的隐性性状;而在天然杂交组合后代群体中,育性表型的遗传因组合和播期不同而异。两个F_2群体的育性表现为受单基因控制,且其衍生的F_3群体育性在不同播期条件下也表现为受单基因控制;而其它3个F_2群体则表现为受2个基因控制,但其中1个群体衍生的F_3群体在早播条件下却表现为受单基因控制。基本农田环境下,F_2群体中不育株结荚数范围为0～28个,平均2.73个。在不同遗传背景下,不同播期和年际间,不育株结荚数均差异显著。本研究结果能够为该突变体用于大豆轮回选择奠定基础。     

利用CRISPR/Cas9系统定向改良水稻稻瘟病抗性

【目的】CRISPR/Cas9基因编辑技术是作物遗传改良的有效工具。本研究通过对水稻Pita、Pi21和ERF922稻瘟病相关基因进行定点编辑，以期获得能够稳定遗传的抗稻瘟病水稻材料。【方法】利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，以Pita、Pi21和ERF922为靶基因，构建共编辑载体pC1300-2×35S::Cas9-gPita-gPi21-gERF922 ，用农杆菌转化长粒粳稻恢复系L1014，筛选获得稳定遗传的纯合突变体用于稻瘟病抗性鉴定。【结果】在T0代转基因株系中，Pita、Pi21和ERF922突变频率分别为75%、85%和65%，突变基因型多为双等位突变。筛选到的不含T-DNA成分的T1代能够稳定遗传给T2代，并从中获得Pi21单突变纯合株系及Pita、Pi21和ERF922的三突变纯合株系。稻瘟病抗性鉴定结果表明，与野生型相比，突变株系的抗性显著提高。同时，接种后纯合突变体株系内水杨酸、茉莉酸和乙烯等信号转导途径相关基因的表达量均上调。据此，我们推测纯合突变株系对稻瘟病的抗性增强可能与其对稻瘟病菌的响应被激活有关。【结论】利用CRISPR/Cas9技术获得了能够稳定遗传和具有较高稻瘟病抗性的纯合突变株系，为水稻稻瘟病抗性改良提供了良好的材料。     

CRISPR/Cas9系统编辑水稻Wx基因

【目的】 直链淀粉含量与稻米品质密切相关。Wx基因是控制水稻直链淀粉合成的主效基因,通过对Wx基因定点编辑以获得稳定遗传、直链淀粉含量适宜的突变体。【方法】 构建CRISPR/Cas9表达载体pGK03-Wx-gRNA (靶点1和2分别在Wx基因第1和第2外显子),利用工程菌EHA105遗传转化超级稻楚粳27,潮霉素筛选获得转化株系,对转化株系及其后代进行分子检测、测序、基因表达和遗传稳定性分析以及直链淀粉含量测定。【结果】 获得9个独立的T₀代转化株系,靶点1(L1~L5) 5个株系,突变频率100%,靶点2(L6~L9) 4个株系,突变频率75%。由T₀代突变体衍生出T₁和T₂代株系,测序发现T₀、T₁和T₂代株系出现缺失(单、双、多碱基缺失)和单碱基插入两种突变类型;T₀至T₁代部分株系(L1、L2、L3和L6)发生再编辑,T₁至T₂代遗传稳定。与野生型相比,突变株系RNA水平Wx基因表达量显著下降(P<0.01),稻米直链淀粉含量显著降低(P<0.01),从17.5%降到1.93%。【结论】 利用CRISPR/Cas9系统成功编辑水稻Wx基因,获得了稳定遗传、低直链淀粉含量的突变体,为稻米品质改良提供了材料。     

利用CRISPR/Cas9系统定向改良水稻稻瘟病抗性

[目的]CRISPR/Cas9 基因编辑技术是作物遗传改良的有效工具。本研究通过对水稻Pita、Pi21和ERF922稻瘟病相关基因进行定点编辑,以期获得能够稳定遗传的抗稻瘟病水稻材料。[方法]利用 CRISPR/Cas9基因编辑技术,以 Pita、Pi21 和 ERF922 为靶基因,构建共编辑载体 pC1300-2×35S::Cas9-g^Pita-g^Pi21-g^ERF922 ,用农杆菌转化长粒粳稻恢复系L1014,筛选获得稳定遗传的纯合突变体用于稻瘟病抗性鉴定。[结果]在T0代转基因株系中,Pita、Pi21和ERF922 突变频率分别为 75%、85%和 65%,突变基因型多为双等位突变。筛选到的不含 T-DNA成分的T1代能够稳定遗传给T2代,并从中获得 Pi21单突变纯合株系及Pita、Pi21和ERF922的三突变纯合株系。稻瘟病抗性鉴定结果表明,与野生型相比,突变株系的抗性显著提高。同时,接种后纯合突变体株系内水杨酸、茉莉酸和乙烯等信号转导途径相关基因的表达量均上调。据此,我们推测纯合突变株系对稻瘟病的抗性增强可能与其对稻瘟病菌的响应被激活有关。[结论]利用 CRISPR/Cas9 技术获得了能够稳定遗传和具有较高稻瘟病抗性的纯合突变株系,为水稻稻瘟病抗性改良提供了良好的材料。     

叠氮化钠诱变普通小麦陕农33突变体库的构建和初步评估

为了用叠氮化钠(NaN3)构建一个小麦突变体库,分别用浓度为0、5、10、15、20 mmol·L-1的NaN3处理普通小麦陕农33的种子,检测了各处理发芽指标和田间M1群体的生理及形态特征。结果表明,10mmol·L-1的NaN3是诱变普通小麦较适宜的浓度。在以10mmol·L-1的NaN3诱变普通小麦得到的M2群体中发现了322份茎、叶、穗和其他性状变异的突变体,其中204份茎秆性状突变、65份叶片性状突变、24份穗部性状突变和115份其他性状突变,突变频率分别为5.18%、1.65%、0.61%、2.92%。采用RAPD分子标记技术估计该群体的突变密度为1/57.0kb。经M3代田间鉴定,共获得可遗传突变株系58个。本研究所构建的突变体库可为小麦功能基因组学研究和小麦育种提供材料。     

大麦EMS突变群体的创建及功能评价

为开展麦类作物功能基因组学研究,选用综合性状突出的大麦品种Tamalpais,通过化学诱变剂甲基磺酸乙酯(Ethyl methane sulfonate,EMS)处理,创建了含有10 389个M2单株的突变群体。该群体数据分析表明,温室条件下,6.21%的M2幼苗呈现叶片颜色变异;大田实验中,M2群体出现丰富的表型变异,主要包括幼苗匍匐、分蘖、株高、生育期、叶色、叶形、叶条纹、叶斑、穗部特征、育性等,其中幼苗匍匐、分蘖、株高、叶色、叶条纹、叶斑的突变频率分别为0.11%、6.03%、0.13%、2.5%、0.18%、0.17%。抽样调查显示,M2世代的胚坏死率较低,仅有9%左右的单株表现出过半的胚坏死率。运用TILLING技术成功获得大麦COI1同源基因的突变体,筛选结果同时表明,该突变群体的突变频率约为平均每673kb一个点突变。因此,Tamal-pais群体突变表型丰富、TILLING检测可行,可作为麦类作物基因图位克隆与功能验证的重要素材,适用于麦类作物的正向和反向遗传学研究。     

Ae显性突变体对玉米农艺性状及直链淀粉含量的影响分析

玉米直链淀粉是重要的食品和工业原料,高直链淀粉性状的产生受多种酶和基因-环境等因素的共同影响。玉米ae基因（amylose extender）突变导致子粒中直链淀粉含量增高、子粒表面皱缩、淀粉颗粒呈不规则形状、尺寸不均匀且表面基质蛋白增多,用于玉米育种后获得的品种直链淀粉含量升高,产量显著降低。通过将显性Ae突变体与16份优质玉米自交系杂交,对F₁代植株进行开花期、株型、产量性状调查,分析F₁代子粒总淀粉、直链淀粉的含量。结果表明,Ae突变体与不同的自交系杂交,F₁代直链淀粉含量及产量的变化存在明显差异,与基因型有密切关系,以Ae突变体和W16F41、CA240为亲本杂交,可显著提高直链淀粉含量同时产量变化最小。根据F₁代表现筛选直链淀粉含量提高、产量变化较小的双亲配制杂交种,可加速高直链淀粉玉米新品种培育进程。     

EMS对新春11小麦抗性淀粉和农艺性状的诱变效果

为给甲基磺酸乙酯(EMS)在高抗性淀粉小麦诱变育种中的应用提供依据,以春小麦新春11为材料,分析了不同浓度EMS诱变小麦种子的M2代成熟籽粒抗性淀粉含量的变化,同时结合株高等农艺性状时优异材料进行了筛选.结果表明,不同浓度EMS(0.3%、0.5%和0.7%)处理后,M2代籽粒平均抗性淀粉含量分别为2.76%、3.22%和4.31%,高于未处理的籽粒抗性淀粉含量(2.57%),并发现了抗性淀粉含量较高和较低的突变体.其中,0.3%浓度EMS最适宜新春11农艺性状的诱变,突变类型最多;0.7%的EMS处理获得的高抗性淀粉含量的突变体更为丰富.综合农艺性状、产量性状和品质的表现,筛选出7个抗性淀粉含量高且综合性状优良的M2突变家系.     

水稻高无机磷突变体的筛选和培育技术研究

 摘要: 以3份水稻诱变群体为材料，详细研究了M2~M5代高无机磷(high inorganic phosphorus, HIP)种子出现的频率和传递特征。这些材料来自含水量约13.5%的水稻干种子用300 Gy 60Co伽玛射线 （剂量率0.8 Gy/min）处理，或经250 Gy 处理后再对其萌动种子用1×10-3 mol/L的 NaN3 溶液常温下处理2 h所得M1的后代。在96 孔V型酶标板上， 设置5个用KH2PO4配制的标准P溶液，浓度相当于种子磷含量0.00、 0.15、 0.46、 0.93和1.39 mg/g。分析时每个单株分析8粒种子，无机P（iP）高于0.46 mg/g的籽粒称为高无机磷（HIP）种子，出现至少1粒HIP M3种子的M2单株称为HIP M2单株，M3及高代由此类推。研究发现，从HIP M2单株衍生的M3株系中，HIP株系数要少于HIP M2单株数。但是多数M3 HIP株系后代都获得了更高代的HIP株系。根据M3和M4 HIP株系数推算，水稻HIP突变的实际频率可达0.1%左右。已从籼稻协青早B和粳稻秀水110中各选得一个HIP纯合突变系HIPi1和HIPj1。对HIPi1糙米中各种磷素定量分析表明，突变体中植酸磷含量较对照下降约35%，无机磷含量上升约3.5倍，而总磷基本不变。最后提出了水稻HIP突变体诱发、筛选和选择的基本方法和程序。     

三雌蕊小麦EMS诱变株系的农艺性状评价及SSR多态性分析

为获得新的小麦雌蕊和雄蕊突变材料,并促进小麦遗传改良和功能基因组学的研究,利用甲基磺酸乙酯(ethyl methane sulfonate,EMS)对三雌蕊小麦(TP)种子进行诱变处理,确定半致死浓度和时间,并对诱变的突变体进行SSR检测和农艺性状分析。结果表明,TP种子适宜的EMS诱变条件为0.8%的EMS处理8 h。利用EMS诱变处理5 000粒TP种子,结果在其M₃单粒传群体中共发现20个能稳定遗传的雌蕊和雄蕊突变株系。农艺性状分析表明,与TP相比,20个突变株系的穗粒数明显减少,部分突变株系的株高、穗长等性状与TP之间具有显著差异。SSR分析结果表明,22个SSR标记共扩增得到61个等位基因位点,平均每个标记可以检测到2.77个等位基因。获得42条多态性条带,多态性为68.85%。20个突变株系和对照TP的遗传相似系数变化范围为0.352 9~0.956 5,说明这些突变体具有丰富的遗传多样性。聚类结果表明,不同突变性状之间可以较好地被区分开,相同突变性状（尤其是单雌蕊性状）可以被较好地聚在同一簇下。     

利用EMS化学诱变改造玉米自交系的研究

选用生产上的玉米骨干自交系,使用不同浓度的甲基磺酸乙酯(EMS)处理其成熟花粉.处理后代采用系谱法种植;在后代群体选择早熟、晚熟和各种有利用价值的株型变异;通过M1、M2代两代田间选择和M3代田间鉴定, 从多个自交系中选出了已稳定的早熟、晚熟突变体和一个有利用价值的株型突变体;并得出浓度为0.667×10-3的EMS-石蜡油有利于早熟突变的发生,而大于10-3的EMS-石蜡油有利于晚熟突变的发生.由于所得自交系为原自交系的等基因突变体,因此该技术在育种实践和理论上具有重要意义。     

硫包膜缓释肥施用模式对稻茬冬小麦冠层结构、光合特性和产量的影响

为研究硫包膜缓释肥施用方式对稻茬冬小麦冠层结构和光合性能的影响,于2019-2020年进行田间试验,以硫包膜掺混肥(SCU,N∶P_2O_5∶K_2O=26∶12∶12)和尿素(U,46.3%N)为供试肥料设计6种施肥模式:尿素4次分施(M_1);100%SCU一次基施(M_2);60%SCU基施+40%U拔节期追施(M_3);60%SCU基施+40%SCU返青期追施(M_4);51%SCU基施+34%U拔节期追施(M_5,在M_3基础上减氮15%);51%SCU基施+34%SCU返青期追施(M_6,在M_4基础上减氮15%),研究不同施肥模式下小麦花后叶面积、冠层光截获特征、旗叶叶绿素荧光和光合指标等的差异。结果表明,在冠层结构方面,M_4和M_6模式在开花期的LAI较高,且乳熟期降幅较低,延缓了冠层叶片的衰老,提高冠层尤其是中下部的PAR截获率;M_1、M_2、M_3和M_5模式乳熟期的LAI降幅均较大,显著低于M_4和M_6模式,不利于冠层对光能的有效利用。在小麦光合性能方面,M_3、M_4和M_6模式在开花期旗叶的SPAD值和净光合速率均较高,但在乳熟期M_3模式降幅较大;M_4和M_6模式在乳熟期维持较高的SPAD值、光合电子传递速率和净光合速率,二者的3个指标均显著高于M_1、M_2和M_5模式。M_4和M_6模式相比于M_1模式,分别增产21.31%和10.76%,氮肥利用率分别提升4.36%和7.07%。本试验条件下,硫包膜缓释肥60%基施+40%返青期追施最有利于维持小麦花后合理的冠层结构,提高了光合性能和产量,是高产高效的施肥方式;硫包膜缓释肥51%基施+34%返青期追施模式小麦的光合性能和产量仍可维持较高水平,且提升了氮肥利用率。     

甲基磺酸乙酯(EMS)对玉米自交系诱变效应的研究

用化学诱变剂甲基磺酸乙酯处理玉米自交系082的种子,研究了该诱变剂对玉米的诱变效应.结果表明:甲基磺酸乙酯对玉米自交系种子是一种有效的化学诱变剂,在M1代引起了较大的生理损伤和生物学效应,M2代质量性状未发生明显变异,但株高、穗位高、茎周长和穗上叶片长等数量性状出现了较高的突变频率,其中株高的负突变增加明显。