基于高光谱成像技术的小麦条锈病病害程度分级方法

为了快速、准确地对小麦条锈病病害程度进行分级评估,提出了一种基于高光谱成像技术的小麦条锈病病害程度分级方法。首先利用Hyper SIS高光谱成像系统采集受条锈菌侵染后不同发病程度的小麦叶片高光谱图像,通过分析叶片区域与背景的光谱特征,对555 nm波长的特征图像进行阈值分割获得掩膜图像,并用掩膜图像对高光谱图像进行掩膜处理,提取仅含叶片的高光谱图像;然后用主成分分析法(Principal component analysis,PCA)得到利于条锈病病斑和健康区域分割的第2主成分(The second principal component,PC2)图像,采用最大类间方差法(Otsu)分割出条锈病病斑区域;最后根据条锈病病斑区域面积占叶片面积的比例对小麦条锈病病害程度进行分级。试验结果表明:测试的270个不同小麦条锈病病害等级的叶片样本中,265个样本可被正确分级,分级正确率为98.15%。该研究为田间小麦条锈病害程度评估提供了基础,也为小麦条锈病抗性鉴定方法提供了新思路。     

小麦抗条锈基因Yr1和Yr2分子检测体系研究

为建立小麦抗条锈病基因分子检测体系,分别以Yr1和Yr2紧密连锁的标记为检测标记,以Sull-1、CYR29、CYR32、CYR33和V26/CM42为小麦条锈菌鉴别菌株,构建Yr1和Yr2分子检测体系,并对181份小麦高代系材料进行了抗病鉴定和Yr1和Yr2基因分析。结果表明,gwm372和gwm382可作为Yr1的检测标记;wmc364可作为Yr2的检测标记;5个鉴别菌株对Yr1和Yr2具有较好的区分能力。Yr1和Yr2基因在181份小麦高代系材料中比例较低,表明这两个基因在我国小麦抗病育种过程中丢失严重。     

小麦OXS3基因家族的鉴定及表达模式分析

氧化应激3蛋白(OXS3)是一种植物特异性蛋白,在植物逆境耐受性中发挥重要作用。本研究利用生物信息学方法,在全基因组水平对小麦中的OXS3基因家族成员进行了鉴定,并对所有成员进行了高温胁迫下的表达模式分析以及4个小麦OXS3基因的酵母转化验证试验。结果表明,小麦具有9个OXS3基因,分布于8条染色体上,聚类为三个亚家族,主要定位于细胞核;小麦OXS3基因家族成员的启动子区具有多个激素响应和逆境响应顺式作用元件,暗示该家族成员在植物逆境响应中可能承担重要角色。共线性分析表明OXS3基因家族在单/双子叶植物间存在较大差异。qRT-PCR分析表明,小麦OXS3家族基因在高温胁迫下均上调表达。转化酵母的耐热功能验证表明,小麦基因TaOXS3-1D、TaOXS3-2A可以提高酵母的耐热性。本研究结果为系统研究OXS3的耐热功能奠定了基础。     

群体小麦条锈病发病动态无人机遥感监测方法

针对当前育种群体小麦条锈病表型分析手段单一、效率低下等问题,该研究提出了一种基于无人机低空遥感和多光谱成像技术的群体小麦田间条锈病高通量表型动态分析方法。该方法利用无人机采集自然发病的育种群体小麦（共600个样本,516个基因型）冠层多时相的光谱图像,并提取22个植被指数作为后续分析的表型,同时按照发病后的时间顺序与传统条锈病人工鉴定标准记录条锈病发病阶段和发病严重度数据;使用随机森林算法建立22个光谱植被指数同条锈病发病阶段与病害严重度的分类模型,并筛选出对上述两个分类问题敏感的植被指数;同时,使用随机蛙跳算法对特征进行筛选以降低仅使用随机森林算法对特征筛选的偶然性,并将随机蛙跳算法给出被选择概率排名在约前1/3的特征作为SVM算法的输入,构建发病阶段与病害严重度模型以验证随机蛙跳算法对特征筛选的有效性;综合两次特征选择的结果,分别筛选出对发病阶段和病害严重度敏感的3个植被指数,并基于这些指数响应的时间序列分析了群体中6个参考品种发病动态的差异。对条锈病发病阶段的分类模型构建中,随机森林和SVM模型测试集的F1分数分别为0.970和0.985;对条锈病严重度等级分类中,二者的F1分数为0.740和0.780,表明通过所建立的模型可以实现对群体小麦发病阶段和病害严重度等级的分类,且随机森林算法和随机蛙跳算法都能够筛选出对条锈病发病阶段和病害严重度敏感的特征。筛选出的差分植被红边指数（Difference Vegetation Index - Rededge,DVIRE）的响应对病害胁迫较为敏感,可用于同时描述田间条锈病发病阶段和严重度。该研究提出的高通量表型分析方法,基于无人机成像光谱提取的植被指数对群体小麦田间条锈病进行时间序列动态分析,能够精准量化群体小麦受条锈病胁迫状态,并可为其他作物抗病育种的表型分析提供一定的参考。     

中国小麦主栽品种抗条锈性评价与基因分析

为给全国小麦条锈病大区流行的预测预报和综合防控提供数据支持,在陕西杨凌设置当前流行小种CYR32和CYR33的混合病圃,在甘肃天水设置自然发病圃,对74个主栽小麦品种进行连续两年成株期抗病性鉴定,同时对其进行苗期室内分小种(CYR32和CYR33)和田间自然发病状态下的鉴定;分别选用Yr5、Yr9、Yr10、Yr15、Yr17、Yr18和Yr26等7个已知抗条锈病基因的分子标记进行基因检测。抗病鉴定结果显示,参试的74个小麦主栽品种中,无全生育期抗病品种,4个成株期抗病品种,10个在杨凌成株期抗病的品种在天水自然小种圃中有不同程度的感病;分子检测结果显示,参试小麦品种中24个品种含Yr9,4个品种带有Yr17,5个品种带有Yr26,未发现含Yr5、Yr10、Yr15和Yr18的小麦品种。这一结果表明,当前我国大面积种植的小麦品种抗条锈病水平整体较低,且抗病基因较单一,存在小麦条锈病在条件适宜时大面积流行的风险,必须进一步加强病害预警预报。     

四川盆地小麦品种（系）抗条锈性鉴定与评价

为明确四川盆地小麦品种(系)抗条锈性水平和抗病基因分布状况,对该地区23个当前主栽小麦品种和44个品系进行了苗期分小种和成株期混合小种抗锈性鉴定,并结合分子检测、抗谱测定和系谱追踪等方法,综合分析了供试品种抗条锈性相关基因。结果表明,供试小麦品种(系)中,10份具有全生育期抗性,22份具有成株期抗性,35份表现感病,其中超过60%的主栽品种不具抗锈性;19份可能携带Yr26;7份可能携带Yr26+?基因组合("?"表示未知基因)。四川盆地当前小麦品种(系)抗条锈性整体水平下降与条锈菌新致病型小种有关,应引起有关小麦育种单位和生产部门注意。     

普通小麦及其近缘物种花序、小穗和小花的形态结构分析

花的发育影响着种子的发育。普通小麦是三大粮食作物之一,但对小麦花序发育的研究滞后于水稻和玉米。为揭示小麦花发育的机理,本研究采用体视镜观察、扫描电子显微镜观察和组织切片后光学显微镜观察等方法,对普通小麦及其近缘物种一粒小麦、拟斯卑尔脱山羊草、粗山羊草、二粒小麦以及二穗短柄草的花序、小穗和小花形态结构进行了系统观察和分析比较。结果表明,普通小麦与二倍体小麦、二粒小麦表现出一定差别:普通小麦每个小穗形成8~10朵小花,但在发育后期,大多数小花退化不育,每个小穗只有3~4朵小花能够形成种子;二倍体小麦和二粒小麦的小穗结构与普通小麦类似,但每个小穗发育形成3~5朵小花,小花数目明显减少。与普通小麦相似,二穗短柄草每个小穗同样分化形成多朵小花,不同的是,二穗短柄草的大多数小花发育正常,是可育的。以上这些研究结果暗示小麦具有巨大的增产潜力。     

远缘杂交衍生后代中筛选小麦抗条锈病新抗源

 针对小麦远缘杂交的一系列衍生系,在陕西杨凌人工条锈病圃(CYR32和CYR33混合小种)选择压力下,兼顾抗病性与农艺性状,经过连续6年系统选择,筛选了106份远缘杂交衍生后代选系。在此基础上,通过杨凌人工混合小种接种鉴定圃和甘肃天水自然诱发鉴定圃,对其进行成株期抗条锈病鉴定;利用当前流行小种CYR32、CYR33和G22-9进行苗期分小种鉴定;结合Yr26的分子标记检测评估抗源价值。建立基于成株期与苗期抗病性鉴定相结合,异地抗病表型鉴定与分子标记筛查的抗源筛选和评价体系。结果表明:106份远缘杂交后代衍生系中,筛选出54个能够抵抗包括G22-9在内的多个流行小种的选系;结合标记筛查结果,筛选到36份不含Yr26的抗病材料,其中4份为全生育期抗条锈病性类型(ASR),32份为成株期抗性(APR)类型。推测这些抗性选系可能具有抗条锈病新基因。     

“西北-华北-长江中下游”条锈病流行区系当前小麦品种(系)抗条锈病性评价

【目的】西北-华北-长江中下游麦区是中国小麦条锈病最主要的流行区系,准确评价大区间当前小麦品种抗条锈病性水平和抗源使用特点,为整体考量各流行区小麦抗性品种分布的合理性和确定今后的育种方向提供依据。【方法】从该区系13个省(区)征集了501份小麦当前主栽品种和后备品种,在杨凌进行苗期分小种(CYR32和CYR33)和成株期混合小种(CYR23、CYR25、CYR29、CYR31、CYR32、CYR33、Su11-4、Su11-7)人工诱发接种鉴定,在天水自然发病条件下进行抗条锈病性鉴定。【结果】参鉴小麦品种(系)中,表现为全生育期抗性的品种仅有34份,占参试品种(系)的6.8%,表现成株期抗性的品种为110份,占参试品种的22.0%,表现感病的品种(系)为356份,占供试品种(系)的71.0%;流行区系内不同地区间小麦品种抗条锈性水平存在较大差异;结合育种系谱分析,具有全生育期抗病性的品种(系)的有效抗源类型较丰富,但在品种(系)中的分布不均衡,主要集中在92R系(携带Yr26)、贵农系以及少数携带Yr24的CIMMYT抗源种质。【结论】当前中国小麦主产区小麦品种抗条锈性整体水平仍较低,必须加强病害预测预报和防治,以避免大区流行;小麦品种主要有效抗源较单一,且在不同流行区同时使用。     

农杆菌介导的油菜遗传转化研究进展

综述了农杆菌介导的油菜等芸薹属植物高效转化体系建立的影响因素,总结了基因工程在改良油 菜等芸薹属植物性状中的最新研究进展,评述了植物in Planta转化法在油菜中的应用。