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。     

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。     

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%。     

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。     

糜子抗白粉病基因(Mlo)编码蛋白的序列特征及表达分析

[目的]探究糜子抗白粉病基因(Mlo)编码蛋白的序列特征及mRNA表达特性,以期为该基因的克隆提供基础数据。[方法]利用一系列生物信息学软件分析糜子Mlo蛋白理化特性,并采用室内接种和qRT-PCR技术检测在接种白粉菌后,糜子叶片Mlo基因mRNA表达量的变化。[结果]糜子中Mlo蛋白的化学式为C1856H3105N609O756S170,原子总数为6 496个,分子量为51 497.90Da;编码609个氨基酸,含有一个保守结构域(第1～348位氨基酸之间);该蛋白为分泌蛋白,具有信号肽,异亮氨酸为其核输出信号。7种植物Mlo蛋白序列进化树和多重序列比对结果表明糜子与黄瓜的序列一致性为100%,与3种葫芦科植物(西葫芦、苦瓜和南瓜)的一致性超过80%,与陆地棉的一致性为65%,与大豆的一致性为59%。实时定量PCR检测结果表明,在接菌处理后不同时间,糜子Mlo表达水平存在显著差异。随着接种天数增加,Mlo基因相对表达量呈现先增加后降低的趋势。6、9和12d时,mRNA含量与对照组呈极显著差异,9d时表达量最高,为对照的4.33倍,15d时mRNA含量与对照组差异不明显。[结论]糜子Mlo基因可以由接种白粉菌诱导表达。     

不同氮肥处理对糜子产量及品质的影响

以晋黍9号为材料,研究了普通尿素和缓释尿素对糜子产量和品质的影响。结果表明:施氮处理的糜子蛋白质含量都显著大于对照,而淀粉含量都显著小于对照;产量以PN2(普通尿素150 kg·hm-2)最高,增产幅度为28.48%;产量与穗数和单株粒重达到极显著正相关,相关系数分别为0.81和0.62;糜子产量与籽粒蛋白质含量呈极显著正相关,相关系数为0.83,与籽粒淀粉含量呈显著负相关,相关系数为-0.44。本试验条件下,糜子产量的增加主要是通过增加穗数和单株粒重来实现的。以普通肥料N150 kg·hm-2为最适施氮量。研究表明不是所有土壤类型都适合施用缓释尿素,研究区为砂质土,保水保肥能力差,通气性好,施用普通尿素比缓释尿素效果好。     

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。     

基于近红外光谱法快速检测藜麦纤维含量

[目的]探索一种快速测定完整藜麦籽粒纤维含量的方法。[方法]采集100个藜麦样品的近红外光谱,运用近红外光谱分析技术建立数学模型并进行预测。[结果]在10 000~4 000 cm~(-1)波长范围内,运用一阶导数+矢量归一化光谱方法进行预处理,结合化学方法所得数据建立藜麦粗纤维近红外定量模型,校正和预测效果最佳,所得的粗纤维近红外定量模型的交叉验证决定系数为0.884 8,外部验证决定系数为0.876 1。[结论]以完整藜麦籽粒为样品所建立的纤维NITS模型可用于藜麦纤维含量的快速检测。     

不同肥料配比对糜子产量和品质的调控效应

为探明不同施肥方式对糜子营养品质、食味品质和产量的影响，于2019年在山西河曲进行试验，以河曲大红糜子为材料，选用不同配比的有机肥（羊粪）、生物菌肥、尿素和复合肥，研究不同施肥配比对糜子品质和产量的影响。结果表明：不同肥料配比对糜子产量和品质性状显著影响，复合肥和有机肥（F+Y）配施显著提高糜子籽粒产量（GY）、净光合速率（P_n）、钙（Ca）和铁（Fe）含量，显著减低直链淀粉含量（AC）；相关性分析发现，籽粒产量（GY）和净光合速率（P_n）呈极显著正相关，相关系数为0.82，镁（Mg）与铁（Fe）呈极显著正相关，值为0.68，直链淀粉含量（AC）与醇溶蛋白含量（Gli）、钙（Ca）达到极显著负相关，值分别为-0.66和 -0.50；主成分分析发现，糜子各性状指标分为4个主成分，分别代表糜子食味品质、营养品质、产量指标和蛋白营养品质，综合得分以复合肥和有机肥（F+Y）处理最高，并显著高于其他处理。综上所述，复合肥（187.5 kg·hm^-2）与有机肥（1.5×10 kg·hm^-2）配施是糜子获得优质高产的主要施肥方式。     

谷子产量性状与碾磨品质性状的相关分析

为研究谷子品种产量性状和碾磨品质性状的相关性,以150份谷子品种为材料,采用相关分析、通经分析及多元回归分析等方法,探讨7个产量性状（穗长、穗粗、码数、码粒数、单穗重、穗粒重和千粒重）和3个碾磨品质性状（脱壳率、出米率和整精米率）之间的关系,明确影响谷子整精米率的主要因子。结果表明,山西谷子品种产量性状和碾磨性状的变异系数为3.74%～38.57%,单穗重变异系数最大,脱壳率变异系数最小。整精米率与脱壳率（r=0.780）、出米率（r=0.796）及穗粗（r=0.218）呈极显著正相关,与穗长（r=-0.296）和单穗重（r=-0.283）呈极显著负相关,与穗粒重（r=-0.176）和码粒数（r=-0.163）呈显著负相关。逐步回归分析结果表明,穗长、穗粗、单穗重、穗粒重、脱壳率和出米率是决定整精米率的主要因子。通径分析结果表明,穗粗、出米率和脱壳率对整精米率产生了直接正向效应,穗长和单穗重对整精米率产生了直接负向效应,穗粒重主要通过单穗重对整精米率产生较大的负向效应。主成分分析结果表明,10个性状可归为5个主成分,累积贡献率达87.897%;其中,第1、第2主成分的贡献率较高（32....