小麦PDS基因VIGS载体构建体系的优化及验证

为在小麦上进行VIGS体系的优化,根据GenBank中公布的小麦PDS基因序列(FJ517553.1)设计特异引物,利用RT-PCR技术克隆PDS基因片段,以BSMV:γ-2a为原载体,通过酶切将原载体中的2a基因片段替换为PDS基因片段,构建小麦PDS基因的VIGS重组载体BSMV:γ-PDS。经测序确认,其与GeneBank中登录的小麦PDS基因序列同源性为97%。重组载体经本实验室简化改良的方法进行转录模板的处理。与试剂盒所提供的方法相比,本研究将RNA酶孵育处理步骤整合入质粒提取的步骤中,省略了SDS-蛋白酶K孵育处理等步骤,降低了引入新杂质的风险,同时降低了实验成本,节省了时间和精力。体外转录的电泳结果表明,体外转录反应的产物浓度大,条带单一,可用于接种实验。抽穗期小麦穗部接种实验及实时定量PCR的结果均表明,小麦内源PDS基因被有效沉默,证实了优化的重组载体BSMV:γ-PDS体系的有效性,奠定了利用VIGS载体侵染抽穗期小麦体系优化的基础。     

后期持续干旱对北疆棉花生长发育的影响及其抗旱适应性评价

以18个北疆棉区适宜棉花品种（系）为材料,在大田条件下研究了生育期后期持续干旱对棉花产量和生长发育因子的影响,并用加权隶属函数值法对参试棉花材料的后期抗旱适应性进行评价分析。结果表明,除功能叶叶片的干物质含量显著增加外,后期连续干旱引起了其它的产量因子（铃重、铃数、籽棉产量、衣分）和生长发育相关因子（叶面积、鲜重、干重、株高）的明显下降,籽棉产量的下降率最大,为46.80%;在抗旱系数隶属函数值评价上,不同产量和生长发育因子的抗旱性鉴定结果不同;铃数、籽棉产量、叶面积和叶片干重与后期棉花抗旱性显著正相关,其相对重要性依次为铃数>叶面积>叶片干重>籽棉产量。参试材料中,具有抗旱性的材料为晋棉13号、297-5、新陆早8号、新陆早26号和新陆早35号,没有抗旱性的材料为益农2号、新陆早13号、18-3、81-3和134-1。     

磷素对小麦籽粒支链淀粉合成及其链长分布的影响

为探究不同磷水平对小麦籽粒支链淀粉合成与支链淀粉精细结构的影响。以新冬20号（南疆主栽）和新冬23号（北疆强筋面包小麦）为材料,研究了3种施磷(P₂O₅)量 0 kg·hm^-2（CK ）、105 kg·hm^-2（CP ）和210 kg·hm^-2（HP）对小麦籽粒支链淀粉合成相关酶基因表达、相关酶活性、籽粒支链淀粉含量、支链淀粉链长分布以及籽粒全磷含量的影响。结果表明,施磷显著提高了支链淀粉合成相关酶基因（ sbe1、 sbe2a、 sbe2b、 iso1）的表达量和籽粒支链淀粉含量。CP处理提高了支链淀粉B链段的比例,但降低了A链段的比例。两个参试小麦品种籽粒中支链淀粉合成关键酶的活性对磷素的敏感性不同,新冬 20号受磷水平影响较大。施磷提高了新冬20号胚乳中蔗糖合成酶（SS）活性和酶活高峰期的淀粉分支酶（SBE）活性,提前了新冬20号胚乳中淀粉去分支酶（DBE）活性峰值的出现时间。     

后期持续干旱对北疆棉花生长发育的影响及其抗旱适应性评价

以18个北疆棉区适宜棉花品种（系）为材料,在大田条件下研究了生育期后期持续干旱对棉花产量和生长发育因子的影响,并用加权隶属函数值法对参试棉花材料的后期抗旱适应性进行评价分析。结果表明,除功能叶叶片的干物质含量显著增加外,后期连续干旱引起了其它的产量因子（铃重、铃数、籽棉产量、衣分）和生长发育相关因子（叶面积、鲜重、干重、株高）的明显下降,籽棉产量的下降率最大,为46.80%;在抗旱系数隶属函数值评价上,不同产量和生长发育因子的抗旱性鉴定结果不同;铃数、籽棉产量、叶面积和叶片干重与后期棉花抗旱性显著正相关,其相对重要性依次为铃数>叶面积>叶片干重>籽棉产量。参试材料中,具有抗旱性的材料为晋棉13号、297-5、新陆早8号、新陆早26号和新陆早35号,没有抗旱性的材料为益农2号、新陆早13号、18-3、81-3和134-1。     

小麦淀粉合成酶SSⅡa基因克隆及生物学分析

淀粉合成酶SSⅡa基因是小麦淀粉合成中的关键酶基因。为了从分子水平上了解造成不同小麦品种（系）淀粉含量差异的原因,本研究根据GeneBank中的SSⅡa基因序列AF155217.2设计引物,对8个不同抗性淀粉含量的小麦品种（系）SSⅡa基因进行克隆和多态性分析,并对其氨基酸序列进行结构域预测。结果表明,8个品种的SSⅡa基因序列高度保守,与GeneBank中已发表的序列相似度达98.19%以上,共发现40个单核苷酸变异,导致20个氨基酸发生了变异。蛋白结构域分析发现这些变异位点均位于α-淀粉催化酶氨基N-末端外侧,而在α-淀粉催化酶的催化区域并未发现变异位点。另外,在新春12中,还发现了一个缺失位点,缺失片段为249 bp,该缺失片段包含了糖基转移酶的部分位点。本研究为进一步从分子水平理解SSⅡa基因的结构与抗性淀粉含量之间的关系及开发分子标记辅助选择育种提供了序列信息。     

直播稀植高产杂交棉农艺及冠层结构特征研究

为充分挖掘杂交棉增产潜力,采用大田创建高产试验示范田的方法,以杂交棉稀植为研究对象,以常规棉密植棉为对照,分析棉花产量形成过程中农艺性状、冠层结构指标的变化。结果表明:与常规棉密植相比,杂交棉稀植条件下皮棉产量、单株结铃数和单铃质量分别增加了7.9%～24.1%、34.8%～40.2%和14.3%～19.2%,果枝台数和倒四叶宽分别增加了18.9%、9.6%;且叶面积指数(LAI)和叶倾角(MTA)增幅分别为53.3%、23.9%～26.4%,冠层开度(DIFN)则降低了45.5%～81.1%。杂交棉稀植条件下,与皮棉产量2 500 kg·hm~(-2)棉田相比,3 000 kg·hm~(-2)棉田的单位面积株数、株高、果枝始节高度以及LAI、MTA分别增加了5.1%～15.1%、1～2 cm、2.2%、11.6%、4.8%,DIFN降低了56.7%。籽棉产量与LAI和果枝台数呈显著正相关,株高与总铃数呈显著正相关、MTA与单株结铃数和单铃质量呈显著正相关,DIFN与单位面积株数显著正相关。综上,适度稀植条件下杂交棉充分发挥了杂种优势,棉株个体生长旺盛从而弥补群体的不足,单株铃数和单铃质量的同步提高是其获得高产的主要原因;杂交棉稀植实现皮棉产量3 000kg·hm~(-2)的总铃数大于120×10~4 hm~(-2)、单铃质量大于5.31 g;果枝台数维持在10台,倒四叶宽大于18 cm;在盛铃后期叶面积指数达到峰值为4.3～4.9、MTA为52.7～53.1°、DIFN为0.011～0.015。     

灌浆期高温对冬小麦淀粉粒发育的影响

为探讨灌浆期高温对小麦籽粒中淀粉粒发育的影响,选用新疆主栽的冬小麦品种新冬20号和新冬23号为试验材料,在籽粒灌浆期设2个昼夜温度水平(24/17℃,37/28℃),研究高温对小麦籽粒发育、淀粉粒表观特性、淀粉合成关键酶活性以及淀粉降解酶活性的影响。结果表明,花后灌浆期高温胁迫使两个参试小麦品种籽粒灌浆进程缩短、籽粒瘦瘪,粒重明显下降。高温胁迫影响了A-和B-型淀粉粒的发育进程,从花后14 d开始淀粉粒表面出现孔洞,成熟期B-型淀粉粒数量明显减少。两个参试小麦品种籽粒中淀粉合成关键酶活性对高温的耐受性不同,新冬23号受影响较大。高温处理下两个小麦品种的AGPase和SSS酶活性峰值出现时间提前,SS酶活性明显降低;灌浆后期籽粒α-淀粉酶活性明显增强。花后高温胁迫打破了小麦籽粒灌浆过程中淀粉合成酶和降解酶之间的平衡,α-淀粉酶活性增强导致淀粉粒表面出现孔洞,最终影响淀粉的品质。     

小麦花后干旱胁迫下乙烯合成抑制剂对胚乳PCD的调控

为了明确花后干旱胁迫下内源激素乙烯对小麦胚乳细胞程序性死亡的调控作用,选用新疆冬小麦主栽品种新冬18号为参试材料,在花后干旱条件下对小麦穗部喷施硝酸钴（乙烯合成抑制剂）,通过Evans Blue染色观察了小麦胚乳细胞活力变化,通过DPAI染色、超微结构观察和细胞核计数探究了小麦胚乳细胞核形态和数量变化,利用聚丙烯酰氨凝胶电泳检测基因组DNA的完整性,同时测定核酸水解酶的活性及乙烯受体基因的相对表达量。结果表明,相比对照,喷施硝酸钴使小麦胚乳细胞生活力提高,细胞核衰退速度减缓,胚乳细胞数目增加,基因组DNA片段化峰值时间推后,核酸水解酶活性下降,乙烯受体基因表达量上调,千粒重增加,说明抑制乙烯可延缓小麦胚乳细胞程序性死亡进程,从而缓解花后干旱胁迫对小麦灌浆带来的危害。     

小麦淀粉合成关键酶基因和相关蛋白表达对不同施磷量的响应

为深入研究磷素在小麦淀粉产量和品质形成过程中的作用,以新疆冬小麦主栽品种新冬20号为试验材料,研究0 kg·hm^-2（CK）、105 kg·hm^-2（LP）和210 kg·hm^-2（HP）3种施磷（P₂O₅）量对小麦籽粒灌浆特性、淀粉合成关键酶(AGPase和GBSS)活性和基因表达、胚乳可溶性蛋白和淀粉粒结合蛋白含量及谱带特征、胚乳微观特性等的影响。结果表明,籽粒灌浆后期磷肥对粒重的促进作用逐渐增强;低磷（LP）条件下, agp1、 agp2、 gbss1、 gbss2基因表达量显著提高;3个处理下AGPase活性的变化趋势基本一致;籽粒灌浆中期（14～21 d）,低磷处理的GBSS活性显著高于CK;不同磷处理对淀粉粒结合蛋白和胚乳可溶性蛋白含量的影响显著,但对蛋白谱带特征的影响较弱。扫描电镜结果显示,不同磷处理的胚乳淀粉粒形态未发生明显变化;与CK和高磷（HP）处理相比,低磷处理下籽粒胚乳横断面蛋白基质较少,淀粉粒与蛋白质结合较疏松。说明常规施磷（低磷）条件下,淀粉合成关键酶基因（agp和gbss）相对表达量提高或酶活性变化可影响籽粒淀粉合成及胚乳中蛋白与淀粉粒的嵌合度,并最终造成粒重的增加和淀粉特性的变化。