谷子秸秆水浸提液对玉米苗期生长的化感作用研究

为探索谷子与玉米实行轮作倒茬的种植模式,本试验采用完全随机设计,研究不同品种谷子秸秆的水浸提液对玉米种子萌发及盆栽苗期生长的影响。结果表明:以不同品种、植株部位和提取液浓度的谷子水浸提液处理时,随着处理浓度的降低,对玉米种子萌发的根长和芽长表现出了促进生长的作用,促进作用差异显著,尤其在稀释50倍液处理下,张杂10号茎秆处理下根长增加了33%,叶片处理下芽长增加了20%;谷子茎秆和叶片水浸提液处理下,玉米苗期叶绿素荧光参数Y(Ⅱ)和ETR呈现先增加后下降的趋势,稀释50倍液处理下达到最高值,张杂10的叶片和晋谷21的茎秆均表现出较强的促进作用,光系统Ⅱ最大光合效率(Fv/Fm)呈现先降低后上升的趋势,3个参数均表明张杂10号的叶片和晋谷21号的茎秆水浸提液均能促进玉米的生长。谷子秸秆残留的化感物质在适当浓度下会对玉米种子的发芽和苗期生长起到促进作用。     

Genetic variation of yellow pigment and its components in foxtail millet(Setaria italica(L.) P.Beauv.) from different eco-regions in China

Kernel color is an important trait for assessing the commercial and nutritional quality of foxtail millet.Yellow pigment content(YPC)and carotenoid components(lutein and zeaxanthin)of 270 foxtail millet accessions,including 50 landraces and 220improved cultivars,from four different eco-regions in China were surveyed using spectrophotometry and high performance liquid chromatography methods.Results indicated that YPC had rich variance,ranging from 1.91 to 28.54 mg kg~(–1),with an average value of 17.80 mg kg~(–1).The average YPC of improved cultivars(18.31 mg kg~(–1))was significantly higher than that of landraces(15.51 mg kg~(–1)).The YPC in cultivars from the Loess Plateau spring sowing region(LPSSR)was the highest(20.59 mg kg~(–1)),followed by the North China summer sowing region(NCSSR,18.25 mg kg~(–1)),the northeast spring sowing region(NSSR,17.25 mg kg~(–1)),and the Inner Mongolia Plateau spring sowing region(IMPSSR,13.92 mg kg~(–1)).The variation coefficients of YPC in cultivars from NSSR,LPSSR,and IMPSSR were higher than that from NCSSR.A similar carotenoid profile was also obtained for 270 foxtail millet cultivars.Lutein and zeaxanthin accounted for approximately 55–65%of YPC in accessions.The lutein content was higher than zeaxanthin content in all cultivars.The ratio of lutein to zeaxanthin ranged from 1.51 to 6.06 with an average of 3.34.YPC was positively correlated with lutein(r=0.935,P0.01),zeaxanthin(r=0.808,P0.01),and growth duration(r=0.488,P0.01),whereas it was negatively correlated with grain protein(r=-0.332,P0.01)and 1 000-kernel weight(r=-0.153,P0.05).Our study is useful for screening and selecting cultivars with high levels of yellow pigment and for enhancing phytochemical concentrations in breeding programs.     

SO2对谷子幼苗根系镉胁迫的缓解作用

以谷子幼苗为材料,采用SO_2衍生物(SO_3~(2-)∶HSO_3~-,3∶1,mmol·L~(-1)/mmol·L~(-1))预处理方式,研究外源SO_2对镉(Cd)致根系毒性的影响。研究发现:250、500μmol·L~(-1)Cd胁迫下,谷子幼苗根生长受到明显抑制,根组织中活性氧(ROS)大量产生,膜脂过氧化增加;与Cd单独处理组相比,用500μmol·L~(-1)SO_2衍生物预处理后,Cd对根系生长的抑制作用减弱,根组织中ROS水平降低,膜脂氧化损伤减轻,谷胱甘肽(GSH)含量提高,过氧化物酶(POD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)和谷胱甘肽硫转移酶(GST)等酶活性明显增加。结果表明:一定浓度的SO_2衍生物能够通过上调抗氧化酶系统POD和GPX的活性来有效缓解Cd胁迫造成的谷子根系氧化损伤,并很可能通过维持较高的GSH水平和提高GST活性来增强谷子根系的Cd解毒能力。     

NaCl处理谷子萌发期种子的转录组学分析

【目的】谷子具有抗旱、耐贫瘠的特性,逐渐成为研究禾本科作物的模式作物。本研究以前期筛选并获得的谷子耐盐品种和敏感品种为材料,通过RNA-Seq测序筛选鉴定谷子的盐胁迫响应基因,揭示其响应盐害机制,为培育谷子抗盐新种质提供理论依据。【方法】 对14个谷子品种进行了萌发期抗盐筛选。谷子不同品种的种子经150 mmol·L ^-1NaCl处理萌发培养7 d后,分别统计各品种种子的萌发率、根长和芽长,综合各项指标鉴定到豫谷2为耐盐品种、安04为盐敏感品种。以这两个品种盐胁迫前、后萌发期种子为材料,应用RNA-Seq进行转录组测定,分析鉴定盐害下差异表达基因（differentially expression gene,DEG）,并对DEG进行GO和KEGG功能富集分析。同时应用qRT-PCR对随机挑选的15个DEG表达模式进行验证,并与RNA-Seq结果进行相关性分析。 【结果】 耐盐品种豫谷2、盐敏感品种安04种子经盐胁迫处理后,分别鉴定出2 786个和4 413个DEG;其中,每个品种在NaCl处理前及处理后分别鉴定出1 470和3 826个DEG。GO和KEGG聚类分析显示,NaCl处理下参与信号转导、抗氧化、有机酸的合成及转运以及次生代谢等相关的DEG在谷子萌发期种子应对盐胁迫响应过程中具有关键性的作用,DEG主要集中在胁迫响应、离子的跨膜转运、氧化还原、次生代谢及有机酸、多胺、苯丙烷的合成等过程。qRT-PCR对15个DEG表达模式的检测结果与RNA-seq结果相关系数为0.8817。其中编码离子通道的基因（HKT）、过氧化物酶基因（POD）、黄烷酮-3-羟化酶基因（FL3H）、MYB转录因子基因等在豫谷2中表达量较高,显示其在谷子萌发期种子响应盐胁迫中可能发挥一定作用。【结论】 谷子耐盐品种及盐敏感品种的种子对盐胁迫的响应程度具有一定的差异性,且品种对盐害的耐受能力主要与基因对胁迫的响应程度相关,而与DEG的数量相关性不大。     

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。     

夏谷数量性状遗传距离及在育种上的应用

利用多元分析法测定亲本间数量性状的遗传距离,进行了聚类分析。根据亲本间遗传距离大于类群间平均遗传距离结合选配杂交亲本的常规原则,选择亲本配制杂交组合,所得结果与夏谷育种的实践基本相符合。故从亲本分类入手,研究亲本选配方法,可增强对杂种后代的预见性。     

抗除草剂谷子新品种朝谷58的选育研究

[目的]为谷子(Setaria italica L.)新品种朝谷58的大面积推广应用提供参考。[方法]介绍朝谷58的亲本来源和选育过程、主要特征特性、产量表现、适应性等。[结果]朝谷58是2007年以高产品种朝谷9号为母本,抗除草剂品种懒谷1号为父本杂交,经6个世代定向选育而成的谷子新品种。该品种平均生育期119 d,株高155.7 cm,叶片数14.6片,幼苗绿色,芽鞘绿色,穗纺锤型,短刺毛、绿色,码中紧,主穗长20.2 cm,单穗穗粒重11.91 g,千粒重2.70 g,出谷率80%～83%,黄谷黄米。连续几年在沈阳、辽北、辽西等地种植,表现突出,具有高产、优质、抗病的特点。2012年通过辽宁省非主要农作物品种备案。[结论]朝谷58综合农艺性状表现优良,高产优质,适宜在沈阳、阜新、朝阳、建平、铁岭、锦州等地进行种植。     

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...     

谷子萌发期响应干旱胁迫的基因表达谱分析

【目的】谷子是一种耐旱作物,通过二代测序技术获得大量的谷子萌发期响应干旱胁迫的差异基因,进而挖掘谷子萌发期抵御干旱的关键基因及其相关的分子机制。【方法】以晋谷45为材料,谷子萌发期分别用18%PEG-6000干旱胁迫（处理组）和蒸馏水（对照组）处理种子并测定1、10和18 h种子的SOD、POD和CAT活性。SOD活性用氮蓝四唑（NBT）法测定,POD活性用愈创木酚法测定,CAT活性用比色法测定;对萌发10和18 h种子的对照组和处理组构建cDNA文库并进行差异基因表达谱分析;利用Bowtie将reads比对到参考基因组,采用RSEM对bowtie的比对结果进行表达量估计;使用DESeq进行差异表达基因分析;利用NR、Swiss-Prot、KEGG、COG和GO在线数据库对差异基因进行功能注释,挖掘调控谷子萌发的关键基因;利用qRT-PCR验证测序结果的可靠性。【结果】处理组的SOD活性整体比对照组高,而POD活性和CAT活性与之相反;随着萌发时间的变化,SOD活性在不断地增加,但CAT和POD活性逐渐减小。基因表达谱序列与所选参考基因组序列高度一致,基因表达呈现出高度不均一性。通过高通量测序最后获得35 470个基因,以RPKM≥0.01为筛选标准,对照样本中分别筛选出24 030和24 486个表达基因,PEG干旱胁迫处理10和18 h的样本分别筛选出24 019和23 877个表达基因;差异表达基因分析表明,谷子萌发10和18 h分别筛选出456和545个差异基因,其中87和267个上调表达基因,369和278个下调表达基因;GO功能显著性富集分析表明,差异基因主要涉及代谢过程,细胞进程和响应刺激;KEGG富集分析表明,差异基因参与到苯丙烷代谢和植物激素信号转导过程;通过qRT-PCR对5个差异基因在干旱胁迫下种子萌发时的表达分析表明,其表达趋势与表达谱分析结果基本一致。【结论】差异表达基因广泛涉及到糖、蛋白质、核酸等生物大分子代谢、次生代谢和能量代谢等过程;SnRK2和PAL可能在干旱胁迫下调节种子的萌发。     

壳寡糖对PEG胁迫下小麦幼苗生长及抗氧化系统的影响

为明确壳寡糖对小麦幼苗干旱胁迫的缓解机制,采用水培试验,研究了喷施不同浓度壳寡糖溶液（10 mg/L、100 mg/L和200 mg/L）对20%PEG模拟干旱胁迫下小麦幼苗生长、叶片超氧阴离子（O·-2）和MDA含量、抗氧化酶活性以及渗透调节物质含量的影响。结果显示：喷施3种浓度壳寡糖可明显促进PEG胁迫下小麦幼苗的生长,处理48 h后幼苗株高、根长、地上部和根部干重均显著增加（200 mg/L壳寡糖对根部干重影响除外）;处理24 h和48 h后,喷施100 mg/L壳寡糖可明显降低PEG胁迫下小麦叶片的O·-2含量,而3种浓度壳寡糖均可明显降低MDA含量;相比10 mg/L和200 mg/L浓度,喷施100 mg/L壳寡糖可明显增强PEG胁迫下小麦叶片的抗氧化系统活性,SOD、POD和CAT活性及可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸含量均显著提高（48 h时脯氨酸含量变化除外）。上述结果表明,100 mg/L是较适宜的喷施浓度。PEG胁迫下,喷施适宜浓度的壳寡糖能明显促进小麦地上部和根部的生长,降低叶片的活性氧含量和膜脂过氧化程度,提高抗氧化酶活性和渗透调节物质含量,增强小麦对干旱胁迫的抵抗能力。     

谷子品种对干旱生理适应性的研究

1987年测试6个不同抗旱性谷子受旱后的生理状况。结果表明抗旱品种生理适应性上表现出优势。抗旱品种气孔反应较为敏感;受旱后游离脯氨酸积累量较少,在抽穗期细胞膜离子透过量较少。     

播期对夏谷幼穗分化及叶龄指数的影响

【目的】研究不同播期条件下,夏谷品种幼穗分化进程及各分化阶段与叶龄指数之间的关联,为谷子生产调控和生长模拟提供依据。【方法】在山东省农业科学院作物研究所济南试验基地,以抗拿捕净除草剂夏谷品种济谷16和糯性新品种济谷18为材料,于2015年4月29日至7月8日设置8个播期处理,处理间隔为10 d。60万株/hm2大田生产条件下按播期顺序种植试验小区。在5叶期,每个小区内标记生长均匀一致的谷子植株120株,之后到抽穗每隔1—2 d选取有代表性的植株3—5株,在OLYMPUS SZX16数显体视显微镜下剥去样品苞叶至露出完整幼穗,进行系统观察与拍照,并详细记载不同播期条件下2个品种在各幼穗分化阶段的叶龄以及成熟期植株的总叶片数。【结果】播期和品种对夏谷幼穗分化的方式及形态特征没有影响,依据营养生长期、生长锥伸长期、枝梗分化期、小穗刚毛分化期和雌雄蕊分化期等5个幼穗分化阶段的特点,以济谷16的系列穗发育图片为例,清晰完整的描述了夏谷幼穗发育过程。播期对谷子生育期的影响主要是由于幼穗分化时期的起始时间和持续天数的变化引起。随着播期的推迟,幼穗分化时期的起始时间提前,由出苗后32 d变为22 d左右;幼穗分化过程的持续时间缩短,由28 d变为19 d左右;谷子生育期缩短,由109 d变为83 d左右。在不同的幼穗分化时期,叶龄和叶龄指数随播期的推迟变化趋势不同,而叶龄指数与幼穗分化时期在不同播期间保持着更为稳定的对应关系。2个品种在不同播期条件下,幼穗分化阶段与叶龄指数均符合直线回归关系,R2值在0.977—0.997,表现为极显著正相关,幼穗分化期Y依叶龄指数X的直线回归方程通式为:Y=b X+a,且不同品种在不同播期条件下对应的直线回归方程之间的差异达到极显著水平,济谷16、济谷18在不同播期条件下幼穗分化时期与叶龄指数的直线回归关系不可以用共用的直线回归方程来表示。【结论】2个夏谷品种幼穗分化发育形态基本一致,但播期对2品种幼穗分化的影响有所不同。播期造成的幼穗分化时间的差异是影响谷子生育期的主要原因。根据植株外部叶龄状态判断谷子幼穗分化时期是可行的。     

不同耐冷性杂草稻和栽培稻抗氧化系统对冷水胁迫的响应

【目的】从孕穗期到抽穗开花是水稻对温度最为敏感的阶段,这一阶段的低温冷害严重制约了东北地区水稻生长和种植面积的进一步扩大,探明水稻耐冷生理机制,将为东北水稻生产提供重要保障。探索耐冷性不同的杂草稻和栽培稻在冷水胁迫下开花期剑叶的活性氧代谢、抗氧化酶活性和抗氧化剂含量的变化规律,为耐冷性水稻品种的选育和栽培提供理论依据。【方法】以耐冷性强的杂草稻WR03-45、栽培稻丽江新团黑谷和冷敏感的杂草稻WR03-26、栽培稻秀子糯为试验材料,采用盆栽方法,根据剑叶叶枕距判断主穗进入孕穗期的时间,于孕穗期在冷水池中进行低温处理,未经冷水处理的参试材料作为对照。在开花期,剪取参试材料的剑叶保存于-85℃的超低温冰箱中,用于测定超氧阴离子自由基（）产生速率、过氧化氢（H₂O₂）含量、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）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）和谷胱甘肽还原酶（GR） 5种抗氧化酶活性和还原型抗坏血酸（AsA）、还原型谷胱甘肽（GSH）两种抗氧化剂含量,研究孕穗期低温冷害对剑叶的活性氧（ROS）积累、抗氧化酶活性和抗氧化剂含量的影响。【结果】冷水胁迫下,冷敏感的杂草稻WR03-26开花期剑叶仅有CAT和GR活性显著增加,冷敏感的栽培稻秀子糯开花期剑叶SOD、CAT和GR活性显著增加;WR03-26和秀子糯剑叶的AsA和GSH含量及AsA/DHA值和GSH/GSSG值与对照无显著差异;WR03-26和秀子糯剑叶产生速率显著增加,H₂O₂含量极显著增加,膜脂过氧化产物MDA含量显著增加。耐冷性强的杂草稻WR03-45开花期剑叶SOD活性显著升高,POD、APX、CAT和GR极显著升高,耐冷性强的栽培稻丽江新团黑谷开花期剑叶SOD、POD和APX活性显著升高,CAT和GR活性极显著升高;WR03-45和丽江新团黑谷剑叶的抗氧化剂（AsA和GSH）含量及AsA/DHA值和GSH/GSSG值在冷水胁迫下显著高于对照;WR03-45和丽江新团黑谷剑叶产生速率、H₂O₂含量和MDA含量与对照相比无显著差异。【结论】冷水胁迫下,耐冷性强的水稻通过提高抗氧化酶活性和抗氧化剂含量,减少ROS的积累以及膜脂过氧化,增强对冷水胁迫的耐性。水稻的耐冷性与胁迫下抗氧化系统清除ROS的能力有关,杂草稻WR03-45作为一种强耐冷性的种质资源可以用于栽培稻耐冷性的遗传改良。     

苯丙烯酸胁迫对黄瓜幼苗生长和抗氧化代谢特性的影响

采用营养钵土培的方法,研究了外源苯丙烯酸对津美1号、绿衣天使、C90和翠龙等不同黄瓜品种幼苗生长和叶片抗氧化酶活性及活性氧代谢的影响.结果表明,外源苯丙烯酸胁迫对黄瓜幼苗生长具有很强的抑制作用,并随着胁迫浓度的增大受抑制的程度加强.在苯丙烯酸胁迫下,黄瓜叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氧酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性表现为低浓度升高,高浓度下降的趋势;超氧阴离子(O2-·)产生速率、过氧化氢(H2O2)含量、膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量及渗透调节物质脯氨酸(Pro)含量、可溶性糖含量随着苯丙烯酸浓度的升高而显著增加.不同黄瓜品种对苯丙烯酸胁迫的响应存在着品种间差异.     

不同来源谷子品种产量比较及综合评价

内蒙古赤峰市敖汉旗是全国最大优质谷子生产基地。对不同来源的115个谷子品种（系）在敖汉旗进行田间种植鉴定,并对产量及表型性状进行分析。结果表明,有31个品种（系）的产量高于对照（赤谷4号）,这些品种的生育期为106.16±5.71 d,主茎长度为133.97±14.85 cm,主穗长度为27.32±4.02 cm,主穗直径为29.18±5.89 mm,主穗重为29.10±5.63 g,主穗粒数为8 333.99±1 983.66 粒,主穗粒重为22.91±4.69 g,千粒重为2.80±0.36 g,产量为7 887.41±796.60 kg/hm2。方差分析表明,有25个品种（系）的产量极显著高于对照（P<0.01）;穗粒数、千粒重的显著增加,或各产量性状的协同提高均能实现产量的显著增大。相关性及回归分析表明,生育期、主茎长度、主茎直径、叶片数、主穗重、主穗粒数、主穗粒重、千粒重与产量极显著相关,其中生育期和主穗粒数对产量起决定性作用。主成分分析可将15个表型性状归纳为8个主要因子,并筛选出10个综合评价较高的品种（系）。总体来看,燕谷18的产量最高,铁8050、公谷74号、14H758的产量和综合评价均较高。