EMS诱变玉米自交系郑58后代变异分析及应用评价

种子是农业的“芯片”,是保障粮食安全的根本,农业种质资源又被称为“种业芯片”。因此,引进、创制和丰富种质资源是攻克“卡脖子”技术的关键,通过人工诱变是种质资源创新的一个重要途径。利用0.67 mg/L EMS诱变玉米自交系郑58花粉,构建1 650个株系的玉米突变体库,从M₂和M₃后代筛选到包括生育期、株型、叶型、穗型、粒型、叶色、轴色、育性等多个农艺性状突变体,表型变异率约为9.6%。结果表明,具有育种应用潜能的代表性材料有Z330、Z641和Z1433等,可供用于选育矮秆、低穗位、耐密植、抗倒伏型新品种;Z636、Z848和Z930等新种质材料可用于测配或改良玉米穗型、粒型、轴色、粒色及品质性状。     

辐射诱变技术在农业育种中的应用与探析

辐射诱变育种是在人工控制的条件下,利用中子、质子或者射线等物理辐射诱变因素对种子进行辐照,诱发其染色体的数量、结构和行为变异,从而得到可供利用的突变体,并在此基础上进一步培育出新的种质资源的一种新兴的育种技术。本文以水稻、小麦、大豆、花卉和林木等材料所做的辐照试验为依托,综述了国内外在辐射诱变育种方面所取得的成就,分析了该技术的作用机理、特点、优势、适用范围及其发展历程,并对其发展方向和应用前景做出了展望。其主旨在于提高人们对辐射诱变育种技术在农业生产中应用的价值、意义及其前景的认识,并为该技术的进一步发展和应用提供参考与借鉴,以期促进现代化物理农业工程的发展和应用,提高人民的生活水平与质量。     

葡萄炭疽病菌T-DNA插入突变体的表型及致病性变异分析

胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)引起的葡萄炭疽病是葡萄生产中的一种重要病害。本研究对从2100个T-DNA插入突变体库中挑选的11株PDA培养特征变异较大的突变体进行表型和致病性分析,旨在为葡萄炭疽病菌产孢与致病基因网络调控研究奠定基础。结果表明：突变体M112、M247、M1288、M1325、M1386和M1430不能产生分生孢子,其余的5株突变体产孢量降低;突变体M247、M1288和M1325丧失了致病性;突变体M112、C1094、M1386和M2013突变体致病力增强。此外,突变体C1094孢子萌发率明显降低,其余4株产孢突变体的孢子萌发率与野生型菌株WS15无明显差异。     

耐高糖酵母的筛选及其在黄酒中的应用研究

从蜂蜜、葡萄、面包3种原料中提取天然酵母进行梯度驯化,再通过紫外诱变育种,筛选出具有耐高糖性质的酵母并对其相关特性进行研究,将筛选出的菌株应用于黄酒酿造过程。结果表明,筛选出的酵母可耐受的糖度、pH值、酒精度分别为40%,1.5和10%Vol,将其应用于黄酒发酵中,经过7 d发酵后,菌株降糖能力较传统菌株提高了20 g/L,酒精度提高了0.4%Vol,糖类物质转化率达到11%。采用自然驯化和紫外诱变育种相结合,得到适用于黄酒酿造生产的耐高糖酵母菌株。     

木霉耐盐突变菌株的紫外诱变选育

为了获得高效耐盐木霉突变菌株,以盐碱土中分离的一株深绿木霉T-YM作为原始菌株进行紫外诱变处理,并筛选了突变菌株的最佳诱变条件,利用NaCl溶液模拟盐胁迫条件测定了突变菌株耐盐指标生长速率、产孢量和菌丝生长量。结果表明,与对照(野生型菌株)相比,当诱变时间为3 min时能够显著提高深绿木霉T-YM突变菌株菌落生长速度和产孢量,分别增加17.69%和28.82%;诱变时间为0.5 min和5 min时能够显著提高突变菌株菌丝生长量,分别增加42.22%和46.67%。利用10 mg·mL^-1 NaCl溶液模拟盐胁迫条件时,与对照相比突变菌株菌落生长速度、产孢量和菌丝干重整体高于野生型菌株,尤其当诱变时间为3 min时,不同浓度盐胁迫下其产孢量平均增加51.18%,诱变时间为0.5 min时其菌丝干重平均增加23.65%;NaCl胁迫(10 mg·mL^-1)下,诱变处理0.5 min获得的正突变菌株经传代接种培养后其耐盐性较为稳定。因此,紫外诱变可作为一种选育高效耐盐木霉突变菌株的有效方法。     

油菜黑胫病菌T-DNA插入诱变因素优化及突变体筛选

油菜黑胫病是由Leptosphaeria biglobosa引起的一种真菌病害。这种病害在我国油菜产区广泛发生,并造成一定的经济损失。为通过获取突变体来研究L. biglobosa的生态适应性机制及致病机制,本文优化了影响农杆菌介导转化（ATMT）油菜黑胫病菌L. biglobosa菌株Lb731的因素,评估转化子质量,并筛选相关突变体。结果明确了农杆菌介导转化菌株Lb731的最佳因素：潮霉素B浓度为50 μg/mL,转化受体（分生孢子）培养时间为15 d (20℃),浓度为2 × 10^7~8孢子/mL,农杆菌-受体共培养温度为25℃,共培养时间为72 h。在最适条件下的转化效率达到80个转化子/百万分生孢子。T-DNA插入基因组的频率为100%,单拷贝插入频率为72.7%,转化子抗潮霉素性状能稳定遗传。从2136个转化子中获得了11个菌丝生长减缓突变体,7个色素产生缺陷突变体和14个分生孢子产生缺陷突变体,并从这些突变体中鉴定出7个致病力丧失突变体。采用hiTAIL-PCR技术,从3个突变体中获得了T-DNA插入位点侧翼序列。上述结果为深入研究L. biglobosa的生态适应性机制及致病机制提供了材料和线索。     

花生EMS诱变体系的探索及突变体鉴定

突变体创制对花生遗传改良和功能基因组学研究具有重要意义。为获得最佳诱变效果,本研究对不同基因型花生品种的EMS诱变条件进行摸索,发现花育22号、花育71、花育9301、狮头企和伏花生的最适诱变浓度分别为0.4%、0.5%、0.3%、0.5%和0.3%。通过对最适EMS浓度诱变处理下苗期芽长、株高、根长及根数目分析,发现5个品种虽然都能正常成苗,但均受到较严重的损伤。在预实验基础上,用浓度为0.4%的EMS溶液处理了大约5000粒花育22号种子,M1及M2世代性状调查显示突变群体表型丰富,出现株高、株型、荚果、籽仁、分枝数、叶形等表型变异株系,表型变异率为12.9%。本研究为花生遗传改良和功能基因组学研究提供了丰富的种质材料。     

浙鲜9号的航天选育与特征特性分析

为探究航天诱变对大豆主要农艺性状的影响,本研究比较了航天诱变选育新品种浙鲜9号与其亲本台湾75在生育期、产量、品质、抗病性等方面的差异。结果表明,浙鲜9号播种至采收生育期比亲本短2 d,株高矮7 cm,鲜百荚重高6.1 g,鲜百粒重低2.2 g,青荚色比亲本淡,两年区域试验平均鲜荚产量较亲本显著增加9.4%。浙鲜9号不仅保留了亲本口感甜糯的优良品质,而且对大豆花叶病毒病的抗性有大幅度提高。利用60对核心SSR引物对二者进行分析,在Satt184、Satt197、Sat_-213等10个标记间发现多态性位点,引物多态性率为16.7%,Sat_-213为大豆花叶病毒病抗性基因Rsc15相关分子标记,这从分子水平证实了浙鲜9号抗性的改良。采用100个SNP标记对二者进行分析,有5个SNP标记在二者之间存在差异。浙鲜9号与亲本主要特征特性和DNA分子标记的对比研究均充分证明了航天诱变育种的有效性和可靠性。     

蝴蝶兰类圆球茎的化学诱变试验

用不同浓度的甲基磺酸乙酯(EMS)和叠氮化钠(NaN3)对蝴蝶兰类圆球茎(PLB)作不同时间处理。结果显示:EMS和NaN3均可使部分PLB白化或褐化并逐渐致死。0.4%EMS接近PLB半致死剂量。PLB切片观察发现:用EMS和NaN3处理均可使细胞体积增大,细胞形状改变,细胞质浓缩。较高浓度NaN3处理的PLB细胞中出现晶体物质、双核、畸形核和核仁丢失等现象。较高浓度EMS处理的PLB细胞中出现微核、畸形核、多核、核破裂和核仁丢失等现象。同浓度的同种诱变剂随处理时间的增加材料的变异程度有增大趋势,但不很显著。EMS比NaN3的诱变处理效果好。0.5%EMS可作为创造蝴蝶兰PLB突变体的参考浓度。     

一个CRISPR/Cas9-VQR基因编辑系统的构建

CRISPR/Cas9系统是一种广泛应用于细菌、酵母、动物和植物中的基因组定点编辑技术,但该编辑系统的使用范围受PAM (proto-spacer-motif)位点NGG的限制。本研究通过突变Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9)编码氨基酸(1135位的天冬氨酸D突变成缬氨酸V, 1335位的精氨酸R突变为谷胱氨酸Q, 1337位的苏氨酸T突变为精氨酸R,命名该突变子为Cas9-VQR)改造其识别PAM为NGA的位点以扩大其使用范围。并使用玉米Ubi启动子启动Cas9-VQR基因、优化SpCas9的密码子、加入保守的核定位信号序列、增加单子叶植物中保守的3′UTR序列和使用水稻U6启动子启动gRNA来修饰该编辑系统。结果表明Cas9-VQR系统能够识别PAM为NGA的位点,并进行有效的切割。体外酶切活性检测结果表明Cas9-VQR的切割效率为5%～70%。水稻转化检测结果表明Cas9-VQR的切割效率约为27.5%～70.5%,平均切割效率为46.23%。本研究拓宽了CRISPR/Cas9系统在作物中的使用范围,特别是NGA PAM位点较高的作物。