中国野生毛葡萄芪合酶基因表达及对葡萄抗白粉病的影响

【目的】克隆中国野生毛葡萄（Vitis quinquangularis）‘丹凤-2’芪合酶（stilbene synthase）基因（STS）并研究其功能,为提高欧洲葡萄（V. vinifera）的白粉病抗性及品质提供依据。【方法】利用同源克隆法获得中国野生毛葡萄‘丹凤-2’芪合酶基因VqSTS9和VqSTS21,构建植物过表达载体;用无核白单芽茎段诱导出分生愈伤组织,作为农杆菌介导法遗传转化的受体材料,获得抗性植株,经过不同水平检测,确定转基因植株;对野生型和转基因植株叶片人工接种葡萄白粉病菌（Uncinula necator）,通过显微技术观察叶片受白粉病菌侵染后的情况,比较两者对白粉病的抗性;利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析野生型和转基因植株在自然条件和接种白粉病菌后STS及其相关基因的表达,用高效液相色谱法（HPLC）检测转基因植株中芪类物质的种类与含量。【结果】同源序列克隆得到VqSTS9（JQ868689）与VqSTS21（JQ868677）的cDNA序列,长度为1 179 bp。经PCR和Western blot检测,鉴定出过表达VqSTS9无核白植株4株和过表达VqSTS21无核白植株3株。显微观察发现,与野生型植株相比,转VqSTS9 和VqSTS21植株叶片上的菌丝生长较慢,表现出对白粉病的抗性。qRT-PCR结果表明,自然生长条件下,与野生型植株相比,转VqSTS9和VqSTS21植株STS的表达量提高,STS上游苯丙氨酸裂解酶基因（PAL）、下游白藜芦醇糖基转移酶基因（RSGT）、转录因子基因（MYB14、MYB15）的表达量均不同程度上升,而查尔酮合成酶基因（CHS）表达量降低;人工接种白粉病菌后,与野生型植株相比,转基因植株STS表达量显著上调。高效液相色谱分析表明,自然条件下,芪类物质主要以反式云杉新苷形式存在,转基因植株芪类物质的含量高于野生型植株;在接种白粉病菌诱导表达后,除了反式云杉新苷,还产生了反式白藜芦醇和葡萄素,即转基因植株体内芪类物质的种类和含量均有所增加。【结论】将VqSTS9、VqSTS21转入无核白后,转基因植株STS的表达量增高,芪类物质的含量与种类增加,并抑制白粉病菌的生长。因此,中国野生毛葡萄‘丹凤-2’携带的VqSTS9和VqSTS21能够增强欧洲葡萄对白粉病的抗性,‘丹凤-2’可用作葡萄抗病性育种的种质资源。     

不同熟期夏玉米品种生长发育特性与产量形成的关系

【目的】研究不同熟期夏玉米品种生长发育特性与产量形成的关系,以期为早熟、高产、适应机械粒收的玉米新品种的筛选提供理论依据。【方法】2017年以早熟玉米品种登海518（DH518）、衡早8号（HZ8）和中晚熟玉米品种登海605（DH605）、郑单958（ZD958）为试验材料,2018年以早熟玉米品种登海518（DH518）、京农科728（JNK728）和中晚熟玉米品种登海605（DH605）、郑单958（ZD958）为试验材料,种植密度为75 000株/hm²,研究玉米生长发育过程中的叶片建成规律、穗部发育特性以及各生育阶段对光温需求的差异。【结果】不同熟期夏玉米品种各生育阶段的光温需求大小表现为吐丝期（R1）—生理成熟期（R6）>出苗期（VE）—吐丝期（R1）>播种期（sowing）—出苗期（VE）。不同品种花后对积温的需求高于花前,中晚熟和早熟夏玉米品种对积温需求的差异主要在拔节期—吐丝期,具体表现为第9—16片叶建成期;花后对积温的需求品种间差异不显著。相关性分析表明,不同熟期夏玉米品种的产量与穗位高、穗高系数呈极显著正相关关系。不同熟期夏玉米品种的雄穗发育特性不同,晚熟品种的雄穗长度显著低于早熟品种,但晚熟品种的雄穗分枝数、雄穗总小花数、小花败育率、有效小花数显著高于早熟品种;而雌穗分化到籽粒形成受品种基因型影响较大。【结论】不同熟期夏玉米品种生长发育特性具有较大差异,在75 000株/hm²条件下,中晚熟品种的产量显著高于早熟品种;植株总叶片数较少,拔节期—吐丝期所需时间短,后期脱水速率快是早熟宜机收玉米品种的典型特征。     

长江下游粳稻稻瘟病广谱抗性基因组合模式分析

【目的】基因聚合是实现水稻稻瘟病广谱抗性的有效途径之一。通过构建粳稻背景下不同双基因聚合系,利用长江下游粳型稻瘟病菌（Magnaporthe oryzea）菌株评价其抗性效应并解析其抗性效应产生的构成因子,为长江下游粳稻抗稻瘟病育种提供广谱抗性基因组合模式和种质资源。【方法】以粳稻07GY31为背景的Piz基因座不同复等位基因（Pigm、Pi40、Pi9、Pi2、Pizt和Piz）单基因系为核心,利用不完全NCII交配设计,分别与其他广谱抗性基因（Pi1、Pi54和Pi33）单基因系杂交,经分子标记辅助选择和农艺性状筛选,共构建18种不同基因组合的双基因聚合系。2019年利用长江下游粳稻种植区采集、分离的109个稻瘟病代表性菌株进行苗瘟、穗瘟人工接种鉴定及不同病圃的自然诱发鉴定,评价不同双基因聚合系的抗性效应,并分析双基因聚合系抗性效应的构成因子。【结果】Genotyping by sequencing（GBS）分析表明所构建的双基因聚合系均具有较高的背景恢复率,分布于97.08%（PPL^Piz/Pi33）—99.08%（PPL^Pigm/Pi1）。表明除了目标基因区域不同外,所有双基因聚合系的遗传背景几乎完全与受体亲本07GY31一致。同时人工接菌鉴定表明绝大部分双基因聚合系苗瘟和穗瘟抗性水平都优于单基因系。其中苗瘟抗性效应较好的聚合系分别为PPL^Pigm/Pi1、PPL^Pigm/Pi54、PPL^Pigm/Pi33、PPL^Pi9/Pi33、PPL^Pi9/Pi54、PPL^Pi40/Pi54、PPL^Pi40/Pi33、PPL^Pi40/Pi1、PPL^Pi9/Pi1, 而穗瘟抗性效应较好的聚合系分别为PPL^Pigm/Pi1、PPL^Pigm/Pi54、PPL^Pigm/Pi33、PPL^Pi40/Pi33、PPL^Pi40/Pi54、PPL^Pi40/Pi1、PPL^Pizt/Pi33。不同抗性基因聚合后产生不同的效应,其中互补效应高且能有效表达是提高双基因聚合系苗瘟和穗瘟抗性的关键因子。双基因聚合系PPL^{Pigm / Pi1}、PPL^{Pigm / Pi54}和PPL^{Pigm / Pi33}在苗瘟和穗瘟的人工接种,以及在不同病圃的自然诱发鉴定中均表现稳定的广谱抗性,同时,农艺性状调查结果也表明这3个双基因聚合系的基本农艺性状与轮回亲本07GY31基本一致,因此,基因组合Pigm/Pi1、Pigm/Pi54和Pigm/Pi33是适于长江下游粳稻的广谱抗性基因组合模式。【结论】抗性基因的组合方式影响聚合系的抗性水平,互补效应高且能有效表达是粳型双基因聚合系抗性效应提高的关键因子。本研究构建的双基因聚合系及其抗性效应分析为长江下游广谱稻瘟病抗性粳稻品种的精准培育提供了种质资源和理论支撑。     

基于SNP标记的小麦籽粒性状全基因组关联分析

【目的】籽粒性状是影响小麦产量的重要因素,通过对小麦籽粒性状进行全基因组关联分析,发掘控制小麦籽粒性状显著位点,为小麦籽粒性状的遗传改良研究提供理论参考。【方法】以在新疆种植的121份小麦为材料,利用小麦50K SNP芯片,对粒长、粒宽、籽粒长宽比、籽粒面积、籽粒周长和千粒重6个性状进行基于混合线性模型MLM（Q+K）的全基因组关联分析。【结果】在不同环境间6个籽粒性状均表现出广泛的表型变异,其中千粒重变异系数最大为13.91%—17.79%,各籽粒性状遗传力为0.85—0.90。多态性信息含量PIC值为0.09—0.38,最小等位基因频率MAF值为0.05—0.50。群体结构分析表明,试验所用自然群体可分为4个亚群。GWAS结果表明,共检测到592个与6个性状显著关联位点（P<0.001）,其中,涉及6个性状的29个SNP在2个及以上的环境中被重复检测到,分布于1A（5）、1B（2）、1D、2A（5）、3B、5A、5D、6B（4）、6D、7B和7D（7）染色体上,解释9.3%—22.7%的表型变异。检测到6个与粒长稳定的关联位点,分布在1A、2A和7D染色体上,解释9.9%—22.7%的表型变异;检测到2个与粒宽稳定的关联位点,分布在3B和5D染色体上,解释9.6%—12.2%的表型变异;检测到6个与籽粒长宽比稳定的关联位点,分布在2A（2）、5A、7B和7D（2）染色体上,解释10.1%—19.4%的表型变异;检测到3个与籽粒面积稳定的关联位点,分布在1A、1B和1D染色体上,解释9.9%—18.2%的表型变异;检测到6个与籽粒周长稳定的关联位点,分布在1A（2）、2A、6D和7D（2）染色体上,解释9.3%—22.6%的表型变异;检测到6个与千粒重稳定的关联位点,分布在1B、2A和6B染色体上,解释9.7%—12.9%的表型变异。挖掘到5个控制小麦籽粒性状一因多效显著关联位点,分布在1A、2A（2）和7D（2）染色体上,解释9.9%—22.7%的表型变异。【结论】本研究材料遗传多样性丰富,在自然群体中共发现29个与6个籽粒性状在2个及以上环境中稳定显著的关联位点。     

氮磷钾用量对基质培茄子产量、根系形态和根际微生物数量与酶活性的影响

【目的】研究日光温室基质培条件下,不同氮磷钾用量对茄子产量、根系生长和根际基质中微生物数量及酶活性的影响,为基质培茄子氮磷钾养分合理施用提供理论依据。【方法】采用基质槽栽和水肥一体化滴灌方式,以前期试验得到的基质配方沙子:炉渣:菇渣=6:3:1（体积比）为栽培基质,以不施肥处理为对照（CK）,以目标产量施肥量（目标产量施肥量=（目标产量需肥量-基质中速效养分含量）/化肥利用率）设定100%施肥量（F4）,在此基础上,分别减少60%（F1）、40%（F2）、20%（F3）及增加20%（F5）和40%（F6）施肥量,研究氮磷钾用量对茄子产量、根系发育和根际基质微生物数量和酶活性的影响。【结果】茄子单株产量随氮磷钾用量增加呈先增高后降低的趋势,较CK增产幅度为101.1%—212.9%,F3处理下单株产量最高,比CK高212.9%（P<0.05）。根际基质中微生物以细菌为主,其次为放线菌,真菌较少。定植90 d后,随氮磷钾施用量增加,茄子根际基质中速效氮、磷、钾含量逐渐增加,细菌、真菌和放线菌数量,蔗糖酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性呈先升高后降低的趋势,F3处理下均较高,高氮磷钾处理（F4、F5和F6）下脲酶活性较高;根系活力、根系总长度和根系表面积呈先增加后降低的趋势,在F2处理下较高,分别较CK增加109.2%、49.2%和46.5%,差异显著。细菌数量与基质酶活性呈显著正相关,脲酶活性与速效氮、磷、钾含量呈极显著正相关,过氧化氢酶、碱性磷酸酶活性与速效磷、钾含量呈显著正相关;细菌数量、过氧化氢酶活性与根系活力和产量呈极显著正相关,脲酶活性、速效磷、速效钾含量与根系活力和产量呈显著正相关,根系活力与单株产量呈极显著正相关。【结论】在沙子:炉渣:菇渣=6:3:1（体积比）的栽培基质条件下,日光温室冬春茬茄子的适宜氮磷钾用量分别为N 180.6 kg·hm^-2、P₂O₅ 212.1 kg·hm^-2、K₂O 434.9 kg·hm^-2,依此量施肥有利于茄子产量、根系活力和基质微生物数量及酶活性的提高,可为茄子生长提供良好的微生态环境。     

小麦TaNAC基因基于可变剪切和microRNA的转录后调控分析

【目的】以条锈菌和白粉菌胁迫的普通小麦（Triticum aestivum L.）为研究对象,分析由可变剪切（alternative splicing,AS）形成的TaNAC结构变异转录本,同时分析TaNAC基因的microRNA调控位点,为进一步解析TaNAC基因通过转录后调控参与小麦响应真菌胁迫奠定基础。【方法】普通小麦兼抗种质N9134在被白粉菌和条锈菌分别侵染后,各8个时间点取样并混合,然后从混合样本中克隆得到大量TaNAC转录本。参考中国春小麦基因组注释信息（IWGSC RefSeq v1.1）进行比对,选择由可变剪切形成的TaNAC序列结构变异转录本,分析它们的序列结构特征。利用生物信息学软件和在线工具,对这些TaNAC结构变异转录本编码产物的功能结构域、高级结构、理化性质、亚细胞定位等特征和变异情况进行比对分析。同时,利用洋葱表皮细胞瞬时表达系统验证其中1对TaNAC结构变异转录本的亚细胞定位预测结果,并选取5组TaNAC基因的可变剪切序列结构变异转录本进行酵母转录自激活试验,研究序列结构变异对TaNAC基因转录调控活性的影响。此外,利用miRBase数据库收录的小麦中已报道的miRNAs和TaNAC基因,进行靶基因预测分析,建立小麦TaNAC家族成员与miRNAs的靶向关系。【结果】以条锈菌和白粉菌侵染的普通小麦兼抗种质N9134为材料,克隆得到的TaNAC转录本中的35条序列结构变异转录本由13个TaNAC基因可变剪切形成。通过分析发现,同一TaNAC基因由可变剪切形成的不同结构变异转录本的核酸序列结构存在差异,而且其对应编码产物的功能结构域、高级结构、理化性质和亚细胞定位等方面均会存在差异,同时也会表现出不同的转录调控活性;不同TaNAC基因的可变剪切方式存在差异,而且它们的结构变异转录本及其编码产物在结构特征、理化性质和转录调控活性等方面也均呈现出多样性的特征。通过分析TaNAC基因与其在编码序列区域的靶标tae-miRNAs,发现具有可变剪切转录本的TaNAC基因与tae-miRNA的结合位点均在其非可变剪切区域。【结论】TaNAC基因可以通过可变剪切这种转录后调控方式参与小麦对真菌胁迫的响应;同时发现,调控TaNAC基因的tae-miRNA可以独立于可变剪切这种转录后调控方式行使功能。     

江西省芝麻地方种质表型性状遗传多样分析

【目的】对江西省芝麻地方种质资源进行表型性状遗传多样分析,为江西芝麻种质资源的有效利用及开发提供理论参考。【方法】依托“第三次全国农作物种质资源普查与收集行动”从江西省39个县(市、区)收集到的132份芝麻地方种质为试验材料,对其23个表型性状(12个质量性状和11个数量性状)进行测定,并计算遗传多样性指数和变异系数。同时,对11个数量性状进行相关分析,并对供试种质进行聚类分析。【结果】23个表型性状的平均遗传多样性指数为1.2821,其中,12个质量性状的遗传多样性指数为0.3217~1.0307,平均0.7290;11个数量性状的变异系数为4.70%~43.58%,遗传多样性指数为1.6138~2.0627,平均1.8855。3种粒色类型芝麻种质中,以46份白芝麻种质表型性状的平均遗传多样性指数最高,为1.3602,74份黑芝麻种质和12份其他粒色(黄色、褐色、黄褐色、红褐色等)芝麻种质表型性状的平均遗传多样性指数分别为1.1782和1.0476。生育期与株高、始蒴高度、蒴果长、千粒重和蛋白含量呈极显著正相关(P<0.01,下同),但与含油量呈极显著负相关。供试的132份芝麻种质资源可分为四大类,不同类群种质的来源地存在地理位置的交错分布现象,其中,第Ⅰ类群可作为潜在选育芝麻高含油量新品种的亲本材料,第Ⅱ类群可作为潜在高产优良芝麻材料利用,第Ⅲ类群可作为潜在矮杆株型的亲本材料,第Ⅳ类群可作为潜在的高蛋白型亲本材料加以利用。【结论】江西芝麻地方种质资源的主要表型性状变异较大,遗传多样性较丰富,其中以46份白芝麻种质的遗传多样性更丰富。种质间亲缘关系与地理来源无必然联系。以高产高蛋白为育种目标时应选择株高较高,始蒴高度适中、蒴果较大、千粒重较高的材料为亲本,并据此进行后代选择。     

玉米ZmICS1和ZmSARD1的原核表达及多克隆抗体制备

【目的】将玉米异分支酸合成酶1（ZmICS1）及系统获得抗性缺陷1（ZmSARD1）进行原核表达和纯化,并免疫家兔获得多克隆抗体,为深入研究ZmICS1和ZmSARD1在玉米抵抗病原菌胁迫中的功能奠定基础。【方法】克隆玉米ZmICS1和ZmSARD1基因CDS区,连接到原核表达载体pET-28a,转化大肠杆菌表达菌株Rosett-gami2（DE3）,异丙基-β-D-硫代半乳糖苷（IPTG）诱导表达His_×6-ZmICS1和His_×6-ZmSARD1重组蛋白,以透析纯化后的重组蛋白为抗原免疫家兔,制备多克隆抗体,并进行验证和检测。【结果】成功构建了原核表达载体pET-28a-ZmICS1和pET-28a-ZmSARD1,于37 ℃、0.84 mmol/L IPTG在大肠杆菌表达菌株Rosett-gami2（DE3）中诱导出His_×6-ZmICS1和His_×6-ZmSARD1重组蛋白。纯化蛋白免疫家兔,所得ZmICS1抗体能够检测到3 ng的His_×6-ZmICS1,ZmSARD1抗体能检测到低至0.3 ng的His_×6-ZmSARD,且分别能特异性地检测玉米B73原生质体过表达的ZmICS1和ZmSARD1蛋白。【结论】成功制备了玉米ZmICS1、ZmSARD1多克隆抗体,可用于玉米内源ZmICS1和ZmSARD1蛋白含量的检测。     

覆膜对滴灌棉田土壤水分时空运移的影响

【目的】对比分析覆膜与无膜滴灌棉田土壤水分在时间维度上以及空间维度上的运移规律,为棉花精准灌溉、无膜棉栽培技术提供理论依据与技术支撑。【方法】以膜下滴灌和无膜滴灌作为试验处理,采用5TE土壤水分温度传感器实时采集棉花全生育期土壤水分数据,采用Voxler和Surfer等软件对土壤水分网格数据进行时空插值、3D可视化以及切片。【结果】膜下滴灌土壤水分含量整体高于无膜滴灌处理;垂直方向上,膜下滴灌各不同深度土层间的运移加快,土壤水分含量随着深度增加而增加,在底层土壤(80~100 cm)水分含量最多,而无膜滴灌各土层间的土壤水分交流不活跃,水分主要集中表层土壤(0~20 cm);水平方向上,2种处理的近根系和远根系土层的土壤水分含量无显著差异;时间维度上,随着棉花生育进程的推进,膜下滴灌处理的土壤水分含量总体呈现上升的趋势,土壤水分消退速率在滴灌前(6月20日)为3×10^-4 m³/(m³·d),6月20日至8月11日(滴灌后)维持在30×10^-4 m³/(m³·d),8月11日至8月26日增至30×10^-4 m³/(m³·d),8月26日(最后1次滴灌)后降低至30×10^-4 m³/(m³·d),而无膜滴灌处理的土壤水分变化较为平稳,滴灌前水分消退速率在0.7×10^-4 m³/(m³·d),滴灌后为10×10^-4 m³/(m³·d)。【结论】覆膜处理能使土壤水分从表层向下运移,底层(80~100 cm)水分最多;而水平方向上,2种处理的近根系和远根系土壤水分无明显差异;时间维度上,覆膜处理提高了滴灌棉田的土壤水分的变化波动,使其水分消退速率增加,无膜处理的水分消退速率却保持稳定。     

3种不同芹菜营养品质的比较与评价

为评价不同芹菜品种的营养品质特征,以苏香芹、细香芹和西芹为材料,进行抗坏血酸、粗纤维和香精油含量的测定和相关性分析.结果表明,不同芹菜品种之间营养成分含量差异较大.芹菜叶片抗坏血酸含量表现为西芹>细香芹>苏香芹;叶柄抗坏血酸含量表现为苏香芹>西芹>细香芹;叶片粗纤维含量表现为细香芹>苏香芹>西芹;叶柄粗纤维含量表现为苏香芹>细香芹>西芹.苏香芹叶片抗坏血酸含量小于叶柄,而细香芹和西芹叶片抗坏血酸含量则大于叶柄.3种芹菜粗纤维含量均为叶片大于叶柄.苏香芹香精油含量最高,为103.81 mg/kg,可作为培育高香精油品种的资源.相关性分析结果显示:叶片抗坏血酸含量与叶柄抗坏血酸含量、叶片和叶柄粗纤维及香精油含量呈负相关,其余各性状之间均呈正相关,相关性不显著.本研究结果对不同芹菜品种中营养物质的评价具有一定的指导意义.