不同基因型谷子品种(系)对干旱胁迫的响应及抗旱性评价

旨在为旱区谷子生产及抗旱育种提供理论依据。以10个谷子品种(系)为研究对象,采用管栽试验,研究了干旱胁迫对不同基因型谷子生长及产量相关性状的影响。结果表明,在干旱胁迫条件下,参试的10个谷子品种(系),叶绿素含量下降的幅度为4.90%~33.11%,株高降低的幅度为9.56%~30.93%,穗长减小的幅度为5.58%~30.90%,穗粗减小的幅度为3.42%~16.34%,单穗重降低的幅度为7.30%~45.71%,单穗粒重降低的幅度为11.83%~54.72%,出谷率降低的幅度为4.89%~16.60%。抗旱性评价结果表明,‘冀谷31’、‘沧谷5号’、‘冀谷19’等3个品种的抗旱性较好。     

植物组织培养中抗污染培养基新配方的探索

组织培养中培养基的污染问题一直是该领域的技术盲区,本实验旨在研发更高效抑制杂菌污染的植物组织培养系统。通过在MS培养基中添加不同浓度及组合的头孢霉素、利福平、青霉素等抗生素以及化学药物进行抗菌筛选,确定了以头孢霉素、百菌清、代森锰锌为主的抗菌培养基配方。之后评估甘薯(Ipomoea batatas)、烟草(Nicotiana tabacum)与拟南芥(Arabidopsis thaliana)三种组培材料在该培养基上的生长与污染情况,进而探索出一种高效培养基抗污染新方法,即药液包衣。利用含有25 mg/L头孢霉素+30 mg/L的代森锰锌与百菌清1:1混合液的培养基,并在外植体插入培养基前利用100 mg/L多菌灵药液或100 mg/L代森锰锌与百菌清1:1混合液进行浸润包衣,可显著降低组培材料被污染的风险,且对除愈伤组织以外的外植体的生长发育影响较弱。该方法的使用在对外植体伤害较小的情况下,对于已污染组培材料的挽救以及大田种质材料的实验室保存有重要借鉴意义。     

甘薯郑红22脱毒及适宜密度、肥料配比研究

以兼用型甘薯品种郑红22为材料,筛选适合郑红22茎尖再生的分化培养基,并对郑红22脱毒再生植株进行扩繁和移栽,探讨不同种植密度及肥料配比对脱毒郑红22鲜薯产量的影响,以明确适宜郑红22的高效脱毒及栽培技术。结果表明,当NAA(萘乙酸)、6-BA (6-苄氨基嘌呤)的添加量分别为0.1、3 mg/L时,郑红22茎尖分生组织的再生率最高,为54.58%。随着种植密度的增加,脱毒郑红22的鲜薯产量先增加后减少,当种植密度为48 750株/hm~2时,鲜薯产量最高,为46 906.78 kg/hm~2。当N、P_2O_5、K_2O施用量分别为75.0、75.0、180.0 kg/hm~2时,脱毒郑红22鲜薯产量最高,为47 555.02 kg/hm~2,比不施肥处理极显著提高16.09%。     

甘薯近缘野生种Ipomoea triloba L.干旱响应基因ItHAP2的克隆及表达分析

避旱性是植物重要的干旱响应机制,其重要表现就是早花。甘薯近缘野生种I.triloba(三裂叶薯)中包含大量的优良抗旱基因,本研究室前期对甘薯栽培种高系14号、I.triloba以及二者的体细胞杂种KT1三者进行了PEG干旱胁迫转录组测序,并通过Weighted Gene Co-expression Network Analysis(WGCNA)方法从测序数据中分析得到了两个和抗旱性关联度较高的干旱响应基因模块。本研究利用实时荧光定量PCR的方法对模块中的基因进行了干旱胁迫表达验证,筛选并克隆到一个与雌雄配子体融合相关的基因ItHAP2,该基因表达受到PEG胁迫的强烈诱导且在I.triloba的花中具有较高表达量。ItHAP2基因的开放阅读框为2 058 bp,基因组序列为5 688 bp,具有17个外显子和16个内含子。ItHAP2蛋白具有HAP2-GCS1特征结构域以及一个跨膜结构域,亚细胞定位于细胞膜,综合分析表明ItHAP2基因同I.triloba的避旱性早花有关。本研究进一步阐明了I.triloba具有良好抗旱性的分子基础以及I.triloba相较于甘薯栽培种在自然条件下更易开花结实的特性。     

盐胁迫对谷子幼苗生长及光合特性的影响

以豫谷17为材料,选取中性盐Na Cl、Na2SO4以及碱性盐Na HCO33种盐,分别设置0(CK)、0.2%、0.4%3种土壤盐含量梯度,研究了盐胁迫对谷子幼苗生长和光合特性的影响,以期为不同盐碱地的谷子栽培提供理论依据。结果表明:随着土壤盐含量的升高,叶片SPAD值降低,叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率下降,胞间CO2浓度先降低再升高,其中,SPAD值受Na Cl影响最大,0.2%、0.4%处理下分别比CK下降24.1%、34.0%;净光合速率受Na2SO4和Na HCO3影响较大,0.2%、0.4%处理下分别比CK下降47.8%、80.2%和38.9%、85.5%;在中性盐胁迫下,谷子幼苗叶片水分利用效率随土壤盐含量升高表现为先上升后降低,而在碱性盐胁迫下则表现为下降;谷子幼苗株高和干物质积累量在Na Cl胁迫下随盐含量增加而降低,而在Na2SO4和Na HCO3胁迫下则表现为低含量促进、高含量抑制,其中,干物质质量在土壤盐含量0.4%时受Na HCO3影响最大,较CK下降37.0%。因此,Na2SO4和Na HCO3含量较低的轻盐碱地较Na Cl含量较低的轻盐碱地更适合种植谷子,Na2SO4和Na HCO3含量较高的重盐碱地不适合种植谷子。     

谷子氮、磷、钾肥的效应研究

采用“3414”肥料效应田间试验方案,对谷子氮、磷、钾肥效应进行研究,同时对谷子产量进行肥效模型拟合,得出氮、磷、钾肥的最优推荐施肥量。结果表明：氮、磷、钾肥配合施用可以显著增加谷子的穗长、穗粗、单穗重、穗粒重和产量。氮、磷、钾肥对谷子经济性状的影响为氮>磷>钾。通过三元二次肥效模拟方程可以得出,豫谷23的最佳施肥量分别为N 165.33kg/hm ²、P₂O₅ 115.93kg/hm ²、K₂O 32.48kg/hm ²。通过一元二次肥效模拟方程可以得出,豫谷23的最佳施肥量分别为N 162.66kg/hm ²、P₂O₅ 109.30kg/hm ²、K₂O 32.68kg/hm ²。因此,豫谷23施肥时,应以氮、磷肥为主,兼施钾肥。     

基于转录组测序数据的甘薯SSR标记开发及群体聚类分析

利用转录组数据开发SSR标记,是目前较为经济高效的DNA分子标记开发方法。为了开发更多适用于甘薯的SSR标记,本研究在前期对甘薯体细胞杂种KT1及其两个亲本4个干旱胁迫处理的24个样本转录组de novo测序的基础上,对获得的105 959条Unigene中大于等于1 000 bp的FASTA序列进行搜索,共找到12 105个SSR位点。从中筛选设计了200对SSR引物在KT1及其亲本中筛选验证,最终选择了20对多态性较好的引物,对来自不同地区的94份甘薯种质资源进行了群体聚类分析。聚类分析把94份实验材料分为3个亚群,较清晰地区分了不同材料之间的遗传相似性。这些基于甘薯转录组测序开发的SSR标记为甘薯的遗传多样性分析、辅助育种和遗传图谱构建等研究的开展提供了更加丰富的候选标记。     

基于MaxEnt模型的菜豆象和蚕豆象在中国的适生区预测

为减少外来入侵物种菜豆象Acanthoscelides obtectus和蚕豆象Bruchus rufimanus对中国造成的潜在威胁,收集这2种豆象的全球地理分布数据,采用Pearson相关性分析和主成分分析分别从19个环境变量中筛选关键环境变量,采用MaxEnt模型对历史气候条件下和未来气候情景下这2种豆象在中国的适生区进行预测,并对预测结果进行分析。结果显示,经Pearson相关性分析共筛选出4个关键环境变量用于菜豆象适生性区的模型构建,分别为最暖季度平均温度、最干月份降水量、年气温变化范围及最湿季度降水量,其对MaxEnt模型的累积贡献率分别为31.6%、28.4%、26.3%和13.7%;经Pearson相关性分析共筛选出4个主要关键环境变量用于蚕豆象适生性区的模型构建,分别为最冷季度平均温度、最干月份降水量、最热月份最高温度和最湿月份降水量,其对MaxEnt模型的累积贡献率分别为48.5%、39.5%、7.8%和4.2%。MaxEnt模型重复运行10次后,菜豆象训练数据的平均AUC值为0.938,蚕豆象训练数据的平均AUC值为0.963,均显著高于随机模型的AUC值,表明基于MaxEnt模型的菜豆象和蚕豆象在中国适生区的预测结果准确。未来气候情景下,这2种豆象在中国的适生区均呈现向北扩张的趋势,需加强对这2种豆象的检疫与防治,严防发生区域进一步扩大。