小麦黄绿近等基因系主要生理特性及叶绿体形态结构的比较

探索小麦(Triticum aestivum)叶绿素合成及叶绿体形成发育的遗传和生理机制对小麦高光效育种具有重要意义.为研究叶色变异形成的生理机制及其对叶绿体形成发育的影响,本研究以新创制的3个黄绿小麦近等基因系(near-isogenic lines,NILs)(黄化系1-20YY、黄绿系1-20YG和绿色系1-20GG)为材料,研究不同发育时期的叶片可溶性物质含量和抗氧化酶系统活力等性状,并对其叶绿体形态结构进行了比较分析.结果表明,叶色黄化对叶片可溶性糖含量和可溶性蛋白质含量的影响远大于其对游离脯氨酸含量的影响,除苗期黄化系1-20YY的可溶性糖含量和可溶性蛋白质含量显著低于黄绿系1-20YG和绿色系1-20GG(P＜0.05),各发育期黄绿系1-20YG的可溶性糖含量和可溶性蛋白质含量与绿色系1-20GG的差异不显著.同时,叶色黄化对叶片抗氧化酶系统的活性有一定的影响,其中对过氧化物酶(peroxidase,POD)活性的影响大于其对超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和过氧化氢酶(hydrogen peroxidase,CAT)活性的影响.从3个NILs的叶绿体形态结构比较分析结果可以看出,黄化系1-20YY叶绿体多呈不规则状且分布趋向叶肉细胞中央,其基质类囊体和基粒类囊体不发达且联结不紧密,与绿色系1-20GG叶绿体形态结构差异明显;而黄绿系1-20YG叶绿体形态与绿色系1-20GG有差异,多呈近球形,但其超微结构与1-20GG系基本一致,基质类囊体和基粒类囊体较发达且联结较为紧密.研究结果为进一步探讨叶色黄化的生物学机制提供了基础资料.     

黄化小麦近等基因系遗传背景、光合和农艺性状分析

为了解新创制的黄化小麦近等基因系(黄化系1-20YY、黄绿系1-20YG和绿色系1-20GG)的遗传背景、光合及农艺性状特点,利用分布于小麦基因组上的168个SSR分子标记和种子醇溶蛋白A-PAGE技术对其进行遗传鉴定,同时对旗叶光合性能及主要农艺性状进行分析。结果表明,返青后3个近等基因系间叶色差异显著,但其遗传背景高度一致;选用的168个SSR引物中仅在一个位于2BS上的cfd238位点检测到多态性,其余引物检测结果均为单态;3个近等基因系间在种子醇溶蛋白组成上完全相同。近等基因系间旗叶光合色素含量差异显著,其中黄化系1-20YY为叶绿素严重缺乏突变体,光合性能最差,不能完成整个生育期而提早死亡;黄绿系1-20YG也属叶绿素缺乏突变体,虽然其光合性能受影响较小,生长发育正常,但单株生产能力较绿色系1-20GG显著下降。     

TAPHS1基因序列多态性与小麦生殖发育稳定性的相关分析

TAPHS1基因是MFT-like基因,可调控小麦成熟期的籽粒休眠(影响穗发芽抗性)且与开花的发育控制相关,位于小麦3A染色体短臂上。为探究该基因序列多态性与小麦生殖发育稳定性的关系,设计PCR引物扩增TAPHS1基因的2个高频变异区,获得86个品种相应基因区段的DNA序列信息;以不同播期之间抽穗期相差时间为指标调查评价各品种的生殖发育稳定性。结果表明:在TAPHS1基因的高频变异区存在5种多态性,将其命名为A类、B类、C类、D类、E类;A类、B类、C类属非编码区多态性,D类及E类同时涉及编码区和非编码区多态性;D类及E类序列多态性与生殖发育稳定性相关,并根据D类序列信息开发了分子标记。     

利用CIMMYT资源创制小麦抗病及农艺新种质的研究

为利用CIMMYT资源创制小麦抗病、农艺性状优良的新材料,以CIMMYT新培育的RL6077与西农979、周麦27等骨干品种进行冬春性杂交和(或)回交,构建RIL群体和有限回交群体;以CIMMYT材料Wheatear与豫农982进行冬春性杂交构建F2:7RIL群体。应用特异性分子标记对这些群体材料进行分子检测,同时进行田间抗病性鉴定和农艺性状选择。结果表明,RL6077后代群体的众多性状都介于两个亲本之间,很好地遗传了双亲的农艺特征;其RIL群体中更易检测到抗病基因,回交群体后代更易选出农艺性状优良的品系,可根据育种目标选用合适的群体;本研究选育出冬性、农艺性状优良且具有抗病基因(抗Ug99)的储备性新品系6份。Wheatear/豫农982的F2:7RIL群体中,1BL/1RS易位系的千粒重和叶宽显著高于非易位系;7DL·7Ag易位对穗下节长和穗粒数具有正向作用;双易位系则综合了上述特性;经田间抗病性鉴定,易位系具有良好的综合抗病性;从此群体中选育出冬性、双易位且农艺性状优良的新品系4份。