不同小麦品种春化反应与抗寒性关系初探

选择北移号、8066、苏引10号、鲁麦22号、晋春9号等五个不同类型小麦品种，通过低温春化处理，观察不同品种的春化反应和抗寒性表现，以研究其春化反应与抗寒性的关系。结果表明，不同类型品种抗寒性差异较大，同一品种经不同低温春化时间处理后幼苗的抗寒性不同，且随着春化时间的延长，抗寒性增强，适宜春化时间处理幼苗的抗寒性最强；在小麦生长发育过程中，要求较长低温春化时间的品种，抗寒性不一定强，但抗寒性强的品种，要求的春化时间一般较长；低温春化特性与抗寒性是品种的两种性质，低温春化有利于小麦抗寒性的形成。     

小麦春化研究进展

本文综述了近10年来有关小麦春化研究的生态、生理生化及遗传学进展。讨论了小麦春化的低温条件及敏感阶段,分析了低温在小麦体内引起的核酸、蛋白质组分及生物活性物质的变化规律及春化基因的作用方式.并就小麦春化与器官建成的有关内容作了介绍.     

春化和光周期基因在陕西小麦品种中的分布

为了解陕西小麦品种中春化基因和光周期基因的分布特点,采用STS标记检测了陕西境内173份小麦品种春化基因Vrn-A1、Vrn-B1、Vrn-D1、Vrn-B3和光周期基因Ppd-D1位点的显性等位变异组成.结果表明,4个春化基因位点显性等位变异在陕西小麦中的平均分布频率不同,顺序为Vrn-D1(38.2%)＞Vrn-B1(16.2%)＞Vrn-A1(1.2%)＞Vrn-B3(0%).春化显性等位变异在陕西境内各麦区的分布频率也不同:归属于北部冬麦区的小麦品种4个春化位点均处于隐性状态;归属于黄淮冬麦区的小麦品种显性等位变异分布比例顺序为Vrn-D1(41.7%)＞Vrn-B1(19.1%)＞Vrn-A1(0%)=Vrn-B3(0%);归属长江中下游麦区的为Vrn-D1( 40.3%)＞Vrn-B1(16.1%)＞Vrn-A1(0%)=Vrn-B3(0%),归属西南冬麦区的为Vrn-D1(54.6%)＞Vrn-A1(18.2%)=Vrn-B1(18.2%)＞Vrn-B3(0%).在光周期Ppd-D1位点,99.4%的品种携带对光周期反应不敏感的显性等位变异Ppd-D1a.陕西境内推广的小麦品种中存在7种春化和光周期基因显性等位变异组合,即Vrn-D1、Ppd-D1a、Vrn-B1/Ppd-D1a、 Vrn-D1/Ppd-D1a、Vrn-A1/Vrn-B1/Ppd-D1a、Vrn-A1/Vrn-D1/Ppd-D1a 和Vrn-B1/Vrn-D1/Ppd-D1a,平均分布频率为0.6%、49.7%、11.6%、32.3%、0.6%、0.6%和4.6%.5个位点显性等位变异组合在陕西境内不同麦区分布也不同:归属于北部冬麦区的检测小麦品种中,均携带单一显性等位变异Ppd-D1a;归属于黄淮冬麦区的小麦品种中,显性等位变异组合出现5种类型,即Vrn-D1、Ppd-D1a、Vrn-B1/Ppd-D1a、 Vrn-D1/Ppd-D1a和Vrn-B1/Vrn-D1/Ppd-D1a,比例分别为1.2%、45.2%、13.1%、34.5%和6.0%;归属于长江中下游冬麦区的小麦品种中存在4种显性等位变异组合类型,即Ppd-D1a、Vrn-B1/Ppd-D1a、 Vrn-D1/Ppd-D1a和Vrn-B1/Vrn-D1/Ppd-D1a,分别占45.2%、14.5%、37.1%和3.2%;归属于西南冬麦区的小麦品种中存在5种类型,分布比例次序为Ppd-D1a(36.3%)=Vrn-D1/Ppd-D1a(36.3%)＞Vrn-A1/Vrn-B1/Ppd-D1a(9.1%)=Vrn-A1/Vrn-D1/Ppd-D1a(9.1%)=Vrn-B1/Vrn-D1/Ppd-D1a(9.1%).这些信息为陕西选育广适性小麦品种提供了依据.     

小麦春化发育相关蛋白质同工酶的研究

本研究对不同发育特性的小麦品种 ,进行春化、脱春化处理 ,经凝胶电泳分析表明 ,在冬小麦春化过程中 ,不仅植株可溶性蛋白质含量增加 ,而且有新蛋白质的产生。英国Mercia品种与中国京 84 1都产生 5 3.2、4 6kD两种新的蛋白质 ,且在春化、脱春化中稳定存在 ,这两种蛋白质正是春小麦有而冬小麦未经春化没有的 ,表明这两种蛋白质的产生与冬性小麦春化过程密切相关 ;同时在春化过程中过氧化物酶 (POD)、酯酶 (EST)酶带及活性发生显著变化且产生了与特异蛋白质分子量 (5 3.2kD)接近的新带 ,表明POD和EST与小麦通过春化发育有一定相关性 ,而6 磷酸葡萄糖脱氢酶与春化发育相关性较小 ,超氧化物歧化酶 (SOD)与春化发育基本无相关性     

青海和西藏小麦品种主要春化基因的组成分析

为了明确青海和西藏小麦春化基因的分布特点,利用STS标记对96个青海和西藏小麦品种主要春化基因VRN-A1、VRN-B1、VRN-D1和VRN-B3位点的等位变异组成进行了检测和分析。在96个小麦品种中,VRN-A1位点存在Vrn-A1 a(30.2%)、Vrn-A1 b(6.3%)和vrn-A1(63.5%)3种等位变异,VRN-B1位点存在Vrn-B1 a(29.2%)、Vrn-B1 b(12.5%)和vrn-B1(58.3%)3种等位变异,VRN-D1位点存在Vrn-D1 a(55.2%)、Vrn-D1 b(1.0%)和vrn-D1(43.8%)3种等位变异,VRN-B3位点存在Vrn-B3 b(1.0%)和vrn-B3(99.0%)两种等位变异。4个位点显性春化基因等位变异的分布频率不同,依次为Vrn-D1(56.3%)Vrn-B1(41.7%)Vrn-A1(36.5%)Vrn-B3(1.0%)。在14个冬小麦品种中,4个位点均为隐性春化基因等位变异;在82个春小麦品种中,4个位点至少有1个携带显性等位变异,其中VRN-D1位点显性等位变异占主导地位,并常与其他位点显性等位变异伴随出现。两个地区春小麦品种间,4个位点显性等位变异的分布频率存在较大的差异,青海春小麦品种依次为Vrn-B1(64.8%)Vrn-A1(51.9%)=Vrn-D1(51.9%)Vrn-B3(1.9%),西藏春小麦品种为Vrn-D1(92.9%)Vrn-A1(25.0%)Vrn-B1(17.9%)Vrn-B3(0)。在82个春小麦品种中,4个春化基因位点存在8种等位变异组合类型,vrn-A1/vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(30.2%)Vrn-A1/Vrn-B1/vrn-D1/vrn-B3(17.6%)vrn-A1/Vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(11.5%)Vrn-A1/vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(7.3%)vrnA1/Vrn-B1/vrn-D1/vrn-B3(6.3%)=Vrn-A1/Vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(6.3%)Vrn-A1/vrn-B1/vrn-D1/vrn-B3(5.2%)vrn-A1/vrn-B1/Vrn-D1/Vrn-B3(1.0%)。这8种等位变异组合在春小麦中的分布频率因品种推广地区不同而不同。在青海春小麦品种中,存在8种等位变异组合类型,以Vrn-A1/Vrn-B1/vrn-D1/vrn-B3(29.5%)和vrn-A1/vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(22.2%)为主,vrn-A1/Vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(14.8%)与Vrn-A1/Vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(11.1%)次之;在西藏春小麦品种中,仅存在5种等位变异组合类型,以vrn-A1/vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(60.7%)为主,Vrn-A1/vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(21.4%)和vrn-A1/Vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(10.7%)次之,vrn-A1/Vrn-B1/vrn-D1/vrn-B3(3.6%)和Vrn-A1/Vrn-B1/vrn-D1/vrn-B3(3.6%)较低。这些信息可为青海和西藏小麦品种选育和推广提供依据。     

河南省小麦品种春化特性和光周期特性的研究

以河南省20世纪40年代至今的30个小麦大面积栽培品种为材料,采用春化特性和光周期特性离析试验、田间幼穗分化进程观察的方法,对河南省小麦品种春化特性和光周期特性进行了分类和演化分析,并利用STS标记对供试品种的春化和光周期基因进行了检测。结果表明,在河南省70年来的小麦大面积品种演化中,存在着多种春化与光周期反应类型,但春化特性的演化表现为冬性程度由强减弱再增强的变化趋势;光周期特性敏感程度表现出逐渐降低的趋势。经分子标记检测,河南省70年来大面积推广品种的春化基因主要为 vrn-A1、 vrn-B1、 vrn-D1、 Vrn-D1b和 vrn-B3,光周期基因主要为 Ppd-A1a、 Ppd-D1a,但这些基因对春化特性和光周期特性的作用效果总体上尚不能准确反映品种的冬春性和光周期特性的实际情况,在育种工作中春化特性和光周期特性的选择与鉴定仍应以表型鉴定为主。     

普通小麦几丁质酶基因的克隆与表达分析

几丁质酶是植物重要的防卫因子之一,与植物抗病性密切相关。为深入了解几丁质酶基因表达及功能,先利用引物ChiF/ChiR从10份具有不同抗病性的小麦中克隆出几丁质酶基因后对其进行序列分析及原核表达分析,再利用荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析小麦根、茎和叶不同组织中几丁质酶基因的表达情况,并选取在小麦根、茎和叶中表达量最高的几丁质酶基因进行真菌性病害的抗性反应试验。结果表明,从10份具有不同抗病性的小麦中克隆得到5条长度约960bp的几丁质酶基因序列,其中1条序列与已公布的Chi-3基因序列(序列登录号为KJ507387)一致,其余序列命名为Cht1~Cht4(GenBank登录号为KR049247~KR049250)。序列分析表明,克隆所得序列无内含子,编码的几丁质酶属于ClassⅠb类型,也属于糖苷水解酶第19家族,是胞外分泌蛋白且兼具溶菌酶活性。SDS-PAGE分析表明,重组质粒pE-Chi能在BL21(DE3)中表达一个33kDa左右的特异蛋白。qRT-PCR分析表明,这5种几丁质酶基因在小麦根、茎和叶中均有表达,但在不同器官中表达量差异较大,其中,叶中表达量最高,根中次之,茎中最低;同时,这5种几丁质酶基因在同一器官中表达量大小具体表现为Cht4Cht2Cht3Cht1Chi-3。选取相对表达量最高的Cht4基因验证其对真菌性病害的抗性反应,结果表明,在条锈菌胁迫下,Cht4基因在抗病材料92R137中的表达量显著高于感病材料铭贤169,并且均高于同等条件下接ddH2O的表达量。本研究扩增到的几丁质酶基因在小麦中组成型表达,说明其参与了小麦的正常生长发育过程;Cht4基因的表达受条锈菌诱导,推测其可能参与了小麦叶部抗条锈菌的防御反应。     

不同发育特性小麦品种春化基因 VRN2的序列分析

为了明确小麦春化基因VRN2与春化发育表现型的关系,以6个不同春化发育特性的普通小麦品种为试验材料,采用PCR技术对春化基因VRN2的CCT保守区中43个氨基酸序列进行了分析。结果表明,不同品种间ZCCT-A1的CCT功能域的序列存在差异,肥麦有R35W突变,另外5个品种均有R39C突变;ZCCT-A2均存在R16C突变;B和D基因组中均未发现突变。这表明VRN2基因编码区的等位变异主要出现在A基因组上,而B和D基因组中的VRN2基因在目前大面积主栽品种中均为显性。     

TDZ在小麦花药培养中的作用

为了进一步提高小麦花药培养效率,以8个小麦杂交F1代为供试材料,通过在培养基中添加不同浓度的噻重氮苯基脲(thidiazuron,TDZ)探讨其对小麦花药培养的作用。结果表明,TDZ的作用与添加剂量及小麦基因型密切相关。在诱导培养基中添加TDZ对基因型中麦875/郑豫麦043具有负向调控作用,但对兰考198/黄明118、郑麦7698/西农979以及天禾7号/0836H-3则具有正向促进作用。TDZ的最佳添加剂量为0.05mg·L-1,可显著提高3个基因型的胚性愈伤组织诱导率和绿苗产率,其中兰考198/黄明118胚性愈伤组织诱导率和绿苗产率最高,分别达到25.1%和8.7%。同样,在分化培养基中添加一定剂量的TDZ,对4个基因型的愈伤组织分化均表现正向促进作用,TDZ的适宜浓度范围为0.5~1.0mg·L-1,以添加0.5mg·L-1的处理表现最优,能够显著提高绿苗分化率和绿苗/白苗比率;基因型兰考198/黄明118的绿苗分化率和绿苗/白苗比率最高,分别达50%和1.87。研究还表明,在诱导培养基或分化培养基中添加TDZ还能够促进绿苗增殖,提高单倍体自然加倍效率。本研究结果将有助于小麦花药培养技术的优化,进而提高花培育种效率。     

小麦 TaCSL1基因的克隆及表达模式分析

Clavaminate Synthase-Like（CSL）是生物体内的一种氧化还原酶,可催化氨基酸羟基化。为初步了解小麦CSL基因并探究其相关生物学功能,利用同源克隆的方法,以拟南芥 At3g21360（GenBank Accession：NC_003074.8）基因CDS序列为探针搜索小麦基因组核酸序列数据库,得到小麦A、B、D三个亚基因组上的部分同源基因序列。对上述三条序列的全长与编码区进行克隆和测序,经生物信息学分析,发现这三个基因编码的蛋白属于CSL家族。命名该基因为 TaCSL1,来自A、B、D三个亚基因组的部分同源基因分别命名为 TaCSL1-3A、 TaCSL1-3B、 TaCSL1-3D。实时荧光定量PCR分析表明,这三个部分同源基因在小麦不同生长发育阶段和不同组织部位均有表达,除叶鞘组织外,其相对表达水平在各时期叶片中均高于其他组织。分析该基因在小麦不同生长发育时期叶片的相对表达水平发现,该基因的相对表达量在幼苗期至孕穗期持续提高,抽穗期显著下降,开花后再次提高,生育末期降低。就三个部分同源基因的表达水平而言, TaCSL1-3A相对表达量均较低,而 TaCSL1-3B的相对表达量在孕穗期之前最高, TaCSL1-3D在孕穗期之后最高。本研究明确了 TaCSL1的时空表达特征,可为深入研究小麦氨基酸羟基化过程和植物抗病机理研究提供新思路。     

小麦种质资源耐深播性评价体系研究

为建立准确、简单易行的种质资源耐深播评价体系,以15份耐深播能力存在不同程度差异的小麦种质为材料,在大田环境下,研究6个播种深度(5 cm、7 cm、9 cm、11 cm、13 cm、15 cm)下小麦出苗率、出苗时间、苗高、地中茎长、胚芽鞘长、胚芽鞘横截面积及初生根长的差异,筛选小麦耐深播评价的最佳播种深度及其密切相...     

基于小麦产量三要素的产量条件QTL分析

为了从单个QTL水平上解析产量与产量三要素的遗传基础,利用花培3号和豫麦57杂交获得的168个家系的DH群体及其遗传图谱,在5个环境下对产量进行了非条件QTL分析和基于产量三要素(穗粒数、千粒重和单位面积穗数)的条件QTL分析,共检测到9个非条件QTL和28个条件QTL。其中,检测到2个主效QTL(QY.sdau-4D和QY.sdau-6D.2),它们可分别解释15.77%和10.16%的表型变异。分别检测到6个"一因多效"QTL和11个微效QTL;其中,QYsdau-4D.2通过影响单位面积穗数、穗粒数和千粒重而影响产量,QYsdau-2D.1和QYsdau-3A.1能提高单位面积产量但不影响穗粒数,即单位面积产量和穗粒数在该位点上几乎没有关联。本研究结果为通过分子设计聚合高产有利基因提供了理论基础,对培育单位面积产量大幅度提高的小麦新品种具有重要意义。     

小麦穗粒数QTL整合与元分析

小麦穗粒数是由多基因控制的复杂数量性状。为发掘控制小麦穗粒数(KNS)的真实主效数量性状位点(quantitative trait loci, QTL),本研究利用生物信息学手段,借助小麦高密度分子标记遗传图谱,对来自不同遗传作图群体的控制小麦穗粒数的163个QTL位点进行图谱整合、映射和元分析。结果表明,目标性状QTL在小麦21条染色体上不均匀分布,在2B染色体上最多,在7D染色体上最少;建立控制小麦KNS的QTL一致性图谱,最终获得35个一致性QTL(meta quantitative trait loci, MQTL)位点及其紧密连锁的候选分子标记,置信区间最小可达到0.55 cM。     

西农538 LMW-GS基因的克隆、原核表达及功能鉴定

为了探索普通小麦品种西农538的LMW-GS对面粉加工品质的影响,根据NCBI中已公布的LMW-GS基因序列,设计了一对特异性引物,从西农538基因组DNA中克隆出LMW-GS基因后,对其进行原核表达及掺粉试验。序列分析表明,克隆得到的LMW-GS基因序列(GenBank登录号为KX452081)有单一完整的开放阅读框,编码区长915bp,无内含子。同源性比对及进化树分析发现,该基因属于Glu-D3、Type V(Group 10)、m型、C组LMW-GS基因。SDS-PAGE和Western blot分析表明,该基因原核表达成功。微量掺粉试验表明,诱导表达的蛋白对小麦面粉加工品质有负效应。     

小麦山农066559紫色性状的遗传分析

为了解小麦山农066559的紫粒、紫色花药和紫色叶鞘三个性状的遗传规律,以山农066559和普通小麦SN1391为亲本材料,分析其不同杂交世代(正反交F1、F2、F3和回交世代BC1F1、BC1F2)的性状表型,进行紫色性状遗传规律研究.结果表明,对于籽粒而言,F3中紫色与白色的分离比符合9∶7,在BC1 F2中,该比例为1∶3,说明紫色籽粒由两对独立的显性互补基因控制.对于花药而言,F2中紫色与黄色的分离比符合1∶3,在BC1F1中,该比例是1∶1,说明紫色花药由一对隐性基因控制.对于叶鞘而言,F2中紫色与白色符合3∶1的比例,在BC1F1中,该比例为1∶1,说明紫色叶鞘由一对显性基因控制.此外,三个性状的联合遗传分析表明,紫粒与紫花药的基因符合自由组合定律;紫粒的一个基因与紫叶鞘基因之间存在连锁和互换现象.可见小麦山农066559的紫色籽粒、花药和叶鞘性状,具有不同的遗传控制基因和遗传规律,这些基因之间具有不同的连锁特点.     

小麦旗叶大小及穗部相关性状的QTL定位

为了发掘更多控制小麦旗叶大小及穗部相关性状的QTL,以兰考906和小偃81创制的133个F6~F7重组自交系为试验材料,在6个环境下利用SSR标记对旗叶大小及穗部相关性状进行QTL定位。结果表明,有202对SSR标记被用于构建遗传连锁图谱,图谱覆盖小麦21条染色体,全长1 678.93cM,标记间平均距离8.30cM。采用完备区间作图法共检测到30个QTL,分布在1B、2A、3D、4A、4B、4D、5D、6A、6B、6D和7D染色体上。其中,旗叶宽QTL有7个,穗长QTL有9个,小穗数QTL有5个,穗粒数QTL有5个,小穗着生密度QTL有4个,不同环境下单个QTL可解释的表型变异率为4.94%~23.14%,有14个QTL的表型贡献率大于10%,有8个QTL可在2个或2个以上环境中被检测到。其中,Qflw-4A在3个环境中被检测到,贡献率为10.13%~20.77%,是控制旗叶宽的稳定主效QTL;Qsl-4D.2在4个环境中被检测到,贡献率为12.58%~23.14%,是控制穗长的稳定主效QTL;Qker-5D在2个环境中被检测到,贡献率为11.44%~14.32%,是控制穗粒数的稳定主效QTL。这3个稳定主效QTL可作为改良叶宽和增加穗粒数的功能QTL作进一步研究。