利用荧光SSR分析中国糜子遗传多样性

分析糜子种质资源的遗传多样性,有助于了解糜子起源与进化,可为糜子优异种质发掘及资源高效利用提供理论基础。本研究利用15个糜子特异性荧光SSR标记检测来源于中国11个省(区)的132份糜子种质资源,检测到107个等位变异,每个位点等位变异数为2~14个,平均7个;基因多样性指数为0.0936~0.8676,平均0.5298;多态性信息含量为0.0893~0.8538,平均0.4864。采用遗传距离的聚类将试验材料分为4类,类群I来自东北春糜子区,类群II来自黄土高原春、夏糜子区,类群III来自于北方春糜子区,类群IV来自北方春糜子区和黄土高原春、夏糜子区。分析模型的遗传结构表明,中国糜子资源来自4个(东北地区、黄土高原、北方地区和西北地区)基因库,与基于遗传距离的聚类结果基本一致,均与材料的地理起源相关。糜子遗传变异丰富,主要存在于糜子材料间。该结果从分子水平上准确揭示了中国糜子的遗传多样性。     

耐低氮糜子品种的筛选及农艺性状的综合评价

【目的】探明耐低氮糜子品种的评价方法,筛选耐低氮糜子基因型材料及鉴定指标,为耐低氮品种的选育和耐低氮生理机制的研究提供理论依据。【方法】采用大田试验,以来自国内外100份糜子品种为材料,在低氮胁迫（0纯氮）和正常施氮（150 kg·hm^-2纯氮）处理下,连续2年进行株高、茎粗、主茎节数、穗长、草重、单株穗重、单株粒重、千粒重、叶面积9个主要农艺性状和氮含量、氮素吸收共11个指标的测定,采用隶属函数法计算各指标耐低氮胁迫指数,通过主成分分析、回归分析与聚类分析评价各糜子品种的综合耐低氮能力。【结果】供试品种在不同氮水平条件下的株高、茎粗、主茎节数、穗长、草重、单株穗重、单株粒重、千粒重、叶面积、氮含量、氮素吸收均存在显著差异;低氮胁迫下,糜子的生长、生物量积累和氮素吸收受到抑制,各性状指标明显下降,变化范围幅度降低,各农艺指标降低幅度排序依次为叶面积>草重>单株粒重>单株穗重>茎粗>主茎节数>穗长>千粒重>株高,不同糜子品种籽粒的氮含量和氮素吸收均降低,降低幅度为氮素吸收>氮含量;低氮胁迫下,不同糜子品种的株高、茎粗、主茎节数、穗长、草重、单株穗重、单株粒重的变异系数大于正常施氮水平各指标的变异系数;不同氮水平下,不同糜子籽粒氮素吸收的变异系数高于氮含量的变异系数,且低氮胁迫的氮素吸收的变异系数高于正常施氮处理。对11个指标的耐低氮胁迫指数进行主成分分析,选择了5个主成分,累积方差贡献率达75.83%;株高、穗长、草重、单株穗重、单株粒重、单株叶面积、氮吸收量的耐低氮胁迫指数与耐低氮综合评价值（D）的相关性均达极显著水平,其中,单株穗重、单株粒重、氮吸收量的相关性较高,其相关系数分别为0.858、0.812和0.812;根据耐低氮综合评价D值,通过聚类分析将100份糜子品种划分为耐低氮型、中间型和不耐低氮型3种类型。【结论】单株穗重、草重、氮吸收量等指标作为糜子耐低氮能力评价的首选指标;榆糜3号、2058、榆黍1号、雁黍7号4个品种耐低氮能力最强。     

植物类病变突变体的研究进展

植物类病变是指在无外界致病因素和逆境因素的影响下,植株叶片、叶鞘等部位自发产生坏死斑的现象。这类突变与植物过敏性反应症状类似,属于程序化细胞死亡。在植物类病变突变体中,植株通常会表现出对某些植物病原物抗性增强。对植物类病变突变体的特点、遗传机制、病斑发生机制、抗病性以及类病变突变体基因的克隆及功能分析等进行整理,可为植物程序化死亡的机制研究和抗性品种的遗传改良提供理论依据。     

光周期对糜子生长发育及叶片内源激素的调控效应

【目的】明确光周期对糜子生理生态指标的影响,为糜子光周期遗传调控网络及相关基因定位奠定基础。【方法】通过盆栽试验设置4种光周期处理,选用光敏感性差异不同的3个品种（N1-光钝感-内糜1号,N2-光中间-内糜2号,N3-光敏感-宁糜14号）,调查不同处理植株的物候期,测定不同处理抽穗期内源激素含量、成熟期株高、籽粒蛋白质含量和光钝感品种抽穗后的净光合速率。【结果】长日照显著延长糜子生育期,增加株高,光敏感品种N3全生育期长日照生育期天数和株高较短日照分别增加62.07%、104.24%,光钝感品种N1为3.51%、33.35%;随着生育进程的推进,抽穗后叶片净光合速率表现出明显差异,延长光照能显著增强糜子叶片净光合速率,增加干物质积累;光周期处理下不同光敏感品种内源激素变化明显,一定浓度IAA促进抽穗,IAA与GA和ZR呈极显著正相关,相关系数分别为0.51和0.40,与ABA呈极显著负相关（-0.62）,ABA与GA和ZR呈极显著负相关,分别为-0.70和-0.39,GA与ZR呈极显著正相关（0.47）;全生育期短日照条件下不同光敏感品种籽粒蛋白质含量显著高于其他处理,全生育期短日照N1-2、N2-2、N3-2蛋白质含量较全生育期长日照N1-4、N2-4、N3-4分别高18.89%、80.50%和61.23%。光敏感品种较光钝感品种的籽粒蛋白质含量更容易受短日照影响。【结论】光周期显著影响不同光敏感性糜子生长发育及内源激素含量,长日照显著延长糜子生育期、增加植株株高和增强叶片净光合速率,但降低籽粒蛋白质含量,一定浓度IAA含量调控糜子由营养生长向生殖生长转变。     

黍和稷种质资源主要农艺性状的差异

为了进一步摸清黍种质和稷种质在主要农艺性状表现上的差异,以山西省1 192份黍、稷种质的主要农艺性状鉴定数据为基础进行了统计比较。结果表明,在质量性状上,黍种质的穗型以侧穗和密穗为主,稷种质以散穗型为主;不论是绿色花序还是紫色花序均以黍种质占有优势,尤以紫色花序种质优势最大;黍种质在生物学产量、经济产量性状上比稷种质占有优势。研究结果可为黍、稷种质资源在育种、生产和食品加工利用方面提供参考依据。     

山西谷子地方品种初选核心种质构建

为了构建山西谷子地方品种核心种质,提高资源利用效率,采用离差平方和法进行系统聚类后随机取样,构建的初选核心种质保留了原始种质11.34%的遗传资源。分析结果显示：核心种质与原始种质表型性状均值差异百分率为5.9%,极差符合率为87.4%,方差差异百分率为35.3%,变异系数变化率为102.0%;经多样性指数t检验,表明初选核心种质能够代表原始种质的遗传多样性。     

糜子叶片氮含量和籽粒蛋白质含量高光谱监测研究

【目的】本研究以叶片氮含量为切入点,探求糜子籽粒蛋白质含量的最佳光谱预测模型,为糜子优质生产的管理调控提供理论依据。【方法】结合2017年和2018年2年的氮肥运筹试验数据和光谱数据,通过“光谱特征信息—叶片氮含量—籽粒蛋白质含量”这一研究思路,以叶片氮含量为中间链接点将光谱模型和籽粒蛋白质含量链接,建立基于高光谱糜子籽粒蛋白质含量监测模型。【结果】利用支持向量机（SVM）构建的糜子全生育期叶片氮含量监测模型要优于逐步多元线性回归（SMLR）和偏最小二乘法（PLS）,并且原始光谱反射率（R）的SVM模型效果优于一阶导数（1ST）模型,建模集和验证集的R ²分别为0.928、0.924;RMSE相对较小,分别为0.19、0.12;RPD都大于2,分别为3.71、6.07。开花期、灌浆期和成熟期的叶片氮含量和籽粒蛋白质含量均达到极显著正相关,相关系数分别为0.48、0.66和0.73。灌浆期R-SVM模型能准确的监测糜子籽粒蛋白质含量,决定系数R ²为0.798,均方根误差RMSE为0.14,预测残差RPD为1.65。 【结论】建立基于灌浆期糜子籽粒蛋白质含量的高光谱R-SVM监测模型,有助于指导糜子优化田间管理、种植业结构调整和籽粒品质分级,为高光谱技术在糜子优质高产栽培和精准农业发展提供技术基础。     

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。     

基于SSR标记的山西野生大豆种质资源遗传多样性分析

分析山西野生大豆资源的遗传多样性和遗传结构有助于了解山西野生大豆起源与进化,为野生大豆优异种质挖掘及资源高效利用等提供理论基础。本研究采用52对SSR分子标记对来自于山西省9个地区32个县市的70份野生大豆资源进行了遗传多样性分析。结果表明:共扩增出450个等位基因,平均每对引物扩增出8.7个等位基因,变幅为3～19。等位基因频率为0.185 7～0.885 7,平均0.421 0;基因遗传多样性指数为0.210 2～0.871 8,平均0.710 0;多态性信息含量为0.201 9～0.858 4,平均0.679 7。将所有供试材料按地理来源分类,并进行遗传多样性分析。结果表明,中部野生大豆资源的平均等位基因数、平均基因多样性指数和平均多态信息含量最高,北部次之,南部最低。而各组的平均主要等位基因频率结果与之相反。基于遗传结构和基于遗传距离的聚类分析都可将试验材料分为3个类群,两种分类结果基本相同。第一类群主要包括山西中部部分资源,第二类群主要包括山西中部部分资源和山西北部资源,第三类群主要包括山西南部资源。聚类结果与地理来源较为一致。山西野生大豆资源遗传多样性较高。中部野生大豆资源的遗传多样性最高,北部资源次之,南部资源最低。推测山西中部和北部曾经发生过种质交流,导致中部资源遗传多样性最高,该区域可能为山西野生大豆的遗传多样性中心。     

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%。