利用EST-SSR评估糜子资源遗传差异

【目的】用微卫星标记分析糜子种质资源（国内外6个不同生态区）的遗传多样性水平,揭示不同来源糜子种质资源的亲缘关系和遗传结构差异,便于对糜子资源分类和优异种质的筛选利用。【方法】 用144个（高、低碱基序列重复分别为64和80个）SSR标记评估96份国内外（国内、国外分别为71和25份）糜子资源;用PowerMarker 3.25和PopGen 1.32计算遗传多样性参数,用MEGA 5.0和Structure 2.2进行遗传距离和结构聚类,用Ntsys 2.11进行主成分分析。【结果】 144个EST-SSR标记共检测出368个观测等位变异（Na）,每个位点检测到等位变异2—3个,平均为2.5556个;观测杂合度（Ho）为0.4070（RYW15）—0.9789（RYW85）,平均为0.8288;期望杂合度（He）为0.4369（RYW59）—0.6693（RYW58）,平均为0.5535;Nei's基因多样性指数（Nei）为0.4344（RYW59）—0.6653（RYW58）,平均为0.5505;多态性信息含量（PIC）为0.1811（RYW68）—0.7508（RYW58）,平均为0.4279。Shannon多样性指数（I）为0.6474—1.0956,平均为0.8415。就6个生态区材料的遗传多样性参数而言,北方春糜子区材料的PIC值和Shannon多样性指数最高,西北春夏糜子区材料最低。就不同生态区糜子种质间的遗传距离和遗传一致度而言,不同生态区糜子种质间的遗传距离为 0.0111—0.1425,遗传一致度为 0.8672—0.9889,北方春糜子区和黄土高原春夏糜子区间遗传距离最小和遗传一致度最高,西北春夏糜子区和华北夏糜子区间遗传距离最大。基于UPGMA聚类将试验材料划归3个类群（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）。类群Ⅰ主要为北方春糜子区材料;类群Ⅱ主要为国外材料;类群Ⅲ主要为北方春糜子区和黄土高原春夏糜子区材料;基于Structure聚类将糜子资源划归4个群组,红色群组,主要为北方春糜子区和黄土高原春夏糜子区材料,代表北方和黄土高原基因库;绿色群组,主要为北方春糜子区材料,代表北方基因库;蓝色群组,主要包括黄土高原春夏糜子区材料,代表黄土高原基因库;黄色群组,代表国外基因库。就各分类群的遗传多样性参数而言,群组Ⅱ的PIC值最大（0.4606）,群组Ⅳ最小（0.3539）;主成分分析将试材划归6类,与其地理来源一致。【结论】 144个SSR标记可以准确评估96份糜子资源的遗传变异,基于不同依据划分的类群与6个生态区材料的地理来源基本一致,北方春糜子区材料的遗传多样性较丰富。     

中高地力水平下谷子N、P、K肥效应研究

为明确夏谷生产中不同地力水平下的施肥效应和最优施肥量,本试验在中高地力水平下开展谷子“3414”氮、磷、钾肥肥料效应研究。结果表明,施用氮、磷、钾肥能显著提高谷子产量,在中高地力水平下平均增幅分别为21.4%和12.7%,其中氮肥增产效率分别为20.2%和7.9%,磷肥增产效率分别为6.6%和12.6%,钾肥增产效率分别为11.3%和13.8%,表明在中地力水平下氮肥增产效率最高,高地力水平下磷钾肥的增产效率显著高于氮肥。氮、磷、钾肥间存在明显的交互作用,在中地力水平下,氮磷间存在抑制作用,氮钾和磷钾间存在促进作用;在高地力水平下则均存在抑制作用。氮、磷、钾肥的平均偏生产力在中高地力水平下分别为42.1、50.4、200.0和56.4、72.4、283.8 kg·kg^-1,表明高地力水平下的氮、磷、钾肥偏生产力均高于中地力水平。氮、磷、钾肥的农学效率在中高地力水平下分别为7.6、2.8、14.6和3.5、7.2、28.3 kg·kg^-1,表明氮肥农学效率以中地力水平下最高,磷钾肥农学效率则以高地力水平下最高。通过建立肥料与产量的三元二次施肥模型得出在中高地力水平下谷子氮、磷、钾肥最佳施肥量分别为N 189.3 kg·hm^-2、P₂O₅ 61.1 kg·hm^-2、K₂O 45.0 kg·hm^-2和N 141.2 kg·hm^-2、P₂O₅ 180.0 kg·hm^-2、K₂O 45.0 kg·hm^-2。综上,在谷子中地力水平下,氮肥增产效果最好,应提高氮肥的用量和比例;在高地力水平下,磷钾肥增产效果较好,应提高磷钾肥的用量和比例。本研究结果为夏谷不同地力水平下施肥效应提供了理论依据和技术支持。     

中国谷子科研单位育种创新效率评价与分析

种业是农业的“芯片”,近几年种业振兴行动均被写入中央一号文件,谷子种业与其他大作物种业不同,主要还是依靠科研单位的育种创新,因此谷子科研单位的育种创新效率对种业及产业发展具有重要意义。选择DEA模型,采用全国主要从事谷子育种创新的科研单调研数据,以投入产出角度为切入点,探讨中国谷子科研单位的育种创新效率,并进行测度。结果显示：中国科研单位的谷子育种创新效率平均为0.493,整体效率处于较低水平;育种创新产出存在不足,仍然具有较大增长潜力,少数单位存在投入浪费现象;23个科研单位中有12个单位的育种创新处于规模报酬递减阶段,科研单位育种创新研究水平低和主观能动性不足。最后提出几点建议：对单位内部科研人员、经费进行调整优化、多与其他作物高效育种创新单位进行学术交流。     

农艺措施对谷子产量及抗倒伏力学性能的影响

【目的】明晰栽培条件互作对谷子叶片光合特性、茎秆生物力学性质指标的耦合影响,为运用谷子茎秆生物力学性质进行抗倒伏特性评价,为优化谷子种植栽培条件及抗倒伏优种筛选提供合理农艺措施和理论支持。【方法】采用裂区试验设计方法,主区选取4个在生产中具有代表性的谷子品种,副区为基于不同的播种密度与施肥量、播种密度与水分、水分与施肥量互作处理栽培条件,系统研究了栽培措施对谷子生长发育以及茎秆抗倒伏生物力学性质的影响。【结果】（1）除水分对谷子茎秆节平均直径影响不显著外,谷子品种、施肥量、播种密度及水分4个因素对谷子的产量、光合生理特性及茎秆形态特性均有极显著影响（P＜0.001）;（2）谷子的千粒重、产量均随施肥量和水分的增加而增加;随播种密度的增加,千粒重呈下降趋势,产量呈现先上升后下降趋势;谷子旗叶SPAD值及最大荧光值（Fm）开花期显著高于灌浆期,开花期旗叶SPAD值、灌浆期旗叶Fm可作为谷子育种的目标性状;（3）播种密度对谷子田间倒伏率的影响最大,其次是水分、品种,施肥量的影响最小;（4）谷子茎秆倒数第二节的抗拉倒力与株高、节平均长度及茎秆节含水率显著负相关,与节平均直径显著正相关。【结论】不同农艺措施互作栽培条件下,单因子对谷子的产量、植株光合生理特性及茎秆力学性能影响最大;选择优良品种、合理密植（≤70万株/hm²）、适当水肥是提升谷子籽粒品质、增加产量、减少田间倒伏率的有效措施。     

基于转录组测序开发糜子SSR标记

【目的】 以6份不同地理来源的糜子资源为试验材料,基于前期转录组测序获得的1 000对SSR引物,选出200对进行多态性检测,以期构建一批可以准确评估糜子种质遗传差异的分子标记。【方法】 用Primer Premier 5.0软件设计引物,改良CTAB法提取DNA,PCR扩增DNA和聚丙烯酰胺凝胶电泳筛选引物多态性;用PowerMarker 3.25和PopGen 1.32计算遗传多样性参数。【结果】 200对引物中97对呈单态性,80对呈多态性。单碱基序列重复引物有20对,10对具多态性,其重复基元是A（50%）和T（50%）。二碱基序列重复引物有36对,15对具多态性,其碱基重复类型有7种（AG最多,TC、GC和GA次之,CA、TA和AC最少）。三碱基序列重复引物有144对,55对具多态性,其碱基重复类型有24种（GGC、GCG和GCC最多,GAA、GCT和CGC等次之,ACC、AGG、CAG、CGT、AAG、AAC、TCG、CGA、ATT、CAA和CCA最少）。就引物分辨率(Rp)值而言,1—3碱基序列重复引物分别为0.67—4.67（平均2.07）、1.33—4.33（平均2.73）和0.67—4.00（平均1.83）。基于Rp值分析SSR分布频次,发现80个标记分布在5个区间：0—1、1—2、2—3、3—4和4—5,分别包含17（21.25%）、36（45.00%）、11（13.75%）、14（17.50%）和2个（2.50%）。就$\overline{\text{Rp}}$值而言,1—3碱基序列重复引物分别为0.33—0.67（平均0.51）、0.40—0.78（平均0.59）和0.33—0.83（平均0.59）。单碱基序列重复标记共检测到22个等位变异,每个位点为2—3个（平均2.2000）,其中8个和2个位点分别具2和3个变异;二碱基序列重复标记共检测到38个等位变异,每个位点为2—3个（平均2.5333）,其中7个和8个位点分别具2和3个变异;三碱基重复标记共检测到136个等位变异,每个位点为2—3个（平均2.4727）,其中29个和26个位点分别具2和3个变异。就多态性信息含量而言,1—3碱基序列重复引物分别为0.3750—0.5355（平均0.4293）、0.2392—0.7438（平均0.4293）和0.2392—0.7438（平均0.3989）。就多样性指数而言,1—3碱基序列重复分别为0.6365—1.0776（平均0.7497）、0.5623—1.0986（平均0.8339）和0.5623—1.0889（平均0.8312）。【结论】 基于转录组测序结果,检测200对SSR引物的多态性,发现177对（88.5%）可以扩增出完整条带,其中80对具多态性,多态率为40%。     

春播谷子成熟期抗倒伏性研究

试验以长谷4号、长生13和晋谷21为材料,在成熟期（乳熟期、蜡熟期和完熟期）测定7个性状指标,分析其与倒伏性的关系。结果表明,3个品种的倒伏指数均以黄熟期最大,乳熟期最小;从基部第2节间~第6节间,倒伏指数依次增加,抗倒伏性依次降低。相关性分析表明,基部第2节间倒伏指数与重心高度和单株穗鲜重呈显著正相关,与株高、单株鲜重和基部第2节间长度呈正相关,与基部第2节间直径和基部第2节间机械强度呈负相关,但都未达到显著水平。通径分析结果表明,各性状对倒伏指数的直接影响从大到小排序为：基部第2节间机械强度、单株鲜重、重心高度、株高、基部第2节间直径、基部第2节间长度和单株穗鲜重。由研究结果可见,基部第2节间机械强度和重心高度可作为评价谷子成熟期抗倒伏性的通用指标,对选育抗倒伏谷子新品种具有重要指导意义。     

Thresholds,sensitive stages and genetic variability of finger millet to high temperature stress

Finger millet [Eleusine coracana (L.) Gaertn.] is an important coarse cereal crop grown in the arid and semi‐arid regions and often experiences high temperature (HT) stress. The objectives of this research were (i) to quantify effects of season‐long HT stress on physiological and yield traits, (ii) to identify the developmental stages most sensitive to HT stress and (iii) to quantify the genetic variability for HT stress tolerance in finger millet. Research was conducted in controlled environment conditions. HT stress decreased the chlorophyll index, photosystem II activity, grain yield and harvest index. Maximum decrease in number of seeds per panicle and grain yield per plant was observed when stress was imposed during booting, panicle emergence or flowering stages. Maximum genotypic variation was explained by panicle width and number of seeds per panicle at optimum temperature (OT) and grain yield per plant at HT and number of seeds at HT. Based on the stress response and grain yield, tolerant or susceptible genotypes were identified. Finger millet is sensitive to HT stress during reproductive stages, and there was genotypic variability among the finger millet genotypes for number of seeds per panicle and grain yield under HT, which can be exploited to enhance stress tolerance.