谷子萌发吸水期关键代谢途径的筛选与分析

【目的】谷子适应性强,抗旱耐瘠,是起源于中国的重要作物。通过转录组测序技术分析谷子萌发不同吸水期的转录组差异,以期获得谷子萌发过程中的差异表达基因,寻找调控谷子萌发的重要代谢途径和代谢物。【方法】以晋谷20为材料,构建谷子萌发过程中开始快速吸水期、滞缓吸水期和重新大量吸水期的cDNA文库,进行转录组分析;采用K-Means开展基因表达聚类分析;利用DESeq筛选差异表达基因;通过COG、GO、KEGG等对差异表达基因进行功能注释;利用KEGG富集挖掘不同吸水期调控种子萌发的关键代谢途径和关键基因;并采用qRT-PCR验证其可靠性;用HPLC分析关键代谢物含量。【结果】转录物测序分析获得谷子萌发开始快速吸水期、滞缓吸水期和重新大量吸水期覆盖整个基因组的基因表达谱,共获得33 643个基因,识别9个具有不同表达模式的共表达基因簇。比较种子萌发的开始快速吸水期与滞缓吸水期、滞缓吸水期与重新大量吸水期、开始快速吸水期与重新大量吸水期,分别筛选出3 893、4 612和8 472个差异表达基因。KEGG富集分析表明,3个比较的差异表达基因都显著富集到phenylpropanoid biosynt...     

不同播期对谷子DUS测试性状的影响

随着现代育种技术的快速发展,品种更新日益加快,对谷子新品种权的保护迫切需要完善。以5个春谷品种、5个夏谷品种和5个杂交谷品种为试验材料,分3个播期种植,研究山西省忻州地区播期差异对谷子DUS（特异性、一致性和稳定性）测试性状的影响。结果表明,播期对谷子质量性状、假质量性状以及目测型数量性状均无显著影响;播期对谷子测量型数量性状的影响程度不同,各个性状的变异系数大小顺序依次为：成穗茎数>出谷率>单码籽粒数>单穗重>穗颈长度>穗粗度>茎秆粗度>穗长度>倒2叶宽度>抽穗期>伸长节节间数>倒2叶长度>茎秆长度。在单个性状中,各品种受不同播期的影响程度也各不相同,穗颈长度受播期影响的品种最多,15个品种在3个播期下均存在显著性差异（P<0.05）;倒2叶长度、成穗茎数、出谷率受播期影响的品种最少,每个性状均有12个品种存在显著差异（P<0.05）。播期对谷子DUS测试性状的影响存在差异,质量性状、假质量性状和目测型数量性状的稳定性高于测量型数量性状。上述结果为不同测试区科学合理筛选DUS测试标准品种提供了参考和理论依据。     

应用种间杂交方法进行谷子抗除草剂育种的初步研究

野生青狗尾草与中国栽培谷子进行杂交,并用浸有氟特力溶液的小培养皿进行发芽试验,快速鉴别F2代的抗除草剂性能。抗性被隐性基因控制,但更确切的结果有待进一步试验。氟特力不同用药量的选择试验表明,对氟特力抗性与敏感不同的谷子品种在 0~2.4 L/hm2 的处理表现不同,抗型品种的抗性大约是敏感型抗性的5倍。为我们选育谷子抗性新品种提供了依据。     

绿小米和白小米谷子籽粒叶绿素合成途径结构基因的表达分析

[目的]不同种类色素积累使小米呈现出不同的颜色性状.通过对比绿色小米和白色小米间的米色表型差异、不同色差指标值、叶绿素含量、籽粒内部超微结构和叶绿素合成途径结构基因的表达差异,找出导致绿色和白色小米颜色差异的关键酶基因,探索绿色小米米色形成的分子机制.[方法]利用色差仪对米色(L*、a*、b*)值进行测定;采用紫外分光...     

低温胁迫对玉米转绿过程中叶绿素生物合成的影响

【目的】通过对低温胁迫下玉米（Zea mays L.）幼苗转绿过程中叶绿素生物合成中间产物的分析,探究转绿过程中低温调控叶绿素合成的机制。【方法】将黑暗下发芽6 d的玉米幼苗分别置于25 ℃常温和14 ℃低温条件下见光48 h,测定见光前和不同温度下见光后幼苗的叶绿素生物合成的主要前体物质积累量,以分析低温对叶绿素生物合成途径的影响。【结果】在25 ℃常温下,光照促进叶绿素（Chl）和血红素（heme）的合成;而在14 ℃低温胁迫下,δ-氨基乙酰丙酸（ALA）和Mg-原卟啉Ⅸ（Mg-Proto Ⅸ）的积累量显著上升,单卟啉胆色素原（PBG）、尿卟啉原 Ⅲ（Urogen Ⅲ）、粪卟啉原 Ⅲ（CoprogenⅢ）、原卟啉Ⅸ（Proto Ⅸ）、Mg-原卟啉甲酯（Mpe）、Mg-原卟啉Ⅸ二酯（Mpde）、原叶绿素酸酯（Pchlide）和叶绿素酸酯（Chlide）光照后积累量较常温下低,最终导致叶绿素含量下降,表明ALA向PBG的转化、及Mg-Proto Ⅸ向Mpe的转化过程可能受到低温抑制。【结论】14 ℃低温通过影响ALA向PBG的转化以及Mg-Proto Ⅸ向Mpe的转化,抑制玉米的转绿过程。     

叶绿素和植酸对杂交稻籽粒灌浆的影响

以籽粒充实度差异明显的625A/226和81A/308为研究材料,通过比较籽粒发育过程中叶绿素和植酸的含量变化,研究两者对杂交稻籽粒灌浆的影响。结果表明:81A/308初始叶绿素含量、植酸含量均高于625A/226,说明叶绿素与植酸对杂交稻籽粒灌浆都有不同程度的促进作用。     

谷子γ-氨基丁酸转运蛋白基因的生物学及表达特征分析

[目的]γ-氨基丁酸是一种可以调节植物抗逆性的重要氨基酸,参与植物的生长、发育及应对各种胁迫,而γ-氨基丁酸转运蛋白（GAT）可以将其转运到特定部位从而发挥作用。对谷子GAT基因进行研究可为后续探究谷子的抗逆机制发挥重要作用。[方法]本研究对谷子GAT进行了系统的生物信息学分析,并通过实时荧光定量PCR分析谷子GAT在胁迫条件下的表达情况;此外,对拟南芥野生型和SALK＿201083C（谷子GAT的拟南芥同源基因T-DNA插入突变体）进行抗旱性研究。[结果]研究表明,谷子GAT具有明显的组织表达特异性,能够响应逆境胁迫,并参与调节谷子干旱胁迫应答的机制。拟南芥SALK＿201083C的抗旱性显著减弱。[结论]谷子GAT能够参与植物的逆境调节。研究结果对今后进一步研究GAT的功能提供一定理论依据。     

缺钼对冬小麦不同品种叶绿素含量和叶绿体超微结构的影响

缺钼胁迫对冬小麦不同品种叶片叶绿素含量和叶绿体超微结构的影响不同,缺钼时钼高效冬小麦品种97003叶绿素含量显著降低,钼低效品种97014极显著降低,钼高效品种缺钼时叶绿素含量接近低效品种施钼后的叶绿素含量。同时对冬小麦叶绿体超微结构的观察发现叶绿体发生变异。钼低效品种97014缺钼时单个细胞叶绿体数目减少,叶绿体间断裂、分散,叶绿体体积变小、由长条形为主变为圆形为主,叶绿体基粒数目少、堆叠层数少且发育不良。钼高效品种则叶绿体变异少,表明在叶绿体结构上存在不同品种差异,叶绿体是碳同化器官,其结构变异表明叶绿素及植株碳代谢受阻。     

羽衣甘蓝花青素合成途径结构基因的表达特性

羽衣甘蓝红鸽属十字花科云薹属,因其中心部分累积了大量的花青素而呈现深紫色。为了研究其花青素生物合成的机理,以圆叶羽衣甘蓝红鸽系列和白鸽系列为试验材料,通过半定量RT-PCR方法研究了花青素合成代谢途径结构基因的表达特性。结果表明,除苯丙氨酸裂解酶(PAL)和查尔酮合成酶(CHS)在红鸽和白鸽系列中的表达水平基本一致外,其他结构基因在红鸽中的表达水平要明显高于白鸽,尤其二氢黄酮醇还原酶(DFR)和花青素合成酶(ANS),在红鸽中的表达水平显著强于白鸽;红鸽幼叶和老叶中花青素生物合成结构基因的表达水平趋于一致。另外,为了研究温度对羽衣甘蓝花青素合成的影响,通过半定量RT-PCR方法检测了室温和低温环境下生长的红鸽幼叶花青素合成结构基因的表达。结果显示,低温可以诱导CHS,黄烷酮-3-羟化酶(F3H),DFR,ANS,类黄酮-葡萄糖基转移酶(UFGT)基因的过量表达,使羽衣甘蓝红鸽经历低温后,植株中积累大量的花青素而呈现深紫色。     

小麦籽粒灌浆速率与穗叶绿素的相关性分析

以高群体小麦品种百农矮抗58为材料,研究了小麦籽粒灌浆速率与颖壳及籽粒叶绿素含量之间的关系。结果表明:籽粒灌浆速率的变化趋势与穗叶绿素含量的变化趋势相似,强势籽粒的颖壳及籽粒的叶绿素含量变化与籽粒灌浆的速率之间的相关系数达到0.8。弱势籽粒受到强势籽粒及空间位置的影响,其灌浆速率与颖壳及籽粒的叶绿素含量变化之间没有明显的相关性。     

小米加工副产物的成分分析和营养评价

为了综合评价小米加工副产物的营养价值,以冀谷19脱去谷壳后的糙米进一步加工成精米过程中得到的米糠和碎米的混合物为试验材料,对其基本营养成分、部分维生素和矿质元素含量进行了测定,并对其氨基酸组成进行了分析与评价。结果表明:小米加工副产物富含蛋白质(16.20%)、脂肪(14.90%)、粗纤维(26.8l%)和碳水化合物(30.83%),是制备小米油、米糠蛋白和膳食纤维的优质原料;含有多种维生素,包括β-胡萝卜素(0.248 mg/kg)、维生素B_1(14.0 mg/kg)、维生素B_2(0.9 mg/kg)、维生素E(19.0 mg/kg),是制备天然维生素的良好原料;富含多种矿物质,Ca、Mg、Fe、Zn、Se含量分别为771.8、4 800、202.4、48.0和0.020 mg/kg,是补充机体矿物质元素的安全材料;检测到17种氨基酸,氨基酸总量(TAA)为14.47%,其中人体必需氨基酸(EAA)含量5.70%、非必需氨基酸(NEAA)含量8.77%,EAA/TAA=0.39,EAA/NEAA=0.65,必需氨基酸组成贴近于FAO/WHO标准模式,小米加工副产物中的蛋白质接近于理想蛋白质的要求。     

擎天凤梨苞片叶绿素代谢关键基因的分离及褪绿的分子机理

【目的】擎天凤梨是一种新潮花卉,其苞片在成花变色过程中常常伴随着绿色的逐渐消退。分离叶绿素生物合成与降解途径的关键基因,探索在苞片变色过程中叶绿素代谢的分子基础和机理,有助于解析呈色苞片中绿色退化的原因。【方法】通过cDNA文库构建及EST批量测序获得叶绿素合成关键酶：谷氨酰tRNA合成酶基因（glutamyl-tRNA synthetase,GTS）和尿卟啉原-Ⅲ合酶基因（uroporphyrinogen-Ⅲsynthase,UROS）;通过同源克隆技术获得叶绿素降解关键酶：脱镁叶绿素酶（pheophytin pheophorbide hydrolase/pheophytinase,PPH）基因;通过采用透光系数法测量叶绿素含量、HPLC法测定类黄酮含量以及采用实时定量PCR法测定叶绿素代谢关键基因的基因表达模式,探索呈色苞片中绿色部分消失的分子机理。【结果】获得的GTS（GenBank：KP144289）,序列长为1 140 bp,编译171AA的蛋白氨基酸序列,并存在GlnRS-cataytic core 和Nt-trans superfamily保守区;获得的UROS（GenBank：KP144288）cDNA序列长为613 bp,编译188AA的蛋白氨基酸序列,并存在HemD和HemD Superfamily保守区;获得的PPH（GenBank：KP723523）cDNA序列长为266 bp,编译88AA的蛋白氨基酸序列,并存在Abhydrolase-6保守区。通过对不同变色阶段苞片的叶绿素、类黄酮含量测定以及叶绿素代谢相关基因的表达水平分析,可知苞片变色过程伴随着叶绿素含量的显著降低和类黄酮含量的明显增加,同时叶绿素合成相关的GTS和UROS表达水平也明显降低,而叶绿素降解关键酶基因PPH的表达水平在苞片变色初期显著上升,在变色完成后则降低到接近绿叶状态的最低水平。而作为对照材料的绿叶,其叶绿素含量是最高的,而类黄酮含量是最低的,同时叶绿素的合成相关酶基因表达量最高,而降解相关酶基因表达量最低,这与彩叶植物中叶绿素和类黄酮色素的表现较为一致。【结论】获得了擎天凤梨的叶绿素合成相关酶基因GTS和UROS以及降解关键酶基因PPH。由于叶绿素合成量减少,降解量显著增加引起叶绿素含量的降低,从而影响苞片变色过程中绿色的消退,并伴随类黄酮含量的增加。PPH在叶绿素的降解过程中起关键性作用。     

不同光照条件下长春花的光合作用和叶绿素荧光动力学特征

【目的】探讨不同光强下长春花的光合生理特性,为长春花的种植提供理论指导。【方法】采用遮荫处理模拟不同的生境光强（100%、42.5%和12.5%自然光）,测定不同光强条件下生长的长春花叶片的比叶重（LMA）、光合色素含量、最大净光合速率(Pmax)、叶绿素荧光参数等光合生理指标,并对叶绿体的超微结构进行观察。【结果】随生境光强的减弱,最大净光合速率Pmax下降,12.5%光强下的Pmax是全光强下的71.4%。其它光合指标也发生适应性调整,相对正常光照,弱光下叶绿素含量上升,LMA、Chla/Chlb、Car/Chl、光饱和点（LSP）、光补偿点（LCP）下降。自然光照条件下叶绿体中的类囊体片层结构垛叠紧密,数量较多,随光强减弱,叶绿体基粒逐渐变大,基粒片层发育较差、并且数量逐渐减少。Fv/Fm,qP、NPQ及实际光量子效率ΦPSⅡ等随光强下降也都呈下降趋势。【结论】不同光强下生长的长春花叶片的光合作用和叶绿素荧光动力学特征存在很大差异。弱光条件下,尤其是12.5%光强重度弱光胁迫下,长春花叶片的光合作用受到严重影响,主要表现在ΦPSⅡ、qP和NPQ的下降,从而导致光合机构发育不良和光合能力的下降,影响其正常生长。     

盐胁迫对谷子幼苗生长及光合特性的影响

以豫谷17为材料,选取中性盐Na Cl、Na2SO4以及碱性盐Na HCO33种盐,分别设置0(CK)、0.2%、0.4%3种土壤盐含量梯度,研究了盐胁迫对谷子幼苗生长和光合特性的影响,以期为不同盐碱地的谷子栽培提供理论依据。结果表明:随着土壤盐含量的升高,叶片SPAD值降低,叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率下降,胞间CO2浓度先降低再升高,其中,SPAD值受Na Cl影响最大,0.2%、0.4%处理下分别比CK下降24.1%、34.0%;净光合速率受Na2SO4和Na HCO3影响较大,0.2%、0.4%处理下分别比CK下降47.8%、80.2%和38.9%、85.5%;在中性盐胁迫下,谷子幼苗叶片水分利用效率随土壤盐含量升高表现为先上升后降低,而在碱性盐胁迫下则表现为下降;谷子幼苗株高和干物质积累量在Na Cl胁迫下随盐含量增加而降低,而在Na2SO4和Na HCO3胁迫下则表现为低含量促进、高含量抑制,其中,干物质质量在土壤盐含量0.4%时受Na HCO3影响最大,较CK下降37.0%。因此,Na2SO4和Na HCO3含量较低的轻盐碱地较Na Cl含量较低的轻盐碱地更适合种植谷子,Na2SO4和Na HCO3含量较高的重盐碱地不适合种植谷子。     

谷子秸秆水浸提液对玉米苗期生长的化感作用研究

为探索谷子与玉米实行轮作倒茬的种植模式,本试验采用完全随机设计,研究不同品种谷子秸秆的水浸提液对玉米种子萌发及盆栽苗期生长的影响。结果表明:以不同品种、植株部位和提取液浓度的谷子水浸提液处理时,随着处理浓度的降低,对玉米种子萌发的根长和芽长表现出了促进生长的作用,促进作用差异显著,尤其在稀释50倍液处理下,张杂10号茎秆处理下根长增加了33%,叶片处理下芽长增加了20%;谷子茎秆和叶片水浸提液处理下,玉米苗期叶绿素荧光参数Y(Ⅱ)和ETR呈现先增加后下降的趋势,稀释50倍液处理下达到最高值,张杂10的叶片和晋谷21的茎秆均表现出较强的促进作用,光系统Ⅱ最大光合效率(Fv/Fm)呈现先降低后上升的趋势,3个参数均表明张杂10号的叶片和晋谷21号的茎秆水浸提液均能促进玉米的生长。谷子秸秆残留的化感物质在适当浓度下会对玉米种子的发芽和苗期生长起到促进作用。     

谷子秸秆水浸提液对下茬冬小麦苗期化感作用的影响

近年来谷子产业化发展迅速,经济效益高,种植面积逐年扩大。因谷子连作造成严重减产和品质下降的主要原因在于谷子分泌的化感物质对自身有抑制作用。本试验采用完全随机设计,研究不同品种谷子的不同部位的水浸提液对小麦种子萌发及盆栽苗期生长的影响。结果表明:以不同品种、植株部位和提取液浓度的谷子水浸提液处理时,随着水浸提液浓度的升高,小麦种子萌发的根长和芽长比对照明显变短,抑制作用差异显著;谷子茎秆和叶片水浸提液处理下,小麦苗期叶绿素荧光参数Y(II)的走势基本相同,稀释10倍和50倍液处理下实际光化学量子产量Y(II)较高,光合电子传递速率(ETR)伴随着处理浓度的降低呈现先增加后降低的趋势,光系统II最大光合效率(Fv/Fm)呈现先降低后略微上升的趋势,3个参数均表明茎秆水浸提液对小麦的化感作用要强于叶片;小麦苗期叶片SOD和POD酶活性均表现为先下降后上升的趋势。谷子秸秆残留的化感物质在适当浓度下会对小麦的生长起到促进作用。     

不同品种谷子叶片衰老与活性氧代谢研究

【目的】揭示不同品种谷子叶片衰老及活性氧代谢的变化规律。【方法】以谷子品种‘05-61’和‘金谷3号’为材料,研究开花后至成熟期谷子叶片净光合速率(Pn)、叶绿素含量、酶促防御系统保护酶(SOD、CAT、POD)活性及MDA、H2O2和O2.-积累量的动态变化规律。【结果】2个参试品种各功能叶片的净光合速率(Pn)、叶绿素含量及SOD、CAT、POD活性均在开花14 d后逐渐下降,MDA、H2O2和O2.-含量随着叶片的衰老而升高;参试品种叶片衰老的总体变化趋势一致,但衰老进程存在显著差异;与‘金谷3号’相比,‘05-61’各功能叶片衰老过程中SOD、CAT、POD活性下降较慢,叶片功能期持续时间长,这在籽粒灌浆中后期表现尤为明显;‘05-61’籽粒产量显著高于‘金谷3号’。【结论】在谷子开花灌浆期间,有效控制或延缓开花叶片的衰老进程,维持叶片的生理功能,对籽粒产量的形成具有重要作用。     

辐射育成夏谷新品种鲁谷7号

用~(60)Co—γ射线372Gy辐照早熟、高秆、小穗型品种鲁谷2号,在M_1代选择结实性好、绿叶黄穗、株高比原品种矮15厘米、熟期偏晚的正常植株.M_(3)代选择稳定株系,经品比、多点试验和区域试验育成鲁谷7号。研究表明,γ射线可以诱发谷子几个性状同时产生突变。谷子的M_1代有明显的显性突变,从M_1代即可按育种目标对遗传力高的性状进行重点选择,避免M_2、M_3代种植大量群体,提高了育种效率。