内蒙古自治区农作物种业发展四十年的回顾、成就与展望

内蒙古自治区地域辽阔,东西跨度大,总面积118.3万km^2,全区有可耕地面积800万hm^2,年实际耕种面积超过667万hm^2,是国家级玉米、高油大豆、优质春小麦、马铃薯、向日葵、甜菜、瓜菜作物以及杂粮杂豆生产基地。种植业与养殖业的快速发展带动了对农作物种子的旺盛需求,农作物种子商品化率与市场规模持续增长。     

转抗虫基因Cry1Iem大豆的分子鉴定与功能验证

通过转抗虫基因来提高作物的抗虫性是一条有效途径,以此来提高作物的产量和品质。本研究以转抗虫基因Cry1Iem大豆的T2、T3株系作为试验材料,利用常规PCR检测、Southern杂交、荧光定量PCR技术对转抗虫基因Cry1Iem株系进行分子鉴定;同时对40个转基因阳性株系进行室内人工接虫、200个转基因阳性株系室外网室接虫并进行抗虫性鉴定。选取其中10个株系进行常规PCR检测,结果在T2、T3当中都检测到了Cry1Iem、Bar、启动子CaMV35S、Nos目标片段,表明目的基因已被顺利导入受体JN28大豆植株当中并得到了稳定遗传;选取其中5个T2、T3转基因株系进行Southern杂交,结果显示:目的基因以单拷贝的形式整合到了大豆基因组当中;荧光定量PCR检测结果表明,Cry1Iem基因在选取的3个转基因株系中均得到了表达,而在非转化的受体JN28当中未检测到荧光信号。室内抗虫性鉴定结果显示40个转Cry1Iem基因株系豆荚内活虫的成活数量明显低于受体材料JN28大豆豆荚内的活虫数量,表明转基因材料具有显著的抗虫性。室外抗虫性鉴定结果表明:JN28大豆受体植株的虫食率为6.72%,属于感虫品种;而200个转Cry1Iem基因株系的平均虫食率为3.81%,属于抗虫品系。本研究结果为中国转基因抗虫大豆新品种的选育提供部分参考数据。     

郑196耐大豆胞囊线虫病研究及耐病机理初探

郑196是从黄淮海大豆产区选育的优良大豆品种。该品种在SCN2病圃中鼓粒情况良好;2017年,郑196在黄淮海9个试点的产量与在SCN2病圃中产量相比较,差异不显著,说明该品种具有耐SCN病的特性;利用荧光定量PCR,进一步分析来自Rhg1/Rhg4位点的4个SCN-抗性基因(Glyma18g02580, Glyma18g02590, Glyma18g02610, SHMT)在郑196及其他不同抗性水平大豆中的表达,结果表明:在受到SCN2侵染的0～25 d,4个SCN-抗性基因在抗病材料中的表达量均持续提升;在受到SCN2侵染的10 d/15 d,这4个SCN-抗性基因在郑196及感病材料中表达量达到最高点,之后表达量下降,该结果表明,郑196的耐SCN病机理不同于SCN抗性基因在抗病材料中的抗病机理,其耐病性不是由SCN抗性基因单独调控的,有可能存在其特有的耐病通路或是由抗性基因与耐病基因共同调控其耐病机制。本研究可对抗SCN种质资源创新和抵御SCN策略提供参考依据。     

大豆质核互作雄性不育系NJCMS1A与其保持系NJCMS1B的生理生化特性比较分析

以大豆质核互作雄性不育系NJCMS1A及其保持系NJCMS1B的花芽为试验材料,利用试剂盒法和紫外分光光度计测定分析了糖分含量(可溶性糖和淀粉)和总ATPase、蔗糖磷酸合成酶(SPS)、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)、抗坏血酸氧化酶(AO)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)以及过氧化物酶(POD)等酶活性的变化情况。结果表明:相较于保持系NJCMS1B,总ATPase、PEPCK、AO和CAT活性在不育系NJCMS1A中显著下降;糖分含量、SPS和SOD活性在不育系NJCMS1A中下降水平不显著;POD活性在不育系NJCMS1A中显著上升。根据结果分析推测,与能量代谢或胁迫响应等相关的物质或酶活性在不育系NJCMS1A中的亏损现象可能是NJCMS1A花粉败育的主要原因。     

青霉菌发酵液对大豆幼苗生长及生理特性的影响

采用室内生理检测及生物化学方法,研究了青霉菌发酵液对大豆幼苗生长及生理特性的影响。结果表明:用一定浓度的青霉菌发酵液对大豆浸种和茎叶处理,大豆幼苗的生长呈明显上升趋势,处理后大豆的株高、根长、株鲜重和根鲜重均明显得到了提高,且生长状态好于对照,不同浓度处理间具有明显差异,在发酵液浓度为5 g·L-1时,效果最佳。尤其是对根鲜重的影响,促进率最高可达56.21%,同时增强了幼苗根系活力,最大可以提高57.82%,浸种和茎叶处理后,分别提高了叶绿素含量41.25%和15.40%;超氧化物歧化酶活性12.20%和11.70%;过氧化物酶31.33%和29.95%;过氧化氢酶活性42.8%和20.0%,这为发酵液在大豆田推广应用、提高大豆产量提供了重要理论依据。     

8株优良大豆根瘤菌与不同地区27个大豆主栽品种的匹配性研究

大豆是我国重要的油料作物和高蛋白粮饲兼用作物,具有与根瘤菌共生固氮的能力。近十几年来,我国大豆品种更新快,导致大豆根瘤菌株与新品种匹配能力差、接种效果不明显。筛选与主栽大豆品种匹配性好、固氮效率高的广谱性优良菌株,可为针对性的施用大豆根瘤菌接种剂提供菌种资源和方案。选取本实验室前期分离保存的6个优良快生型大豆根瘤菌株和2个慢生型大豆根瘤菌株,在砂培盆栽条件下与不同地区的27个大豆主栽品种进行匹配试验。测定分析了植株地上部分生物量、高度、根瘤数量、根瘤生物量和根瘤固氮酶活指标。结果表明:不同大豆根瘤菌之间结瘤固氮能力存在极显著的差异;供试根瘤菌均能够与国内24个大豆品种结瘤,广谱性较好;植株地上部分高度、根瘤数量、根瘤生物量和根瘤固氮酶活与地上部分生物量呈显著相关;大部分接种根瘤菌后的植物生物量显著高于CK;HN01、GR3、HH29、HH103匹配性和固氮效率均不逊色于USDA110,具有在东北地区、黄淮海地区、长江流域、东南地区推广的潜能;从品种来看,中豆39、BD2、天隆1号与8株供试大豆根瘤菌的匹配接种表现出高生物量特点。此外,本文还筛选出大豆-大豆根瘤菌的表型最佳匹配组合中豆39-GR3,适合长江流域地区;同样筛选到东北地区、黄淮海地区、东南地区最佳匹配组合,分别是HN01-辽豆14、HN01-徐豆14、HN01-BD2。本文初步建立了优良根瘤菌与大豆主栽品种的匹配关系,为在田间试验中进一步筛选和应用这些优良菌株提供了材料和指导。     

大豆对大豆胞囊线虫侵染的应答机制研究

大豆胞囊线虫病(Heterodera glycines,soybean cyst nematode,SCN)是大豆生产上的重要病害,其特点为危害重、分布广、难防治,每年对大豆生产造成极大的损失。种植大豆抗性新品种是防治SCN目前最为有效的措施,研究大豆对SCN侵染的应答机制,是培育大豆持久抗病品种的前提,对加快抗线虫品种选育及SCN的防控具有重要的意义。本文综述了大豆对SCN侵染的组织细胞学应答机制;介绍了大豆在SCN侵染后酶系变化及酚类代谢的生理生化应答机制;从分子水平阐明了SCN侵染后大豆的基因转录变化,差异蛋白及DNA甲基化的应答机制,以期为大豆胞囊线虫病害的进一步研究与防治提供参考。     

高蛋白高产大豆新品种石豆11号的选育

石豆11号是由石家庄市农林科学研究院以化诱446为母本,冀豆4号为父本经有性杂交选育而成。2014-2015年参加河北省夏播大豆区域试验,平均产量3 093.9 kg·hm~(-2),较对照冀豆12增产2.51%。2016年参加河北省夏播大豆生产试验,平均产量3 108.0 kg·hm~(-2),较对照冀豆12增产0.87%。2017年通过河北省农作物品种审定委员会审定,准予推广。石豆11号的主要特点是高蛋白(45.79%)、高产、抗倒伏,适宜在河北省中南部夏播种植。     

基于多载荷无人机遥感的大豆地上鲜生物量反演

以多载荷无人机获取数据和地面实测的数据为基础,将大豆生殖生长期分段建模,采用植被指数和光谱参数相结合再加上农学参数株高,通过最小二乘法建立多元线性回规模型的方法,来估算大豆开花期和结荚期的鲜生物量,采用高光谱植被指数法估算大豆鼓粒期和成熟期的鲜生物量。结果表明:在大豆开花期和结荚期内,采用混合法构建生物量反演模型利用交叉验证法,验证结果的R~2和RMSE分别为0.714和0.393;在大豆鼓粒期和成熟期内,采用高光谱植被指数法构建生物量反演模型,利用交叉验证法,验证结果的R~2和RMSE分别为0.697和0.386;大豆开花结荚期构建的模型和鼓粒成熟期构建的模型都有比较高的精度和可靠性,利用这两种模型完成了高光谱影像鲜生物量的遥感空间制图,能反映当地当时大豆的真实长势情况。     

抗草甘膦栽培大豆种质挖掘及抗性生理研究

利用田间试验结合生物化学分析研究了不同的栽培大豆品系对草甘膦的抗性,试验结果显示:在草甘膦有效剂量为0.31~0.92 kg·hm~(-2)时,不同栽培大豆品种对草甘膦抗性存在明显差异,在草甘膦剂量为0.92 kg·hm~(-2)时,石豆1号存活率为100%,表现了较高的抗性,8份材料的存活率为4%~48%,表现出一定的抗性;44份材料表现敏感,存活率为0。试验研究了抗性材料石豆1号、中抗材料Williams和敏感材料中黄35对草甘膦的生理生化反应的差异,结果表明:随着草甘膦处理剂量的增加和处理时间的延长,石豆1号莽草酸含量、叶绿素含量和超氧化物歧化酶(SOD)相对活性没有明显变化。而Williams和中黄35的莽草酸含量和SOD相对活性明显升高,叶绿素含量明显降低。结果表明草甘膦(浓度0.92 kg·hm~(-2))处理下,不同抗性栽培大豆叶片中莽草酸含量有明显差异,处理5~14 d时敏感材料叶片中莽草酸含量保持较高水平,因此栽培大豆叶片莽草酸含量可以作为判断其对草甘膦抗性高低的主要生理指标之一,而SOD的活性和叶绿素含量可以作为判断栽培大豆对草甘膦抗性的辅助生理指标。