转TaDREB3a基因大豆材料抗旱性鉴定

研究通过分子生物学方法证明TaDREB3a基因已整合至大豆基因组中,对T1～T3连续3代大豆植株作筛选鉴定并分析遗传稳定性,初步评价室内和田间抗旱表现。通过除草剂筛选获得T1代135株抗性植株,经PCR检测其中96株扩增出基因目的条带,获得15个阳性TaDREB3a过表达大豆T1代株系;T2代转基因大豆株系经PEG模拟干旱处理和PCR鉴定获得阳性TaDREB3a过表达大豆T2代株系共10个;T3代转基因大豆株系经PCR鉴定、半定量PCR鉴定、Bar基因试纸条检测、Southern blot分析、Western blot分析,获得6个转基因阳性株系,证实TaDREB3a基因已整合于大豆基因组,可转录完整目的mRNA,其中4个株系检测到目的蛋白表达。盆栽干旱试验显示,TaDREB3a过表达可改善转基因大豆干旱条件下生长状况,转基因植株株高和荚数明显优于对照组植株;大田干旱试验结果显示,TaDREB3a过表达株系提高大豆抗旱性、改善干旱条件下地上形态,减少产量损失。     

大豆生理指标与抗旱性关系的研究

为探讨大豆生理指标与抗旱性的关系,并筛选出最适合的大豆抗旱鉴定生理指标,选用同一大豆杂交组合产生的4个品系为试验材料[73-1(尖叶白花)、73-2(圆叶紫花)、73-3(圆叶白花)、73-4(尖叶紫花)],于营养生长期干旱胁迫条件下,测定其叶片相对含水量、脯氨酸含量、叶绿素含量、相对电导率、渗透势等生理指标;收获后测定株高、百粒重、分枝数、结荚数、单株粒重等农艺性状,并利用抗旱隶属函数值的分析方法,对各品系的抗旱级别进行了划分;进而分析了各品系生理指标与其抗旱性的关系。结果表明:4个品系抗旱性从强到弱的次序为:73-2(圆叶紫花)、73-1(尖叶白花)、73-3(圆叶白花)、73-4(尖叶紫花)。大豆叶片相对含水量、叶绿素含量、脯氨酸含量与抗旱性呈正相关;而相对电导率、渗透势与抗旱性呈负相关。对各指标综合比较发现,叶绿素含量、叶片相对含水量和渗透势与抗旱性的关系更为密切,可以作为大豆抗旱鉴定的最佳生理指标。     

干旱胁迫下20个大豆品种抗旱性评价

选用20份大豆品种,利用PEG6000模拟干旱、旱棚盆栽方式,分别统计芽期、苗期和花期发芽率、生理、叶绿素荧光等指标,收获后测定农艺性状,同时利用抗旱系数、抗旱指数、隶属值函数法综合分析抗旱性。结果表明,不同指标或方法在大豆抗旱性鉴定中的作用存在差异,不同品种不同生育期抗旱性存在差异。综合评价全生育期抗旱性,最终筛选出3个高抗旱型品种:龙品03-311、晋豆21和艾卡166;2个抗旱型品种:绥农14和铁丰8;3个干旱敏感型品种:猫眼豆、合丰47和东农594。     

转TaDREB3基因大豆的农艺性状研究

将抗逆基因TaDREB3转入东农50,得到稳定遗传株系,并将T4代株系种子播于盐碱地上。将其生育期、株高、主茎节数、分枝数、单株荚数、单株粒数、百粒重等性状和对照东农50进行比较,研究在较高盐碱条件下该基因对大豆农艺性状方面的影响。结果表明,在较高盐碱条件下,转基因株系和对照植株相比,生育期并没有改变,而主茎节数、单株荚数和分枝数等农艺性状呈显著或极显著提高,这表明转TaDREB3基因大豆对盐碱胁迫具有一定的抗性。     

大豆抗旱性状的探讨及应用

选用差异标准差、变异系数、相关系数较大的株高、单株有效荚数、单株粒数、单株产量4个性状视为相对不抗旱性状,以4个性状的干旱指数值与叶片萎蔫值累加,按5个不同区域值即可把所研究的大豆品种划分出高度抗旱、中度抗旱、抗旱、抗旱性差和不抗旱5个级别。此方法既克服了生理生化指标难测,又克服了观察形态指标多的困难。     

大豆品种资源抗旱性鉴定指标及方法

黄淮海地区2021份大豆品种资源在甘肃敦煌(年降雨量不足50mm)田间进行抗旱性鉴定,从中随机抽取100份具有代表性的品种资源,进行大豆品种资源抗旱性鉴定指标及方法的研究。结果表明:产量、二粒荚数、单株粒数、单株荚数、分枝数和植株高度6个性状受干旱影响较大,表现型相关系数较小,可作为综合评定抗旱性的指标。同时,采用修改的抗旱隶属值法对100份大豆品种资源的抗旱性进行评价分级,其中,一级抗旱材料3份,二级抗旱材料15份,三级中间材料63份,四级干旱较敏感材料18份,五级干旱敏感材料1份,且呈正态分布,符合抗旱性为多基因控制的数量性状的遗传规律。     

大豆抗旱种质资源筛选及利用

为筛选大豆抗旱种质资源,2016年对246份征集自不同省份的大豆种质资源在年降水量不足40mm的敦煌市设置田间自然抗旱鉴定试验,利用加权抗旱系数法综合评价大豆种质资源抗旱性。结果显示,干旱胁迫严重影响了大豆的生长发育,显著降低了农艺性状等指标。通过相关性分析,株高、主茎节数、单株荚数、单株粒数、单株粒重、单株生物量等6个性状指标与平均抗旱系数和加权抗旱系数呈极显著正相关。利用加权抗旱系数法综合评价筛选出69份强抗旱大豆种质资源,其中甘肃省的5份材料均属于抗旱类型。     

不同大豆品种抗旱生理生态的研究

选用山西农业大学大豆研究室现存的大豆资源 (包括中间材料 ) ,对抗旱基因筛选 ,选出十一份较好的材料 ,进行二年 (1 997、 1 998)水旱两地试验 ,在营养生长期测定“电导率、渗透势、叶绿素含量、相对含水量及水份饱和亏”等生理指标 ,并对生育期、株高、株荚数、百粒重、产量等性状作综合分析。同时利用抗旱指数 (DI)对大豆抗旱级别进行了划分 ,分析结果表明 ,大豆营养生长期生理抗旱性对后期各产量性状的形成有一定的影响。每个与抗旱性有关的性状都对大豆品种的抗旱性起重要作用     

干旱条件下大豆叶片性状分析

为了解大豆品种抗旱机制,筛选抗旱材料,以合丰42和合丰47为例,研究干旱对大豆叶片的影响。结果表明：干旱严重影响大豆的叶绿素含量、植株叶面积的大小等大豆叶片性状,进而影响大豆光合作用,导致大豆干物质积累量降低,从而产量降低。干旱对大豆的影响机理分析,对大豆抗旱机制有更全面的了解。说明不同大豆品种的农艺性状对抗旱性及后期产量形成具有一定的影响,每个与抗旱性有关的农艺性状对大豆抗旱性起着重要作用,对于筛选大豆抗旱性材料具有指导意义。     

棉花抗旱性综合评价及其相关性分析

为综合评价棉花种质资源的抗旱性,筛选优异抗旱品种(品系),并建立成株期产量抗旱预测模型。对50份棉花种质资源在苗期进行干旱处理,调查其表型性状并测定其生理指标,根据各性状/指标差异的显著性筛选抗旱指标,并计算抗旱系数和抗旱指数,利用主成分分析法和隶属函数法计算综合抗旱系数、综合抗旱指数、综合抗旱隶属函数值、加权抗旱性系数和抗旱性综合度量值,对棉花抗旱性进行综合评价和分级。进一步将苗期评价分级结果与成株期干旱胁迫下产量和纤维品质性状进行比较,以分析苗期抗旱鉴定模型对成株期预测的精度。苗期生理性状在提高抗旱鉴定模型精度上具有重要作用,基于苗期生理指标建立的抗旱鉴定模型能够很好地预测成株期的抗旱性。     

116份玉米自交系的抗旱性评价

为科学评价玉米自交系的抗旱能力,以116份自交系为试验材料,设立干旱胁迫和正常灌水两个处理,在成熟期分别调查两处理自交系的株高、穗位、雄穗主轴长度、穗行数、行粒数、百粒重、存活株数、收获穗数及籽粒产量。结果表明,干旱胁迫下所有性状均极显著减小;干旱对籽粒产量造成的影响最大,对存活株数、百粒重的影响较小;9个性状的抗旱指数之间存在显著相关性;从9个抗旱指数中可提取出4个主成分,累计反映了自交系抗旱性86.5%的信息;使用4个主成分构建了综合抗旱性评价指数并以之聚类,可将116个玉米自交系划分为4类：其中,类1包含郑58等35个中等抗旱型自交系,占比30.2%;类2包含昌7-2等42个弱抗旱型自交系,占比36.2%;类3含JC066等28个干旱敏感型自交系,占比24.1%;类4含JC119等11个强抗旱型自交系,占比9.5%。     

大豆GmbZIP16的抗旱功能验证及分析

【目的】通过分析干旱条件下大豆的转录组数据,筛选获得大豆锌指蛋白GmbZIP16,对其进行功能验证,确定GmbZIP16参与大豆抵抗干旱的分子机理。【方法】大豆干旱转录组数据分析得到上调倍数较高的锌指蛋白GmbZIP16,以大豆cDNA为模板克隆获得GmbZIP16。并通过In-Fusion连接酶技术,构建pCAMBIA1302- GmbZIP16和pCAMBIA3301-GmbZIP16表达载体。通过液氮冷冻法将重组载体pCAMBIA1302- GmbZIP16和pCAMBIA3301-GmbZIP16分别转入农杆菌GV3101和大豆发根农杆菌K599的感受态细胞中,通过农杆菌侵染拟南芥花序以及大豆子叶节技术,产生过表达拟南芥植株以及过表达大豆毛状根复合体植株。通过半定量RT-PCR和qRT-PCR分析,确定GmbZIP16在转基因拟南芥和大豆毛状根中能够超表达。分别将正常条件下生长2周龄的转基因和野生型拟南芥植株转移至含有不同PEG浓度（6% PEG和8% PEG）的MS0培养基上继续培养7 d,观察转基因拟南芥和对照野生型拟南芥之间的生物量差异;利用qRT-PCR分析转基因拟南芥和野生型拟南芥植物体中胁迫相关的基因表达情况。将生长良好的转GmbZIP16大豆毛状根复合体施加25% PEG处理1周后,分别采取转GmbZIP16大豆毛状根复合体和转空载体大豆毛状根复合体的叶片,用酶标仪测定植株的脯氨酸、丙二醛和叶绿素的含量。【结果】通过PCR技术扩增得到正确的GmbZIP16序列,通过农杆菌转化技术得到2个稳定过表达的转GmbZIP16拟南芥株系。通过对转基因拟南芥的表型鉴定发现转基因拟南芥在干旱处理下的生物量（鲜重和根长）及存活率比野生型显著提高。在过表达GmbZIP16拟南芥植株中,一些与胁迫相关的基因的表达要高于在野生型,如RD29B、DREB2A和P5CS。转GmbZIP16大豆毛状根复合体植株在25% PEG处理1周后,大豆毛状根复合体叶片中叶绿素和脯氨酸的含量要显著高于转空载体大豆毛状根复合体叶片中叶绿素和脯氨酸的含量,而转GmbZIP16大豆毛状根复合体叶片中丙二醛的含量显著低于转空载体大豆毛状根复合体叶片中丙二醛的含量。【结论】在拟南芥中过表达大豆GmbZIP16提高了转基因拟南芥的抗旱性。过表达GmbZIP16可以提高转基因大豆毛状根复合体对干旱的抗性。GmbZIP16提高植物的抗旱性主要是通过影响与抗逆相关基因的表达来实现的。     

小麦RIL群体苗期抗旱性综合评价

以小麦RIL群体为材料,在水培条件下以PEG-6000模拟干旱胁迫,分析小麦幼苗抗旱相关性状的群体变异,利用主成分分析对抗旱指标进行综合筛选,利用隶属函数值法对供试材料抗旱性进行综合评价,以期为小麦苗期抗旱性状QTL定位及抗旱育种研究提供依据。15个抗旱相关指标主成分分析表明：前6项主成分累计贡献率达82.799%,所代表的6类指标可作为小麦苗期抗旱性鉴定指标,其相对重要性为生物量〉根冠比〉地下部失水率〉最大根长〉相对生长率〉地上部失水率。抗旱综合评价结果表明：父本山农483较母本川35050抗旱性强,群体综合抗旱性有较大的分离变异,111个系抗旱性高于双亲,14个系抗旱性介于双亲之间,5个系抗旱性较双亲低。该群体适于小麦苗期抗旱相关性状QTL定位研究。     

陆地棉花铃期抗旱指标筛选及评价

为分析棉花资源的抗旱性,以253份陆地棉资源为试验材料,于花铃期进行干旱胁迫处理,测定包括光合作用、农艺性状和产量性状相关的15个指标,通过主成分分析、相关性分析、抗旱隶属函数分析及聚类分析,对其进行抗旱性综合评价及抗旱指标筛选。以抗旱性度量值（D值）为参数,可将上述资源分为强抗旱、抗旱、耐旱、较敏感、敏旱5类。其中,强抗旱材料包括JK625、库车7946、肯尼亚2号等14份;敏旱材料包括HT-176、川R128、鄂棉18号等19份。有效铃数、气孔导度、蒸腾速率、叶绿素相对值、有效果枝数、皮棉重和株高较其他指标更为敏感,可作为花铃期抗旱性鉴定的关键指标;另外,叶绿素相对值、株高、气孔导度和蒸腾速率可作为花铃期抗旱的立测指标。     

兼抗虫、除草剂、干旱转基因玉米的获得和鉴定

【目的】培育抗玉米螟、抗草甘膦、抗旱的转基因复合性状玉米种质。【方法】通过农杆菌介导的玉米茎尖遗传转化法,把重组到同一植物表达载体的cry1AcM、epsps、GAT和ZmPIS转入玉米骨干自交系9801和齐319（Q319）,获得转基因植株。通过逐代除草剂筛选、分子检测和抗虫性鉴定,从大量转基因株系中优选出6个优良玉米株系。在此基础上,以非转基因自交系9801、Q319为对照,在严格控制条件下对6个转基因株系进行抗虫、抗除草剂和抗旱性检测。由于不同生长时期植株对玉米螟危害的敏感程度有差异,在抗虫性检测试验中,对不同生长阶段的转基因玉米的抗虫性,分别进行了田间和室内玉米螟接种试验,并以灌浆期玉米的籽粒和苞叶饲喂玉米螟幼虫检测其杀虫性。在草甘膦抗性鉴定试验中,对6叶期田间玉米植株喷洒大田除草用量的草甘膦溶液评估其应用价值;采用3倍应用剂量的草甘膦溶液喷施3叶期玉米植株测试其草甘膦耐受力。在抗旱性鉴定试验中,对10叶期玉米植株进行干旱胁迫处理,观测转基因植株的表型变化并测定光合作用和叶绿素荧光等参数。【结果】选择出6个遗传稳定的兼抗亚洲玉米螟、抗草甘膦和抗旱性提高的转基因玉米株系,其中株系L1-L3来自自交系9801,Q1-Q3来自自交系Q319。通过RT-PCR检测4个转基因的转录强度,证明它们在转基因植株中有效表达;利用Western blot方法检测cry1Ac蛋白的表达水平,确定其在玉米植株中稳定表达。植株抗虫性鉴定结果显示这6个株系在玉米营养生长期和灌浆期的抗虫能力均显著高于未转基因自交系。在草甘膦抗性测试中,转基因植株表现出明显高于未转基因自交系的草甘膦抗性。在干旱控水期间,转基因植株能维持较强的光合能力和光系统Ⅱ活性,对干旱胁迫的抗性显著高于对照植株。【结论】将cry1AcM、epsps、GAT、ZmPIS一同转入玉米,赋予了植株抗玉米螟、抗除草剂草甘膦特性,提高了植株的抗旱性,达到生产中应用标准。培育出具有优良复合性状的转基因玉米新材料。     

海岛棉重组自交系群体花铃期抗旱性评价

【目的】 构建海岛棉分离群体,筛选抗、敏极端材料,为棉花抗旱种质改良和优质抗逆品种选育提供原材料,为棉花抗旱性研究提供基础。【方法】 以双亲及海海重组自交系群体71个株系为材料,在花铃期进行田间自然干旱胁迫,通过测定形态指标和产量相关指标,采用方差分析、主成分分析、聚类分析等相结合的方法,对双亲及RILs家系进行抗旱性鉴定及评价。【结果】 7个性状被分为植株形态及单株产量相关性状和纤维产量相关性状2个综合因子;RILs材料划分为较敏旱型(28份)、抗旱型(26份)、敏旱型(14份)和强抗旱型(3份)共4个类群。得到多元线性模型:D值=-0.771+0.089×DC_株高+0.117×DC_{有效果枝数}+0.132×DC_铃数+0.343×DC_有效铃数+0.338×DC_{单铃皮棉重}+0.230×DC_{单株籽棉产量}。【结论】 筛选出强抗旱材料HH-16、HH-61、HH-70和敏旱材料HH-051、HH-05,可以应用于抗旱相关基因表达分析及抗逆种质创新研究。有效铃数、单铃皮棉重和单株籽棉产量可以作为棉花自交系田间抗旱性鉴定的主要指标。     

12种绿化乔木苗期抗旱性评价

为给中国南方地区鉴选抗旱植物提供参考依据,本研究测定了南方地区12种常见绿化乔木苗期干旱胁迫下的光合参数及相关生理指标,利用聚类分析综合抗旱评价法比较分析了其抗旱性。结果表明,随着干旱胁迫时间的延长,12种乔木苗的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、叶绿素含量及叶片相对含水量均逐渐降低,而电解质渗透率和丙二醛含量均逐渐增加。在干旱胁迫下,蒲葵、侧柏和火力楠各指标变化幅度较小,抗旱性最强;香樟、黄花风铃木和桂木抗旱性次之;大叶紫薇、台湾栾树、多花红千层、红锥、美丽异木棉和黄槐各指标变化幅度较大,抗旱性相对较差。在园林植物耐旱、节水配置中可以优选蒲葵、侧柏、火力楠、香樟、黄花风铃木和桂木作为建群树种。     

不同抗旱性花生品种的叶片形态及生理特性

【目的】筛选叶片抗旱相关性状,探索性状指标大小的评价方法,揭示不同抗旱性花生品种抗旱的叶片形态及生理机制。【方法】以12个花生品种为试验材料,在人工控水条件下,于苗期及结荚期给予干旱胁迫及正常灌水对照2个土壤水分处理,苗期处理以盆栽种植方式进行,称重法控水,结荚期处理在池栽条件下进行,测墒补灌法控水,控水期间以电动防雨棚遮雨。测定苗期干旱及正常供水对照的叶片组织结构、厚度、比叶重、叶面积、光合速率、叶绿素含量等叶片性状指标,对比分析上述叶片性状与花生品种抗旱性的关系,以性状指标大小评价不同花生品种抗旱的叶片机制,以生物量抗旱系数评价苗期抗旱性,以收获期产量抗旱系数评价结荚期抗旱性。【结果】通过2年的试验发现,干旱胁迫下,不同花生品种生物量抗旱系数及产量抗旱系数有显著差异,苗期与结荚期抗旱性基本一致。根据产量抗旱系数可将12个花生品种抗旱性分为强、中、弱3级,抗旱性强的品种为A596、山花11号、如皋西洋生,花育20号、农大818、海花1号、山花9号和79266为中度抗旱品种,抗旱性弱的品种有ICG6848、白沙1016、花17和蓬莱一窝猴。干旱胁迫改变了叶片组织结构,降低了单株叶面积、功能叶面积、气孔导度、光合速率和蒸腾速率,增加了比叶重。不同抗旱性花生品种叶片性状有显著差异,抗旱性强的品种在对照及干旱胁迫下均具有较高的叶片厚度、栅/海比、比叶重、单株叶面积、光合速率。干旱胁迫下,较大的叶片栅/海比值、比叶重和光合速率是如皋西洋生和山花11号抗旱的叶片机制;山花9号与花育20号较大的单株光合面积,A596较大的光合速率是它们重要的抗旱机制。相关分析表明,干旱胁迫下的叶片栅/海比、比叶重、单株叶面积和光合速率与品种抗旱系数的相关性达极显著水平。【结论】山花11号和79266分别可作为花生强、弱抗旱性鉴定的标准品种。花生出苗后10 d进行40%土壤相对含水量的干旱处理,持续胁迫14 d时的叶片栅/海比、单株叶面积、比叶重和光合速率可鉴定花生种质的叶片抗旱能力。正常灌水条件下,始花期的栅/海比、单株叶面积、比叶重也能反映花生叶片的抗旱级别。山花11号可作为花生叶片优异抗旱性状鉴定的标准品种。