利用岗46B/A232RILs群体定位籼稻粒形和粒重的QTL

本研究利用岗46B/A232构建的重组自交系(F10)176个家系为作图群体,运用QTL Ici Mapping4.0软件对2016和2017年RIL群体的粒形性状和千粒重性状进行QTL检测及其遗传效应分析。结果表明,两年共检测到28个粒形和粒重QTL,分别分布在第1、第2、第3、第4、第5、第6、第8、第9和第12染色体上。其中粒长相关QTL 10个,贡献率为4.90%~31.96%;粒宽相关QTL 6个,贡献率为3.38%~48.76%;谷粒长宽比相关QTL 9个,贡献率为5.70%~30.32%;粒厚相关QTL 6个,贡献率为6.06%~34.09%;千粒重相关QTL6个,贡献率为6.94%~21.22%。本研究中,有9对QTL两年均在同一位置被检测到:3对粒长QTL,1对粒宽QTL,1对谷粒长宽比QTL,2对粒厚QTL和2对千粒重QTL,说明他们受环境影响小,能稳定表达,可用于水稻分子标记辅助育种。第5染色体上RM1089~RM18119区间上稳定检测到控制粒长、粒宽、谷粒长宽比、粒厚和千粒重QTL,多数染色体的多处区段上均检测到一因多效性。     

利用BC2F2高代回交群体定位水稻籽粒大小和形状QTL

以我国优良籼稻恢复系蜀恢527为轮回亲本, 以来自菲律宾的Milagrosa为供体亲本, 培育了样本容量为199株的BC₂F₂高代回交群体。选取85个均匀分布在12条染色体上的多态性SSR标记进行基因型分析, 同时对粒长、粒宽、长宽比和千粒重4种性状进行了表型鉴定。采用性状－标记间的单向和双向方差分析对上述性状进行了QTL定位。单向方差分析(P<0.01)共检测到了10个控制粒长、粒宽、长宽比和千粒重的QTL, 其中有3个具有多效性。由于粒长和长宽比的高度相关性, 控制长宽比的2个QTL均能在粒长QTL中检测到。位于第3染色体着丝粒区域的qgl3b是一个控制粒长、长宽比和千粒重的主效QTL, 它可以分别解释粒长、长宽比和千粒重表型变异的29.37%、26.15%和17.15%。该QTL对于粒长、长宽比和千粒重均表现较大的加性效应(来自蜀恢527的等位基因为增效)和负向超显性。位于第8染色体的qgw8位点是一个控制粒宽的主效QTL, 同时也是控制千粒重的微效QTL, 能解释粒宽表型变异的21.47%和千粒重表型变异的5.16%。该QTL对粒宽和千粒重均具有较大的加性效应(来自蜀恢527的等位基因为增效)和正向部分显性。双向方差分析(P<0.005)共检测到61对显著的上位性互作, 涉及54个QTL, 其中23个是能同时影响2~4个性状的多效位点, 且有8个位点与单向方差分析检测到的相同。控制长宽比的13对上位性互作位点中, 与控制粒长的上位性互作位点完全相同的有8对。以上结果为进一步开展水稻籽粒大小和形状有利基因的精细定位、克隆和分子设计育种奠定了基础。     

利用BC2F2高代回交群体定位水稻籽粒大小和形状QTL

以我国优良籼稻恢复系蜀恢527为轮回亲本, 以来自菲律宾的Milagrosa为供体亲本, 培育了样本容量为199株的BC₂F₂高代回交群体。选取85个均匀分布在12条染色体上的多态性SSR标记进行基因型分析, 同时对粒长、粒宽、长宽比和千粒重4种性状进行了表型鉴定。采用性状－标记间的单向和双向方差分析对上述性状进行了QTL定位。单向方差分析(P<0.01)共检测到了10个控制粒长、粒宽、长宽比和千粒重的QTL, 其中有3个具有多效性。由于粒长和长宽比的高度相关性, 控制长宽比的2个QTL均能在粒长QTL中检测到。位于第3染色体着丝粒区域的qgl3b是一个控制粒长、长宽比和千粒重的主效QTL, 它可以分别解释粒长、长宽比和千粒重表型变异的29.37%、26.15%和17.15%。该QTL对于粒长、长宽比和千粒重均表现较大的加性效应(来自蜀恢527的等位基因为增效)和负向超显性。位于第8染色体的qgw8位点是一个控制粒宽的主效QTL, 同时也是控制千粒重的微效QTL, 能解释粒宽表型变异的21.47%和千粒重表型变异的5.16%。该QTL对粒宽和千粒重均具有较大的加性效应(来自蜀恢527的等位基因为增效)和正向部分显性。双向方差分析(P<0.005)共检测到61对显著的上位性互作, 涉及54个QTL, 其中23个是能同时影响2~4个性状的多效位点, 且有8个位点与单向方差分析检测到的相同。控制长宽比的13对上位性互作位点中, 与控制粒长的上位性互作位点完全相同的有8对。以上结果为进一步开展水稻籽粒大小和形状有利基因的精细定位、克隆和分子设计育种奠定了基础。     

水稻品种魔王谷粒形、剑叶性状和株高QTL定位

以粳稻魔王谷和籼稻CO39配组衍生的280个重组自交系为材料, 2015年和2016年对其粒形、剑叶形态、株高性状进行了相关性分析和QTL检测。剑叶长分别与粒厚和株高存在极显著负相关和正相关, 剑叶宽与粒宽存在极显著正相关。检测到17个粒形QTL, 分布于第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、第9和第10染色体上, 贡献率为3.51%~48.65%; 其中, 第3染色体RM6080-RM6283区间对粒长和千粒重兼具显著作用, 第5染色体RM8211-RM3381区间同时影响粒宽和粒厚。检测到12个控制剑叶形态性状的QTL, 分布于第1、第3、第4、第6、第7和第9染色体上, 贡献率为4.26%~38.40%; 有5个多效QTL区间, 其中, 第4染色体RM252-SFP4_6区间同时控制剑叶长、剑叶宽、剑叶面积和粒长, 第9染色体RM257-RM3909区间同时影响剑叶面积和粒长。只检测到一个控制株高的QTL, 位于第1染色体的RM6333-RM5536区间, 是一个主效QTL, 贡献率为28.76%。这些结果为进一步开展粒形、剑叶形态、株高基因的精细定位、克隆和分子辅助育种奠定了基础。     

利用单片段代换系定位水稻粒形QTL

稻谷粒长、粒宽和长宽比是衡量稻米外观品质的重要指标，稻谷籽粒形状也是影响水稻产量的重要因素。为更好地开展粒形分子育种，对水稻粒形QTL进行了分子定位。以单片段代换系（SSSL）为材料构建分离群体，利用微卫星标记对控制水稻谷粒长和谷粒宽的2个粒形QTL进行分子定位。粒宽QTLGw-8被定位于第8染色体长臂末端微卫星标记RM502与RM447之间，遗传距离均为0．3cM。     

利用极端材料定位水稻粒形性状数量基因位点

利用极端大粒材料GSL156(千粒重71.9 g)与特小粒材料川七(千粒重12.1 g,轮回亲本)杂交、回交获得的BC₂F₂ 216个个体为作图群体,在北京进行稻谷粒长、粒宽、粒厚、长宽比、千粒重等粒形性状的鉴定。采用单标记分析和复合区间作图法,利用SSR标记对粒形性状进行数量性状基因座检测。结果表明,上述粒形性状在BC₂F₂群体均呈正态连续分布,表现为由多基因控制的数量性状;共检测到与粒形性状相关的QTL 28个,分布于第1、2、3、4、5、6和12染色体上。其中qGL3-2、qGL3-3、qGT12-1、qGT2-1、qGT5-1、qGW1-1、qGW12-1、qGW2-1、qGW5-1、qRLW3-1、qTGW12-1、qTGW2-1、qTGW3-3和qTGW5-1对表型变异的贡献率分别为13.70%、52.51%、21.13%、18.79%、20.92%、14.59%、18.33%、30.03%、20.05%、24.53%、13.47%、11.43%、21.30%和15.68%,为主效QTL。其中,第3染色体上检测出来的QTL最多。在所有检测到的28个QTL中,6个QTL的增效等位基因来源于小粒亲本川七,而其余QTL的增效等位基因均来源于大粒亲本GSL156,基因作用方式主要表现为加性或部分显性。第3染色体RM7580~RM8208区间是分别与粒宽、长宽比和千粒重相关的3个主效QTL的共同标记区间,第2染色体的RM7636~RM5812区间、第5染色体的RM3351~RM26区间和第12号染色体的RM1103~RM17区间是分别与粒宽、粒厚和千粒重相关的3个主效QTL的共同标记区间,这些区间对粒形贡献率较大,为进一步精细定位或克隆这些新的粒重或粒形QTL奠定了基础。同时大粒亲本对稻谷粒长、粒宽、粒厚和千粒重等性状的增效作用显著。     

利用4个姊妹近等基因系群体定位水稻粒重和粒形QTL

粒重是决定水稻产量的三要素之一。利用世界上粒重最大的品种之一SLG-1(供体亲本)与小粒品种日本晴(Nipponbare,轮回亲本)杂交,在各回交世代选择粒重较大单株与日本晴回交,构建水稻粒重和粒形的姊妹近等基因系(SNILs)。对获得的73株BC4F1单株进行粒重频率分布统计,选择粒重频率分布在4个峰值处的代表性单株,自交获得4个BC4F2SNILs群体。利用BSA法(分离群体分组混合分析法),从均匀分布在水稻染色体上的1513对SSR标记中筛选出与粒重和粒形相关的多态性标记19对,以LOD≥2.5作为选择阈值,对粒重、粒长、粒宽和粒厚进行QTL扫描,共检测到6个区域的12个QTL,贡献率从7.22%到53.38%。这些QTL所在区域包含已克隆的粒长GS3和粒宽GW2,也包含没有精细定位的第2染色体的RM6318～RM1367、第3染色体的RM5477～RM6417和第6染色体的RM3370～RM1161等3个区域控制粒重和粒形的5个QTL。其中第3染色体上RM5477～RM6417区间存在粒形贡献率较大的新的QTL。构建含有这些粒重QTL的姊妹近等基因系,为进一步精细定位或克隆新的粒重或粒形QTL奠定了基础。     

利用4个姊妹近等基因群体定位水稻粒重和粒形QTL

粒重是决定水稻产量的三要素之一。利用世界上粒重最大的品种之一SLG-1(供体亲本)与小粒品种日本晴(Nipponbare,轮回亲本)杂交,在各回交世代选择粒重较大单株与日本晴回交,构建水稻粒重和粒形的姊妹近等基因系(SNILs)。对获得的73 株BC₄F₁单株进行粒重频率分布统计,选择粒重频率分布在4个峰值处的代表性单株,自交获得4个BC₄F₂ SNILs群体。利用BSA法(分离群体分组混合分析法),从均匀分布在水稻染色体上的1 513对SSR标记中筛选出与粒重和粒形相关的多态性标记19对,以LOD≥2.5作为选择阈值,对粒重、粒长、粒宽和粒厚进行QTL扫描,共检测到6个区域的12个QTL,贡献率从7.22%到53.38%。这些QTL所在区域包含已克隆的粒长GS3和粒宽GW2,也包含没有精细定位的第2染色体的RM6318-RM1367、第3染色体的RM5477–RM6417和第6染色体的RM3370–RM1161等3个区域控制粒重和粒形的5个QTL。其中第3染色体上RM5477–RM6417区间存在粒形贡献率较大的新的QTL。构建含有这些粒重QTL的姊妹近等基因系,为进一步精细定位或克隆新的粒重或粒形QTL奠定了基础。     

普通菜豆籽粒大小与形状的QTL定位

普通菜豆是世界上最重要的食用豆类作物之一,其籽粒大小和形状与产量及外观品质密切相关。本研究以来自安第斯基因库的大粒品种龙270709和来自中美基因库的小粒品种F5910配置杂交组合,获得的F2分离群体分别在哈尔滨大田与北京昌平温室种植,对百粒重、粒长、粒宽、粒厚、长宽比和长厚比6个籽粒性状进行了相关性分析和QTL定位。相关性分析表明,百粒重与粒长、粒宽、粒厚、长宽比、长厚比5个衡量籽粒大小和形状的性状均显著正相关。利用基于完备区间作图方法的Ici Mapping 4.1进行QTL定位,哈尔滨环境下定位到38个与百粒重、粒长、粒宽、粒厚、长宽比、长厚比相关的QTL,表型贡献率介于2.39%~17.37%之间,分布在除第1染色体外的其余10条染色体上;北京昌平环境下定位到21个上述性状的QTL,表型贡献率介于5.92%~22.53%之间,分布在第1、第3、第6、第7、第8、第9和第11染色体上。其中,百粒重QTLSW7与SW7’,SW6.1与SW6’,粒长QTLSL6.1与SL6.1’,粒厚QTLSH11与SH11’在2个环境下的标记区间重叠或者重合,SW7、SW6.1、SL6.1、SW6’和SL6.1’的表型贡献率在10%以上。     

水稻粒形和垩白的QTL分析

水稻的产量和品质性状一直都是水稻育种长期关注的两个重要方面。本研究利用两个在粒形和垩白上有显著差异的籼稻品种R287和中早35为亲本,构建了一个含有192个单株的F2群体及衍生的F2:3群体,对其粒长、粒宽、长宽比、千粒重和腹白等性状进行了表型鉴定,并结合分子标记遗传连锁图谱进行了QTL(Quantitative trait locus)分析,结果表明:共检测到29个QTL,其中与粒重相关的QTL有6个,与粒形性状相关的QTL有12个,与垩白性状相关的QTL有11个。它们分布在第1号、第2号、第3号、第4号、第5号、第6号、第7号和第11号染色体上,表型变异贡献率介于0.10%~36.84%之间。     

水稻籽粒中内源多胺及其与籽粒充实和粒重的关系

以８个水稻品种（含杂交稻组合）为材料，研究了籽粒发育期内源多胺的含量及其与籽粒充实和粒重的关系。结果表明：籽粒中Ｐｕｔ（腐胺）、Ｓｐｄ（亚精胺）和Ｓｐｍ（精胺）的含量，强势粒高于弱势糕卫粒充实好的品种（组合）高于籽粒充实差的品种（组合），尤以Ｓｐｄ和Ｓｐｍ更明显；籽闰中Ｓｐｄ和Ｓｐｍ的含量或浓度，以及Ｓｐｄ／Ｐｕｔ和Ｓｐｍ／Ｐｕｔ的比值与谷粒充实率和千粒軎于极显著正相关在花后３天喷施外源多胺（１ｍ     

麦长管蚜（Sitobion avenae F.）危害对春小麦面粉品质性状及面团流变学特性的影响

选用2个抗麦长管蚜(Sitobion avenae F.)小麦材料及4个感蚜材料, 利用人工接种方法研究了该蚜虫危害对小麦面粉品质的影响。结果表明, 蚜虫取食对面粉颗粒度没有显著影响, 但可引起小麦面粉灰分含量显著增加, 蛋白质含量、SDS沉降值、面团筋力、膨胀指数、面团延伸性、面团弹性、弹性指数显著降低, 从而降低面粉品质。抗蚜小麦04-9284、C272及感蚜硬质小麦甘春20部分品质指标不发生变化或变化程度低于其他3个感蚜软质小麦。5个软质小麦蚜量高峰值与膨胀指数、面团弹性、SDS沉降值、面团筋力和蛋白质含量品质的降低幅度呈正相关, 相关系数分别为0.9968、0.9619、0.9310、0.9108和0.8886, 均达显著水平; 与灰分含量、面团延伸性和弹性指数相关性不显著。甘肃兰州拉面专用品种甘春20在高密度蚜虫危害后, 面粉品质下降, 但依然符合该专用粉的最适品质要求。     

硫肥对中筋小麦产量和加工品质的调控效应

以2个不同穗型的中筋高产小麦品种豫农949和兰考矮早八为材料,于2005-2007年通过2种氮水平的大田试验研究了施硫对小麦籽粒产量和加工品质指标的影响。结果表明,2个品种在2种氮水平下施硫提高了籽粒产量及其构成因素,豫农949施硫增产效果显著优于兰考矮早八,表明施用硫肥应考虑品种间差异。增施硫肥对2个品种的加工品质性状也有重要影响,施硫降低了淀粉的直/支比,提高了面团的拉伸面积和延伸度等面粉的拉伸参数,从而改善了面团流变学特性。此外,施硫处理还提高了面粉的亮度(L*值),改善了面粉的感官指标。综合比较氮硫施用对小麦产量和品质的调控效应以及投入成本,高产麦田以240 kg N hm^-2配施60 kg S hm^-2可起到提高籽粒产量、改善籽粒品质和节约成本的作用。因此,补充硫素营养已成为获取更高小麦籽粒产量和改善其加工品质的迫切措施之一,尤其是在中国一些高氮供应地区更应该如此。     

水稻粒型和粒重的QTL定位分析

利用以两个籼稻品种H359和Acc8558为亲本杂交建立的重组自交系群体及相应的分子标记连锁图，对水稻粒长、粒宽和粒重进行了QTL定位分析。检测到15个与粒长有关的QTL、17个与粒宽有关的QTL及16个与粒重有关的QTL，它们可分别解释75．91％、76．20％和81．40％的表型变异。其中在5号染色体上检测到1个控制粒宽的主效QTL，可解释26．65％的表型变异。粒长和粒宽之间虽然相关显著，但相关系数很小(r=0．180)。而QTL分析结果也显示，两者的QTL位置很少相同。这说明粒长和粒宽有不同的遗传基础。粒长和粒宽与粒重的相关系数分别为0．781和0．461，直接通径系数分别为0．7220和0．3299。QTL定位结果也显示，粒长与粒重的QTL位置相近或重叠的较多。因此，粒长对粒重的贡献较大。     

小麦籽粒游离多胺对土壤干旱的响应及其与籽粒灌浆的关系

为探明干旱胁迫下小麦内源游离多胺在籽粒灌浆过程中的作用,2013-2014和2014-2015年度选用高产品种扬麦16和宁麦13进行不同水分条件的盆栽试验。自分蘖末期至成熟期设置正常供水(WW)、土壤轻度干旱(MD)和土壤重度干旱(SD) 3种处理,观察不同土壤水分对籽粒中游离多胺和籽粒灌浆的影响。两个品种的结果一致表明,与WW相比,MD处理对叶片水势及光合作用没有显著影响,显著增加弱势粒灌浆速率(12.5%)和粒重(11.8%),对强势粒灌浆无显著影响;SD处理则严重抑制叶片光合作用,显著降低叶片水势,强势粒的灌浆速率和粒重分别下降10.1%和9.5%,弱势粒的灌浆速率和粒重分别下降14.5%和11.7%。MD处理显著提高了灌浆期弱势粒中游离亚精胺(Spd)和精胺(Spm)含量及其与腐胺(Put)的比值,而SD处理的结果则相反。籽粒灌浆速率、粒重与籽粒中Spd和Spm含量及Spd/Put和Spm/Put值呈极显著正相关,与Put含量呈极显著负相关。喷施Spd和Spm,显著增加3个处理弱势粒及SD处理强势粒的灌浆速率(11.2%~25.9%)和粒重(9.9%~17.7%),但对WW和MD处理的强势粒无显著影响;喷施Spd和Spm合成抑制剂[甲基乙二醛-双脒基腙(MGBG)]后,3个处理强、弱势粒的灌浆速率和粒重均显著降低,分别下降20.5%~28.8%和16.9%~28.5%。表明小麦籽粒中多胺对土壤水分的响应因土壤干旱程度而异,通过轻度土壤干旱处理增加籽粒中Spd和Spm含量以及Spd/Put和Spm/Put值,可以促进籽粒灌浆,增加粒重。     

冬小麦子粒充实度及灌浆模式的研究

通过对小麦子粒灌浆及发育的研究分析,提出了子粒充实度的概念及计算公式,并据此对河南省小麦子粒灌浆模式进行了研究,结果表明,品种间的子粒充实度存在着显著差异,它可以较好地反映子粒生长潜力的发挥程度。河南省的高产小麦品种可以划分为四种灌浆模式：①高灌浆速度与短灌浆持续期相结合类型;②长灌浆持续期与早开花相结合类型;③长灌浆持续期与晚开花相结合类型;④低灌浆速度与长灌浆持续期相结合类型。其中,①②模式类型比较适合河南省的生态条件,子粒充实度较高。子粒充实度与子粒灌浆持续期、子粒灌浆完成期、开花期、起始生长势等密切相关     

水稻早恢402体细胞无性系及其杂种F1的粒形与碾米品质

比较了水稻早熟恢复系402的体细胞无性系及其杂种F1的粒形及碾米品质的变异特点。结果表明，R3株系与供体亲本籽粒间及体细胞组培杂种R1F2与亲本杂种F2籽粒间米质性状的总体差异达极显著水平。R3的粒宽、粒厚、糙米率、精米率倾小值变异；R1F2的粒长、长/宽比、长/厚比及整精米率等指标倾大值变异。R3代的糙米率及精米率与整     

黄淮地区不同粳稻品种株型、产量与品质的比较分析

对黄淮稻区的129个粳稻品种(品系)进行了株型、产量和品质的观察测定。通过产量聚类分析，将供试品种分成超高产、高产、中产、中低产及低产5种类型。超高产类型品种占3.1%，低产类型品种占14.7%，其他3类品种占82.2%。超高产水稻品种多为半直立大穗型、叶片挺立，具有较高的干物质生产能力、较高的粒重、结实率和经济系数。优质米品种在高产和中高产类型中较多，在超高产和低产类型中很少。垩白米率高是超高产品种米质的主要问题。提出了黄淮地区超高产(>12 t hm^-2)中粳水稻品种的株型和产量构成指标，即株高1.00~1.08 m，全生育期150~155 d，穗型半直立，有效穗320~340个 m^-2，穗长0.17~0.18 m，一次枝梗12~15个，二次枝梗30~38个；每穗160~180粒，结实率>85%，千粒重26~27 g；倒1、2、3叶叶长分别为0.26~0.28、0.35~0.40和0.32~0.38 m，剑叶角度<20º，收获指数>0.50。     

利用“永久F2”群体剖析玉米产量及其相关性状的遗传机制

利用RIL群体构建了一套包含441个杂交组合的玉米“永久F₂”群体,通过253个SSR标记的等位基因频率分析,发现“永久F₂”群体的遗传组成与基因频率与F₂群体相似,理论上可以代替F₂群体进行相关遗传研究。通过两年一点的田间试验,利用复合区间作图法对玉米产量及其3个主要构成因子进行了遗传分析。结果表明,玉米产量与穗长、穗行数及百粒重呈显著或极显著正相关,而穗长与穗行数和百粒重显著负相关。共定位3个产量QTL、8个穗长QTL,11个穗行数QTL和5个百粒重QTL。