小麦种子规模化DNA提取及检测体系的优化

以小麦种子分子检测农业行业标准(NY/T 2859-2015)为基础,开发小麦种子快速、规模化提取DNA方法,优化反应体系中各组分含量,为小麦真实性快速执法提供技术支撑。通过对SDS、CTAB、高盐低p H、快速提取和试剂盒5种方法提取的DNA质量、浓度和PCR扩增效果进行比较,发现改进的高盐低p H方法提取种子的DNA质量、浓度能够满足小麦真实性鉴定中42对SSR引物重复鉴定的需求,是利用96孔深孔板和自动化移液工作站规模化、高通量提取DNA的较优方法。进一步优化结果显示该方法在65℃温浴条件下比室温的浓度高出25%,但两种温度条件下提取的DNA质量及浓度均能够满足品种鉴定的需求;沉淀时用0.5倍提取液体积的预冷异丙醇沉淀浓度最高,用室温的异丙醇沉淀的最佳体积是提取液体积的0.6倍。对标准中42对引物的最佳引物浓度和模板浓度均进行了优化,综合所有42对引物的优化结果发现,反应体系为20μL时,引物终浓度为0.437 5μmol/L,模板终浓度为10 ng/μL时扩增效率相对较高,扩增产物稳定,能够满足多重电泳的需求。     

淹水条件下水肥处理对竹叶花椒幼苗抗氧化酶活性的影响

【目的】了解不同水肥处理竹叶花椒耐涝特性,以制定合理的水肥管理措施提高竹叶花椒耐涝性。【方法】以竹叶花椒为试验材料,采用四因素四水平正交试验设计(田间持水量:20%、40%、60%和80%,氮肥:0、75、150、300 kg N/hm~2、磷肥0、30、60、120 kg P_2O_5/hm~2,钾肥0、75、150、300 kg K_2O/hm~2),通过水肥处理盆栽90 d后测定淹水0、1、3、5 d后植株叶片抗氧化酶活性和外观表型及排水后植株恢复情况,并运用隶属函数法进行各水肥处理植株耐涝性综合评价。【结果】在淹水胁迫过程中,T12处理植株叶片受害程度最轻,耐涝性最强;T8、T9、T10、T11和T12处理排水后期可恢复正常生长,而其余处理植株均死亡。淹水胁迫期间,各水肥耦合植株叶片SOD活性呈上升趋势;POD和CAT活性呈先上升后下降趋势,最大值出现在淹水第3天;MDA含量呈逐渐增加趋势。【结论】耐涝性综合值随田间持水量(FWC)及氮、磷和钾施用量的增加呈先增加后下降趋势,估算出在63%FWC、275 kg N/hm~2、95 kg P_2O_5/hm~2和275 kg K_2O/hm~2水肥管理条件下植株可获得较高的耐涝性综合值。合理的土壤水分含量和N、P、K肥料施用量是提高竹叶花椒耐涝性的关键。     

基于SNP标记的小麦高通量身份鉴定模式

为探索小麦品种高通量SNP身份鉴定模式，利用 wheat 90K SNP芯片对380份小麦品种进行了全基因组扫描、分析和评价，从中筛选出高质量、高分辨率、单拷贝和均匀分布的候选SNP标记384个，能将除近等基因系以外的所有品种区分开；基于组合最优化算法，获得小麦品种高通量鉴定最少SNP位点组合一套，包含14个SNP标记，区分能力与384个SNP标记相同。将14个SNP位点转化成KASP标记，分析选取的95份样品，结果显示，芯片平台和KASP平台上的基因分型结果一致。考虑品种实际鉴定过程中存在样本量大、高度近似品种少等情况，权衡准确、经济、灵活、快速、通量高等检测需求，建议品种高通量身份鉴定可采取“核心位点+扩展位点”的模式进行。本研究为小麦等农作物品种SNP高通量身份鉴定技术体系的建立和指纹数据库的构建提供了有利的参考。     

北部冬麦区冬小麦区试品种(系)的稳定性和适应性分析

为客观准确地评价区域试验中北部冬麦区冬小麦新品种(系)的丰产性和稳产性,以2014-2015年度国家北部冬麦区水地组冬小麦品种(系)区域试验产量数据为资料,应用AMMI模型对小区产量的基因型、环境和基因型与环境(G×E)互作进行了研究。结果表明,稳定性最好的为农大3486、京农12-79,较好的有科遗4174、长6794、中麦93,较差的为航麦109、晋太102、众信7198;试点以天津武清、山西榆次、新疆阿拉尔、河北遵化、山西屯玉分辨力较高,河北固安、河北滦县、北京顺义、北京昌平分辨力较低。在对区域试验中品种(系)稳定性和试点的分辨力进行判定时,综合使用双标图和稳定性参数两种方法,既直观又准确。     

四川盆北地震重灾区农林复合模式的土壤培肥改土效果

【目的】了解四川盆北地震重灾区不同农林复合模式对土壤的培肥改土效应,以筛选出适宜的农林复合模式。【方法】对四川盆北地震重灾区8种农林复合模式(梨树+蕉藕(LSJO)、梨树+胡豆(LSHD)、梨树+油菜(LSYC)、梨树+红苕(LSHS)、核桃+蕉藕(HTJO)、核桃+魔芋(HTMY)、枇杷+大豆(PPDD)、枇杷+红苕(PPHS))和农地对照(CK)的土壤物理性质、养分含量和酶活性进行研究,并利用隶属函数法对各模式的土壤抗蚀性、肥力和培肥改土效应进行综合评价。【结果】8种农林复合模式与CK相比,土壤非毛管孔隙、毛管孔隙、总孔隙、通气度、自然含水量、最大持水量、毛管持水量、最小持水量和排水能力分别增加17.6%—161.8%、11.6%—32.7%、12.5%—45.2%、17.9%—79.5%、10.7%—35.4%、13.7%—48.6%、12.0%—33.1%、16.4%—58.7%和10.4%—25.3%;0.25 mm土壤团聚体(干筛)、0.25 mm水稳性团聚体(湿筛)和水稳性团聚体平均重量直径分别增加0.9%—7.2%、5.6%—18.1%和14.8%—138.7%;结构体破坏率和不稳定团粒指数分别降低24.0%—51.4%和17.1%—54.7%;0.002 mm土壤黏粒含量、结构性颗粒指数、团聚状况、团聚度和物理稳定性指数分别增加15.1%—45.2%、14.2%—28.9%、69.3%—417.3%、58.3%—256.6%和3.5%—23.9%;0.05 mm微团聚体含量、分散率、侵蚀系数和受蚀性指数分别降低5.4%—33.7%、8.4%—44.1%、18.0%—49.8%和19.1%—75.1%;有机碳、全氮和碱解氮含量分别增加7.1%—46.7%、4.3%—30.9%和18.8%—57.5%;有效磷和速效钾含量分别降低1.7%—29.7%和20.8%—53.4%;脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性分别增加17.3%—60.0%、34.7%—149.2%和21.0%—102.8%;各模式土壤抗蚀性综合值(CVSA)和培肥改土效应综合值(CVAE)均显著高于农地对照(CK),各模式除梨树+红苕和枇杷+红苕外,土壤肥力综合值(CVSF)均显著高于农地对照(CK)。梨树、核桃和枇杷林下分别以种植蕉藕、蕉藕和大豆具有较高的土壤抗蚀性综合值、土壤肥力综合值和土壤培肥改土效应综合值。土壤抗蚀性综合值与土壤肥力综合值间呈显著正相关(P0.05)。【结论】在梨树林下种植蕉藕、胡豆和油菜,在核桃林下种植蕉藕和魔芋及在枇杷林下种植大豆具有显著的培肥改土效应,对于提高四川盆北地震重灾区土壤抗蚀性和土壤肥力具有重要作用;土壤抗蚀性的提高与土壤肥力的增加具有协同效应。     

小麦PHO基因家族全基因组鉴定及表达分析

PHO基因家族主要参与磷酸盐的转运，在植物生长发育中起重要作用。为研究小麦PHO基因家族成员的潜在功能，本研究从小麦全基因组中鉴定PHO基因家族成员，并利用生物信息学手段对其基因结构特征、蛋白结构域、系统进化、顺式作用元件及表达特性进行分析。结果在小麦全基因组中共鉴定到12个PHO基因家族成员，所有成员均含有SPX和EXS结构域。系统进化、保守结构域和基因结构分析发现，小麦PHO蛋白与拟南芥PHO1-H1蛋白以及水稻PHO1蛋白亲缘关系较近；除TaPHO7、TaPHO10、TaPHO11和TaPHO12蛋白缺少部分基序外，其余小麦PHO蛋白均具有完整基序，且同一亚组内的成员具有相似的蛋白保守结构域和基因结构，说明PHO亚家族成员间高度保守。顺式作用元件分析发现，小麦PHO基因启动子区域含有与磷调控相关的激素诱导、光响应、低温响应等元件。基于RNA＿seq数据的组织特异性分析发现，大部分PHO基因在根中的表达量较高。qRT-PCR分析发现，低磷胁迫处理下磷高效小麦品种小偃54地下部分(根) TaPHO7和 TaPHO8基因的表达量显著高于对照。     

小麦糖转运蛋白基因TaSWEET6的克隆与表达分析

植物SWEET基因家族是一类糖转运蛋白,参与生殖发育、衰老、逆境响应等多个生理过程。为研究小麦SWEET基因对逆境胁迫的响应及其在花药发育过程中的功能,采用同源克隆的方法从普通六倍体小麦中克隆出TaSWEET6基因(GenBank登录号为KU936097)后对其进行染色体定位、同源蛋白序列比对和系统进化树分析,同时分析TaSWEET6基因于普通六倍体小麦在正常生长情况下及非生物胁迫条件下不同组织器官中和光温敏雄性不育小麦BS366在不同发育时期的花药中的表达模式。序列分析结果表明,TaSWEET6基因包含1个732bp的完整开放阅读框,编码243个氨基酸。跨膜结构分析得知,TaSWEET6蛋白包含2个Mtn3_slv跨膜结构域和1个起连接作用的跨膜-螺旋。系统进化树分析表明,TaSWEET6蛋白与大麦处于同一分支,其亲缘关系最近。中国春缺四体定位表明,TaSWEET6基因位于7D染色体上。表达分析表明,TaSWEET6基因在小麦根、茎、叶、种子、小花(除去雄蕊)、各时期雄蕊中均有表达,小孢子时期雄蕊表达量最高;在低温、干旱、NaCl和ABA胁迫处理下,TaSWEET6基因表达均有上调;光温敏雄性不育系BS366在不育环境(低温短日照)下,TaSWEET6基因在雄蕊发育关键时期(二分体时期)高度表达。说明小麦TaSWET6基因可能参与了多种逆境应答反应,并在小麦雄蕊发育过程中发挥着重要作用。     

利用SSR标记区别小麦品种种子混杂和SSR位点不纯的研究

在用SSR标记检测小麦种子纯度时,种子混杂和SSR位点不纯都会造成株间SSR带型的差异,本文提出了SSR位点不纯的概念,并分析了存在这一现象的原因,指出这一现象普遍存在于小麦品种中。为此在检测小麦种子纯度时,需要注意区别种子混杂和SSR位点不纯,以免将SSR位点不纯造成的株间带型差异误认为是种子混杂,其原则是:(1)必须进行多个SSR位点的检测;(2)某单株的多个SSR位点的带型与被检测品种不同,可确认为混杂植株;(3)剔除混杂植株后,某单株的个别SSR位点的带型与被检测品种不同,将被认为是SSR位点不纯所致。     

一对等位基因互作控制的核雄性不育性

通过遗传工程能够产生由两个基因共同作用而形成的雄性不育。一个可以是能够导致雄性不育的基因,另一个可以是该雄性不育基因的活化基因,它们共同存在的时候表现雄性不育。利用位点特异性重组和转基因技术能够将这两个基因安排在植物同源染色体的相同位置上表达,成为等位基因,而获得分别只具有其中一个基因的两转基因系。它们之间杂交,F1中两个基因同时存在,F1产生雄性不育而成为不育系。常规品系与此F1不育系杂交,在杂种植株中,这两个基因不能同时存在,所有植株育性恢复。利用光温敏核不育性,化学杀雄和人工去雄可解决此不育系繁殖问题。该雄性不育性利用方式优越,育种简便易行,能够满足对最佳组合选育的要求,且能够定向培育目标杂交组合。     

长穗偃麦草EeSnRK2.6基因克隆及生物信息学分析

蔗糖非发酵相关蛋白激酶家族2(SnRK2)基因家族受各种逆境胁迫诱导表达,在提高植物的抗逆性中发挥着至关重要的作用。为继续深入挖掘有效的抗逆相关基因资源并为转基因小麦提供重要候选基因,基于同源克隆方法从抗旱、耐盐性极强的长穗偃麦草中克隆了EeSnRK2.6基因的cDNA序列,该基因全长1 096bp,编码364个氨基酸,推测分子量为41.73kD,等电点为5.98,是亲水性氨基酸,共有18处磷酸化位点和1处跨膜域。氨基酸序列同源性分析发现,长穗偃麦草EeSnRK2.6基因与其他目前已报道的抗逆效果显著的SnRK2家族基因有较高同源性,同大豆SnRK2.6基因同源性达到95%,且具有典型的丝氨酸/苏氨酸类蛋白激酶保守域。系统进化树分析表明,EeSnRK2.6与SbSnRK2.6属于同一进化分枝上。因此,推测该基因属于SnRK2基因家族成员,可能在参与逆境胁迫反应、增强植物的抗逆性中起着重要作用。