绿小米和白小米谷子籽粒叶绿素合成途径结构基因的表达分析

【目的】不同种类色素积累使小米呈现出不同的颜色性状。通过对比绿色小米和白色小米间的米色表型差异、不同色差指标值、叶绿素含量、籽粒内部超微结构和叶绿素合成途径结构基因的表达差异,找出导致绿色和白色小米颜色差异的关键酶基因,探索绿色小米米色形成的分子机制。【方法】利用色差仪对米色(L*、a*、b*)值进行测定;采用紫外分光光度计法分别对绿小米和白小米籽粒中叶绿素a、b及总叶绿素含量进行测定;通过透射电镜观察分析处于灌浆中期的小米籽粒内部淀粉体和质体小球的大小和数量;同时采用qRT-PCR方法对叶绿素合成途径上游和下游共18个结构基因在不同米色表型的3个品种中的表达模式进行了分析;并以谷子幼苗叶片DNA为模板,对不同米色品种谷子中SiCAO全长进行克隆及序列比对分析。【结果】大青谷和露米青谷脱壳后的小米颜色为绿色,牛毛白的小米颜色为白色,且色差仪检测结果显示绿色小米的绿度指标a*值低于白色小米;2个绿色小米籽粒中的Chla、Chlb和Chl含量均显著高于白色小米籽粒,且在白色小米籽粒中仅检测到0.006 mg·g-1的Chlb;qRT-PCR结果显示,SiCAO在白米品种籽粒中几乎不表达,而...     

绿小米和白小米谷子籽粒叶绿素合成途径结构基因的表达分析

【目的】不同种类色素积累使小米呈现出不同的颜色性状。通过对比绿色小米和白色小米间的米色表型差异、不同色差指标值、叶绿素含量、籽粒内部超微结构和叶绿素合成途径结构基因的表达差异,找出导致绿色和白色小米颜色差异的关键酶基因,探索绿色小米米色形成的分子机制。【方法】利用色差仪对米色(L*、a*、b*)值进行测定;采用紫外分光光度计法分别对绿小米和白小米籽粒中叶绿素a、b及总叶绿素含量进行测定;通过透射电镜观察分析处于灌浆中期的小米籽粒内部淀粉体和质体小球的大小和数量;同时采用qRT-PCR方法对叶绿素合成途径上游和下游共18个结构基因在不同米色表型的3个品种中的表达模式进行了分析;并以谷子幼苗叶片DNA为模板,对不同米色品种谷子中SiCAO全长进行克隆及序列比对分析。【结果】大青谷和露米青谷脱壳后的小米颜色为绿色,牛毛白的小米颜色为白色,且色差仪检测结果显示绿色小米的绿度指标a*值低于白色小米;2个绿色小米籽粒中的Chla、Chlb和Chl含量均显著高于白色小米籽粒,且在白色小米籽粒中仅检测到0.006 mg·g-1的Chlb;qRT-PCR结果显示,SiCAO在白米品种籽粒中几乎不表达,而其在2个绿小米品种籽粒中都有高峰度表达,SiCAO在不同米色品种中的极显著差异表达是它们呈现米色表型差异的主要原因;从3个品种中分别克隆出开放阅读框架为1 626 bp的SiCAO,它们分别在第171、184、195、286、318个氨基酸处存在差异;超微结构观察表明,谷子籽粒胚乳层主要由单粒淀粉体构成,绿小米较白小米中的淀粉体个体较大、着色深,且绿小米淀粉体周围充满了质体小球及圆球体,这种差异可能对籽粒中色素积累产生影响。【结论】SiCAO在绿米品种籽粒中的过量表达和在白米品种籽粒中的不表达是导致绿色和白色小米籽粒叶绿素含量差异,进而使得它们分别呈现绿色和白色表型的主要原因之一。     

多环境条件下大豆异黄酮主要组分的QTL定位

 【目的】利用不同定位方法,对不同环境条件下大豆异黄酮主要组分进行QTL定位研究,为大豆异黄酮分子标记辅助育种提供理论依据。【方法】以异黄酮含量有显著差异的鲁黑豆2号（3 697.24 μg•g-1）和南汇早黑豆（1 816.67 μg•g-1）为亲本构建的F5∶7-8重组自交系为材料,分析RIL群体的SSR标记多态性,结合HPLC法鉴定异黄酮主要组分含量。【结果】绘制了一张包含161个多态性SSR标记,全长3 546.54 cM的大豆遗传连锁图谱。利用ICIMapping 3.2软件的ICIM、IM和SMA 3种定位方法,共定位到4种环境下与异黄酮主要组分相关的14个QTL。【结论】3个标记区间在多个环境和多种定位方法下均被检测到,分别是Sat_003—Satt306、Satt070—Satt122和Satt571—Satt270。     

优质谷子新品种长农36号的选育

长农36号系山西省农科院谷子研究所选育出的谷子新品种,2005年4月经山西省农作物品种审定委员会审定通过。该品种具有优质、高产、多抗,绿叶成熟,适应性广的特点,由其加工的小米营养丰富,被评为国家一级优质米。适于在无霜期150d以上的丘陵旱地及山西省长治、晋城、阳泉、临汾、晋中地区春播或运城、临汾南部复播。     

5种籼稻品种谷壳中游离态和结合态酚类物质含量及其抗氧化活性比较

【目的】比较不同水稻品种谷壳中游离态和结合态酚类物质的含量、组成及其抗氧化活性差异。【方法】选用5个代表性的南方籼稻品种,分析其谷壳中的游离态和结合态总酚、总黄酮含量,采用高效液相色谱法分析其单体酚类的组成及含量,采用铁离子还原能力（FRAP, Ferric reducing ability of plasma）和ABTS(2,2'-联氨-二-3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸,2, 2′-azino-bis-3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid)自由基清除能力两种方法评价其体外抗氧化能力差异。【结果】 5个不同籼稻品种谷壳的游离酚、结合酚和总酚含量分别介于42.8-123.0、260.9-325.2和320.2-398.3 mg GAE/100 g DW,其结合态酚占总酚含量百分比平均为78.9%;游离态黄酮、结合态黄酮和总黄酮含量分别介于34.0-58.0、47.9-64.4和82.0-115.7 mg CE/100 g DW,其结合态黄酮占总黄酮含量的百分比平均为56.4%;稻壳中的酚类物质主要为没食子酸、原儿茶酸、绿原酸、香草酸、咖啡酸、丁香酸、香豆酸和阿魏酸,其中游离态酚类物质以丁香酸和香豆酸为主,平均含量分别为25.09 μg•g-1 DW和31.21 μg•g-1 DW;结合态酚类物质以香豆酸含量为主,平均含量为2141.61 μg•g-1 DW。稻壳游离态、结合态和两者合计FRAP抗氧化能力值分别介于37.7-106.0、217.9-281.0和269.3-370.3 mg TE/100 g DW,其结合态占总FRAP百分比平均为77.3%;稻壳游离态、结合态和两者合计ABTS抗氧化能力值分别介于26.3-85.8、67.2-111.9和93.4-155.2 mg TE/100 g DW,其结合态占总ABTS百分比平均为64.8%。【结论】稻壳中含有较丰富的酚类物质,具有较强的抗氧化活性。稻壳总酚、总黄酮含量、单体酚组成及其抗氧化活性均以结合态形式为主,且有显著的品种间差异。提示水稻谷壳可以作为一种潜在的天然抗氧化剂资源进行开发利用。     

播期和主要气象因子对长治地区玉米产量的影响

2014—2015年在山西省农业科学院谷子研究所试验田选用长治地区具有代表性的玉米品种诚信6号进行分期播种。采用方差分析、相关分析和灰色关联度分析法研究长治地区不同播期玉米生育进程和气象条件变化,研究了播期和气象因子对玉米产量的影响。结果表明,气象因子对玉米产量的影响由高到低依次为日均气温、日照时数、降雨量,而平均气温和日照时数也是影响玉米生育进程的主要气象因子,生育进程与降雨量呈负相关,但差异不显著。2014—2015年长治地区降雨比较充足,对玉米生育进程影响不大;生产上,长治地区春播玉米4月25日—5月10日播种,可增加日照时数和平均气温,适当缩短玉米后期脱水时间,从而为玉米实现籽粒直收创造条件。     

富铁营养保健型超早熟谷子新种质的创新

【目的】解决中国广大高寒地区种植作物单一、效益低下的难题。【方法】采用目标性状基因库育种法创新超早熟谷子新种质－超早熟2号。【结果】超早熟2号具有以下几个方面的突出特点：（1）生育期间需有效积温1650℃,在海拔1400 m左右的河北省坝上正常成熟;（2）超早熟2号小米含铁量为54.10 mg·kg-1,比中国小米平均含量高出62.0%;（3）粗脂肪含量为6.24%,比中国小米平均含量高出54.1%;（4）中国小米粗蛋白平均含量为12.71%,超过14%的品种仅5%,超早熟2号粗蛋白含量为14.36%,其粗蛋白含量是中国谷子推广品种中少见的;（5）综合性状优良。【结论】超早熟2号的育成并在高寒地区推广对促进中国超早熟谷子育种的开展和高寒地区种植业结构调整具有重要意义,实践表明目标性状基因库育种法在超早熟等特异种质创新方面效果明显。     

播种时期对小米营养成分的影响

以华北夏谷区新选育的谷子品种济谷12、济谷13、济谷14、济0515和冀谷19为试材,采用对比设计,每品种均设春播(5月8日播种)和夏播(6月21日播种)2个处理,研究了播种时期对小米主要营养成分的影响。结果表明:播种时期对小米粗蛋白质、粗脂肪和氨基酸含量影响较小,对籽粒淀粉含量、直链淀粉含量和支链淀粉含量影响较大,春播能显著提高小米的VE含量。其中,夏播可以提高小米的总淀粉含量,明显提高支链淀粉含量且降低直链淀粉含量。     

缺磷对紫云英根系分泌物产生及难溶性磷活化的影响

【目的】探讨紫云英根分泌物对难溶性磷活化、吸收能力,以及不同紫云英基因型对难溶性磷活化差异。【方法】采用Hoagland营养液培养并收集紫云英根分泌物,经旋转蒸发仪减压、浓缩后,进行难溶性磷活化试验,利用高效液相色谱（HPLC）测定分泌物中有机酸成分及含量。【结果】缺磷胁迫下,不同基因型紫云英根半径减少,而根冠比和根比表面积较供磷有显著提高。紫云英根系分泌的有机酸有草酸、酒石酸、柠檬酸、苹果酸等,但主要为草酸;缺磷条件下,不同基因型紫云英分泌草酸存在显著差异,且各有机酸分泌量显著高于供磷时的分泌量。闽紫1号、浙紫5号和闽紫6号分泌的各种有机酸量明显高于余江大叶和弋江籽分泌的量。缺磷和供磷下,紫云英根系分泌物对难溶性Al-P和Fe-P都具有一定的活化能力,其活化值（P）分别为36.40-157.39 μg•g-1、32.20-139.42 μg•g-1,缺磷根系分泌物对难溶性磷的活化量高于供磷处理,而且Al-P的活化能力略高于Fe-P。通过活化模拟试验,也证实不同有机酸可活化难溶性Al-P、Fe-P且差异显著。【结论】缺磷胁迫能促进紫云英分泌有机酸,显著增加对难溶性磷的活化效果;基因型之间紫云英对磷的活化效果差异较为明显,显现出紫云英品种间的差异性;栽培紫云英有利于改善南方红壤地区缺磷土壤磷素养分循环。然而科学地评价有机酸对Al-P和Fe-P的活化能力还有待于进一步研究。     

山西省长治地区谷子产量和品质的差异性分析

谷子产量和品质与谷子的品种、产地及气候环境等因素密切相关。以谷子新品种长农41号为试材,在长治市武乡县、襄垣县、黎城县和壶关县4个试点种植,探究了不同种植区对谷子农艺性状、产量和品质的影响。结果表明:山西省长治地区是我国优质小米产区,4个试点长农41号的产量顺序为壶关县武乡县黎城县襄垣县,其中,壶关县产量高达5 601.00 kg/hm~2,四地平均产量达4 729.5 kg/hm~2;4个试点的小米品质均达到国家2级优质米标准,其中襄垣县小米食味和营养品质最佳。因此,在重点防治谷子白发病、谷瘟病和黑穗病以提高产量的基础上,可将襄垣县规划为长治市以及山西省优质小米产业化生产基地。     

谷子萌发及苗期生理生化指标对铅胁迫的响应

【目的】探究重金属元素铅（Pb）对谷子萌发及幼苗生理生化特性的影响,为Pb污染背景下谷子的安全生产和品质保障提供理论依据。【方法】以谷子品种晋谷21号为试验材料,采用土培盆栽试验,以自然土壤加水为对照（CK,0 mg/kg）,设5个外源Pb浓度处理（50、100、250、500和1000 mg/kg）,分析不同Pb浓度处理对谷子萌发及苗期叶片生理生化指标的影响。【结果】随着Pb浓度的增加,谷子的发芽势、发芽率及发芽指数等萌发指标均受到不同程度的抑制,1000 mg/kg处理的相对发芽率仅有52.5%。叶绿素含量随着Pb浓度的增加呈先升高后降低的变化趋势,各Pb胁迫处理均显著高于CK（P<0.05,下同）,Pb浓度为500 mg/kg时,叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b含量均达最大值,较CK分别增加58.3%、69.5%和64.3%。随着Pb浓度的增加,过氧化物酶（POD）活性、质膜透性、丙二醛（MDA）含量及脯氨酸含量均显著增加,其中POD活性对1000 mg/kg高浓度Pb胁迫尤为敏感。可溶性蛋白质含量随着Pb浓度的增加呈先升高后降低的变化趋势,Pb浓度为500 mg/kg时可溶性蛋白质含量达最大值,较CK显著增加54.1%;Pb浓度为1000 mg/kg时,可溶性蛋白质含量急剧下降,与CK相比显著降低14.9%。相关分析结果表明,谷子的发芽势、发芽率和发芽指数均与Pb浓度呈显著负相关,POD活性、质膜透性、MDA含量和脯氨酸含量均与Pb浓度呈极显著正相关（P<0.01）。不同Pb浓度下抗性指标相对值的平均值（敏感性）排序为:POD活性>质膜透性>脯氨酸含量>MDA含量>可溶性蛋白质含量。【结论】谷子在萌发阶段和幼苗时期均会受到Pb胁迫的影响,同时在响应Pb胁迫时,谷子能通过自身生理生化特性的改变提高其适应Pb胁迫的能力,但这种适应性有一定限度。     

外源硒对谷子生理特性、硒含量及其产量和品质的影响

【目的】探索不同生育期喷施不同浓度硒对谷子产量、品质、保护酶活性及籽粒硒含量的变化规律,明确谷子外源硒的最佳施用量和最佳施用期,为富硒谷子的生产管理提供科学依据。【方法】以春谷长农35、夏谷冀谷20、抗除草剂杂交谷晋谷50为试验材料,采用田间试验,设置6个供硒水平(清水对照(T0)、16.96g·hm~(-2)Na_2SeO_3(T1)、33.92 g·hm~(-2)Na_2SeO_3(T2)、67.84 g·hm~(-2)Na_2SeO_3(T3)、135.68 g·hm~(-2)Na_2SeO_3(T4)、271.36g·hm~(-2)Na_2SeO_3(T5)),在苗期、抽穗期、灌浆期叶面喷施,研究不同生育期不同供硒水平对不同品种谷子生理生化指标、产量、品质及硒含量的影响。【结果】不同浓度外源硒叶面处理谷子,不同生育期SPAD、POD、SOD、MDA、GSH和GSH-Px等6个生理生化指标,品种间达极显著差异水平(P0.01),并且除MDA外,其他均主要表现为随着硒浓度的增加呈现先升高后降低的趋势,T3处理达到最大,抽穗期SOD、POD、GSH-Px的活性、GSH含量和SPAD分别比对照增加18%、44%、94%、97.4%和9%,外源硒能够显著提高谷子籽粒硒含量,并且不同喷施时期、不同品种均随着喷施硒浓度的增加而增加,喷施时间对籽粒硒含量的影响为灌浆期抽穗期苗期,不同品种同一时期表现为晋谷50长农35冀谷20。在摄入硒的安全范围内,灌浆期T3处理,晋谷50籽粒硒含量达到0.297 mg·kg~(-1),比对照增加8.6倍。叶面喷施硒可以提高谷子粗蛋白、脂肪、赖氨酸和叶酸等营养品质的含量,不同喷施时期不同品种谷子粗蛋白、赖氨酸和叶酸含量与对照相比,均表现为T3处理增加最多,最高增加了13.9%、17.9%和7.5%。与对照相比,不同浓度硒可以提高谷子产量,具体表现为随着硒浓度的增加先增加后减小,以T3处理达到最大,之后为减小趋势。抽穗期T3处理晋谷50、冀谷20、长农35产量与对照相比分别增加4.9%、4.7%和1.2%。【结论】适量的外源硒对谷子生理特性提升、营养品质改善和产量提高具有促进作用,也有利于富硒功能食品谷子的生产。综合分析,抽穗期喷施亚硒酸钠67.84 g·hm~(-2)为谷子叶面喷施硒的最佳施用期和最佳施用量。     

二甲四氯胁迫对谷子幼苗叶片衰老特性和内源激素含量的影响

【目的】研究除草剂二甲四氯对谷子叶片衰老特性以及叶片内源激素含量的影响,探讨谷子幼苗对二甲四氯胁迫的生理反应,为谷子抗除草剂胁迫机制及除草剂的安全使用提供理论依据。【方法】采用盆栽试验方法,选用晋谷21号和张杂10号为试验材料,设置二甲四氯剂量分别为0.75、1.50、3.00和6.00 kg·hm^-2 4个水平。处理后5和15 d,测定谷子幼苗株高、叶面积、叶绿素含量、光合参数、叶绿素荧光参数、丙二醛(MDA)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性和内源激素含量的变化,并分析了二甲四氯处理下谷子叶片中内源激素含量与光合特性参数、抗氧化酶活性间的相关性。【结果】与对照相比,喷施不同剂量二甲四氯均抑制了谷子的株高和光合作用,谷子叶片的叶绿素含量、净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)和电子传递速率(ETR)均出现不同程度降低;而非光化学猝灭(NPQ)的变化呈相反趋势...     

谷子萌发吸水期关键代谢途径的筛选与分析

【目的】谷子适应性强,抗旱耐瘠,是起源于中国的重要作物。通过转录组测序技术分析谷子萌发不同吸水期的转录组差异,以期获得谷子萌发过程中的差异表达基因,寻找调控谷子萌发的重要代谢途径和代谢物。【方法】以晋谷20为材料,构建谷子萌发过程中开始快速吸水期、滞缓吸水期和重新大量吸水期的cDNA文库,进行转录组分析;采用K-Means开展基因表达聚类分析;利用DESeq筛选差异表达基因;通过COG、GO、KEGG等对差异表达基因进行功能注释;利用KEGG富集挖掘不同吸水期调控种子萌发的关键代谢途径和关键基因;并采用qRT-PCR验证其可靠性;用HPLC分析关键代谢物含量。【结果】转录物测序分析获得谷子萌发开始快速吸水期、滞缓吸水期和重新大量吸水期覆盖整个基因组的基因表达谱,共获得33 643个基因,识别9个具有不同表达模式的共表达基因簇。比较种子萌发的开始快速吸水期与滞缓吸水期、滞缓吸水期与重新大量吸水期、开始快速吸水期与重新大量吸水期,分别筛选出3 893、4 612和8 472个差异表达基因。KEGG富集分析表明,3个比较的差异表达基因都显著富集到phenylpropanoid biosynt...     

谷瘟病菌生理小种鉴别及谷子标准品种体系的构建

【目的】谷瘟病是谷子生产中的重要病害,确定谷瘟病菌不同生理小种对谷子抗病资源鉴定、抗病品种培育和生产上不同抗病品种的合理配置有重要意义。构建谷瘟病小种鉴别的谷子品种体系,为鉴别不同谷瘟病生理小种奠定基础。【方法】用采集自不同谷子产区的10份谷瘟病菌对苗期谷子核心种质资源的60份代表品种进行接种鉴定,分别对不同菌株进行致病性和谷子品种抗、感敏感性判定,按照谷子谷瘟病0—9级法划分标准进行划分,将不同的抗性结果分别记录为高抗、抗病、中抗、感病和高感5个抗病水平,其中,高抗、抗病和中抗记作0,感病和高感记作1,将抗感性结果转化为0/1数据,用NTSYS软件构建进化树,根据品种的抗感性分类,选择最少的品种数量构建谷瘟病小种鉴定的标准品种体系。【结果】根据谷子资源对接种病菌的抗感反应差异,用NTSYS软件开展谷瘟病菌致病性聚类分析,以相似系数0.70为界,将10个谷瘟病菌株分为3类,将供试品种对10个谷瘟病菌株的抗感反应数据同样用NTSYS软件进行聚类分析,以相似系数0.65为界,将谷子品种资源划分为5类,并筛选出单皮粘、金屏谷子、锦谷5号、大毛毛谷、龙爪谷、假金苗和牛头谷等7个品种作为谷瘟病小种鉴别品种体系。同时筛选出黄棒头、齐头黄、单皮粘、白谷、维子那谷和郑谷4号等6个抗广谱菌株的品种,可以作为谷子抗病育种的抗性基因来源。【结论】建立了一套谷瘟病生理小种鉴别的品种体系,并为谷子抗谷瘟病育种筛选出多份广谱抗性基础材料。     

谷子米粒吸水率离心沥水测定方法研究

连续称重法测定种子或米粒的吸水率,一般采用滤纸吸除种子或米粒表面游离水。谷子米粒由于颗粒小,采用滤纸法容易粘米并损坏米粒,测定速度慢,效率低。本研究采用离心方法,将离心管底部打孔,设置不同转速梯度离心3min。以晋谷21为材料,设定米粒饱和吸水、不饱和吸水实验。研究确定了谷子米粒吸水率离心沥水测定方法的最佳方案为300rpm离心3min。     

山西谷子地方品种农艺性状和品质性状的综合评价

【目的】通过对山西谷子地方品种种质资源农艺性状和品质性状进行综合评价,分析山西谷子种质资源的多样性特点和分布规律,为种质资源的评价和新品种选育提供参考。【方法】利用变异系数、Shannon-Weaver多样性指数对212份山西谷子种质资源的15个性状进行多样性分析和性状差异分析,采用聚类分析、主成分分析、相关性分析以及逐步回归分析对山西谷子种质资源进行综合评价和鉴定指标筛选。【结果】212份山西谷子种质资源多样性指数范围为0.92—2.15,除粒色外,均大于1.00;变异系数范围为3.35%—38.66%,株高、穗长、茎长、茎粗、穗粗、节数、码数、码粒数、单穗重、穗粒重、千粒重、直/支比和粒色变异比较丰富,淀粉和蛋白质变化较小。聚类分析把山西谷子种质资源分为3个类群：第一类群北部品种,来源地包括大同和朔州;第二类群中部品种,来源地包括阳泉、太原、晋中和榆次;第三类群南部品种,来源地包括临汾和运城,与山西地理分布吻合;北部品种中单穗重、穗粒重和千粒重等性状的平均值更高,南部品种中码粒数、单穗重、千粒重、蛋白质、淀粉和直/支比表现出更高的变异性。主成分分析把15个性状归为9个主成分,累计贡献率为89.26%,表明9个主成分包含了谷子表型性状的大部分信息。山西谷子种质资源表型性状的综合得分F值均值为0.521,临汾的黄疙瘩最高（0.709）,大同的牛毛黄最低（0.315）。15个性状和综合得分F值的相关性分析表明,10个农艺性状（株高、穗长、茎长、茎粗、穗粗、节数、码数、码粒数、单穗重和穗粒重）与F值呈极显著正相关,直/支比与F值也呈极显著正相关。采用逐步回归分析法筛选出9个性状,分别为株高、穗长、茎长、码数、码粒数、单穗重、蛋白质、直/支比和粒色。【结论】山西谷子地方品种表型多样性丰富,山西谷子资源划分为南部品种、中部品种和北部品种,划分结果与地理来源吻合。直/支比可作为评价指标引入到谷子种质资源的综合评价中。筛选出9个性状可以作为谷子种质资源性状评价指标。山西谷子南部资源多样性更丰富,可作为谷子品质和特色育种的资源库。