水稻极矮突变体s2-47对赤霉素的响应及基因定位研究

通过EMS诱变日本晴获得1个极端矮化突变体s2-47,其表型为极度矮化、叶色深绿、不能抽穗结实。对水稻胚乳的α-淀粉酶诱导实验表明s2-47突变体与GA的信号传导途径无关,外源活性GA₃对水稻幼苗株高的促进实验显示s2-47应与赤霉素的生物合成有关。利用s2-47和Dular构建F₂群体并精细定位表明,s2-47的表型与水稻OsCPS1基因紧密连锁,其编码的柯巴焦磷酸合成酶是赤霉素生物合成途径的第一个关键酶。序列分析发现,s2-47突变体的OsCPS1基因编码区发生了单个碱基缺失导致移码突变。OsCPS1基因在植株地上部都有表达,在节中表达最高。OsCPS1基因的表达受外源GA₃抑制,但在s2-47突变体中表达上调。     

一个新的水稻D1基因等位突变体的遗传鉴定与基因功能分析

株高是影响水稻产量的一个重要性状。本研究从水稻稻瘟病普感品种丽江新团黑谷(LTH)经甲基磺酸乙酯(EMS)诱变群体中分离出一个遗传稳定的小粒矮化突变体LTH-m3。该突变体是赤霉素(GA)和油菜素内酯(BR)相关突变体,它对外源GA(GA₃)不敏感,对外源BR(eBL)的敏感性较野生型显著降低。遗传分析、基因克隆和转基因互补实验确认,该突变体是一个新的d1基因等位突变体,其D1基因在第6个外显子与内含子接合处发生单碱基突变(G²⁵²² →A²⁵²²),导致第6外显子被选择性剪切及Gα蛋白翻译提前终止,从而造成LTH-m3小粒矮化突变表型。进一步的研究表明,该突变体D1基因突变引起SD1和SLR1等基因表达的显著改变,因而影响植株细胞内GA和BR反馈调节功能和信号传递。突变体LTH-m3弥补了LTH植株过高、茎秆软和极易倒伏等缺陷,可作为LTH的改良系在今后水稻稻瘟病研究中加以利用,其功能突变基因的鉴定为深入研究水稻Gα蛋白的功能及激素信号途径提供了新的材料。     

一份新选玉米矮秆突变体的鉴定与遗传分析

为了更好地利用矮秆突变体,对突变体dm676的形态特征、突变基因遗传规律、矮化机理、3个性状一般配合力(General combining ability,GCA)进行了试验研究。从正常玉米自交系M676中发现一矮秆突变体dm676,与野生型相比,其株高降低了2/3,节间数减少且节间长度明显缩短;遗传分析表明,该突变体属于隐性单基因遗传;外施生长素(IAA)和赤霉素(GA3)试验均不能使突变体dm676株高恢复到正常水平,表明该突变不属于IAA或GA3缺乏性突变;石蜡切片结果显示突变体dm676的穗位下1节间表皮细胞明显缩短,且细胞排列较为紊乱,推测突变体节间长度缩短可能由于茎部细胞长度缩短所致;dm676的小区产量性状GCA为正效应,株高、穗位高GCA为负效应,与M676的产量、株高、穗位高的GCA比较差异极显著。结果为进一步矮秆突变基因定位研究、育种应用提供参考。     

小麦矮秆突变体的鉴定及其突变性状的关联分析

矮秆突变体是小麦育种和株高遗传研究的重要基因资源。通过‘云麦53’成熟种子的EMS (Ethyl methyl sulfonate)诱变及诱变植株连续自交,获得了33个M3代候选突变体。通过诱变亲本与M2和M3代候选植株的株高差异分析,筛选到26个矮秆突变体,其株高变幅为(13.61±0.11)~(44.08±1.73) cm。基于8个矮秆基因的12个特异性标记检测发现, 26个矮秆突变体至少携带2个矮秆基因标记位点。除株高外, 26个矮秆突变体还携带穗长、小穗密度、节间数和平均节间长4个不同突变性状。26个矮秆突变体可聚为5个亚类,第1亚类的小穗数和小花数最少;第2亚类的株高最矮,穗长和平均节间长最短,小穗密度最高;第3亚类突变体的节间数最少。株高与平均节间长和节间数呈极显著相关,偏相关系数分别为0.94、0.58,但与穗长、小穗数、小花数和小穗密度4个性状无相关性。26个矮秆突变体的株高与平均节间长和节间数关联遗传,携带不同的突变基因组合,可用于小麦矮化育种,以及株高、穗长和小穗密度等性状的遗传机制研究。     

水稻矮化大粒突变体sdb1的鉴定与基因定位

适度矮化有利于提高水稻的抗倒伏性, 进而影响产量和品质, 是水稻育种中重要的选择性状之一, 因此研究矮秆形成的分子机制具有重要的意义。为鉴定新的矮秆资源, 探讨株高形成的分子调控机制, 我们对籼型恢复系缙恢10号的EMS (甲基磺酸乙酯)诱变体库进行了鉴定, 从中筛选到1个植株半矮化且籽粒变大的突变体sdb1。本文对其进行了形态鉴定、细胞学观察、遗传分析和基因定位等研究。田间种植条件下, 全生育期sdb1的株高都明显矮于野生型, 成熟期仅76.66 cm, 与野生型的117.43 cm相比, 下降了34.72%, 差异达极显著水平, 进一步分析发现sdb1的穗和各节间长均显著变短。在茎秆石蜡切片中发现, 纵向细胞的长度与野生型相比无显著变化, 横向细胞面积极显著变小、数量则极显著增加, 纵向细胞变少是导致sdb1植株半矮化的主要原因。除植株变矮外, sdb1的另一典型特征是籽粒变大, 千粒重由野生型的24.83 g变为突变体的29.00 g, 差异达极显著水平; 颖壳中薄壁细胞数量增加了22.05%, 致使籽粒的长、宽、厚均极显著变大, 从而提高了sdb1的粒重。此外, sdb1叶肉细胞层数增多, 导致其光合色素含量极显著高于野生型, 叶片呈现深绿色。遗传分析发现, sdb1的突变表型受单隐性核基因调控, 利用中花11/sdb1杂交组合的F₂隐性植株, 最终将调控基因定位在第4染色体SSR标记RM16632和Indel标记J50-7之间约406 kb的物理范围内。这为SDB1的克隆和功能研究奠定了基础, 也有助于水稻株高发育分子机制的进一步阐释。     

矮杆和半矮杆大豆突变体植株生长对外源GA3的响应

矮杆和半矮杆突变体是研究植物基因功能和培育高产作物新品种的重要材料。本研究以矮杆和半矮杆大豆突变体与各自野生型品种为材料, 利用外源赤霉素(GA₃)处理不同发育时期植株, 研究植株生长速率和成熟期株高性状发育对外源GA₃的响应及主茎纵向细胞的形态学变化, 分析两类突变体与各自野生型之间的内源赤霉素含量差异。结果表明, 外源GA₃(40 mg L^-1)对半矮杆和矮杆突变体的作用效果明显不同, GA₃处理后半矮杆突变体植株在不同测定时段的平均生长速率达到2.76 cm d^-1, 而矮杆突变体的平均生长速率仅为0.92 cm d^-1, 而且成熟期半矮杆突变体植株的平均高度、主茎平均节间长度与节间纵向细胞长度均显著超过对照, 外源GA₃能够恢复其正常的野生型株高表型; 而矮杆突变体较对照的上述3项增幅均明显小于半矮杆型, 外源GA₃不能恢复其正常的野生型株高表型。说明半矮杆突变体的植株生长对外源GA₃有明显响应, 为GA₃敏感型突变体; 而矮杆突变体仅在生育前期对外源GA₃有一定程度响应, 为GA₃钝感型突变体。半矮杆和矮杆突变体成熟期植株的内源GA₃₊₁含量均显著低于各自野生型品种, 这可能是二者表型矮化的生理原因。     

陆地棉矮化突变体Ari1327的矮化机理研究

 Ari1327是从美国引进的陆地棉种质Ari971经⁶⁰Coγ射线照射后得到的一个新型矮化突变体。Ari1327在萌发期和子叶期就表现出矮化性状。在现蕾期,突变体的株高、节间数和节间平均长度均小于野生型,差异达到极显著水平,节间平均长度的缩短导致了突变体株高的降低。突变体主茎节间纵向细胞的长度要显著小于野生型,横向细胞的直径与野生型差异不显著,节间细胞伸长受抑制导致了突变体节间平均长度的缩短。突变体中IAA、GA₃和ABA 含量高于野生型,外施GA₃能使其株高恢复至野生型水平,外施BR和IAA不能使其株高恢复到正常水平,较低浓度的IAA对突变体的株高和节间长度就开始产生抑制作用。突变可能导致了IAA合成相关基因的过量表达,突变体内源IAA含量急剧升高而抑制了植株生长,使株高降低。     

5个玉米矮秆突变体的致矮效应及主要性状配合力研究

以5个玉米矮秆突变体为材料,研究其致矮力及主要性状配合力表现,以期明确其致矮效应和育种应用潜力。结果表明,以致矮力为突变体的相对矮化指标,株高致矮力R 08 dK 78 dK 15 dK 125 dK 123 d;穗位高致矮力K 78 dK 15 dR 08 dK 125 dK 123 d;配合力效应分析表明,K 123、K 123 d、K 15 d和K 78 d的株高和穗位高GCA均为负向效应,K 125 d、K 211、R 08、K 78和K 78 d的单株产量GCA为正向效应。以GCA效应为指标更能全面反映亲本对F_1组合的矮化效应;K 123、K 123 d和K 15 d矮化作用明显,是较好的矮化育种亲本;K 125 d产量GCA效应值高,是较好的高产育种亲本;K 78 d降高效应明显,产量GCA较高,可作为理想的矮秆高产育种亲本。     

水稻矮秆鞘包穗突变体茎的形态解剖学研究

以T-DNA标记的水稻矮秆、鞘包穗突变体A846及其野生型为材料,用解剖学方法对比研究茎的外部形态和显微结构。结果表明：突变体A846平均株高38.64cm,大于野生型株高的一半,为半矮秆类型;其矮生性在拔节期显著表现;主茎茎秆各节间收缩比例不一,穗下第一节间显著缩短,与sh-型突变体类似;茎秆各节间居间分生组织细胞分化正常,由居间分生组织分化的细胞延伸受到不同程度的阻碍;各节间基本组织细胞纵向长度相应缩短,穗下第一节间缩短比例最大,其平均值小于野生型的一半;主茎节间数目与旗叶的叶鞘长类似于野生型。     

莲雾催花过程中叶片内源激素的变化

为探明莲雾产期调节的内在生理生化机理,以‘粉红种’莲雾为材料,研究莲雾反季节遮阳催花过程中叶片内源激素IAA、GA₃、ABA、ZT含量的动态变化和激素平衡（比值）的变化。结果表明：在遮阳处理后,叶片的IAA、ZT、GA₃、ABA含量均降低;喷施催花药剂后,IAA、ZT、ABA含量上升,GA₃含量下降。遮阳抑制了莲雾的营养生长。在花芽分化期,高水平的ABA、ZT,低水平的GA₃,IAA/ABA、GA₃/ABA、(IAA GA₃)/ABA低,ZT/GA₃高有利于莲雾成花。其中,高水平的ABA、GA₃/ABA低、ZT/GA₃高可能在莲雾的花芽分化中起主导作用。     

不同外源激素对糜子成穗及产量的影响

研究不同种类外源激素对糜子成穗及产量的影响。用5种外源激素在糜子3~4叶期喷施,连续处理2次,喷清水为对照。记录糜子苗期基本苗数、拔节期总茎数、成熟期穗数等性状,用统计软件SPSS 17.0进行统计分析。结果表明,施用脱落酸（ABA）能够显著降低糜子的分蘖数,施用赤霉素（GA₃）、吲哚乙酸（IAA）、矮壮素（CCC）也能减少糜子分蘖数,但是与对照差异不显著,施用多效唑（PP₃₃₃）对糜子分蘖数没有明显影响;施用GA₃、IAA、CCC能够增加分蘖穗数,而ABA、PP₃₃₃降低分蘖穗数;各处理分蘖成穗率都较对照高,ABA处理分蘖成穗率为最高达到25.20%;ABA处理主茎穗占比较对照增加,分蘖穗占比降低;GA₃、IAA、CCC处理主茎穗占比相对于对照降低,分蘖穗占比增加,PP₃₃₃处理与对照相近;5种外源激素对糜子产量的影响差异显著,施用ABA产量最高,可能与主茎穗占比高和分蘖成穗率高有关系。在糜子3~4叶期喷施5种外源激素,对糜子有显著作用的是ABA,主要表现在ABA能够降低糜子分蘖数,保证了主茎的成穗数量,增加了分蘖成穗率,从而提高了糜子产量。     

赤霉素对盐胁迫下绿宝糯黍子幼苗根生长及渗透调节的影响

以绿宝糯黍子为试验材料,采用水培法,研究不同浓度盐胁迫对幼苗根的生长、渗透调节和根系活力的影响以及施加赤霉素（GA₃）对盐胁迫的缓解作用。结果表明,与对照相比,盐胁迫抑制幼苗的生长,对根的抑制作用大于芽;根的伸长作用被强烈抑制,可溶性蛋白和游离脯氨酸含量升高,根系活力显著下降。盐胁迫同时施加GA₃能引起伸长区细胞纵向生长,明显促进根的生长,缓解盐胁迫对幼苗的抑制作用;根中可溶性糖和可溶性蛋白含量无显著升高,而游离脯氨酸含量与根系活力明显高于单盐胁迫并与对照持平,外施GA₃可提高幼苗对低盐胁迫的适应性。     

水稻矮化宽叶突变体osdwl1的生理特性和基因定位

Plant height is one of the important factors affecting rice lodging. The semi-dwarf rice varieties possess high level of lodging resistance, and could reduce yield loss and improve grain quality. Thus, it is very important to study the molecular and physiological mechanism of dwarf formation in rice. In this study, a stable hereditary dwarf and wider-leaf mutant osdwl1 was obtained from ⁶⁰Co γ-radiated indica restore line Zixuan 1, and its morphological and physiological characteristics, cytological observation, genetic analysis and gene mapping were investigated. Under field condition, the mutant osdwl1 exhibited dwarf and wider-leaf after the tillering stage due to shorter length of the parenchyma cells, and its panicle length and all internodes length were significantly shorter compared with wild type plants at mature stage. Paraffin sections and scanning electronic microscopy (SEM) observation revealed that the number of small vascular (SV) bundles and the distance between SVs increased significantly, resulting in wider-leaf blade in osdwl1. Moreover, the number of microhairs on the abaxial and adaxial epidermis were also increased significantly in osdwl1. In addition, starting at the 3-4 leaf seedling stage, yellowing was visible at the upper middle parts of old leaves in osdwl1. Physiological analysis and transmission electron microscopy (TEM) observation indicated that the lamellar structure of chloroplast was distorted and began to collapse in some mesophyll cells, which led to the reduction of total chlorophyll contents, net photosynthetic rate and F_v/F_m ratio of the second and third leaves from top in osdwl1 at the heading stage. Relative to the wild type plants, the soluble protein content, catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD) activities were significantly decreased, which in turn resulting in the accumulation of H₂O₂ and O₂^-, and a steady increase of malondialdehyde (MDA) contents in the mutant leaves. Genetic analysis and gene mapping showed that osdwl1 was controlled by a single recessive nuclear gene, located in a region of 333 kb between SSR marker RM19297 and the InDel marker ID269-2 on the short arm of chromosome 6. The results would further facilitate the cloning and functional analysis of OsDWL1 gene.     

不同形态硒及用量对幼苗期谷子生长与生理的影响

为探究不同形态硒及用量对谷子生长和抗性的影响，选用0.0、0.1、0.5、1.0、10.0mmol/L亚硒酸钠和纳米硒，通过水培试验研究不同形态硒浓度对谷子株高、茎粗、根系、硒含量和酶活性的影响。结果表明，2种形态硒随着浓度的升高，株高均呈先升高后降低的趋势；亚硒酸钠对茎粗的影响呈开口向下的抛物线趋势，纳米硒对茎粗有显著的抑制作用。亚硒酸钠对根长和根冠比的影响呈先增加后降低的趋势；低浓度纳米硒对根长影响不显著，高浓度纳米硒对根长有显著的抑制作用；纳米硒对谷子根冠比抑制作用明显。2种形态硒均可提高谷子的硒含量；2种形态硒及其不同浓度对超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性及蛋白质含量均有显著影响，对过氧化物酶活性影响不显著。结合Circos-弦图、谷子株高、茎粗、根系、硒含量和酶活性等试验结果，得出喷施0.1mmol/L的纳米硒溶液对谷子生长、硒含量及酶活性提高效果显著，适宜在谷子种植中应用。     

喷施多效唑对谷子农艺性状及抗倒伏力的影响

倒伏是谷子“高产、优质、高效”综合生产目标的限制因素之一。为了研究喷施多效唑对谷子抗倒伏力的影响,本试验以‘晋谷21号’和‘张杂谷5号’为研究材料,采用随机区组设计,苗期叶面喷施150、300、600、1200 mg/L多效唑,清水作对照,收获期分别测定谷子茎秆机械强度和产量。结果表明请将涂成黄色的内容改成用实验数据支撑的实验结果：随施药浓度的增加,谷子株高逐渐降低,伸长节间数和节间长度逐渐减少,节间增粗增厚,抗倒伏能力逐渐增强。与对照组相比,300 mg/L多效唑处理‘晋谷21号’和‘张杂谷5号’株高分别降低14.12%和22.10%,节间数分别减少1.2和0.8,其中N3节间节长分别减小1.70cm和2.20cm,茎粗分别增大0.61mm和0.44mm,茎壁厚度分别增大0.64mm和0.29mm,抗倒伏能力分别增强24.79%和47.55%,产量分别增加1.12 kg/hm2和1.27 kg/hm2。苗期叶面喷施300 mg/L多效唑有利于形成基部节间短而粗,茎壁厚度大,茎秆充实程度好,抗倒伏能力强的株型,进而提高其产量。     

6种除草剂对谷子的安全性和杂草防效

为筛选对谷子安全的除草剂,采用室内生物测定法,使用嗪草酮、二氯异噁草酮、丙炔氟草胺、唑嘧磺草胺、砜吡草唑、特丁津6种除草剂,分别在谷子苗前和苗后2个时期用药。采用田间小区试验研究室内生物试验所筛选得到的特丁津的杂草防治效果和安全性。室内生物测定结果表明,6种除草剂苗前用药对谷子的鲜重抑制率均超过20%,并出现死苗;除草剂同剂量下苗后茎叶处理对谷子株高和鲜重的抑制程度均低于其土壤处理,其中嗪草酮、丙炔氟草胺和砜吡草唑对谷子的鲜重抑制率均超过20%;50%特丁津悬浮剂1500、1800 g/hm²对谷子的鲜重抑制率分别为0.76%、2.99%,对反枝苋的防效达98.42%、100%。田间小区试验表明,50%特丁津悬浮剂1500、1800 g/hm²对阔叶杂草的鲜重防效分别为93.46%、95.84%,较空白对照增产41.40%、41.82%。嗪草酮等6种除草剂苗前土壤处理对谷子的安全性低,特丁津有在谷田作为茎叶处理剂防除阔叶杂草的应用前景。     

施用保水剂对谷子抗旱保苗及产量的影响

通过研究施用保水剂对谷子出苗率、土壤水分及产量的影响,确定适宜的补水量组合,以达到谷子抗旱保苗及增产的目的。在半干旱雨养区,研究了施用保水剂PAA结合补水0 L/穴(P₀)、0.1 L/穴(P₁)、0.2 L/穴(P₂)、0.3 L/穴(P₃)、0.4 L/穴(P₄)及对照(CK)6个处理对谷子出苗率、土壤水分及产量的影响。施用保水剂结合补水的处理较CK及P0出苗早3~6天,出苗率大小依次为P₃＞P₄＞P₁＞P₂＞CK＞P0。施保水剂各处理的出苗均匀度、株高、茎粗、根长、鲜干重及土壤体积含水量均有不同程度的提高。5、10、15、20和30 cm各土层下土壤体积含水量较对照分别增加了4.6%~11%、1.2%~15.5%、1.3%~5.7%、0.9%~3.8%、1.2%~4.6%。施用保水剂结合补水各处理的产量较对照有不同程度的提高,2012年、2013年分别提高9.50%~32.43%、14.88%~35.47%;增产大小依次为P₃＞P₄＞P₁＞P₂。穴施保水剂结合补水可以提高谷子的出苗率、均匀整齐度、促进幼苗生长并提高谷子产量。其中,以穴施保水剂结合补水0.3 L/穴、0.4 L/穴时的增产效果最好。     

以抗除草剂Bar基因稳定转化谷子技术研究

农杆菌介导的谷子遗传转化效率一直是制约谷子功能基因研究及转基因育种效率的主要因素。本研究以冀谷11谷子幼穗为外植体, 选取0.5~1.0 cm的幼穗, 切成0.5 cm左右的小段, 置改良后的MS培养基上诱导15~20 d形成胚性愈伤组织3120块。愈伤组织侵染转化前用侵染液悬浮浸泡, 并经45°C热激预处理3 min, 可以有效提高26.1%的瞬时遗传转化效率。将转化后的愈伤组织经草丁膦(PPT)筛选后获得513块抗性愈伤组织, 抗性愈伤组织获得率为16.4%。抗性愈伤组织经分化、壮苗培养后获得7株抗性植株, 经PCR和Southern杂交检测得到6株T₀代转基因阳性株, 对T₃代转化植株叶片进行PPT抗性分析, 并结合Bar蛋白抗体试纸条鉴定, 表明Bar基因已稳定整合到谷子基因组中。本研究建立了农杆菌介导转化谷子优良品种的遗传转化体系, 对提高谷子转基因育种效率和谷子模式研究系统的建立有重要意义。