论植物群体遗传中的熵减机制

按照物理学原理,物质的扩散过程是一个熵增过程。为了解植物群体遗传中的熵变化规律,运用物理学中熵的计算公式,分析研究了植物群体遗传中的熵增问题,分别演算出在不同遗传机制的支配下,植物遗传群体的熵值,肯定显隐关系、分离规律、连锁及外界对生物的选择作用等,均能有效地抑制群体的熵增。     

2对连锁杂合基因在分离重组中的熵变规律

用离散线性系统建立同一连锁群2对杂合基因自交群体分离重组中的熵变模型。结果表明,各代的熵与交换率有关;单基因杂合型的比例在F1到F2有一个增长过程,以后逐代递减,最终趋于0;群体最终留下的4种纯合基因型的比例与交换率有关;自交群体的逐代熵变规律与随机交配群体的不一致,自交群体最大变异发生在F3而不是F2。     

同源四倍体的连锁遗传

同源四倍体的遗传比一般二倍体要复杂得多,本文介绍了同源四倍体不同基因型依染色体随机分离、依染色单体随机分离以及完全均衡分离的遗传方式。同时也讨论了“双减数值”以及利用它测定基因与着丝点之间重组值的方法。此外还讨论了测定基因与基因之间重组值的方法。这些对于同源四倍体的遗传育种研究都有重要参考价值。     

水稻黑条矮缩病抗性的遗传分析

以特青和Lemont为亲本构建的包含有148个家系的重组自交系为材料,采用田间自然接种鉴定了该RIL群体的黑条矮缩病发病率,对其遗传变异与分布特征进行了分析,进一步采用主基因+多基因遗传分离分析法对水稻黑条矮缩病抗性进行遗传模型分析。结果表明,黑条矮缩病抗性的最适模型为3对主基因+多基因模型,3个主基因d_a、d_b、d_c的加性效应值分别为-7.43、-2.30、6.65,不同基因间i_(ab)、i_(ac)、i_(bc)、i_(abc)存在上位性互作,其效应值分别为-3.39、4.40、-4.15和8.73。RIL群体黑条矮缩病抗性的主基因遗传率为83.30%,多基因遗传率为3.75%。     

水稻苗期干物重和叶绿素含量的遗传分析

通过对由杂交稻0201衍生的F7代重组自交系群体(RIL)进行苗期干物重和叶绿素含量的调查,并采用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型分离分析法,研究该群体干物重和叶绿素含量基因的遗传规律.结果表明,这2个性状均受2对主基因+多基因共同控制,且都以主基因遗传为主.控制干物重性状2对独立的主基因间表现为隐性上位,控制叶绿素含量性状的2对连锁主基因间是显性上位性作用,重组率为0.488 4.     

谷子株高及穗部性状主基因+多基因混合遗传模型分析

【目的】株高和穗部性状是影响谷子产量的关键性状。探究谷子株高及穗部性状表型变异的遗传规律,为相关性状的遗传改良与基因定位提供参考依据。【方法】以谷子优质品种豫谷18为共同父本,分别与黄软谷和红酒谷杂交,构建2个分别包含250个家系的重组自交系F₇群体（YYRIL和YRRIL）。采用主基因+多基因混合遗传模型,对YYRIL和YRRIL群体在2个环境下的株高、穗长、穗下节间长、穗码数、穗粒重等5个农艺性状的表型数据进行遗传分析。【结果】5个性状在所有环境中均表现连续变异且存在超亲分离现象,峰度和偏度绝对值小于1,近似正态分布,呈现数量性状的典型遗传特点。性状间相关性分析表明株高与穗长、穗下节间长在所有环境中均呈极显著正相关,穗码数与穗粒重呈极显著正相关。遗传模型分析显示YYRIL和YRRIL群体株高的最适遗传模型分别为PG-AI和PG-A多基因模型,多基因遗传率分别为95.15%和91.27%。2个群体穗码数的最适模型均为PG-AI,多基因遗传率为70.07%—71.58%。穗下节间长在2个群体的最适遗传模型分别为4MG-CEA和3MG-CEA,均为等加性主基因模型。穗下节间长在YYRIL群体的主基因遗传率为9.69%,4对主基因加性效应值相等,均为-0.34,具有负向效应;穗下节间长在YRRIL群体的主基因遗传率为45.78%,3对主基因加性效应值相等,均为1.17,具有正向效应。穗长在YYRIL群体的最适模型为MX2-ED-A,即2对显性上位主基因+加性多基因模型,主基因遗传率为43.56%,多基因遗传率为50.56%。控制穗长的2对主基因加性效应值分别为-1.21、1.68,多基因加性效应较小,为-0.0017;穗长在YRRIL群体的最适模型为MX2-AE-A,即2对累加作用主基因,加性多基因混合遗传模型;穗长的主基因遗传率为46.40%,多基因遗传率为46.91%。控制穗长的第1对主基因加性效应值为1.53,具有正向效应,第1对主基因加性×第2对主基因加性上位性互作效应值是0.60,多基因加性效应值为-0.47,表现为较低的负向遗传效应。穗粒重在YYRIL群体的最适遗传模型为MX2-ED-A;符合2对显性上位主基因+加性多基因模型,主基因遗传率为69.09%,多基因遗传率为12.08%;控制穗粒重的2对主基因加性效应值分别为0.58、5.82,以第2对主基因的加性效应为主,多基因加性效应值为-3.81。穗粒重在YRRIL群体的最适遗传模型为3MG-PEA,即3对部分等加性主基因遗传模型;穗粒重的主基因遗传率为81.10%,3对主基因加性效应值分别为-2.68、-2.68和2.66,前2对主基因的加性效应值相同,且均为负向效应。【结论】谷子株高、穗码数的最适遗传模型相似,均服从多基因遗传,遗传率较高,受环境影响较小;穗下节间长的遗传受主基因控制,主基因遗传率偏低,受环境影响较大,在栽培中应充分考虑环境因素;穗长遗传受主基因和多基因共同控制;穗粒重在2个群体均服从主基因遗传,主基因遗传率较高,可能存在主效QTL。     

基于性状和分子标记的高丹草近等基因系的分离研究

【目的】以株高等表型性状和分子标记为基础,从高粱×苏丹草的F6:7重组自交系群体中分离株高、叶片数2个性状及对这2个性状有效应的分子标记的近等基因系,为精确定位性状的QTL及分析QTL的作用提供有用的遗传材料。【方法】利用高粱314A×棕壳苏丹草的F2:3遗传作图群体的后代材料建立重组自交系群体F6:7,对株高、叶片数2个性状,采用基于性状和基于分子标记的近等基因系分离法,分别找出差异显著的株系和杂合的株系。将2种方法找出的共同株系再进行SSR标记,剔除杂合株,其余2种纯合子基因型即为该性状的近等基因系(NIL)。【结果】在重组自交系RIL-105和RIL-85家系内分别分离出了株高和叶片数的近等基因系。在重组自交系RIL-127家系内分离出了互作位点umc1714—umc2247的近等基因系。【结论】利用分离得到的这些近等基因系可进一步精确定位性状的QTL位点和分离QTL位点及对互作位点(上位性)的遗传效应进行分析。     

大麦黄条点花叶病毒的分布及其分离物的遗传多样性

【目的】明确大麦黄条点花叶病毒（Barley yellow striate mosaic virus,BYSMV）在中国北方小麦主产区的分布及其种群遗传多样性,为病害流行预警和防控提供理论依据。【方法】2008-2016年,在河北、山东、江苏、安徽、河南、陕西和山西等7个省66个县/市/区田间,采集了864份疑似病毒病症状的植物样品。提取样品总RNA,利用一步法三重RT-PCR技术检测样品中的BYSMV、水稻黑条矮缩病毒（Rice black-streaked dwarf virus,RBSDV）和北方禾谷花叶病毒（Northern cereal mosaic virus,NCMV）。利用RT-PCR扩增获得BYSMV的L和N基因片段,克隆并测定核苷酸序列,应用MEGA、DnaSP和PAML等软件分析BYSMV分离物的系统进化和遗传多样性特征。【结果】从48个县/市/区采集的336份样品中检测到BYSMV,检出率为38.89%,该病毒主要分布于陕西、河北、山西和山东,另外,河南及安徽北部亦有分布,江苏徐州和邳州仅局部发生。基于BYSMV的L、N基因序列构建的系统发育树均可将分离物划分为2个亚组,亚组I中的分离物其来源涉及全部7个省份,而亚组II中的分离物仅来自陕西和山西2个省,基于L基因序列系统发育分析表明亚组II分离物与伊朗的分离物亲缘关系较近,BYSMV的遗传分化与分离物的地理来源相关,而与寄主植物、发生时间无明显相关性。运用RDP程序包的7个软件进行基因重组分析显示没有支持重组的证据。选择压力分析显示,亚组内和亚组间的ω（dN/dS）值（0.02-0.19）远小于1,表明群体正承受净化选择。L和N基因的单倍型多样性（Hd）值（0.90909和0.99524）均大于0.5、核苷酸多样性（π）值（0.01324和0.01224）均高于0.005,表明中国BYSMV群体遗传多样性丰富。基于L和N基因片段的遗传分化研究显示,东部和西部群体的遗传分化系数（F_ST）值（0.32201和0.37326）均大于0.25,且统计检验差异显著,表明东部和西部的BYSMV群体严重分化;基因流（Nm）值（0.53和0.42）均小于1,说明有限的基因流是促使群体发生遗传分化的主要原因。【结论】BYSMV在中国北方小麦主产区分布广泛,河北、山东、江苏、安徽、河南、陕西和山西等地均有不同程度的发生。BYSMV群体具有丰富的遗传多样性,且东部和西部群体之间存在严重的遗传分化。     

小麦纹枯病抗性的主基因+多基因遗传分析

以病情指数为指标,利用牙签接菌法对ARZ×扬麦 158衍生的F6 代重组自交系群体 (RIL)进行纹枯病抗性评价,并采用植物数量性状主基因 多基因混合遗传模型分离分析法,研究该群体抗纹枯病基因的遗传规律。结果表明,这一群体中小麦纹枯病的抗性符合两对连锁主基因遗传模型(B 2 1),主基因间表现为加性 加性×加性上位性作用,重组率为 0 178 7。在两对主基因中,效应较大的 1对加性效应为 10 10%,效应较小的 1对加性效应为 2 32%,两对主基因的遗传率中等偏高,为 72 31%。提示抗纹枯病育种应重视主基因的利用。     

花生中白藜芦醇含量的主基因+多基因遗传分析

以中花6号和徐花13号为亲本构建的含有240个家系的花生重组自交系(Recombinant inbred lines,RIL)为研究材料,利用高效液相色谱法测定了该RIL群体的白藜芦醇含量,对其遗传变异与分布特征进行了分析,采用主基因+多基因遗传分离分析法,进行花生白藜芦醇含量的遗传模型分析,旨在为该RIL群体后续研究利用提供参考。结果表明,RIL群体的白藜芦醇含量存在广泛变异,表现超亲分离现象,其分布近似为正态分布,呈现数量性状连续变异的典型分布特征;运用主基因+多基因遗传模型分析结果表明,白藜芦醇的遗传符合C-0遗传模型(加性-显性-多基因模型),为花生白藜芦醇遗传的最佳遗传模型,受多基因控制,且多基因间存在加性-显性效应。     

双抗TMV和CMV转基因番茄后代的遗传分析

通过对转ＴＭＶ和ＣＭＶ双价外壳蛋白基因番茄Ｔ１代群体和Ｔ２代株系进行ＰＣＲ及ＰＣＲ－Ｓｏｕｔｈｅｒｎ鉴定，并分别进行温室及田间抗病毒试验，结果表明，Ｔ１代工程番茄植株中确有ＣＭＶ—ＴＭＶ双价外壳蛋白基因的遗传和分离，其遗传行为符合显性单基因的孟德尔遗传。Ｔ２代部分株系ＣＭＶ—ＴＭＶ双价ＣＰ基因已获得稳定遗传，共获得了３个遗传稳定的番茄株系。     

双孢蘑菇SSR分子标记开发及其在遗传多样性分析中的应用

采用Primer 5.0软件设计引物,共设计有效扩增SSR引物112对,经筛选,其中97对在39份双孢蘑菇基因组中扩增出明显差异条带,25对在As2796单孢分离子代群体中表现出多态性,19对引物在单孢分离子代中遵循孟德尔自由分离定律。进一步研究表明共检测到67个等位基因,平均每个位点2.68个,平均Neis基因多样性指数为0.502 3。8份双孢蘑菇品种的遗传相似系数变化范围为0.336 3～0.864 1,平均值为0.538 5;基于Nei-s 遗传相似系数的UPGMA聚类分析,在遗传距离0.46处,8个双孢蘑菇品种（系）分为2个类群,亲缘关系的远近与其种质来源有一定的相关性。这些潜在的多态性SSR 的开发为双孢蘑菇遗传多样性分析、图谱构建提供了更丰富的候选分子标记基础,为进一步进行双孢蘑菇新品种的选育和种质资源的分析评价及管理提供了遗传依据。     

裸燕麦SSR标记连锁群图谱的构建及β-葡聚糖含量QTL的定位

【目的】构建裸燕麦分子遗传图谱,发掘燕麦β-葡聚糖基因紧密连锁的分子标记,为高β-葡聚糖含量燕麦种质资源的利用及裸燕麦分子标记辅助育种提供理论和实践依据。【方法】以高β-葡聚糖地方品种夏莜麦为父本,育成品种赤38莜麦为母本构建的包含215个F2:3家系为图谱构建群体,利用SSR分子标记进行遗传分析,构建分子遗传图谱。通过美国谷类化学会（AACC）发表的标准葡聚糖含量测定方法（AACC Method 32-23）测定各家系的β-葡聚糖含量,利用复合区间作图法进行燕麦β-葡聚糖含量性状进行遗传定位与分析。【结果】利用筛选出的231对SSR引物在F2 后代群体上进行检测,共得到261个多态性标记位点,利用JoinMap 4.0软件对上述获得多态性分子标记进行遗传连锁分析,在LOD≥5.0情况下,构建遗传图谱,得到包含26个连锁群、182个标记位点的遗传图谱,覆盖基因组1 869.7 cM,标记间平均距离为10.6 cM,每个连锁群上的标记数在2-14个之间,连锁群长度在10.6-235.1 cM。对亲本及后代群体β-葡聚糖含量的测定结果表明,β-葡聚糖含量在后代群体中表现出明显的分离,且呈现为连续变异,变异系数为18.72%,说明β-葡聚糖含量性状是受多基因控制的数量性状,群体符合QTL定位的要求。利用QTL分析软件WinQTLCart 2.5对SSR数据进行分析,采用复合区间作图法（composite interval mapping,CIM）对全基因组进行QTL扫描,以LOD值5作为阈值对β-葡聚糖含量可能存在的QTL进行定位和效应估计,检测到4个与β-葡聚糖含量相关的QTL位点,其中qBG-1位于连锁群LG20上,与最近的标记AM591的距离10.0 cM。加性效应值为0.21,可以解释的表型变异为10.9%;qBG-2和qBG-3位于连锁群LG23上,其中qBG-2与最近的标记AM1823的距离4.6 cM,qBG-3与最近的标记AM641的距离1.9 cM,加性效应值分别为-0.23和-0.22,可以解释的表型变异分别为3.2%和2.7%;qBG -4位于连锁群LG25上,与最近的标记AM302的距离6.8 cM,加性效应为0.84,可以解释的表型变异为27.6%,其中存在的2个主效QTL qBG-1和qBG -4,都来自于高β-葡聚糖含量的父本夏莜麦。【结论】构建了大粒裸燕麦SSR分子标记连锁群图谱,并定位了4个控制β-葡聚糖含量的QTL位点。     

基于PCR技术的谷子分子标记遗传图谱构建

【目的】构建一张基于PCR技术的谷子分子标记遗传图谱。【方法】以谷子高146A和K103杂交自交F2分离群体为作图群体,以分布于谷子9条染色体上的81个SSR标记为主要参考标记,采用来自谷子、水稻、珍珠粟和高羊茅的SSR、STS、SNP、SV和ACGM标记共1 733个,在亲本间筛选多态性标记,并进一步在F2群体间进行验证,利用MAPMAKER VERSION 3.0软件进行连锁分析,采用MapDraw V2软件绘制遗传连锁图谱。【结果】构建了一张包含192个不同类型分子标记的谷子遗传图谱,新定位标记33个,其中32个来自谷子,另1个来自珍珠粟。遗传图谱包含9个连锁群,覆盖基因组全长2 082.5 cM,连锁群长度介于119.5-475.2 cM,平均长度231.39 cM,标记间平均距离10.85 cM,每个连锁群上的标记数介于10-37个。部分连锁群上标记存在偏分离现象,在定位的192个标记中,共有36个标记发生偏分离,占图谱总标记的18.75%,其中,在LG2、LG6和LG7上分别聚集分布了10、15和7个偏分离标记,出现了偏分离热点区域,而在LG1、LG4、LG5和LG8上仅有零星分布,LG3和LG9上则没有偏分离标记。对来自不同作物的分子标记在谷子上的可转移性分析发现,来自谷子的1 235个PCR标记中有205个标记在双亲及其F2群体间有多态性,多态率为16.60%,而来自珍珠粟、高羊茅和水稻的498个PCR标记,在该群体上仅发现1个多态性标记。【结论】利用不同物种中的分子标记构建了一张覆盖基因组长度为2 082.5 cM的谷子遗传连锁图谱,其分子标记主要来自于谷子。     

山东省土地利用结构动态变化及宏观驱动力研究

基于山东省1987～2003年统计资料和土地详查与变更调查数据,研究揭示了山东省近17年来土地利用结构信息熵的时空变化,并在此基础上进一步探讨了土地利用结构动态变化的驱动机制。结果表明:17年来,山东省土地利用结构信息熵的变化经历了增加→减少→缓慢增加的变化过程,总体趋势是各土地利用类型的面积占土地总面积的比例差别逐渐缩小,土地利用结构的均质性逐渐增强;土地利用结构的信息熵具有空间分异规律,从东部沿海向西部内陆递减,总体而言,东部半岛丘陵区的信息熵值>中南部山地丘陵区>西部、北部平原区;自然因素、人口变化、经济因素和政策调控等是影响土地利用结构动态变化的主要驱动因子。     

水稻DH群体的构建及其特征分析

利用花药培养,构建了武运粳8号×农垦57的加倍单倍体群体（DH群体）,其含有130个稳定株系,对该群体农艺性状的调查结果进行分析表明,多数性状符合正态分布,属于多基因控制的数量性状;利用SSR引物进行双亲多态性筛选,其中60对引物具有多态,多态频率约为12．O％,利用这些多态性的SSR标记对各株系基因型进行检测,发现绝大多数SSR位点符合1：1的分离比例。武运粳8号和农垦57对DH群体的贡献率分别为0．504和0．496,这表明：该DH群体是数量性状遗传分析的理想群体。     

动态性状主基因的分离分析新方法

根据Legendre多项式的正交、可加和普适的特性,将关于时间的Legendre多项式镶嵌在遗传模型的每个遗传效应中,建立了动态性状主基因分离分析的数学模型,采用极大似然法求解模型参数。同建立在混合Logistic模型基础上的动态性状主基因分离分析法相比,新的方法在理论和实践上具有明显的优势：1）适合任何动态性状;2）能够同时分析主基因遗传效应和各种系统环境因素对动态性状变化过程的影响;3）便于计算;4）很容易推广到其他资源群体和复杂交配群体,充分利用多世代的资料实现对主基因的联合分离分析。以大豆1个F2群体为例采用新方法探索影响豆荚生长发育过程的主基因,结果表明：用2阶Legendre多项式能最佳的拟舍主基因的作用和豆荚生长发育的变化规律;豆荚的生长发育过程受1对呈完全显性的主基因控制。     

两对等位基因群体连锁平衡的遗传分析

对不同程度的连锁对于两对等位基因群体的最大熵原理与Hardy—Weinberg平衡定律的一致性是否有影响,影响程度如何进行了分析。结论是：不论是否存在连锁,最大熵原理与Hardy—Weinberg平衡定律的一致性都成立。连锁只会影响一个不平衡群体在世代交替中趋向于Hardy—Weinberg平衡的速度,而不会影响平衡的结果;或者等价地说,连锁只会影响一个不平衡群体在世代交替中基因型信息熵趋向于最大值的速度,而不会影响基因型信息熵的最大值。