不同种植环境和密度对机械化栽培高粱农艺性状及产量的影响

合理的种植密度和种植环境是提高作物产量的有效途径之一,在有机旱作农业和高粱机械化生产中具有重要意义。以高粱品种晋杂108号、汾酒粱1号、晋杂34号为试验材料,采用二因素裂区试验设计,主区为种植环境,即旱地、瘠薄地、水肥地,裂区为种植密度,设15万、18万、21万、24万、27万株/hm2共5个种植密度,研究不同密度处理、不同环境条件下高粱12个农艺性状指标和产量的变化规律,旨在通过研究不同种植密度和不同种植环境对高粱产量及产量构成因子的影响,为进一步明确机械化栽培高粱合理种植密度及最佳种植环境提供理论依据。结果表明,不同种植环境对高粱主要性状指标和产量影响明显,相比水肥地种植环境,在瘠薄地和旱地种植环境下高粱株高降低,千粒质量减少,产量下降;随着种植密度增加其产量降低,而穗柄长随密度增加而增长,其中,正常水肥地在密度为15万株/hm2条件下,晋杂108号产量达到最高(7 143.7 kg/hm2),瘠薄地处理条件下汾酒粱1号在种植密度为21万株/hm2条件下产量最高(1 177.2 kg/hm2),旱地环境在密度为15万株/hm2条件下,晋杂34号产量表现优异(799.5 kg/hm2)。说明种植环境和种植密度均会影响高粱的农艺性状和产量,在适宜的种植环境下,适当提高种植密度是提升机械化栽培高粱产量的关键。     

海南南繁育种时高粱当日授粉时间的选择

该试验在海南高粱所试验地从当日中午12:00起,分时间段以高粱不育系40A为母本和恢复系测交,收获后统计不育系结实率,以确定最佳授粉时间和最迟授粉时间。结果表明,可以通过延长当时授粉时间来提高授粉效率,并发现最佳授粉时间是12:00—12:30,最迟授粉时间在保证种子量的情况下在15:00之前为好,结实率可以保证在50%以上,如果对结实率的需求不高则可以把授粉时间延长到17:00。     

粒用高粱种质中后期抗旱性鉴定筛选与分类指标评价

【目的】高粱为世界第五大禾谷类作物,具有多种使用价值。与其他作物相比,高粱具有较强的抗旱能力,但是伴随全球干旱的加剧,干旱成为限制高粱尤其是粒用高粱生产的主要因素之一,同时,不同品种间抗旱能力差异显著。通过对粒用高粱材料进行抗旱性鉴定评价,为高粱抗旱性分子机理以及抗旱育种研究奠定基础。【方法】 以165份粒用高粱为材料,通过干旱（DS）和正常灌溉（NI）2种处理方式,在山西省和海南省两地开展抗旱试验。采用大田自然鉴定法,调查株高、穗长、茎粗、叶片持绿性、倒伏率、千粒重、籽粒大小和产量8个主要形态指标。采用综合抗旱系数（CDTC）、抗旱指数（DI）和隶属函数（D）进行聚类分析,结合3种方法对材料进行分类,并对抗旱指标进行评价。【结果】 在干旱胁迫下,粒用高粱8个形态指标均出现下降。除叶片持绿性与株高和籽粒大小不相关,抗倒伏性与穗长和籽粒大小不相关外,其余指标均存在一定程度上的相关性。根据3种综合抗旱评价方法筛选出高抗材料5份（L013、SX44B、SX18-25、SX18-87和L405）,敏感材料4份（SX18-46、SX18-82、SX18-96和SX18-73）;根据形态指标的相对值和变异系数,两地试验都显示叶片的持绿性、产量、籽粒大小和抗倒伏性,4个指标对干旱较为敏感,且存在信息交叉。主成分分析结果显示,决定第一主成分的主要是产量、株高和籽粒大小,贡献率31.841%;决定第二主成分的主要是叶片持绿性和千粒重,贡献率20.441%;决定第三主成分的主要是茎粗,贡献率13.557%;决定第四主成分的主要是抗倒伏性,贡献率11.428%;决定第五主成分的为穗长,贡献率9.461%。【结论】 粒用高粱中后期干旱胁迫对其主要形态指标均有显著影响。不同高粱材料间抗旱性差异显著,结合3种抗旱性综合评价方法,可以较为准确地评价高粱材料的抗旱性。叶片的持绿性和产量可以作为评价高粱花后抗旱性的主要形态指标。     

山西高粱品种(系)的花后抗旱性评价

以22份山西历年审定(鉴定、登记)的高粱品种及预登记的高粱品种为参试材料,通过自然干旱(DS)和正常灌溉(NI)两种处理方式,采用大田自然鉴定法,调查农艺性状、品质性状和光合性状3类主要性状指标。结合隶属函数(U)和干旱敏感指数(S)的聚类分析法及热图法对材料进行分类,对抗旱指标进行综合评价。结果表明：在干旱胁迫下,高粱品种除了穗柄伸出长平均增长5.26 cm和单宁含量平均增加0.09%,其余性状指标均出现下降;除净光合速率外,其余性状指标之间均存在一定程度的相关性。利用以上两种方法,筛选出极抗品种3份(S9、S10和S7即晋杂108、晋杂22号和晋杂101),极弱品种1份(S17即晋杂4号)。根据干旱敏感指数计算,主成分分析为9个性状,主成分累计贡献率84.662%,产量和单穗粒重是决定第一主成分的主要性状,贡献率为17.999%。干旱胁迫对高粱品种(系)花后主要性状指标均有显著影响。不同高粱材料间抗旱性差异显著,应用两种抗旱性评价方法,可以较为准确地评价参试高粱品种(系)的抗旱性。产量、单穗粒重、株高和倒二叶叶宽可以作为评价高粱花后抗旱性的主要形态指标。     

基于RNA-Seq筛选高粱低氮胁迫相关候选基因

研究低氮胁迫条件下不同高粱材料间的基因差异表达,为耐低氮型高粱品种选育和耐低氮胁迫的分子机制探究提供参考。选取2个耐低氮型高粱(BSX44和BTx378)为试验材料,设置正常和低氮胁迫2个处理,利用RNA-Seq技术对高粱苗期、抽穗期和开花期的基因表达进行分析,通过生物信息学对差异基因的生物学功能和代谢途径进行研究,筛选可能参与低氮调控的基因,了解氮高效基因型在氮素吸收利用过程中可能的分子途径。结果表明,在正常和低氮胁迫下, BTx378和BSX44在苗期分别筛选出937个和787个差异表达基因,抽穗期分别筛选出1305个和935个差异表达基因,开花期分别筛选出1402个和963个差异表达基因。对3个时期的差异表达基因进行鉴定,发现在苗期、抽穗期和开花期分别有246、371和306个基因在2个耐低氮高粱品种中共同差异表达,有28个基因在2个耐低氮品种的不同生育时期均差异表达,其中有5个基因上调表达,23个基因下调表达;对共同差异表达基因的KEGG相关代谢通路富集分析,发现主要集中在氮代谢、丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢、甘油磷脂代谢、氨基酸的生物合成等途径,表明耐低氮型高粱可能通过这些途...     

不同覆膜材料下旱地种植对高粱产量性状的影响

高粱是主要的抗旱性经济作物,陕北地区常年干旱,地膜覆盖是解决干旱地区高粱种植的主要方法之一。研究采用降解膜和渗水膜薄膜覆盖的方法以无覆盖为对照,研究3个高粱品种在旱地种植对高粱生长及产量相关性状的影响。结果显示:地膜覆盖会增加高粱株高、穗长、千粒重和产量。高粱产量:晋中0592晋中7742晋夏2842;种植方式:降解膜模式渗水膜模式无覆盖模式;经济效益:渗水膜模式降解膜模式无覆盖模式。陕北地区高粱种植应选择优良品种+矮秆高粱+降解膜种植模式。     

不同类型饲草高粱产量、农艺和品质性状间的相关性及聚类分析

通过饲草高粱新组合在山西榆次、山阴不同生态环境下的饲草高粱产量性状、农艺性状与品质性状的表现,探讨它们之间的量化关系,从而对各参试组合从产量和品质全方位进行综合评价与聚类分析。试验采用NCⅡ完全双列杂交区组设计,利用6个饲草高粱不育系(P1组)和3个饲草高粱恢复系(P2组)及其组配的18个杂种F1为材料,测量P1、P2组及F1鲜质量、干质量等18个性状,进行饲草高粱不同类型亲本的遗传变异性和相关性研究,并对其进行聚类分析。结果表明,27个饲草高粱试验组合,在山西榆次、山阴不同生态环境下产量性状以第1次刈割后干质量的变异系数最小;农艺性状中第1次刈割时茎粗的变异系数最小;品质性状中总可消化养分的变异系数最小,受遗传因素影响较大。主成分分析表明,前7个主成分的方差累积贡献率达93.00%,各性状的变异信息已被基本反映出来。聚类分析表明,27个参试组合聚为5大类。     

控制高粱分蘖与主茎株高一致性的基因定位

用分蘖与主茎株高一致的高粱品系K35-Y5与分蘖明显高于主茎的高粱恢复系1383杂交, F1自交获得F2分离群体,构建两混池,采用BSA (bulked segregation analysis)和SLAF (specific length amplified fragment sequencing)技术将高粱分蘖与主茎株高一致基因定位。遗传分析表明,分蘖与主茎株高一致性状由1对隐性核基因控制。参考已公布高粱基因组设计酶切方案,构建SLAF文库并测序。对高粱参考基因组序列进行电子酶切预测,确定限制性内切酶为Rsa I+Hae III,酶切片段长度为364～414 bp;测序Q30为91.70%, GC含量为45.79%,达到测序要求;与水稻的测序数据相比,高粱的双端比对效率为93.35%,酶切效率为90.60%, SLAF建库正常。共获得30.80 M reads,开发出133,246个SLAF标签,再通过分析SLAF标签的多态性,检测到319,428个SNP位点。利用SNP-index法和Euclideandistance法及取两者交集进行关联分析,最后得到一个关联区域,位于第9染色体上的54,788,026～56,740,873区间内,关联区域长度1.95 Mb。分析关联区域内的基因在2个亲本之间SNP,对这些SNP进行变异的注释,发现4个非同义突变的SNP。经验证,这4个SNP位点和分蘖与主茎株高一致性状相关。对应到Sobic.009G197901.1、Sobic.009G213300.1和Sobic.009G221200.1三个基因上,这些基因可能是与性状直接相关的功能基因。     

基于SSR的光敏型饲草高粱分子辅助育种体系

【目的】利用分子标记技术对光敏型饲草高粱新品种传统选育方法进行改良,构建分子辅助育种体系,从而提高品种选育效率,降低育种成本,为形成新的育种体系奠定理论基础。【方法】以光敏型（不抽穗）饲草高粱品种晋光1R去雄后为母本、非光敏型（抽穗）饲草高粱BMRC-3-2为父本进行杂交,构建F₂群体。按照光敏与非光敏性状将群体分为两类,各选30株,取叶片提取DNA,利用微卫星分子标记技术（SSR）和集团分离分析法(BSA)对晋光1R/BMRC-3-2的F₂群体进行光敏感基因定位分析,以及特异性SSR引物的设计、筛选;将筛出的特异性引物对F₁杂交种（以晋光1R为亲本选育的高代稳定恢复系作为父本与其他不育系测配得到的F₁代杂交种）进行光敏性鉴定,通过与田间表型对照,确定最终目标引物,从而构建新的光敏型饲草高粱新品种选育体系。【结果】经过SNP index分析,选取99%阈值线最高点前后约250 kb的区域作为性状相关的候选区域,区域总长度为500 kb,共400个SNP位点,对这些SNP位点注释,其中非同义突变或者stop-gain或者stop-loss的SNP位点有6个,最终确定2个候选基因与高粱光敏感性相关,这两个基因位于高粱第7染色体。利用微卫星标记技术开发引物51对,对光敏和非光敏的亲本及F₁杂交种进行毛细管电泳检测,选定1对特异性引物70.2-3,结果表明,以251 bp处出现“单峰”为判断依据,引物70.2-3对50个非光敏型F₁杂交种的鉴选准确率达到100%,所有材料均在251 bp附近出现峰值。以214和251 bp两处附近出现“双峰”为判断依据,该引物对另外50个光敏型F₁杂交种鉴选的准确率达到90%,其中F₁-69、F₁-70、F₁-71这3个材料在214和262 bp附近出现“双峰”;F₁-81仅在251 bp处有“单峰”,而F₁-86则在251和232 bp两处附近出现“双峰”。【结论】发现了控制高粱光敏性的候选基因LOC8068537和LOC8068548,位于高粱第7染色体810 000—1 310 000 bp,获得特异性引物70.2-3,可在一定程度上改良传统育种手段,用实验室验证替代田间测交观察,节省了育种成本,提高了育种效率。     

高粱育种资源耐瘠性鉴定及评价

通过对高粱育种资源进行全生育期瘠薄胁迫,探讨瘠薄胁迫对高粱主要农艺性状及产量的影响,明确不同高粱资源的耐瘠性,为高粱耐瘠材料鉴选和选育提供支持。试验在2016-2018年4月至10月进行,采用随机区组设计,设置正常和瘠薄胁迫处理,运用耐瘠系数和隶属函数相结合的方法对56份高粱材料的耐瘠性进行综合评价。结果显示,与正常处理相比,瘠薄胁迫下高粱材料生育期延长,株高变大,茎粗、穗长、穗宽、穗粒重和千粒重下降。供试高粱材料各农艺性状瘠薄与对照处理的变异系数为0.10~0.46,其中穗粒重变异最大。56份高粱材料平均隶属函数值为0.23~0.79,鉴定筛选出耐瘠材料BTx378、BSX44和A2早BTx623-5B等。