大白菜-结球甘蓝2号单体异附加系的FLOWERING LOCUS C(FLC)基因鉴定

开花时间是芸薹属蔬菜的重要性状,FLOWERING LOCUS C(FLC)是影响植物开花的关键基因。本研究利用FLCs基因外显子4的多态性区段设计正向引物,外显子7的保守区设计反向引物,建立了能够区分大白菜(Brassica rapa ssp.pekinensis,AA)BrFLC1、BrFLC2、BrFLC3和BrFLC5,与结球甘蓝(B.oleracea var.capitata,CC)BoFLC1、BoFLC2、BoFLC3和BoFLC5,共计8个基因的4对特异引物。利用该特异引物对添加结球甘蓝2号染色体的大白菜单体异附加系的FLCs基因进行鉴定,结果表明,该单体异附加系除具有大白菜的4个BrFLCs基因,同时添加了结球甘蓝的BoFLC3基因。实现了大白菜染色体组背景下结球甘蓝FLCs基因的跟踪鉴定,同时为大白菜遗传背景下添加结球甘蓝BoFLC3基因易位系的获得提供了特色材料。     

大白菜与结球甘蓝种间异源多倍体的鉴定

利用异源多倍体作为桥梁材料是克服远缘杂交障碍,创制新种质和进行品种改良的一种重要途径.本研究对已获得的大白菜(Brassica campestrisL.ssp.pekinensis (Lour.) Olsson)与结球甘蓝(Brassica oleracea var.capitata L.)种间异源四倍体和异源三倍体,利用形态学、解剖学、分子标记及细胞学等方法进行比较鉴定.研究表明,多倍体在植株形态、花器官和气孔大小等方面均表现出巨大性和超亲优势,其中四倍体比三倍体表现普遍更明显.多倍体的气孔密度显著的低于双亲.多倍体花粉生活力比双亲降低,四倍体花粉活力为81.56％,三倍体的花粉活力仅有18.78％.多倍体自交结实性明显低于双亲,四倍体自交结实率仅为0.28％;四倍体作为母本与大白菜杂交结籽率比其反交要高,是反交的2.11倍,以三倍体为母本或父本时与大白菜杂交,结实均非常低,且三倍体自交未获得种子.相关序列扩增多态性(SRAP)标记结果表明,多倍体中包含了双亲的遗传信息,但分f标记并不能区分四倍体与三倍体.细胞学观察显示,四倍体的染色体数目为2n=4x=38,三倍体的染色体数目为2n=3x=29.大白菜-结球甘蓝异源多倍体的鉴定为进一步大白菜品种改良和新种质的创制提供了基础资料.     

大白菜-结球甘蓝易位系AT4系列抽薹相关基因表达差异的cDNA-AFLP分析

抽薹开花时间是大白菜(Brassica rapa ssp.pekinensis)的重要性状,未熟抽薹直接影响大白菜的产量和品质.本研究以添加结球甘蓝(Brassica oleracea var.capitata)4号染色体片段的大白菜-结球甘蓝易位系AT4系列为材料,结合抽薹性鉴定,获得了45株耐抽薹和15株易抽薹植株;利用cDNA-扩增片段长度多态性(cDNA-amplified fragment length polymorphism,cDNA-AFLP)技术,对不同春化处理的耐抽薹和易抽薹植株叶片差异表达片段进行分离,获得了126条与抽薹性相关的差异表达条带,这些差异包括条带的有无和表达量的差异;通过差异条带回收、克隆和测序,获得了74条差异表达序列.同源性比对结果表明,61条差异表达序列具有同源序列,其中41条差异表达序列功能预测涉及代谢、能量、细胞物质运输、信号转导、表达调控、DNA修饰、细胞周期等,20条差异表达序列功能未知;13条在NCBI中找不到同源序列,可能是一些新基因.本研究获得了耐抽薹大白菜-结球甘蓝易位系,为耐抽薹大白菜新品种的培育提供新材料;同时获得了耐抽薹和易抽薹材料间的差异表达序列,为获得影响大白菜抽薹性的关键基因,揭示大白菜抽薹开花机制提供支撑.     

含抗白粉病新基因普通小麦-黑麦1R二体异附加系的遗传学鉴定

黑麦（Secale cereale）含有丰富的优良基因,在小麦遗传改良中具有重要利用价值。为了鉴定普通小麦（Triticum aestivum）与奥地利黑麦杂交后代选育的抗白粉病品系N9436-1的黑麦遗传物质,对其进行了细胞学、基因组原位杂交、Giemsa-C分带、SCAR（sequence characterized amplified region）标记以及酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)分析。结果表明,N9436-1形态学和细胞学稳定,2n=44=22Ⅱ,对白粉病免疫,携带奥地利黑麦的多小穗性状。以奥地利黑麦总基因组DNA为探针的原位杂交结果及Giemsa C-分带显示,N9436-1含有2条奥地利黑麦的1R染色体, SCAR标记鉴定及A-PAGE分析进一步证实N9436-1携带有黑麦遗传物质,表明N9436-1携带的抗白粉病基因不同于Pm8和Pm17,是新的抗白粉病基因,可作为白粉病抗源用于小麦抗病育种。     

利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱导小麦-华山新麦草染色体易位的研究

小麦(Triticum aestivum)种质24-3-1是通过染色体工程手段获得的一个高抗条锈病的小麦-华山新麦草二体异附加系。为了提高其遗传稳定性,促进华山新麦草(Psathyrostachys huashanica)优异基因的有效利用,对24-3-1进行甲基磺酸乙酯(ethylmethylsulfone,EMS)化学处理来诱导易位系。本研究利用细胞学和基因组原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH)对其M2进行鉴定和易位系的筛选,并分析了不同EMS浓度对小麦-华山新麦草染色体易位的诱导效应。结果显示,在930个M2单株中共检测出了61个含有小麦-华山新麦草易位染色体的植株,易位频率为6.56%。其中7个单株检测出含有1条易位染色体,5个单株检测出含有1条易位染色体+1条华山新麦草染色体,20个单株检测出含有2条易位染色体,3个单株检测出含有3条易位染色体,26个单株检测出含有4条易位染色体。根尖细胞学观察和基因组原位杂交证明,含有2条易位染色体的单株为小麦-华山新麦草易位系;含有4条易位染色体的单株为小麦-华山新麦草易位-易位附加系。1.0%EMS为诱导小麦-华山新麦草染色体易位的最适浓度。本研究不仅为小麦特殊遗传材料的建立提供了重要的基因资源,同时也为小麦育种提供了新的种质。     

大白菜-结球甘蓝AT4系列易位系抽薹相关基因的表达分析

未熟抽薹会对大白菜(Brassica rapa ssp.pekinensis)生产造成重大损失.为研究大白菜抽薹开花相关基因,本研究对添加结球甘蓝(B.oleracea var.capitata)4号染色体片段的大白菜耐抽薹和易抽薹易位系间存在差异的cDNA-扩增片段长度多态性(cDNA-amplified fragment length polymorphism,cDNA-AFLP)条带进行回收测序,其差异条带的同源性比对和功能性分析结果表明,差异基因可分为3种:转录翻译类、信号传导类和膜运输类.其功能预测涉及细胞物质运输、信号转导、物质能量代谢、胁迫应答、基因表达调控、细胞周期等.对其中8条序列进行qRT-PCR检测结果表明,在春化处理过程中P65M58-11、P65M58-12和P75M47-9在极晚抽薹材料中表达量峰值极显著高于极早抽薹材料,P65M58-11和P65M58-12条带的表达量峰值出现在春化处理14d时.而P75M47-9在极晚抽薹材料中表达量峰值出现在春化处理7d,在极早抽薹材料中从春化处理开始就呈现出下调趋势;P77M58-9、P77M58-12、P63M49-8-1和P63M61-4-2在极晚抽薹材料中表达量峰值极显著低于极早抽薹材料,P63M49-8-1在极早抽薹材料中表达量的峰值出现在春化处理7d,而在极晚抽薹材料中从春化处理7d后表达量逐渐上调.P77M58-9、P77M58-12和P63M61-4-2表达量峰值出现在春化处理14d时;另外P63M49-1-2条带在极晚抽薹和极早抽薹两种材料中表达量差异无明显规律,在极早抽薹材料中表达量峰值出现在春化处理7d时,而在极晚抽薹材料中峰值出现在春化处理21d时.本研究获得了在6个易位系、2个自交系、2个商品种的耐抽薹和易抽薹材料间表达量及表达模式存在差异的8个基因,为深入挖掘大白菜抽薹开花相关基因、开展基因功能验证以及获得耐抽薹大白菜材料提供基础资料.     

普通小麦背景中长穗偃麦草高分子量麦谷蛋白基因的表达、染色体定位与分子标记

摘要：以普通小麦（Triticum aestivum）中国春、长穗偃麦草?穴Thinopyrum elongatum ?雪及其双二倍体、二体异附加系、二体异代换系为材料，采用SDS-PAGE分析了种子高分子量麦谷蛋白亚基。长穗偃麦草高分子量麦谷蛋白基因在中国春背景中编码一条高分子量麦谷蛋白亚基，其迁移率与中国春1By8亚基相同，命名为1E8亚基，控制该亚基的基因位点Glu-E1位于长穗偃麦草E组染色体第一同源群的长臂上。用高分子量麦谷蛋白y亚基基因重复区域的特异引物进行扩增，长穗偃麦草1E8亚基编码基因（Glu-E1）扩增出1 300 bp的片段，而中国春1By8亚基编码基因（Glu-B1y）扩增出1 950 bp的片段。     

CryIA(c)转基因结球甘蓝的抗虫性研究

以结球甘蓝（Brassica oleracea var．capitata）下胚轴为外植体，通过根癌农杆菌（Agrobacterium tumefaciecin）介导法将苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis，Bt）杀虫蛋白基因CryIA（c）导入结球甘蓝栽培品种中，共获得56株卡那霉素抗性植株。分别以CryIA（c）和NPTⅡ基因引物进行PCR扩增，结果43株均扩增出了预期的目的带。以CryIA（c）基因为探针，进行Southern blot分析，证明外源基因已经整合到甘蓝基因组中，且多数转基因植株只含有单拷贝的外源基因。离体叶片抗虫实验表明，转基因植株幼虫校正死亡率为40％，平均单虫重达到极显著水平，叶片损害程度差异明显，转基因植株抗性较对照显著提高。通过卡那霉素涂抹叶片和PCR扩增两种方法鉴定，表明外源基因在转基因甘蓝自交后代呈孟德尔单基因遗传。     

利用花生RIL群体进行芽期耐寒性遗传特性分析

花生是我国分布极广的重要油料和经济作物,低温寒害是高纬度高海拔产区严重限制其生产发展的关键逆境因素,其中发芽期的危害最为普遍和严重。为深入研究花生芽期耐寒性遗传特性,本研究以耐寒性强的品种和耐寒性弱的品种杂交［HY44×DF12（HD-RIL）和YZ9102×XZ68-4（YX-RIL）］构建了两个重组自交系（RIL）群体,利用主基因+多基因混合遗传模型对2个RIL群体低温胁迫后的相对发芽率进行遗传特性分析。结果表明,2个RIL群体的耐寒性在2020年海南乐东（E1）环境中均表现为由3对加性上位性主基因+加性多基因控制,HD-RIL和YX-RIL的主基因遗传率分别为86.72%、91.46%,在2021年山西汾阳（E2）环境中均表现为由2对显性上位主基因+加性多基因控制,主基因遗传率分别为74.35%、79.56%;HD-RIL群体在2021年海南南滨（E3）环境中与YX-RIL群体在2020年山西汾阳（E4）环境中耐寒性均表现为由2对累加作用的主基因+加性多基因控制,主基因遗传率分别为64.20%、59.05%。本研究结果为深入开展花生芽期耐寒性分子机制研究、提高耐寒性分子育种效率提供了重要的理论基础。     

菜心BrAGL24基因mRNA在嫁接体中的长距离运输分析

为研究结球甘蓝/菜心嫁接体中开花调控基因的mRNA是否从砧木向接穗进行了运输,本试验以参与开花调控的菜心AGL24基因为研究对象,构建结球甘蓝菜心异源嫁接体,并从接穗结球甘蓝中鉴定菜心AGL24的序列。结果表明,利用结球甘蓝和菜心的转录组测序数据,拼接获得了结球甘蓝和菜心的AGL24基因序列(BoAGL24和BrAGL24)。利用菜心BrAGL24基因中的种间差异序列(C1~C7),在异源嫁接(结球甘蓝/菜心嫁接)的接穗结球甘蓝茎尖的转录组测序文库(T2)中筛选得到2条来自砧木菜心BrAGL24的reads。利用结球甘蓝BoAGL24的种间差异序列(G1~G7),分析结球甘蓝内源BoAGL24基因的转录表达量,发现异源嫁接的结球甘蓝茎尖中AGL24的表达量总体上高于同源嫁接的结球甘蓝茎尖中AGL24的表达量。异源嫁接使砧木菜心BrAGL24基因的mRNA运输到接穗结球甘蓝中,且增加了接穗结球甘蓝茎尖中内源BoAGL24基因的转录表达水平。本研究鉴定了菜心BrAGL24基因的mRNA运输特性,为进一步研究AGL24基因的mRNA运输与结球甘蓝/菜心嫁接启动接穗结球甘蓝开花机制奠定了一定的理论基础。     

结球白菜带柄子叶外植体不定芽离体再生能力的遗传分析

解析控制植物不定芽离体再生能力的遗传因素,有助于从根本上提高离体培养困难材料的不定芽再生能力,是植物基因工程遗传改良的基础。本研究以结球白菜4个纯合亲本及其杂交后代的带柄子叶为外植体,建立了高频率离体不定芽再生技术。据此我们还对白菜不定芽再生能力进行遗传分析,并开展亲本与后代杂种的离体培养及反应研究,包括对培养基的激素需求,不定芽形成频率,不定芽形成数量,芽形态等系列特征。研究结果表明,杂种与亲本在培养基的激素浓度上有类似需求;杂交后代的不定芽再生率均至少高于一方亲本,在一些组合中可以高于双亲;在适宜的杂交组合及培养条件下,结球白菜带柄子叶外植体的不定芽再生率可以达100％,每一外植体上的不定芽数达3～7个。方差分析表明,结球白菜的不定芽离体再生能力存在基因的加性效应。     

四种甘蓝雄性不育类型差异基因表达分析

通过cDNA-AFLP分析了4种甘蓝(Brassicaoleracea)雄性不育类型的花粉败育特异中断基因表达特点,并对不同特异表达类型分别选取代表性TDFs克隆测序。结果表明,表达差异在转录片段多态性上能反应出不同雄性不育类型在细胞学水平上的败育时期和特征差异,4种不育类型中萝卜胞质不育(OguCMS)与可育类型遗传距离最近。实验未检出萝卜胞质不育特异中断的TDFs,说明其特异中断基因数目较少,因此检测到这一类基因较为困难。三种代表黑芥胞质不育(NiCMS),隐性核不育(Ms-cr1)和显性核不育(Ms-cd1)特异中断表达的TDFs共计46条。序列分析结果表明,黑芥胞质不育,隐性核不育和显性核不育类型分别与烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)脱氢酶,具RNA识别结构域(RRM)的蛋白,质膜类钙转运ATP酶基因表达受阻有关。     

不同施肥处理对白菜的物质积累与养分吸收的影响

研究了在洞庭湖平原的冲积性菜园土条件下,不同施肥结构对白菜生育期间的物质积累与白菜对N,P,K养分的吸收规律以及土壤有效N,P,K养分的动态变化.结果表明,不同处理白菜的产量相差较大,各施肥处理比不施肥对照平均增产达33.1%,但各施肥处理之间产量差异不显著.白菜对N,P,K养分的吸收都是在移栽30 d以后的生长中、后期,与其地上部生物产量的积累规律一致.专用肥处理和有机无机肥配施处理明显促进白菜对N,P,K养分的吸收.从而提高白菜对肥料养分的利用率.当地习惯施肥处理的N,P施用量明显过大,浪费肥料,也对当地水体及环境造成污染.其施K量明显低于白菜一季的总吸钾量,既影响白菜产量和品质,也造成土壤K素的耗竭.根据不施肥对照和4个平衡施肥处理白菜地上部分的养分吸收总量结果,以白菜对肥料N,P,K的当季利用率分别为40%,25%和60%计算,供试土壤条件下白菜一季所需N,P_2O_3,K_2O的施用量分别为195.25 kg/hm~2,145.60 kg/hm~2,228.53 kg/hm~2.其N:P_2O_5: K_2O值为1:0.75-1.17.     

不结球白菜BcLBD37基因的克隆及其对硝酸盐吸收的调节

LBD转录因子是高等植物特有的一类转录因子。为研究不结球白菜LBD基因对硝酸盐吸收的影响,以紫色不结球白菜自交系NJZX3-4为材料,采用同源克隆的方法克隆BcLBD37基因;通过构建PRI101过表达载体,异缘转化拟南芥,实现BcLBD37基因的过表达;同时借助病毒介导的基因沉默技术(VIGS),使不结球白菜中的BcLBD37基因沉默;并利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析BcLBD37基因过表达以及沉默后对硝酸盐吸收相关基因表达量的影响。结果表明,该基因片段长度为840 bp,编码279个氨基酸。与野生型相比,转基因拟南芥中硝酸盐代谢相关基因NIA1、NIA2、NRT1.1、NRT1.7、NRT2.1、NRT2.5的表达量均显著下调,硝酸还原酶活性和硝态氮含量亦显著降低。而在不结球白菜中沉默该基因后,沉默植株PTY-2/4中硝酸盐代谢相关基因的表达显著上调,硝酸还原酶活性和硝态氮含量亦显著提高。综上可知,BcLBD37基因通过抑制硝酸盐代谢相关基因的表达,调节硝酸还原酶的活性,进而抑制$\text{NO}_{3}^{-}$的吸收。本研究为提高不结球白菜营养品质提供了理论依据。     

不结球白菜游离小孢子培养及植株再生研究

为进一步优化不结球白菜游离小孢子培养技术体系,本研究以20个不同基因型的不结球白菜为试验材料,研究不同基因型、4℃低温胁迫处理时间和头孢噻胯浓度对游离小孢子胚胎发生的影响,并对小孢子胚胎发育和再生过程进行观察和倍性鉴定。结果表明,当花瓣/花药(P/A)长度比值为0.85～1.10时,不结球白菜小孢子主要处于单核晚期;共有10个基因型不结球白菜出胚,其中出胚率最大的为H20,平均出胚率为7.75胚·10蕾^-1;4℃低温胁迫处理1 d时不结球白菜出胚率最高;头孢噻胯对不结球白菜出胚率的影响与基因型密切相关;从胚状体到再生幼苗阶段,不结球白菜基因型不同,其胚胎再生频率也不同;倍性鉴定共检测出21个双单倍体和2个单倍体,自然加倍率为91.3%,不结球白菜植株形态表现出明显的多样性。本研究结果为不结球白菜游离小孢子高效培养体系的优化提供了一定的技术支撑。     

Nutrient Release Characteristics of Coated Fertilizers by Superfine Phosphate Rock Powder and its Effects on Physiological Traits of Chinese Cabbage

Four kinds of slow release fertilizers were prepared out by coating common compound fertilizer [nitrogen (N)-phosphorus pentoxide (P₂O₅)-potassum oxide (K₂O):15-15-15] with four kinds of superfine phosphate rock powder (SPRP) which accounting for 60% of the total coated materials in mass. Electronic microscope scanning, static water releasing test, soil incubation experiment, and a field experiment were conducted on their nutrient release mechanisms and their effects on physiologic traits of Chinese cabbage. The results showed that all these four kinds of SPRP could markedly improve microstructure and thus release rate. However, their capacity was inferior to controlled release fertilizer (CRF). The four homemade fertilizers increased chlorophyll content, photosynthetic rate, and transpiration rate in the leaves of Chinese cabbage during its late growth stage, and improve the superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), and peroxidase (POD) enzyme activities during its ball period. In addition, the four homemade fertilizers improved yield by 20.62%～33.41% and 18.94%～24.44%, respectively, over the common compound fertilizer during 2009 and 2010, and improved sugar-acid and soluble sugar and V_C contents of the head of Chinese cabbage at the harvest stage. There are not obvious differences of physiological traits between the J2 coated CCF fertilizer (JCRF2), Y2 coated CCF fertilizer (YCRF2), and Resin coated CCF fertilizer (CRF). Nutrient release characters and agricultural effect of four homemade fertilizers follow the order: JCRF2≈YCRF2>JCRF1≈YCRF1.     

控释氮肥对大白菜产量和品质的影响及其机理研究

田间试验研究了控释氮肥不同品种及不同用量对大白菜产量和品质的影响,并从养分释放、包膜特性等方面探讨其作用机理。结果表明,控释氮肥能显著提高大白菜产量和品质。与同期追施等氮量尿素相比,施用控释氮肥可使大白菜产量提高8.2%～16.8%;莲座末期功能叶和收获期球叶NO-3-N含量分别降低14.3%～39.9%和12.1%～21.4%,收获期球叶Vc含量平均提高24.8%。控释氮肥用量减半后,大白菜产量及叶片NO3--N与Vc含量都未受到显著影响。研究证实,由于控释氮肥中的氮素是缓慢地释放出来,在大白菜生育前期施用,仍能较充分满足生育中后期株体对氮素的需求,控释期不同的两个氮肥品种混合施用较单一施用的效果更好。不同控释氮肥品种氮素释放特征的差异与肥料包膜的厚度、膜断面及表面孔隙状况不同有关。     

青梗不结球白菜耐热性的抗氧化指标评估体系建立

为发掘耐热性不结球白菜种质资源并为生产推荐耐热性优良品种,本试验采用多元统计的方法对高温胁迫处理的19个青梗不结球白菜品种的幼苗抗氧化相关指标进行综合分析。结果表明,高温胁迫5 d后,不同品种各指标的平均变异系数为33.26%,品种间除超氧阴离子自由基(O2·-)产生速率差异显著,其他指标均差异极显著。各指标相关性达显著、极显著的有6个,其中O2·-产生速率与过氧化氢(H₂O₂)含量呈极显著正相关。将13个指标降维成5个主成分,解释了74.5%的差异来源。根据主成分得分计算隶属函数获得综合指标D值,对供试材料进行排序,筛选出耐热性前三位的品种分别为青16、青20、青2,后三位品种为青1、青8、青15。并根据D值将19种青梗不结球白菜聚为三类,聚类结果综合评价中APX、AsA、MDA、POD耐热系数和HII均与耐热性成反比,将各指标进行多元回归分析,获得精度高的综合评价模型D=0.752 75-0.021 90APX-0.042 48MDA-0.034 08AsA-0.079 84POD -0.225 61HII,可作为青梗不结球白菜耐热性综合评价模型。本研究结果为不结球白菜耐热性和品种选育的科学准确的评价体系的建立提供了一定的理论基础。