棉花根系和叶片质外体汁液分离方法的改进

质外体汁液(apoplastic washing fluid, AWF)在植物生长发育和抵抗生物及非生物逆境方面发挥着重要作用。目前普遍采用真空渗透离心法提取质外体汁液,但具体提取流程和条件却因植物培养条件、种类和器官等不同而不同。本试验以营养液培养的棉花幼苗为材料,改进了棉花根系和叶片AWF分离的取样方法、渗透条件和离心参数等。结果表明,相对于通常的非整体取样,改良后整体取样简单易操作且显著降低了质外体与共质体的苹果酸脱氢酶(malate dehydrogenase, MDH)活性比值,更适宜开展质外体汁液组分研究。根据真空渗透鲜重增加和AWF稀释因子,进一步证明根系不用真空渗透;而叶片需真空渗透,适宜真空强度/时间为-60 kPa/1min,真空后恢复到正常压强约110s。证明叶片颜色变深面积可作为判定真空渗透强度或时间是否适宜的一种简易可行方法。最后,AWF体积、质外体与共质体的可溶性蛋白含量比值和MDH活性比值综合分析表明,棉花根系适宜离心力大小/时间长度为800×g/10～20 min,叶片为400×g/5 min。本改进方法为棉花AWF组分,如蛋白质组学和代谢组学等研究结果的准确性和可靠性奠定了基础,为其他作物AWF分离方法的优化提供了参考。     

红花吸收矿质元素及其在器官中分配研究

以红花株系‘2-3’为材料,通过检测红花幼苗期、花蕾期、成熟期不同器官N、P、K、Na、Ca、Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd等矿质元素含量,探计了红花生长过程对矿质元素的吸收及吸收后矿质元素在不同器官中的分配特点。结果表明:不同生育时期红花对矿质元素吸收、器官分配差异明显;不同生育时期不同器官N、P、K含量不同,幼苗期叶中N含量最高,茎中P、K含量较高,从幼苗期到成熟期N、P、K向花和蕾转移,根、茎、叶N、P、K含量呈下降趋势,而花中K含量上升最快;N、P、K需求量高于Fe、Mn、Cu、Zn等元素,氮磷钾三元素比较,花蕾期累积能力为P> K> N,成熟期累积能力为P> N> K,Na在红花的根和茎中累积能力最强,Ca在叶中累积能力最强,Fe和Cu在幼苗期累积能力最强,Fe、Cu、Zn在花蕾期和成熟期均以花蕾和种子生长中心累积能力最强。     

小麦幼苗根系生理特性和解剖结构对根际pH的响应

为探讨根际pH 对冬小麦根系生长的影响，以半冬性小麦品种''矮抗58''（AK58）和''百农4199''（BN4199）为材料，采用水培试验，设置3个pH 水平（4.0、6.5、9.0，以6.5为对照），研究根际pH 对冬小麦根系抗氧化酶系统的影响及根系解剖结构对pH 的响应。结果表明：酸碱胁迫下，植株地上部及根系生物量、抗氧化酶活性较对照下降，且酸胁迫较碱胁迫下降幅度大。两品种根冠比表现为pH 4.0＜pH 6.5＜pH 9.0，丙二醛（MDA）含量表现为pH 6.5＜pH 9.0＜pH 4.0。与对照相比，两品种碱性条件下根系结构受损较小，而酸性条件下受损较大。相关分析表明地上部和根系干物质积累量与抗氧化酶活性呈显著正相关，与根系MDA含量呈极显著负相关。可见，酸碱胁迫下，保持较高的抗氧化酶活性有利于保持根系生长，从而提高小麦适应不良根际环境的能力。     

氮磷钾配施对红花产量及其有效成分在器官中分配的影响

于2018—2019年在河南科技学院试验田,以百农红花1号为材料,设计氮、磷、钾三因素和无肥(N0、P0、K0)、低肥(N1、P1、K1)、中肥(N2、P2、K2)、高肥(N3、P3、K3)四水平试验,以T1(N0P0K0)为对照,T2 (N0P2K2)、T3(N1P2K2)、T4(N2P2K2)、T5(N3P2K2)、T6(N2P0K2)、T7(N2P1K2)、T8(N2P3K2)、T9(N2P2K0)、T10(N2P2K1)、T11(N2P2K3)为不同配施水平,共11个处理,研究氮、磷、钾肥用量及配比对红花产量的影响,探讨氮、磷、钾不同用量及配比下红花生育期各器官中有效成分分配规律。结果表明：红花花产量随氮肥用量的增加而增加,以T5最高,与T1相比增加59.44%,随磷肥和钾肥用量的增加呈先上升后下降趋势,均以T4最大,与T1相比增加42.87%;红花种子产量随氮、磷、钾肥用量的增加呈先上升后下降的趋势,均以T4最高,与T1相比增加116.52%。氮、磷、钾肥不同用量及配比对红花生育期各器官中黄酮含量影响有相同规律,从苗期到成熟期,叶和茎黄酮含量均表现为先下降后上升的趋势,根中黄...     

黄淮海麦区部分小麦品种的抗旱性评价及相关分子标记的有效性验证

为研究黄淮海麦区小麦品种的抗旱性，对黄淮海麦区46个小麦品种萌发期的抗旱性进行鉴定，验证3个抗旱性相关分子标记的有效性，并利用分子标记检测抗旱性相关基因 1-feh-w3、 TaDreb-B1、 TaNRX-B1的单倍型分布。结果显示，供试材料的平均相对发芽率为64.8%，变化范围为30.7%~95.4%，中等及以上抗旱性等级小麦品种占比84.8%。 1-feh-w3基因的Westonia type单倍型平均相对发芽率显著高于Kauz type单倍型，但与相对发芽率相关性并不显著。 TaNRX-B1基因的 TaNRX-B1a单倍型平均相对发芽率显著高于 TaNRX-B1b单倍型，且与相对发芽率显著相关。 TaDreb-B1基因的 TaDreb-B1a单倍型平均相对发芽率显著高于 TaDreb-B1b单倍型，品种占比达到95.7%，在小麦抗旱性中起重要作用，与相对发芽率相关性也不显著。单倍型组合Westonia type/TaDreb-B1a/TaNRX-B1a的平均相对发芽率最高，为76.79%。筛选出抗旱性较好的小麦品种14个，分别为徐麦36、中植0914、囤麦127、洛麦26、百农418、齐民7号、丰德存麦20、丰德存麦12、丰德存麦1号、赛德麦7号、驻麦328、周麦32、国红3号和迁麦088，可以在小麦育种中作为抗旱种质加以利用。     

国内外小麦种质抗条锈病评价及相关基因分子检测

选用染色体1BS上与抗条锈病基因Yr10(Yellow rust 10)、Yr15、Yr24共分离或紧密连锁的5个分子标记对国内外124份小麦种质进行检测,并进行4 a的田间成株期发病病级分析,以期为合理利用小麦抗病资源、合理布局抗病品种及品种抗性改良提供参考。结果表明,在供试的124份小麦种质中,29份表现中抗及以上水平,占总数的23.39%,其中表现免疫或近免疫、高抗、中抗或中抗到高抗水平的分别有9、2、18份,分别占总数的7.26%、1.61%、14.52%;83份材料表现感病,其中表现中感、中感到高感、高感的分别有4、17、62份,分别占总数的3.23%、13.71%、50.00%;12份种质表现中感到中抗,占总材料的9.68%。Yr基因分子标记检测结果表明,携带Yr10、Yr15、Yr24基因的小麦种质分别有32、28、80份,分别占供试材料的25.81%、22.58%、64.52%。29份表现中抗及以上水平的种质中,12份含有Yr10基因,包括郑育麦9987、农大189、资麦1号、攀道拉、CL0407(早)、CL0438、09智引1号、09智引2号、CARMEN、墨S139、莫斯科39和澳阿优1号;3份含有Yr15基因,包括TAMOI、攀道拉和澳阿优1号;22份含有Yr24基因,其中,济麦22、百农64、农大189、内麦836、云麦57、09智引1号、CARMEN和法国财富麦等8份达到免疫或近免疫水平;同时含有Yr10、Yr15、Yr24基因且表现抗病的种质有攀道拉和澳阿优1号。周麦22、百农矮抗58、新麦19、鄂麦19号、HUAYUN和MRYC等6份种质未检测到上述基因(分子标记)的存在,其抗性可能受其他基因控制。     

乌拉尔图小麦PBF基因克隆及其序列分析

醇溶蛋白盒结合因子(prolamin-box binding factor,PBF)是胚乳组织特异的基因表达调控因子,主要调控籽粒蛋白基因表达效率进而影响面粉的加工品质。本研究采用同源克隆方法从2份乌拉尔图小麦(Triticum urartu Tum.)中克隆得到2个PBF基因(Gen Bank登录号分别为MF547409和MF547410)。与已报道不同来源PBF基因比对分析发现,乌拉尔图小麦PBF存在丰富变异位点,高达45个单核苷酸多态性位点(SNPs)。其推导的PBF蛋白具有典型DOF结构特征,存在22个氨基酸变异位点,尤其第22位A→S和第23位G→A变异形成特有酪氨酸激酶Ⅱ磷酸化位点(CK2-phospho-site)。该结果表明乌拉尓图小麦PBF基因具有较高遗传多样性,也暗示了氨基酸变异位点可能对其PBF蛋白的调控功能产生影响。同时,聚类分析显示乌拉尓图小麦与普通小麦的PBF蛋白聚在1个亚组,进一步证实了二者亲缘关系较近。     

冬春温度变化对小麦温敏雄性不育系BNS的育性转换影响

BNS是一个主体受温度控制的新型小麦雄性不育系,表现为花粉发育在低温下(8℃)不育,高温下(12℃)可育。BNS不育性稳定,但年份间常有波动,一些年份自交结实率上升显著。为了弄清楚BNS育性波动的原因,连续3a观察不同播期的BNS穗分化过程,分析连续6a调查的BNS自交结实率与对应年份的冬春温度变化,结果发现,冬季和春季温度的改变显著影响BNS的自交结实率。一般规律是,暖冬年份自交结实率低,寒冬较高,暖春年份自交结实率高,寒春较低。该现象的形成主要是BNS冬季生长发育速度所致,暖冬年份BNS冬季仍保持生长,到春季时完成温度敏感期前的发育,较早进入温度敏感期,此时的春季温度较低,因此BNS不育;然而在寒冬年份,BNS停止生长,春季需生长一定时间才进入温度敏感期,进入时气温已较高,因此诱导育性转换,自交结实率增高。BNS冬季生长发育速度在穗分化观察中得到验证。该机理解释了不同年份BNS自交结实率的波动,并根据冬春温度可预测BNS的育性转换。     

354份小麦种质中抗白粉病基因Pm21和Pm13的分布研究

为了解本课题组现有种质资源中抗白粉病基因Pm21和Pm13的分布情况,本研究利用共分离分子标记SCAR1400和SCAR564,对收集于全国多个育种单位的354份小麦种质进行检测。结果表明:在检测的354份种质中,携带Pm21的有21份,分别为‘石H083-366’、‘BH50890-1-1’、‘06Y06’、‘南农02Y393’、‘09P80’、‘09P131’、‘09P283’、‘黔麦18号’、‘黔早麦15-3’、‘黔979-1’、‘黔9963-3’、‘黔9961-2’、‘YN06’、‘绵杂麦168’、‘MR168’、‘09品A6’、‘09品E6’、‘内麦836’、‘内麦9号’、‘绵阳39’和‘绵麦367’,检出率为5.9%,其中,8份来源于四川,来源于江苏和贵州的各有5份,河北、陕西和云南的材料中各有1份;仅有1份种质‘中大01’携带Pm13,来源于河南,检出率为0.28%。本研究结果可为抗白粉病基因资源的有效利用提供重要参考依据。     

小麦谷胱甘肽S-转移酶基因的克隆及原核表达

为了进一步研究小麦谷胱甘肽-S-转移酶基因(TaGST)的功能,采用RT-PCR方法分离了小麦谷胱甘肽-S-转移酶基因(TaGST)的ORF全长c DNA,并进行了生物信息学分析。结果表明:小麦TaGST基因的ORF全长690 bp,编码229个氨基酸;TaGST蛋白分子质量为25.81 k Da,p I为5.29。系统进化分析表明,该基因编码蛋白与水稻OsGST蛋白的氨基酸同源性最高,与已知植物GST家族成员的氨基酸序列聚类分析将TaGST聚为Phi类GST。构建原核表达载体p ET32-TaGST,对TaGST基因进行原核表达,SDS-PAGE结果表明,其所表达蛋白与预期蛋白大小一致。为进一步研究该基因的特性和功能奠定了理论基础。