黑龙江省大豆推广品种农艺和品质性状优异等位变异的发掘

发掘推广品种的农艺和品质性状优异等位变异和载体材料可为培育优质大豆品种提供遗传信息和育种资源。本研究以200份黑龙江省近年大豆推广品种为试验材料,利用187对SSR标记进行全基因组扫描,分析群体结构,采用TASSEL软件的GLM方法对标记与3个农艺性状、蛋白质含量及油分含量进行关联分析。结果表明：10 个SSR标记与百粒重关联,其中表型效应值最大的优异等位变异为Sat-149-192,载体材料为东农57;8个SSR标记 与株高关联,表型效应值最大的等位变异是Satt413-206,载体材料为赤豆1号;13个SSR标记与生育期关联,表型 效应值最大的等位变异是Satt631-180,载体材料为黑农61;5个SSR标记与油分含量关联,表型效应值最大的等位 变异是Satt234-138,载体材料为合丰55;9个SSR标记与蛋白质含量关联,表型效应值最大的等位变异是Satt632- 293,其载体材料为东农43。上述等位变异的信息为培育提供了亲本选配和后代等位条带辅助选择的依据。     

小麦光周期基因在我国不同麦区中的组成分布

为明确光周期基因在我国小麦品种中的组成分布特点,利用已有的特异性分子标记对我国977份小麦品种的光周期基因Ppd-A1、Ppd-B1和Ppd-D1进行检测,分析比较不同麦区中光周期基因的组成分布特点。结果表明,在Ppd-A1位点有5份材料无PCR扩增条带(0.5%),其余972份材料都为光周期敏感型Ppd-A1b(99.5%);在Ppd-B1位点仅青春37为光周期不敏感型Ppd-B1a(0.1%),有3份材料无PCR扩增条带(0.3%),其余973份材料为光周期敏感型Ppd-B1b(99.6%);在Ppd-D1位点有789份材料为光周期不敏感型Ppd-D1a(80.8%),其余188份材料为光周期敏感型Ppd-D1b(19.2%)。在东北春麦区、新疆冬春兼播麦区、青藏春冬兼播麦区等高纬度麦区,小麦品种多携带光周期敏感型基因Ppd D1b;在北部冬麦区、黄淮冬麦区、长江中下游冬麦区,不敏感型Ppd-D1a基因分布频率较高;Ppd-D1a基因分布频率总体呈现以黄淮冬麦区为最高,向其他方向麦区呈现下降的趋势。在Ppd-A1位点和Ppd-B1位点发现的无PCR扩增条带的新等位变异,丰富了小麦育种种质资源的多样性,为选育适应不同环境条件的品种奠定了材料基础,是进一步研究的重要材料。     

小麦春化基因新等位变异Vrn-B3d的鉴定

春化基因的遗传多样性决定了小麦广泛的适应性,挖掘和鉴定春化基因的新等位变异,可为广适小麦育种奠定基础。本研究以普通小麦地方品种和尚头为材料,采用生物信息学和分子克隆手段获得 VRN-B3基因,全长3 818 bp。与隐性等位变异 vrn-B3相比,和尚头中 VRN-B3基因在启动子区有一个160 bp的插入片段,为 VRN-B3基因的一种新等位变异,暂命名为 Vrn-B3d。经PlantCare网站预测,该插入片段包含CAAT-box、G-box和TATA-box三种顺式作用元件。基于 Vrn-B3d差异序列,开发一对检测新变异的分子标记,并构建能够同时区分 VRN-B3位点5种等位变异的高效多重PCR体系。通过检测262份中国微核心种质资源,发现93.5％的品种携带 vrn-B3,5.7％的品种携带 Vrn-B3b,并在新疆春麦和红冬麦品种中发现新等位变异 Vrn-B3d,说明该变异主要分布在新疆地区。温室表型和基因型相关性分析结果表明,与 vrn-B3相比, Vrn-B3d能使小麦推迟两天抽穗。本研究丰富了小麦春化基因遗传变异的多样性,开发了分子标记并构建多重PCR体系,为小麦育种提供了优异种质资源和分子检测有效方法。     

大豆种子活力相关性状优异等位变异的发掘

发掘与大豆种子活力性状相关联的标记及优异等位变异是选育高活力品种的基础。本研究利用标准发芽实验对我国北方地区174份大豆品种7个种子活力相关性状进行连续两年（2018-2019年）的表型鉴定,并结合覆盖大豆20条染色体上的210对SSR标记进行表型和标记的关联分析。结果表明：供试品种表型变异系数为15.58%～38.31%。将群体划分为2个亚群,检测到27个与活力性状相关联的标记,累计60个（次）,其中24个SSR标记在两年共同被检测到,对表型变异解释率为2.68%～23.60%,Sat-267对苗长的表型变异解释率最高,为23.60%,Satt250对发芽势的表型变异解释率为23.15%;标记Satt311、Satt250、Satt606、Satt-267与两个以上的活力性状关联。共获得108个增效优异等位变异及相应的载体材料,其中Satt250-217bp对侧根长的增效值最大,并对发芽势也具有增效作用;典型载体材料北疆1号和合农75号携带了两个以上活力性状的最大增效等位变异。     

四川地方小麦品种产量与品质相关性状SSR标记位点的优异等位变异遗传解析

为发掘控制小麦产量及品质相关性状的优异等位变异和携带优异等位变异的基因资源,本研究采用与小麦产量及品质相关性状显著关联的13个SSR标记,利用Breseghello提出的无效等位变异(null allele)方法对64份四川地方小麦品种构成的自然群体的等位变异进行遗传解析。共鉴定出38个控制产量相关性状、18个控制品质相关性状的等位变异。其中,7份四川地方小麦品种携带有较多的等位变异(50个)。优异等位变异分析显示,等位变异产生的表型效应值在方向和大小上均有所不同,在与产量性状关联的5个优异等位变异中,2个具有较大增效效应值(效应值3.00),其余3个则具有较大的减效效应值(效应值3.00);与品质性状关联的12个优异等位变异中,9个具有较大的增效效应值,3个具有较大的减效效应值。SSR标记Xgwm372的4个等位变异与产量和品质相关性状均显著关联。基于上述研究结果,这些与小麦产量与品质相关性状显著关联的SSR等位变异可为小麦育种杂交亲本的选择和分子辅助选择育种提供依据。     

104份甘肃小麦品种脂肪氧化酶和多酚氧化酶活性基因等位变异的检测

面粉和面制品的色泽是评价小麦品质的重要指标。小麦脂肪氧化酶(LOX)和多酚氧化酶(PPO)活性对面粉白度及面制品的色泽具有重要影响。为给甘肃省小麦品质育种提供参考依据,以104份甘肃省育成的小麦品种为材料,利用功能标记LOX16、LOX18、PPO18、PPO16和PPO29检测TaLox-B1、PpoA1及Ppo-D1位点的等位变异,分析甘肃小麦品种资源中LOX和PPO活性基因的组成和分布特点。结果表明,在甘肃小麦中,等位变异TaLox-B1a和TaLox-B1b的频率分别为22.12%和77.88%;其中,甘肃冬小麦品种高LOX活性等位变异TaLox-B1a的分布频率(30.56%)高于春小麦(3.13%)。等位变异Ppo-A1a、PpoA1b、Ppo-D1a和Ppo-D1b的频率分别为49.04%、50.96%、50.96%和49.04%;两个PPO基因的等位变异组合Ppo-A1a/Ppo-D1b、Ppo-A1a/Ppo-D1a、Ppo-A1b/Ppo-D1b和Ppo-A1b/Ppo-D1a的分布频率依次为28.85%、20.19%、20.19%和30.77%。说明在甘肃小麦品种中,低LOX活性等位变异(TaLox-B1b)品种比例较高;低PPO活性等位变异(Ppo-A1b、Ppo-D1a)品种分布比例略高于高PPO活性类型;其中,32份小麦品种在TaLox-B1、Ppo-A1和Ppo-D1三个位点同时含有高LOX活性和低PPO活性的等位变异。     

小麦籽粒蛋白含量相关基因NAM新等位变异的挖掘

NAM基因是NAC基因家族的成员之一,该基因能加速植株叶片衰老,增加籽粒蛋白质积累,并促进锌、铁等微量元素吸收。为选育高蛋白和高微量元素含量的小麦品种,用NAM共显性标记Xuhw89对858份小麦材料进行了筛选,并进一步扩增全长序列。结果表明,有3个栽培二粒小麦含有功能性NAM基因,其中,F37与F40来源的NAM基因分别与已公布的TaNAC2基因和TtNAM-A1基因(GenBank登录号分别为HQ872050和DQ869672)相同;F34来源的NAM基因(命名为TdNAM,GenBank登录号为KU529317)与已公布的TtNAM-B2基因(GenBank登录号为DQ869676)相似度最高,共有5处核苷酸差异,1处发生在内含子,另外4处发生在外显子区,导致了3个氨基酸残基的变化,预测分析发现这种差异不会对蛋白功能产生影响。因此,本研究筛选获得的NAM基因新等位变异可为进一步选育高蛋白、高微量元素含量的小麦品种提供材料和基因资源。     

黄淮麦区部分小麦品种粒重基因TaGS5-A1的等位变异分布及其效应分析

为明确粒重基因TaGS5-A1的育种应用价值,利用竞争性等位基因特异性PCR(KASP)标记对119个不同遗传背景的黄淮麦区小麦品种进行TaGS5-A1基因等位变异检测,并结合3年2点6个环境的农艺性状表型数据,比较携带等位基因TaGS5-A1a和TaGS5-A1b的品种千粒重、粒长、粒宽、株高、穗长和穗下节长等性状....     

黄淮麦区小麦抗赤霉病新种质的创制和筛选

为了创制和筛选黄淮麦区小麦抗赤霉病新种质,以济麦22为受体,采用分子标记辅助选择与连续回交相结合的方法,将小麦赤霉病抗源苏麦3号抗病主效QTL导入黄淮麦区小麦品种济麦22;对黄淮麦区育成的564份品种（系）采用单花滴注方法进行连续3年赤霉病抗性鉴定和筛选。结果创制含苏麦3号抗赤霉病主效QTL的材料18份,其中4份农艺性状与济麦22相仿,赤霉病抗性明显提高;通过筛选获得赤霉病抗性水平达中感以上的材料18份,分子标记和 Fhb1基因鉴定结果表明,其中9份材料不含有 Fhb1基因,其抗赤霉病主效基因可能与苏麦3号不同。这些创制和筛选获得的抗赤霉病种质材料将为提高黄淮麦区小麦赤霉病抗性提供有益帮助。     

新疆小麦品种穗发芽Vp 1基因等位变异的分布

为了给新疆小麦抗穗发芽育种提供理论依据和品种资源,利用Vp-1基因的功能标记Vp1B3检测了252份新疆小麦品种.结果表明,新疆小麦品种中Vp-1Ba(感穗发芽)、Vp-1Bb(抗穗发芽)和Vp-1Bc(抗穗发芽)基因型的频率分别为54.8%、3.2%和42.0%,以Vp-1Ba基因型为主.其中,冬小麦中抗、感穗发芽基因型的频率分别为39.2%和60.8%,以感穗发芽基因型为主;而春小麦中抗、感穗发芽基因型的频率分别为55.3%和44.7%,抗穗发芽基因型频率较高.农家品种、引进品种和育成品种中Vp-1Ba、Vp-1Bb和Vp-1Bc基因型的分布频率存在明显差异,依次为80.4%、0.0%和19.6%,39.5%、2.6%和57.9%,54.6%、4.6%和40.8%,农家品种和育成品种都以感穗发芽基因型为主.本研究结果还表明,STS标记Vp1B3检测方法简单、稳定性好,将其与整穗发芽法和发芽指数法结合使用,有助于提高选择效率.     

北部冬麦区杂交小麦亲本配合力及杂种优势分析

为了解北部冬麦区普通小麦品种间的杂种优势及其与配合力关系,选用14个普通小麦品种为亲本材料,按照NCⅡ不完全双列杂交法配制49(7×7)份杂交组合,对亲本及杂交组合的8个农艺性状进行杂种优势和配合力效应分析,并根据亲本的性状表现和一般配合力(GCA)划分杂种优势群。结果表明,杂交小麦具有普遍的中亲优势,对照优势较强,多数性状的超亲优势不强,穗粒数和千粒重是制约杂交小麦产量优势的主要因素。长6452、周麦30号、京生麦1号、中麦175的单株产量GCA较高,强优势组合有中麦175/周麦30号、中麦175/泰科麦33、京花12/周麦30号、农大5181/长6452、京生麦1号/长6452、京冬17/长6452、中麦175/石优20、京生麦1号/周麦30、中麦175/长6452、农大5181/中优206。依据双亲之一的GCA效应值或者双亲GCA效应之和较大的要求进行亲本选配,强优势组合出现的几率较大。经聚类分析,依据8个性状的GCA和表现值将14个亲本分别划分为5个和4个类别。     

黄淮主推小麦品种主要农艺性状配合力及遗传效应分析

为明确黄淮麦区主要推广小麦品种的主要农艺性状遗传规律,通过不完全双列杂交试验研究了济麦22、周麦22、矮抗58、西农979等8个小麦新品种9个主要农艺性状(株高、有效穗数、单株生物学产量、穗长、有效小穗数、穗粒数、千粒重、单穗重、单株粒重)的遗传力和配合力。结果表明,矮抗58、西农979和郑麦366株高的一般配合力较低,济麦22和矮抗58有效穗数的一般配合力较高,烟农19和郑麦366穗粒数的一般配合力较高,周麦22和济麦22千粒重的一般配合力较高,周麦22和烟农19的单株粒重、单株生物学产量和单穗重的一般配合力较高,新麦26和周麦22主茎穗长的一般配合力较高。周麦22/烟农19、济麦22/西农979、济麦22/郑麦366、矮抗58/烟农19四个组合的9个主要农艺性状的特殊配合力效应值均为正向效应。9个主要农艺性状的狭义遗传力差别较大,变化范围为2.83%~97.39%,其中,株高的狭义遗传力最高,达97.39%,其次为主茎穗长(72.07%)、千粒重(40.64%),这三者在杂交育种时以低世代选择效果较好;株高和单株生物学产量受加性效应(24.4、6.8)和显性效应(6.1、14.67)共同作用,株高以加性效应为主,单株生物学产量以显性效应为主;有效小穗数、千粒重和主茎穗长受加性效应(0.22、3.09、0.27)控制,穗粒数和单株粒重受显性效应(8.88、6.29)控制。     

中国小麦历史品种puroindoline基因等位变异检测

小麦籽粒硬度是市场分级和定价的重要依据,由位于5D染色体短臂的一对主效基因和多个微效基因控制。为了解我国早期小麦品种的硬度分布规律,本试验以来自全国10个省市的126份历史品种和高代品系为材料,对其SKCS硬度和基因型进行了研究。结果表明,我国历史品种中软质麦所占比例较高,为42.9%,显著高于先前报道的我国当前主栽冬麦品种中的软质麦比例;硬质麦所占比例为44.4%,显著低于先前报道的我国主栽冬麦品种中的硬质麦比例。各种puroindoline变异类型中, PinaD1b类型和 PinbD1b类型所占比例较大,分别为42.9%和39.3%,其余硬质类型均为 PinbD1p类型,为17.8%。截至目前,所发现的 PinbD1p类型均在中国品种中,由于早期中国与其他国家种质资源交换较少,因此,中国可能是 PinbD1p类型的起源地。在对各种puroindoline类型的硬度比较后,发现除各种puroindoline变异类型与野生型硬度差异达显著水平外, PinaD1b类型硬度值也显著高于 PinbD1b和 PinbD1p类型,而后二者之间硬度没有显著差异。`     

未来气候变暖情景下北部冬麦区冬小麦生育期演变趋势预测分析

为了预测未来气候变暖条件下北部冬麦区冬小麦生育期变化趋势,基于农业气象观测站数据和区域气候模拟系统PRECIS产生的RCP4.5气候情景数据,采用活动积温法、累计热生长单位法和生长速率估测法分别对我国北部冬麦区三个代表站点(霸州、介休和西峰镇)冬小麦拔节、抽穗和成熟期进行拟合分析,选用拟合精度较高的模型模拟冬小麦生育期,分析未来研究区冬小麦各生育时期和生育阶段的演变特征。结果表明:(1)生长速率估测法对冬小麦拔节和抽穗期的模拟结果较好,活动积温法对成熟期的模拟较精确。(2)冬前生育时期推迟,冬后则均呈提前趋势。2031-2090年,播种、越冬开始、返青、拔节、抽穗和成熟期的变化趋势分别为1.8、1.7、-2.4、-1.2、-1.0、-1.2 d·10a~(-1),均达到极显著水平(P0.01)。但2061-2090年生育时期的变化较2031-2060年减缓,且未来冬前生育时期较基准期(1976-2005年)的变化幅度比冬后大。除了越冬开始,麦区西部的西峰镇冬小麦各生育时期变化趋势的绝对值均最大,东部的霸州均最小。(3)越冬期和播种-成熟阶段缩短,返青-拔节阶段延长,其他阶段变化均不显著。播种-成熟阶段天数的变化主要是由于越冬期的缩短。     

部分小麦品种(系)品质相关基因的分子检测

为了了解小麦品种(系)的遗传信息,提高优质小麦育种的效率,利用已有的品质相关基因的分子标记(Dx5、Wx-A1、Wx-B1、Wx-D1、1BL/1RS、PPO18和PPO29)检测了144份黄淮麦区、3份国内其他麦区和8份德国品种(系)的基因等位变异类型。结果表明,5+10亚基类型、Wx-B1b和1BL/1RS易位的出现频率分别为34.8%、2.0%和47.1%,郑麦、新麦、淮麦、烟台以及徐麦等系列小麦品种(系)5+10亚基出现频率较高,而周麦系列中频率较低;未检测到Wx-A1b、Wx-D1b以及双缺失类型的材料;2A染色体上PPO等位基因Ppo-A1a(高PPO)、Ppo-A1b(低PPO)及杂合型基因型出现频率分别为45.8%、49.7%和4.5%,2D染色体上PPO等位基因Ppo-D1a(低PPO)和Ppo-D1b(高PPO)基因型出现频率分别为47.1%和52.9%,两个基因组合类型Ppo-A1b/Ppo-D1b(中等PPO)的出现频率最高,为29.0%,Ppo-A1a/Ppo-D1a(中等PPO)、Ppo-A1a/Ppo-D1b(双高PPO)以及Ppo-A1b/Ppo-D1a(双低PPO)的出现频率依次为23.9%、21.9%和20.6%;聚合多个优质基因的频率很低,同时含有5+10亚基、缺失1个Wx基因、非1BL/1RS易位以及双位点低PPO活性(Ppo-A1b/Ppo-D1a)的材料仅有1份(郑麦366),同时含5+10亚基、非1BL/1RS易位以及Ppo-A1b/Ppo-D1a的材料也仅占5.2%,应加大多个优异基因聚合品种的选育力度。     

黄淮麦区(南片)小麦籽粒过氧化物酶活性分析及其等位基因检测

为研究黄淮麦区(南片)小麦籽粒中过氧化物酶(peroxidase, POD)的活性及其等位基因在此麦区新育成小麦品种(系)中的分布情况,利用分光光度计对黄淮麦区(南片)新育成的94份小麦品种(系)的过氧化物酶活性进行测定,同时利用功能标记POD-3A1、POD-3A2、POD-7D1和POD-7D6对供试材料 TaPod-A1和 TaPod-D1位点的等位基因进行检测。结果表明,参试小麦材料POD活性的平均值为668.6 U·g~(-1)·min~(-1),变化范围为431.3～954.8U·g~(-1)·min~(-1),大部分供试材料的POD活性为中等水平;在 TaPod-A1位点,共检测到 TaPod-A1a和 TaPod-A1b两种等位基因,分布频率分别为48.9%和51.1%,携带两种等位基因材料的POD活性差异达到显著水平, TaPod-A1a与低POD活性相关, TaPod-A1b与高POD活性相关;在 TaPod-D1位点,仅检测到 TaPod-D1b等位基因,分布频率为100%,说明供试材料在 TaPod-D1位点的多态性较为单一。本研究可为黄淮麦区(南片)小麦品质色泽改良提供参考信息。     

黄淮麦区(南片)小麦新品系脂肪氧化酶活性分析及其等位基因检测

小麦籽粒脂肪氧化酶（Lipoxygenase,Lox）是影响小麦面粉色泽的重要因素之一。为了解Lox活性及其等位基因在黄淮麦区（南片）小麦新品系中的分布情况,以及明确不同等位基因与Lox活性之间的关系。本研究以94份黄淮麦区（南片）小麦新品系为试验材料,利用功能标记Lox16、Lox18和Lox-B23对其 TaLox-B1、 TaLox-B2和 TaLox-B3位点上的等位基因进行分子检测,同时利用分光光度计对供试材料的Lox活性进行测定。结果表明,在 TaLox-B1位点,共检测到 TaLox-B1a和 TaLox-B1b两种等位基因,分布频率分别为18.1%和81.9%, TaLox-B1a等位基因的Lox活性显著高于 TaLox-B1b等位基因;在 TaLox-B2位点,共检测到 TaLox-B2a和 TaLox-B2b两种等位基因,分布频率分别为88.3%和  11.7%, TaLox-B2a等位基因的Lox活性显著高于 TaLox-B2b等位基因;在 TaLox-B3位点,共检测到 TaLox-B3a和 TaLox-B3b两种等位基因,分布频率分别为67.0%和33.0%, TaLox-B3a等位基因的Lox活性显著高于 TaLox-B3b等位基因。共检测到 TaLox-B1a/ TaLox-B2a/ TaLox-B3a、 TaLox-B1b/ TaLox-B2a/ TaLox-B3a、 TaLox-B1a/ TaLox-B2a/ TaLox-B3b、 TaLox-B1b/ TaLox-B2a/ TaLox-B3b、 TaLox-B1a/ TaLox-B2b/ TaLox-B3b和 TaLox-B1b/ TaLox-B2b/ TaLox-B3b六种等位基因组合,分布频率分别为10.6%、56.4%、5.3%、16.0%、2.1%和9.6%,含有 TaLox-B1a/ TaLox-B2a/ TaLox-B3a等位基因组合材料的Lox活性显著高于其余五种等位基因组合;含有 TaLox-B1b/ TaLox-B2b/ TaLox-B3b等位基因组合材料的Lox活性显著低于其余5种等位基因组合。     

甘肃育成小麦品种与地方品种品质性状的比较分析

为掌握甘肃小麦育成品种与地方品种的品质现状和差异,检测分析了326份育成小麦品种和257份地方品种的主要品质性状。结果表明,与小麦地方品种相比,育成品种籽粒粗蛋白含量、沉淀值、湿面筋含量、硬度和赖氨酸分别下降14.0%、13.2%、19.1%、10.8%和8.0%;冬小麦育成品种5项品质性状比冬小麦地方品种分别降低12.9%、10.6%、17.6%、5.5%和5.8%;春小麦育成品种5项品质性状比春小麦地方品种分别下降11.1%、7.8%、16.7%、15.3%和10.6%。与春小麦育成品种相比,冬小麦育成品种5项品质分别高出18.1%、12.0%、12.9%、18.7%和16.7%。发现32个育成品种和117个地方品种符合优质小麦强筋标准,110个育成品种和33个地方品种符合优质小麦弱筋标准。