高产优质夏谷杂交种两杂—1

两杂-1是河北谷子所用高度雄性不育系1O66A与恢复系恢445杂交配制而成。特征特性两杂-1     

基于机器视觉的植物水势测量装置设计

压力室法判断水势测量终点需要对待测样本截面渗液状况进行观察,但由于观察者的判断标准不一致,容易造成较大测量误差。为此,根据待测样本截面出现渗液时光线发生折射、截面图像的灰度值出现变化的现象,提出了利用机器视觉代替人眼进行水势测量终点判断的方法。该方法使用USB摄像头采集待测样本截面图像,通过控制系统软件计算采集到的图像平均灰度值变化来判断水势测量终点。根据该方法设计了一种基于机器视觉的植物水势测量装置,并进行了试验验证,结果表明:该方法可行,且提高了水势测量速度和测量精度。     

土培条件下玉米萌发期耐旱鉴评技术体系研究

【目的】中国玉米主产区多为干旱、半干旱地区,播种后遇旱问题时常发生,生产上实现良好的出苗与成苗率是保障玉米高产稳产的基础。鉴于不同的玉米品种对萌发期干旱胁迫反应不一,构建玉米萌发期耐旱评价技术体系,鉴定不同品种萌发期耐旱性,为玉米品种筛选与应用奠定基础。【方法】以从田间耕层采集的土壤为介质,设置从种子不能发芽到全部发芽的土壤含水量13个梯度,在25℃光照培养箱条件下测定5个代表性品种种子发芽率,建立不同土壤水分胁迫条件与发芽率的Logistic拟合方程,确立50%种子发芽率时土壤含水量（GW₅₀）;在此基础上,以5个品种GW₅₀平均值作为干旱处理强度,对32份品种的发芽率等11个性状进行测定,通过相关性分析、聚类分析和主成分分析等方法,解析种子发芽率与其他相关性状间的关系。【结果】在13个水分梯度下5个品种的发芽率拟合Logistic方程的决定系数R²为0.978—0.992,基于Logistic方程估算GW₅₀为18.2%—18.7%,GW₅₀平均值为18.5%。以18.5%土壤含水量作为干旱胁迫处理水平,对32份品种的发芽率等11个性状的分析结果显示,发芽率与胚芽鲜重、胚根鲜重、贮藏物质转运率具有显著的相关性,但相关系数均小于0.5,分别为0.36、0.40和0.38,而发芽率与胚根数等7个性状没有显著的相关性。聚类分析结果表明,基于发芽率以外10个性状的聚类分析将32个品种分为三类,分别包含13、10和9个品种,但这三类品种间的发芽率均值没有显著差异,说明这10个性状不能反映胁迫条件下的发芽率水平。对11个性状的主成分分析表明发芽率、胚芽干重和贮藏物质转运率在第一主成分具有较高的特征值,第一主成分对总方差的贡献率达到36.3%,这三个性状可以作为萌发期耐旱性评价的关键指标。基于建立的萌发期耐旱鉴定技术体系,所鉴定的32个品种中有4个属于萌发期耐旱型,22个属于为中间型,7个属于萌发期干旱敏感型。【结论】明确了限制种子发芽率50%的土壤干旱胁迫强度,提出种子发芽率、胚芽干重和贮藏物质转运率可作为萌发期耐旱鉴定的关键指标,构建了玉米萌发期耐旱鉴定技术方法体系。     

中国玉米骨干亲本黄早四杂种优势形成的遗传基础解析

【目的】杂种优势利用是实现玉米高产育种的重要途径。解析玉米骨干亲本黄早四杂种优势形成的遗传基础,对指导中国玉米骨干亲本高效利用和高产育种具有重要的理论研究意义与生产利用价值。【方法】以玉米黄改系杂种优势类群的骨干亲本黄早四为共同亲本与11个代表性自交系构建的、包含2 000个重组自交系（recombination inbred line,RIL）的巢式关联分析群体（nested association mapping population,NAM）为试验材料,分别与改良瑞德×黄改系杂优利用模式的代表自交系郑58和昌7-2进行测交,并在全国4个玉米主产区10个试验点开展测交群体的多环境产量及重要农艺性状鉴定。在开展NAM测交群体产量和重要农艺性状相关性分析、各性状在NAM群体及其测交群体之间相关性分析基础上,基于高密度遗传图谱,利用联合逐步回归（Joint stepwise regression）模型进行了NAM及其测交群体QTL定位和产量QTL的复等位遗传分析,并对NAM及其测交群体定位QTL所在区域的遗传重组率进行了比较。【结果】表型分析结果表明,2个测交群体的株高和产量相关性状（主要是行粒数和百粒重）与小区产量均表现出较高的正相关关系。但强优势测交组合（郑58测交群体）的产量表现与NAM群体自身的产量表现相关性较低,表明相对于弱优势测交组合（昌7-2测交群体）,强优势测交组合的产量表现受RIL家系自身的产量影响较小。QTL定位结果表明,与NAM群体相比,利用其测交群体检测到的QTL数目较少,但能解释更高的表型变异。昌7-2和郑58测交群体定位到的QTL中,分别仅有27%和25%的位点与NAM群体定位结果重叠或相邻。主效位点的复等位分析结果表明,对于郑58测交群体（强优势测交组合）,在单穗产量QTL中,68.69%的增产等位变异来自骨干亲本黄早四。但在昌7-2测交群体中（弱优势测交组合）,仅有36.36%的增产等位变异来自黄早四。利用郑58测交群体共鉴定到13个重要的产量相关基因组区段,来自黄早四的等位变异在其中的11个区段表现为增产,这些区段对黄早四杂种优势的形成可能具有重要作用。QTL所在区域的重组率分析结果表明,利用郑58测交群体检测到的QTL所在区域具有较低的遗传重组率,符合杂种优势相关位点更容易分布于低重组区的基因组基本特征。【结论】在强优势测验种郑58遗传背景下,来自黄早四的等位变异对测交组合的产量具有重要遗传贡献,定位到的相关遗传区段与玉米杂种优势形成密切相关。     

微卫星开发技术研究进展

对国内外主要应用的6种微卫星开发技术直接文库筛选法、基于锚定PCR技术法、单引物延伸富集法、选择杂交富集法、生物信息学法、转移扩增法进行了综合评价。在结合自己的研究经历及近几年相关的文献报道的基础上,发现目前选择杂交富集法从技术难度、开发效率、开发微卫星的多态性水平3方面综合评价为最有效的微卫星开发技术;传统的直接文库筛选法由于工作量巨大目前报道较少;随着生物数据库核酸序列的不断增加,生物信息学法将会发展成为一种经济、快速、高效的微卫星开发技术;而锚定PCR技术则适合于微卫星文库的筛选,该法可以有效淘汰侧翼序列短而不能设计引物的无效微卫星克隆,因此提高了微卫星开发效率。     

拟南芥脱水诱导早期应答基因研究进展

ERD(脱水诱导早期应答基因)是可以快速应答干旱反应的基因,最早是在拟南芥脱水诱导1 h获得的。目前,在拟南芥中获得16个ERD基因,它们属于不同的基因家族,作用于不同的代谢途径,通过不同的方式增强拟南芥的抗旱性,除了具有快速应答干旱胁迫的特征,还具有应答冷、盐、衰老、ABA等多种逆境胁迫信号的特征。研究这些基因有助于了解拟南芥的抗旱机制。目前对ERD基因的诱导表达和转录调节研究的比较清楚,但是对其中多数基因的作用机制还没有深入研究。本文综述拟南芥脱水诱导早期应答基因的研究现状和研究意义。     

玉米象成虫在5种储粮中的产卵节律

为明确玉米象成虫的产卵节律,给综合治理玉米象提供理论支撑,采用传统的生物学测定方法,测定了玉米象成虫在5 种储粮中的产卵节律。结果表明：在(27±1)℃条件下,玉米象雌成虫在糯玉米、薏米、普通玉米、高粱和小麦中的产卵历期分别为137.14、122.86、85.71、80.00、51.43 天。玉米象单头雌成虫在糯玉米、薏米、普通玉米、高粱和小麦中的产卵量分别为45.65、45.34、21.34、49.20、33.97粒。玉米象雌虫无明显的产卵前期,羽化后当天即可产卵,但不同储粮中玉米象雌成虫的产卵节律不同。在高粱和小麦中,雌成虫的产卵高峰期出现在羽化后10~20 天,在普通玉米中出现在羽化后的20~30 天,而薏米组中的则出现在羽化后40~50 天,糯玉米组为羽化后70~80 天。综合试验结果认为：玉米象的繁殖力和产卵节律受储粮种类的影响。     

中国玉米地方品种种族的遗传变异评估

【目的】通过DNA水平的分子评价,明确中国玉米9个种族的遗传变异,并揭示各种族之间的遗传关系与群体分化特性,为中国玉米种族的形成与演变等相关研究奠定基础,同时也为种族资源的高效利用提供参考。【方法】利用覆盖玉米全基因组的55个SSR标记,对基于中国库存玉米所划分的9个玉米种族的224份代表性材料进行分子鉴定。获得所有标记的片段长度数据后,利用PowerMarker软件（V3.25）中的Summary模块计算224份材料的平均等位变异、基因多样性与多态性信息含量（polymorphism information content,PIC）,并通过重取样策略,利用Wilcoxon秩和测验分析了9个种族在相同样本容量水平上3个遗传多样性参数的差异水平。利用PowerMarker软件中的Phylogeny模块计算了9个种族的欧氏距离,并以此进行种族的聚类分析;利用该软件中的Structure模块对9个种族进行分子变异分析（analysis of molecular variance,AMOVA）,并计算各种族的群体分化系数（F_ST）,以此进行各种族群体分化检测。【结果】55个SSR所检测到的中国9个玉米种族的等位变异、基因多样性与PIC等3个多样性参数的幅度分别为4.42-7.64个/位点、0.5788-0.6532与0.5334-0.6117,平均值依次为11.53个/位点、0.6315与0.5953。西南黄色硬粒种族与衍生种族的平均等位变异相对较高,但基于重取样的分析结果表明这9个种族在这3个多样性参数上的差异均不显著（P＞0.05）。聚类结果显示,9个种族分成了3个类群,其中爆裂种族形成1个独立类群,3个北方种族形成1个类群,剩下的5个种族（3个西南种族、1个糯质种族、1个衍生种族）形成1个类群。AMOVA分析结果表明,9个种族之间的分子变异程度约为3%,远小于这些种族内部所检测到的分子变异（50%）。9个种族的群体分化系数（F_ST）为0.29%-7.63%,其中,西南白色硬粒种族与南方糯质种族、西南马齿种族与西南黄色硬粒种族、西南马齿种族与衍生种族之间的F_ST均相对较小,分别为0.29%、0.70%与0.80%,说明其遗传关系更近。【结论】在长期的人工选择与自然选择过程中,中国玉米9个种族蕴藏丰富的遗传变异。西南白色硬粒种族与糯质种族之间的分化程度远低于其他种族,前者在糯玉米资源的起源进化中可能扮演重要角色;西南黄色硬粒种族和西南马齿种族与衍生种族之间的分化程度很低,表明这2个种族对衍生种族的形成可能有重要作用。     

玉米干旱诱导表达基因ZmCKS2的克隆与表达分析

在本实验室前期研究的干旱胁迫相关的抑制差减文库(SSH)中,发现一个玉米干旱胁迫诱导表达的EST序列,与拟南芥AtCKS2和AtCKS1基因有较高的同源性。应用生物信息学手段和同源克隆的方法,分离得到该基因,命名为ZmCKS2。序列分析表明该基因开放阅读框区267bp,编码88个氨基酸。ZmCKS2蛋白含有真核生物中高度保守的CKS(cyclin-dependent kinase regulatory subunit)结构域。应用在线分析软件预测该基因上游2kb序列表明,该序列具有启动子的核心序列和增强子序列,同时还具有与干旱等多种逆境胁迫相关的调控序列。应用实时荧光定量PCR分析表明该基因在幼穗中表达量最高,且受干旱和MeJA诱导上调表达,受低温和外源ABA诱导下调表达。     

不同水分环境下玉米产量构成因子及籽粒相关性状的QTL分析

干旱胁迫对玉米产量及其相关性状有重要影响。本研究以我国玉米育种骨干亲本齐319和掖478分别和黄早四组配构建的两个F_2:3群体为材料,应用逐步联合分析的QTL定位方法,剖析新疆不同水分环境下(包含水区和旱区)玉米产量构成因子及籽粒相关性状的遗传基础。结果表明,在相同水分处理不同年份间产量构成因子和籽粒相关性状超过70%的QTL可稳定表达,旱区QTL的稳定性明显低于水区,当全部环境联合分析时,各性状QTL稳定性呈现一定程度的降低,但超过60%的QTL仍然稳定表达。两群体中共检测到11个环境钝感的主效QTL(在2个以上环境中检测到,且至少在一个环境下的贡献率大于10%),分布在bin1.10、2.00、4.09、7.02、9.02、10.04和10.07共7个基因组区段上,除bin10.04外所有环境钝感的主效QTL在全部环境下稳定表达。因此,玉米产量构成因子和籽粒相关性状的QTL在新疆相同水分处理不同年份间,甚至不同水分条件下大部分均可稳定表达,这些主效QTL位点可为抗旱分子育种和进一步精细定位提供参考。