拟南芥H~+_-焦磷酸化酶AVP1互作小GTP结合蛋白AtRAB的特性鉴定与功能分析

以拟南芥AVP1为诱饵,采用膜蛋白酵母双杂交系统筛选拟南芥cDNA文库,获得一个与AVP1互作的小GTP结合蛋白AtRAB。酵母互作试验表明,AVP1和AtRAB存在互作;双分子荧光互补实验(BiFC)证明,AVP1和AtRAB能在质膜和细胞核上发生相互作用。野生型拟南芥(WT)、AtRAB和AVP1的拟南芥突变体rab和avp1在高盐胁迫条件下,随着NaCl浓度的加大,突变体rab和avp1的表型变化相似,相对于WT都表现为根长缩短,侧根数减少;在低磷处理条件下,随着磷浓度的逐渐降低,2个突变体的表型相似,相对于WT同样表现为根长缩短,总根面积减少,侧根数减少;在相同磷浓度条件下,突变体rab对胁迫的反应比avp1强;在低钾处理条件下,随着钾浓度的降低,2个突变体的表型与在低磷胁迫处理条件下的表型相似。结果说明,AVP1和AtRAB可以在细胞膜和细胞核上相互作用,AtRAB能够影响植物对离子的吸收,AVP1和AtRAB的突变体在高盐、低磷和低钾等胁迫条件下表型变化相似,证明了2个基因都正向调控植物对高盐、低磷和低钾胁迫的反应,它们属于同一信号途径。     

施氮量对玉米花生宽幅间作体系农艺性状及产量的影响

玉米花生宽幅间作被认为是黄淮海平原缓解粮油争地矛盾,实现稳粮增油的种植模式之一。针对目前氮肥过量施用和豆科作物固氮被忽视的实际,2014-2015年在山东济南进行了玉米花生宽幅间作大田试验,研究不同施氮量下玉米花生间作体系作物籽粒产量和农艺性状。结果表明,间作玉米和间作花生分别在360 kg/hm~2。施氮水平上(按玉米带占地面积折算间作玉米田施氮量为141 kg/hm~2)和90 kg/hm~2施氮水平上(按花生带占地面积折算间作花生田施氮量为55 kg/hm~2)时达到较高产量,两年平均分别为7939 kg/hm~2和1845 kg/hm~2;继续增加施氮量,虽然间作花生株高增加14%,但收获指数降低了12%,产量降低12%。玉米花生间作体系能够提高土地利用效率,土地当量比两年平均为1.08;同时能够显著提高氮肥偏生产力和氮肥农学利用效率,不同施氮量梯度下,分别比玉米单作增加32.9%~43.4%和11.8%~69.2%。说明间作玉米带施氮141kg/hm~2、花生带施氮55 kg/hm~2可获得较高的产量、土地利用效率和氮肥利用效率,是本试验条件下间作最优施氮量。     

小麦生理型雄性不育系中反式烯脂酰-CoA还原酶基因(TaECR)的克隆及表达分析

超长链脂肪酸(VLCFAs)代谢在花药发育中发挥着重要的作用,而反式烯脂酰-CoA还原酶(trans-2,3-enoyl-CoA reductase,ECR)是催化超长链脂肪酸合成的脂肪酰-CoA延长酶之一.为进一步研究杀雄剂SQ-1诱导小麦雄性不育的机理,根据己报道二穗短柄草(Brachypodium distachyon)ECR基因,采用电子克隆获得序列并设计引物,从小麦(Triticum aestivum)中克隆ECR的开放阅读框cDNA序列,命名为TaECR,将该序列提交至GenBank,登录号为KC222053.序列分析表明,TaECR基因编码310个氨基酸,具有反式烯脂酰-CoA还原酶的经典结构域.表达分析表明,TaECR基因在小麦花药、颖片、叶和根中均有表达,其中在根中的表达量最底;与可育系相比,TaECR基因在生理型不育系三核期中表达急剧下调,在单核期和二核期表达趋势无显著变化,并与其蜡质积累量变化趋势基本一致,这表明TaECR基因调节的超长链脂肪合成途径可能参与了SQ-1诱导的败育过程.     

小麦生理型雄性不育系花药内源JA与ABA含量动态变化及其代谢通路差异基因表达研究

为了进一步阐明化学杂交剂SQ-1诱导小麦花粉败育的分子机制,以西农1376为材料,采用RNA-seq技术,对PHYMS-1376及其对照可育系CK-1376四分体、单核早期、单核晚期、二核期、三核期花药进行转录组测序,筛选出差异表达基因,进行GO富集、KEGG富集和GSEA富集分析,并利用高效液相法分别检测了PHYMS-1376及CK-1376上述五个时期花药中ABA和JA含量,通过qRT-PCR技术分析了ABA和JA通路关键差异基因的表达模式。结果发现,与CK-1376相比,在PHYMS-1376花药中共筛选出了 36 058个差异表达基因,主要富集到植物激素信号传导、苯丙素生物合成、淀粉和蔗糖代谢、氨基酸的生物合成4个通路;JA含量在PHYMS-1376四分体花药中显著降低（P<0.05）,至单核早期显著升高,单核晚期又显著降低,二核期显著升高,三核期显著降低;ABA含量在PHYMS-1376四分体至三核期花药中含量均高于CK-1376,其中在单核早期、单核晚期和二核期差异显著,可能与不育系各时期花药中PP2C关键基因TraesCS1D02G271000表达量过低相关,致使PP2C蛋白含量减少,进一步激活BIN2/BILs激酶,使SnRK2s磷酸化,促进ABA含量增加。上述结果表明：PHYMS-1376各发育时期花药中JA含量的异常波动与ABA含量的显著增加及上述2个通路关键基因的差异表达可能与SQ-1诱导小麦花粉败育密切相关。本研究为深入揭示SQ-1诱导小麦生理型雄性不育机理提供了一定的理论基础。     

小麦茎基腐病生防菌株YB-161的分离鉴定及防效测定

为筛选防治小麦茎基腐病的高效生防菌株,采用稀释涂布法从小麦茎基腐病病土中分离细菌,以假禾谷镰孢Fusarium pseudograminearum为靶标菌,通过平板对峙培养法和室内盆栽试验筛选优良菌株并测定其田间防治效果,分析优良菌株发酵滤液对假禾谷镰孢的抑菌能力,并结合形态特征、Biolog微生物自动鉴定系统和gyrA序列分析对其进行种类鉴定,以及测定该菌株的抑菌谱。结果表明,10份供试土样中共分离到98株细菌,对假禾谷镰孢的菌丝生长抑制率超过40.00%的菌株有14株,其中菌株YB-161对假禾谷镰孢的菌丝生长抑制率最高,达63.50%。室内盆栽试验结果显示,菌株YB-161处理小麦的病情指数最低,为31.40,对小麦茎基腐病的防治效果最好,为68.15%,其对小麦也表现出较好的促生作用。田间调查结果显示,菌株YB-161菌液拌种处理对小麦茎基腐病的田间防治效果高于52.35%,并对小麦具有一定的增产作用。菌株YB-161的发酵滤液5倍稀释液和10倍稀释液对假禾谷镰孢的菌落抑制率分别达66.67%和44.33%,该菌株被鉴定为解淀粉芽胞杆菌Bacillus amyloliquefaciens。此外,菌株YB-161对辣椒炭疽病菌Colletotrichum capisci、烟草疫霉病菌Phytophthora parasitica等5种植物病原真菌均有较好的拮抗作用。表明生防菌株YB-161对绿色防控小麦茎基腐病具有良好的开发利用潜能。     

小麦骨干亲本京411及衍生品种苗期根部性状的遗传

【目的】利用高密度SNP标记解析骨干亲本京411的遗传结构,并研究其根系性状遗传特征,为培育高产广适性品种奠定基础。【方法】选用京411及其14个衍生品种（系）,包括衍生一代6份,衍生二代8份,每品种选取饱满且大小一致的种子在发苗网上生长6 d,每份材料选取大小一致的幼苗转移至培养盘,每个培养盘种植3次重复,连续培养15 d后测定苗期根部性状的最长根长、侧根长、主根长、总根长、侧根表面积、主根表面积、总根表面积、总根尖数和根系干重。利用90K SNP芯片分析京411及其衍生后代群体的遗传结构和遗传区段传递,结合逐步回归分析定位苗期根部性状基因,探讨京411携带的优异根系基因在衍生后代中的分布。【结果】京411衍生群体平均遗传相似性为57.9%,该亲本与其衍生一代和衍生二代相同的等位变异频率分别为63.9%和67.9%,显著高于理论值。在A、B和D基因组间的相同等位变异频率分别为62.2%、61.3%和74.3%。京411的侧根和根尖数均优于其衍生品种,衍生品种的主根长和根干物质重量等性状的改良较为显著。以已有定位信息的SNP标记与根系性状进行逐步回归分析,共发掘出35个根系性状位点,3DL和5BL上携带控制根长性状的主效位点,分别与SNP标记wsnp_Ex_c1032_1972861和BS00100708_51关联,可用于京411衍生群体中分子辅助选择。来自京411的26个位点对根部性状起正向效应,中麦175和CA0958携带正向效应区段最多,占正向效应位点总数的73.1%。【结论】传统育种对地上部农艺性状的选择,可有效促进地下根系的改良,相当于对优异性状遗传片段的聚合。在京411衍生群体中,中麦175是针对骨干亲本遗传改良最成功的品种,不仅携带较多的京411优异根系基因,而且其主要根系性状、产量表现及广适性均优于京411。     

玉米不同基因型双列杂交后代抽丝后氮素代谢特性

【目的】阐明保绿型玉米和非保绿型玉米双列杂交后代抽丝后氮素代谢特征。【方法】选育氮高效品种是实现玉米高产高效生产的根本途径。为明确不同基因型玉米双列杂交后代的氮代谢和利用特征,筛选出保绿型玉米氮高效品种,采用大田试验的方法,选择保绿型（SG, stay-green）玉米自交系Q319、CZ01、VA91和非保绿型（NSG, non-stay-green）玉米自交系BM、B73、MO17,以此组配6×6完全双列杂交,以双列杂交后代为材料,系统研究不同玉米品种主要生育时期叶片、茎鞘、籽粒氮含量和粗蛋白质含量的变化,抽丝前后氮素积累、分配和氮收获指数,叶片氮代谢关键酶硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）活性等的影响,并对叶片氮代谢酶活性与保绿性的相关性进行了分析。【结果】不同基因型双列杂交后代抽丝后叶片氮含量呈倒“V”型变化特性,高峰期在灌浆期前后。茎鞘和籽粒氮含量均随生育期推进呈逐渐降低的变化趋势。保绿型（SG）玉米叶片、茎鞘、籽粒氮含量均显著高于非保绿型（NSG）玉米。抽丝前保绿型玉米自交后代氮积累、抽丝后氮积累、氮积累总量分别比NSG高20.00%、82.30%和45.23%;其转移量、转移率和氮素收获指数则分别比NSG低51.28%、66.59%和14.32%,抽丝后保绿型玉米的氮积累量约占50%,而非保绿型玉米仅为40%左右。保绿型玉米自交后代叶片和茎鞘粗蛋白质含量分别比非保绿型高108.23%和33.63%。抽丝至成熟期叶片硝酸还原酶活性的变化呈单峰曲线,高峰期在灌浆期前后,不同基因型玉米间变化趋势一致。抽丝后叶片GS活性、GOGAT活性和可溶性蛋白含量变化均呈单峰曲线,高峰期在抽丝后15 d左右。保绿型玉米NR活性、GS活性、GOGAT活性和可溶性蛋白含量在各时期均高于非保绿型。相关分析表明,叶片保绿度与叶片氮含量、可溶性蛋白含量、GOGAT活性呈极显著的正相关,与GS活性呈显著正相关,与NR呈正相关,但不显著。叶片氮含量与可溶性蛋白、GOGAT活性、GS活性呈极显著的正相关。氮素的同化与相关的酶活性关系极为密切。【结论】较高的氮代谢水平是叶片保绿的营养生理基础之一,保绿型玉米有较高的氮代谢酶活性,在后期有较强的氮素吸收和同化能力,保绿性可作为筛选氮高效玉米品种的一个重要农艺性状。     

小麦新型化学杂交剂的筛选

为拓展小麦化控两系途径的药剂种类,降低化学杂交剂(CHA)成本,利用西农1376检验15种化学药剂、4个浓度、3个施用时期(小麦不同发育时期)的诱导不育效果, 并对花药败育的机制进行了研究。结果表明,各处理诱导小麦花粉败育效果差异较大,Feek’s 7.5和9.5时期,15种药剂各浓度处理诱导植株营养生长发育异常或花粉败育不明显;Feek’s 8.5时期,T6药剂0.24 kg hm^-2诱导雄性不育率为93.33%,植株表型及雌蕊发育正常,对其饱和授粉,能获得杂交种子,且饱和授粉结实率较高。石蜡切片观察该处理诱导雄性不育花药的绒毡层细胞降解过程异常,自单核早期绒毡层细胞核明显降解,单核中后期花粉内核也开始降解,直至三核期,绒毡层细胞及花粉内核及营养物质基本消失,仅剩少量花粉壁残留,最终导致花粉败育。因此认为,T6诱导的小麦生理型雄性不育与绒毡层的异常降解直接相关。     

小麦种子活力性状的配合力分析

为提高小麦种子高活力优异组合的选配效率,选用种子活力水平有显著差异的天麦535(P_1)、新麦23(P_2)、现农1号(P_3)、西农889(P_4)、小偃22(P_5)和周麦18(P_6)6个小麦品种为材料,按照GriffingⅡ设计配制了15个杂交组合,对种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、电导率共5个种子活力性状进行配合力和遗传参数分析。结果表明,小麦种子活力主要受遗传因素控制。各种子活力性状一般配合力效应较高的亲本有P_6、P_5和P_4;P_2×P_5、P_3×P_5、P_3×P_6和P_4×P_5组合的特殊配合力较高;P_3×P_5、P_3×P_6、P_4×P_5、P_4×P_6和P_5×P_6组合的总体配合力较高;总体配合力可以作为高活力杂交组合评价的理论依据。发芽势、发芽指数和活力指数的遗传以加性效应为主,适宜早代选择;发芽率和电导率的遗传以非加性效应(显性效应及上位性效应)为主,适宜晚代选择。     

小麦成熟期QTL定位与分析

小麦成熟期对粮食周年丰产具有重要的决定作用。为了给小麦分子标记辅助育种提供可用的分子标记,本研究以人工合成六倍体小麦(Turtur)和T.spelta L.衍生系(Bubo)为亲本创制的包含186个家系的RIL群体(F6)为材料,构建了包含5 301个标记(4 120个DArT标记、621个SNP标记和560个传统DArT标记),总长为2 464cM的遗传连锁图谱,利用Windows QTL Cartographer 2.5软件的复合区间作图法对在3年4点环境下的成熟期性状进行QTL检测,在LOD2.5水平下,共定位到15个QTL,分布于小麦的1A、2B、2D、3A、4A、4B、5B、7A和7B染色体上,可解释4.42～12.67的表型变异。其中在1A染色体上控制小麦成熟期的QTL贡献率最大;4B染色体的1215714-1068877F0-44CG区间内3年3点均检测到的QTL与1215714标记遗传距离为0.01cM,近乎共分离,为下一步分子标记辅助选择的精准性提供了坚实的基础。