水稻单片段替换系群体的建立及QTL定位

水稻中许多重要的农艺性状属数量性状，由多基因(QTL)控制。研究QTL的遗传特性和遗传效应对于培育高产和稳产的水稻品种具有十分重要的意义。本研究以6个优良的品种为供体亲本，以华粳籼74为轮回亲本，通过微卫星标记辅助回交选择培育了一批单片段替换系，随后利用所培育的单片段替换系进行了QTL分析和基因定位。主要结果有：1、利用258个微卫星标记对6个供体亲本和轮回亲本间的多态性进行了筛选。6个供体亲本与轮回亲本间的多态率在32．98％至60．78％之间，平均47．81％，粳型供体亲本比籼型供体亲本的多态性要高。2、随着回交代数的增加，植株所含的替换片段数逐渐减少。在BC2F1、BC3F1、BC3F2和BC3F3代，平均每个植株携带有12．50、5．98、1．69和1．46个替换片段。替换片段的平均长度也随回交和自交代数的增加而逐渐变短。在BC2F1、BC3F1、BC3F2和BC3F3代，替换片段的平均长度分别为25．43cM、22．38cM、20．78cM和18．15cM.回交世代替换片段变短的速率(11．99％)比自交世代变短速率(7．15％)要快。在BC2F1、BC3Fl、BC3F2和BC3F3代，轮回亲本基因组的恢复率分别为82．24％、92．55％、98．04％j阳98．52％。3、在BC3F2和BC3F3代，共选育出111个单片段替换系，其中独一无二的单片段替换系共42个。BC3F2代替换系中替换片段的估算长度在2．00cM到64．80cM之间，平均为21．75cM，而BC3F3代中替换片段的估算长度在6．05cM到48．90cM之间，平均为20．95cMc，12条染色体中仅第11染色体没有选择到单片段替换系。所选育的单片段替换系中替换片段的总长为2367．50cM，基因组的覆盖长度为704．50cM，覆盖率为39．25％。4、在52个单片段替换系的22个性状中共鉴定出了234个QTL。每个性状鉴定出的QTL数在3到19个之间，平均4．50个。每个替换系鉴定出的QTL在2到15个之间，平均10．64个。QTL加性效应的大小因性状和替换系不同而不同，低至-0．02(0．79％)的加性效应(如谷粒宽度)均能检测到。在RM237．RM322、RM225和RM481标记附近的各种性状中同时检测到了增效和减效的QTL。5、通过染色体替换作图，对7个单片段替换系中16个性状的QTL进行了定位。利用携带有相同替换片段的替换系进行QTL位置的确定。6、通过分析复杂性状的加性效应，对影响植高、每穗粒数和粒型的相关性状进行了分析，分析QTL之间的相关性。7、对控制抽穗期、稃尖颜色、植株高度和粒型的基因进行了定位。抽穗期基因Hd-8表现为单基因显性遗传，定位于第8染色体上，与PSMl55紧密连锁。紫色稃尖基因Pa-6表现为单基因显性遗传，定位于第6染色体上，与RM253紧密连锁。株高基因Ph-1-3定位于第1染色体上，与PSM331紧密连锁。粒型基因Rlw-8-2为首次报道，定位于第8染色体的末端，与RM447紧密连锁，长粒表现为单基因隐性遗传。本研究通过分子标记辅助选择培育了一批单片段替换系，并成功地对这批材料进行了QTL分析和基因定位，从而证实了在水稻中通过微卫星标记辅助回交选育单片段替换系和进行QTL分析的可行性。     

水稻F1花粉不育基因的精细定位及其遗传分化研究

水稻籼粳亚种间杂种的不育性限制了亚种间的遗传交流和杂种优势利用。本研究通过发展位置特异性的微卫星标记将F1花粉不育基因S-6座位进行了精细定位；通过分析近等基因系中代换片段的遗传效应，鉴定出了F1花粉不育基因S-d座位，利用位置特异性的微卫星标记将S-d进行了定位；根据基因组的序列资料和利用较大的作图群体对S-6和S-d两个座位进行了物理作图；通过分子标记辅助选择培育了一批复等位基因近等基因系，对育性基因的遗传分化进行了研究。取得了如下主要结果：1、根据S-6座位初步定位的结果发展位置特异性的微卫星标记，将F1花粉不育基因座S-6进行了精细定位。结果表明多态性标记均与S-6座位紧密连锁，其中R830STS、PSM7、PSM8、PSM9、．PSM59和PSM60位于S-6座位一端，与S-6座位遗传距离分别为1．5cM、1．2cM、0．9cM、0．9cM、0．9cM和0．9cM，而PSM202、PSM206、PSM208、RMl3、R2213SSTS和RM413位于S-6座位的另一端，与S-6座位的遗传距离分别为0．9cM、2．1cM、3．8cM、4．1cM、4．4cM和5．3cM。2、根据S-6座位精细定位的结果，从IRGSP下载了S-6座位所在区域克隆的序列，将克隆的序列进行了拼接，同时将与S-6座位紧密连锁的分子标记与序列拼接图进行了电子整合。根据整合的结果发展位置特异性的微卫星标记和STS标记，利用500株的作图群体，最终将S-6座位界定在PSM8与PSM215之间182．2kb的范围，其中PSM214、T17、T18和T19与S-6座位完全连锁。3、通过对近等基因系E11-5中代换片段遗传效应的分析，在第1染色体的代换片段上鉴定出一个新的F1花粉不育基因座S-d。根据基因组的序列发展位置特异性的微卫星标记将S-d座位进行了定位。结果表明多态性标记均与S-d座位紧密连锁，其中PSM27、PSM24、．PSM26、PSM23、PSM31、PSM25、PSM37、PSM41、PSM42、PSM43、．PSM44、．PSMl2和PSMl3位于S-d座位的一端，与S-d座位的遗传距离分别为10．6cM、7．2cM、7．2cM、6．8cM、6．8cM、6．4cM、6．4cM、4．8cM、4．8cM、3．2cM、1．6cM、0．4cM和0．4cM，而RM84、RM86、RM323、RMl和RM283位于S-d座位的另一端，与S-d座位的遗传距离分别为3．8cM、4．6cM、6．7cM、7．5cM和8．7cM。4、根据S—d座位定位的结果，从IRGSP下载了S-d座位所在区域克隆的序列，将克隆的序列进行了拼接，同时将与S-d紧密连锁的分子标记与序列拼接图进行了电子整合。根据整合的结果发展位置特异性的微卫星标记和STS标记，利用2160株的作图群体，最终将S-d座位界定在67．8kb的范围内，其中PSM93和PSM74位于S-d座位的两侧且各与S-d仅有一个重组，而PSM95、PSM96、T1和T2与S-d座位完全连锁。RiceGAAS注释分析表明在此区段有17个ORF。，其中3个ORF可能与杂种不育性有关。BLAST分析表明此段序列籼粳之间的同源性较低，这也可能是杂种不育的一个原因。5、通过分子标记辅助选择，在F1花粉不育基因s-n、s-6、s-c和s-d座位各培育了一批复等位基因近等基因系，测交分析表明各不育基因座位上的不育基因不仅分化为相对的S^i和S^j，而且基因型类型相同的复等位基因的遗传分化也达到了显著差异的水平。携带有多个复等位基因的近等基因系的测交分析表明，复等位基因近等基因系的遗传效应为各基因座位遗传效应的累加，各基因的遗传效应相互独立，彼此间无相互作用。     

水稻粒长基因GS3在聚合育种中的效应

为探索利用水稻粒长基因GS3以及单片段代换系进行谷粒长性状设计育种的可行性,本研究利用以籼稻品种"华粳籼74"为遗传背景且携带谷粒长基因GS3的单片段代换系与携带其它优良基因的单片段代换系杂交进行了分子聚合育种。在F4获得了26份含GS3和其它优良基因的纯合聚合系,谷粒长测定证实这些聚合系都获得了目标谷粒长表型,有效地改良了华粳籼74的外观品质。研究结果表明利用单片段代换系和GS3可以实现谷粒长的设计育种。     

利用海岛棉染色体片段导入系定位衣分和籽指QTL

以染色体片段导入系IL-15-5和IL-15-5-1构建的F2和F2:3分离群体,利用SSR标记对数量性状衣分和籽指QTL进行了定位。应用复合区间作图法分析两个组合的774个F2单株和F2:3家系衣分和籽指,检测到2个衣分的QTL,1个籽指的QTL。衣分QTLqLP-15-1在两世代中都被检测到,位于相同的分子标记置信区间JESPR152～NAU3040,置信的遗传距离分别为5.40cM和3.20cM;qLP-15-2只在F2:3中被检测到,位于分子标记NAU5302～NAU2901之间,置信的遗传距离为0.08cM。籽指QTLqSI-15-1在F2和F2:3中都被检测到,分别位于分子标记NAU2814～NAU3040和JESPR152～NAU3040,置信的遗传距离分别为6.70cM和5.70cM。利用染色体片段导入系能准确地定位产量组分的QTL,为棉花产量的分子设计育种奠定基础。     

构建水稻优良恢复系背景的重叠片段代换系及其效应分析

通过回交程序结合分子标记辅助选择构建了一套以优良籼稻恢复系9311为背景、导入片段来源于粳稻日本晴的代换系群体。该套群体由125个代换系组成,每系含有单一或少量导入染色体片段,导入片段间相互重叠或衔接能覆盖粳稻全基因组。代换系的平均背景回复率为98.4%,导入片段平均长度为20.9 cM,纯合和杂合导入片段分别占水稻基因组的1.4%和0.2%。利用该群体,两年共检测到31个QTL影响水稻穗重、穗长、结实率和秃顶等性状;导入片段QTL对穗重和结实率均起减效作用。该套重叠片段代换系将为重要性状的基因定位、功能鉴定以及籼粳杂交育种研究提供极有价值的遗传材料。     

用单片段代换系（SSSLs）研究水稻株高及其构成因素QTL加性及上位性效应

株高是典型的数量性状,易受遗传背景和环境等因素的影响。单片段代换系和双片段聚合系减少了个体间遗传背景的干扰,是鉴定QTL和研究QTL上位性的新型遗传材料。本研究采用随机区组试验设计方法以初级单片段代换系间杂交衍生的16个次级单片段代换系和15个双片段聚合系分析了株高及其构成因素QTL的加性效应及加性×加性上位性效应。共鉴定出11个QTL,其中3个株高QTL,1个倒1节间长QTL,2个倒2节间长QTL,2个倒3节间长QTL和3个倒4节间长QTL,分布于第4、6和10染色体上。鉴定出23对双基因互作,其中7对为没有显著效应的座位间互作,16对为有显著效应的QTL与没有显著效应的座位间互作。结果表明,QTL加性效应和QTL间的上位性效应都是株高及构成因素的重要遗传组成。通过单片段代换系杂交衍生的次级单片段代换系和双片段聚合系可提高QTL鉴定和上位性分析的灵敏度。     

籼稻背景的单片段代换系群体的构建

以国内、外12个水稻品种（包括8个籼稻品种和4个粳稻品种）为供体亲本，利用回交和微卫星标记辅助选择相结合的方法构建了一个以籼稻品种“华粳籼74”为遗传背景的单片段代换系（SSSL）群体。该群体由260个不同的SSSL组成，其代换片段分布在水稻的12条染色体上，长度分布于0.2～109.9 cM，平均长度为19.9 cM；代换片段的总长度为5 166.0 cM，相当于水稻基因组总长度的3.4倍，代换片段在水稻基因组上的覆盖率为83.8%。这些SSSL的代换片段包含了水稻基因组丰富的等位基因变异，将在基因（QTL）的定位、克隆、功能分析及水稻分子育种中具有重要的利用价值。     

优良水稻染色体片段代换系Z746的鉴定及重要农艺性状QTL定位及其验证

粒型、株高及穗部组成性状与产量形成密切相关,是水稻重要农艺性状,但遗传基础复杂。染色体片段代换系是用于复杂性状遗传研究的良好材料。本研究鉴定了一个以日本晴为受体、西恢18为供体亲本的水稻优良染色体片段代换系Z746。Z746携带来自西恢18的7个代换片段,平均代换长度为3.99 Mb,其株高、粒长和穗部性状均与受体存在显著差异。进一步通过日本晴与Z746杂交构建的次级F2群体共检测到36个相关QTL,分布于2号、3号、4号、6号和11号染色体。其中5个可能与已克隆基因等位,如qPH3-1等, 8个可被多次检出,表明这些是遗传稳定的主效QTL。Z746的粒长主要由4个QTL(qGL3、qGL4、qGL2、qGL6)控制,其中qGL3和qGL4对粒长变异的贡献率分别为60.28%和27.47%。株高由5个QTL控制,穗长由4个QTL控制,每穗粒数由2个QTL控制,千粒重由2个QTL控制。然后以MAS在F3共选出8个单片段代换系,并以此在F4进行了相关QTL验证,共有24个QTL可被8个单片段代换系(SSSL)检出,重复检出率为66.7%,表明这些QTL遗传稳定。本研究为目的 QTL的进一步...     

陆地棉背景下海岛棉第18染色体片段置换系的培育及相关农艺性状QTL定位

Sub18是以陆地棉遗传标准系TM-1为背景, 含海岛棉3-79第18染色体的置换系材料。本研究以TM-1为受体亲本, 置换系Sub18为供体亲本, 借助分子标记辅助选择技术培育了一套以TM-1为背景, 含海岛棉3-79第18染色体不同长度片段的置换系。这套置换系由45个株系构成, 共78个置换片段。其中27个株系导入单片段, 占总株系的60%; 9个株系导入2个片段, 占20%; 9个株系导入3个及以上片段, 占20%。导入片段总长度为467.6 cM, 约为该染色体遗传长度的4倍, 每个株系内被替换的染色体片段长度不完全相同, 平均遗传长度为5.99 cM, 最短的为0.9 cM, 最长的20.35 cM。其中13个株系表现开放花蕾性状, 涉及的最短导入片段长5.05 cM。对TM-1、Sub18以及培育的45个导入系进行农艺性状调查和QTL联合定位分析, 鉴定出纤维强度(qFS-C18-1)、整齐度(qFU-C18-1)、马克隆值(qFMi-C18-1)、成熟度(qFMa-C18-1)、皮棉重(qLW-C18-1)、籽指 (qSI-C18-1)和衣分 (qLP-C18-1) 7个加性QTL和5个上位性效应QTL。研究结果为进一步精细定位目标QTL、克隆QTL以及重要性状分子设计育种奠定了基础。     

水稻谷粒粒长显性主效QTL的遗传分析与定位

以小粒亲本博白B为轮回亲本与大粒亲本WFC杂交、连续回交,构建长粒近等基因系,发现了一个长粒对短粒显性的主效QTL。在BC2F1和BC3F2回交分离群体,粒长表现为长粒和短粒差异明显的两个组,分离比例分别符合1：1和3：1的遗传比率,表明了在BC3F2粒长主要由一个长粒显性主效QTL控制的。利用SSR标记技术,通过集团分离法和隐陛个体分析法,对BC3F2进行QTL定位,结果发现控制粒长QTL（暂定名GL2（t））位于第2染色体,与RM530连锁,遗传距离为4．1cM,是个尚未报道的粒长显性主效QTL。     

Sexual hybridization between Capsella bursa‐pastoris (L.) Medik (♀) and Camelina sativa (L.) Crantz (♂) (Brassicaceae)

The development of transgenic oilseed Camelina sativa (2n = 40) and the potential for hybridization with its weedy relative Capsella bursa‐pastoris (2n = 36) necessitates a careful evaluation of the reproductive compatibility between the species. Here, we conducted over 1800 crosses (emasculation and manual pollination) to examine the ability of 10 Canadian C. bursa‐pastoris (♀) accessions to hybridize with five accessions of C. sativa (♂). Seven hybrids were confirmed among 586 putative hybrids screened with species‐specific markers, indicating a hybridization rate of 1.5 hybrids per 10 000 ovules pollinated. All seven hybrids had intermediate DNA content compared to their parents, were morphologically distinct, had low (1.9%) pollen fertility and failed to produce selfed or backcrossed seed. Given the abundance of C. bursa‐pastoris along field margins, hybrids will likely be generated in the wild, but they will be unable to establish lineages unless fertility is restored. The large number of crosses and the diversity captured by the use of multiple accessions resulted in strong statistical power and a high degree of confidence in the estimated hybridization rate.     

氮磷钾与茶叶品质关系的研究综述

茶叶是中国重要的经济作物,茶多酚、儿茶素、氨基酸、咖啡碱和水浸出物为国际上公认的茶叶品质成份。氮、磷、钾是茶树正常生长所必需的营养元素,它们与茶叶品质成分的形成与含量有着密切关系。适量的施氮对茶叶品质有较好的促进作用,施氮不足或过量则会对茶叶品质产生极大的不良影响;此外,茶树有喜铵耐铵的特性,施用NH4+—N肥有利于改善茶叶品质。磷能促进类黄酮物质的形成以及增加茶多酚、氨基酸和咖啡碱的含量。钾能显著提高茶叶中的游离氨基酸、茶多酚等内含物的含量,对水浸出物、儿茶素等含量也有影响;不同钾肥品种对茶叶品质影响不同,就提高茶叶氨基酸的效果而言,以硫酸钾最好。氮、磷、钾三种元素配合施用对提高茶叶品质起到良好的效果,单施其中一种不仅无助于茶叶品质的提高,反而会使茶叶品质降低。     

Interspecific hybridization between urdbean (Vigna mungo (L.) Hepper) and adzukibean (Vigna angularis (Willd.) Ohwi and Ohashi)

Summary To introduce resistance to fungal and viral diseases into urdbean (Vigna mungo), it was crossed with adzukibean (Vigna angularis) to achieve an interspecific hybrid between the two species by using different non-conventional breeding methods. Partial success was obtained with the use of UV irradiated pollen, intraspecific hybrids as parents and spray of immuno-suppressants on the female parent under glass house conditions and to the extent of callusing in aseptic culture.     

Synthesis of somatic hybrids (RCBB) by fusing heat-tolerant Raphanus sativus (RR) and Brassica oleracea (CC) with Brassica nigra (BB)

Brassica carinata (BBCC), a potential oilseed crop for dry land agriculture, is sensitive to high temperatures during germination and early stages of growth, which thereby restricts the possibility of using the residual soil moisture available after the rainy season for its cultivation. To overcome this problem, a three‐genome hybrid, RCBB, was synthesized using Raphanus sativus (RR) and Brassica oleracea (CC) as donor sources for the desired heat tolerance. Protoplasts of RC hybrids obtained through sexual crosses between R. sativus (female) and B. oleracea (male) were fused with protoplasts of Brassica nigra (BB) to produce RCBB somatic hybrids. The hybrid colonies regenerated with an average frequency of 7.6%. Twelve out of 36 hybrids grown to maturity were characterized for their nuclear and organelle genomes. While all the hybrids showed the presence of B. nigra chloroplasts, 10 of the hybrids showed B. nigra‐specific mitochondria and two had Raphanus‐spedfic mitochondria. The somatic hybrids could be backcrossed to B. carinata.     

异色瓢虫对菜缢管蚜、禾谷缢管蚜和白杨毛蚜捕食的作用

异色瓢虫是一种重要的捕食性天敌,可捕食多种蚜虫,在生物防治中具有很大应用前景。研究了异色瓢虫对3种蚜虫(即菜缢管蚜、禾谷缢管蚜和白杨毛蚜)的捕食功能反应。结果表明：异色瓢虫对3种蚜虫的日捕食量中,其中四龄幼虫最大,成虫和三龄幼虫次之,1、2龄幼虫最小。捕食者对猎物的功能反应均属于Holling-Ⅱ型方程。     

锌、锰对棉花吸收氮、磷养分的影响及机理研究

较高或较低浓度的土壤锌、锰影响棉花对氮、磷养分的吸收、而合适的土壤锌、锰浓度能促进棉花根系和地上部对氮、磷的吸收和积累。提高植株及茎、叶、蕾、铃中氮、磷的含量,对棉花的生产发育,产量及产量构成因素都表现出明显的促进作用,通过水培试验研究发明,锌、锰在一定浓度条件下所表现的促进作用,主要是提高了棉花植株的根系活力,增加棉株叶片的叶绿素含量,调节棉株体内的酶活性,从而增加了棉花对营养物质的吸收、运输和代谢、提高了氮、磷的利用率、增加棉花的产量。     

Pollen storage in cocoyam (Xanthosoma sagittifolium (L.) Schott)

Summary The effect of different storage conditions on cocoyam pollen viability was investigated. Two levels of temperature (0° and 5°C) and four levels of relative humidity (0, 10, 20 and 30 percent) represented the storage environments.Viable cocoyam pollen could be obtained after 28 days in storage. The best storage condition was 5°C and 30% relative humidity.     

异色瓢虫对菜缢管蚜、禾谷缢管蚜和白杨毛蚜的捕食作用

异色瓢虫是一种重要的捕食性天敌,可捕食多种蚜虫,在生物防治中具有很大应用前景。研究了异色瓢虫对3种蚜虫(即菜缢管蚜、禾谷缢管蚜和白杨毛蚜)的捕食功能反应。结果表明:异色瓢虫对3种蚜虫的日捕食量中,其中四龄幼虫最大,成虫和三龄幼虫次之,1、2龄幼虫最小。捕食者对猎物的功能反应均属于Holling-Ⅱ型方程。     

Photoperiod response in mungbeans (Vigna radiata (L.) Wilczek)

Summary Five strains of mungbeans were grown at 8-, 12-, 13-, 14-, 15-, and 16-hour photoperiods in plant environmental chambers. The strains did not differ in days to flower at the 8- and 12-hour photoperiods, but flowering was delayed and plant height increased differentially when the photoperiod was increased beyond 12 hours. Two strains exhibited only slight sensitivity over the range of photoperiods studied. Two strains failed to flower within a 180-day period at the 16-hour photoperiod. The results corroborate observations in the First International Mungbean Nursery in which 28 strains grown at low latitudes (short photoperiods) had a narrow range in days to flowering, with the range becoming wider at the higher latitudes (longer photoperiods). The results provide evidence that response to photoperiod is important in the adaptation of mungbean strains in different latitudes.Contribution No. 6890 from the Missouri Agricultural Experiment Station.     

Utilization of flow cytometry for festulolium breeding (Lolium multiflorum (2x) × Festuca arundinacea (6x))

Festulolium is a hybrid between Festuca and Lolium species that has valuable agronomic traits from both grass species. The purpose of our breeding program is to produce hexaploid festulolium that introduces tolerance to summer depression into Italian ryegrass (Lolium multiflorum) by crossing it with tall fescue (Festuca arundinacea). However, we found the DNA ploidy of hexaploids was not stable and was reduced in successive generations. We aimed to find out how to obtain stable high-ploidy festulolium. F1 hybrids of L. multiflorum and F. arundinacea were produced. The F3 generation was produced from putative hexaploid F2 individuals by open pollination. The F4 to F6 generations were obtained by polycrossing. The DNA ploidy levels of F2 to F6 individuals were estimated by flow cytometry. Cytological characteristics of the F5 and F6 individuals were investigated by FISH and GISH. The DNA ploidy level of hexaploid festulolium was reduced and stabilized at almost the same level as a tetraploid. Seed fertility was inversely correlated with an increase in ploidy level. GISH revealed no preferential Lolium transmission. FISH with a telomere probe revealed that counting the exact number of chromosomes in festulolium was difficult. DNA ploidy level was strongly correlated with the number of chromosomes.