稳定遗传的雌性不育系是薏苡实现杂种优势利用的关键,雌性不育基因的利用也是实现轻简化杂交种制种的重要途径.本研究团队在资源鉴定过程中首次发现了在自然条件下产生的薏苡雌性不育遗传材料FS2106.以FS2106为试验材料,对其表型、花粉活力和染色体数目进行鉴定,以其为父本与2个可育薏苡材料配制杂交组合,观测雌性不育性、柱头颜色、叶鞘颜色和总苞质地4个性状在F1、F2群体中的性状分离情况,并通过x2检验揭示其遗传方式和遗传规律.结果表明,FS2106植株的株高、茎粗、分蘖数、叶长和叶宽的平均值分别为86.9 cm、4.9 mm、33.4个/株、34.3 cm和2.2 cm;开花期雌穗不发育、雄穗发育正常,产生正常活力花粉,雌性不育性状稳定;染色体数目为2n=20,倍性正常.x2检验显示,FS2106植株的雌性不育性属于单基因控制的隐性核遗传,其紫色叶鞘、紫色柱头颜色、总苞质地性状均为单基因显性遗传,而且总苞质地性状位点表现为杂合子.FS2106的发现及其雌性不育基因的挖掘为薏苡杂种优势利用和杂交制种提供了基础材料,叶鞘颜色、柱头颜色和总苞质地性状也可做为育种应用的重要标记性状.

杂种优势利用是显著提高作物产量的主要途径,有助于解决日益增长的人口数量与有限耕地之间的矛盾.大豆作为世界上重要的粮油饲兼用作物,其开展杂种优势利用已有30余年.其中,基于细胞质雄性不育的三系法杂交育种系统是大豆杂种优势利用的主要途径.目前,已有40余个杂交大豆品种通过审定并在生产上推广应用,杂交大豆正处于由中试向产业化推进阶段.本文对大豆细胞质雄性不育遗传基础与育种应用进行了综述,系统阐述了各类型细胞质雄性不育系的发现及利用、不育性状的遗传和分子机制、育性恢复基因和恢复抑制基因的定位和克隆等方面的研究进展.基于大豆杂种优势利用研究现状论述和分析,提出了三系法杂交大豆育种中存在的问题、挑战及解决路径,并对三系法杂交大豆育种技术的创新进行了展望,旨在为大豆杂种优势分子基础和应用研究提供新方法、新思路.

大豆(Glycinemax(L.)Merr.)是自花授粉作物,通过人工去雄的办法生产杂交种,不仅繁琐且成本高.雄性不育基因功能的研究是大豆杂种优势利用的前提之一,大豆雄性不育位点报道较少,定位及功能研究进展缓慢.随着大豆转基因体系的成熟及生物技术的发展,利用反向遗传学研究大豆雄性不育基因的功能变得相对容易.本研究通过转录组数据分析发现大豆中编码小G蛋白的GmARFA1a受到大豆雄性育性控制基因MS1(Male Sterile 1)和MS2的调控,公共数据库数据表明GmARFA1a在大豆未开放的花中表达量最高,而qRT-PCR数据进一步明确GmARFA1a在大豆授粉前雄蕊中优势表达.花粉萌发实验及结实率统计发现Gmarfa1a突变体花粉活力下降导致结实率受到明显抑制.本研究对GmARFA1a基因功能进行了初步解析,明确其对大豆雄性育性存在一定影响.研究结果不仅丰富了对GmARFA1a乃至ARF基因家族成员功能的认识,也为后续深入研究大豆GmARFA1a功能及大豆杂种优势利用奠定了基础.

海三棱藨草[× Bolboschoenoplectus mariqueter(Tang & F.T.Wang)Tatanov]的分类学地位至今尚无定论.为明确海三棱藨草的分类学地位并探讨其与近缘种的关系,该研究分别利用1个核基因(ITS)和5个叶绿体基因(matK、ndhF、rbcL、trnL和trnL-trnF)的DNA条形码序列对海三棱藨草及其近缘种的4种21批样品进行扩增和测序,通过采用相似性搜索算法对单一序列和序列组合的物种鉴定效率进行评价,并基于贝叶斯推断方法构建系统发育树进行鉴定分析.结果表明:(1)ITS+matK序列组合的物种鉴定效率最高,为71.4％,可实现海三棱藨草及其近缘种的种间区分、鉴定.(2)基于ITS+matK序列组合构建海三棱藨草及其近缘种的系统发育树,发现同一物种的样品聚集度较好,海三棱藨草与三棱草属[Bolboschoenus(Asch.)Palla]的物种聚为一支,明显与水葱属[Schoenoplectus(Rchb.)Palla]物种分开,并且海三棱藨草与海滨三棱草[Bolboschoenus maritimus(Linnaeus)Palla]形成单系.综上所述,ITS+matK序列组合可作为海三棱藨草及其近缘种物种鉴定的最佳条形码序列,研究结果不支持海三棱藨草为天然杂交种的观点,而应将其归入三棱草属中,海三棱藨草应为海滨三棱草的异名.该研究结果为海三棱藨草及其近缘种的分类学研究提供了分子依据.

为明确楸树(Catalpa bungei)远缘杂交种花器官性状的表型变异程度和变异规律,以12株楸树远缘杂交种为材料,采用方差分析、相关分析、聚类分析等统计分析方法,对楸树远缘杂交种的花期物候特征、花序性状、花朵性状和花色性状指标进行研究.结果表明:楸树远缘杂交种的花期物候特征差异明显,楸梓杂交种为假三叉分枝,花芽分化能力强,嫁接当年持续多轮开花,花期长达100 d以上,表现出母本性状.楸梓杂交种的花器官特征差异显著,花序轴共7～9轮侧枝,主轴为无限花序,侧枝为二歧聚伞花序,从底层到顶层过度为聚伞花序,处于楸树有限花序到梓树无限花序的过渡性状.花总长度、花筒直径、花筒长度、花冠宽度、花梗长度、雌蕊长度、花药长度、雄蕊长度、不育雄蕊长度的变幅分别为35.42～50.36,10.84～16.13,16.57～24.68,31.58～44.87,9.07～31.99,19.44～27.52,4.85～5.89,13.93～21.10,3.66～6.79 mm,变异系数为10.88%～31.02%,多样性指数(H')为1.36～1.93,并以9个性状指标将12株杂交种聚为大花型、中花型、小花型3类.楸树杂交种间花色差异显著,以L*、a*、b*值将12株杂交种的唇瓣花斑颜色聚为3类,分别是粉紫色型、紫红色型和紫色型.

基因组大小是物种基因组的重要特征,通常用DNA C值来衡量,能够用于快速判断基因组倍性,并为分类学与进化生物学提供重要依据.海三棱藨草(Scirpus mariqueter)是长江口和杭州湾具有重要生态意义的标志性物种,被认为是扁秆藨草(S.planiculmis)和藨草(S.triqueter)的杂交种,因染色体小而难以准确确定倍性.近年来,部分研究者指出该物种的分类和命名存在疑点.该研究通过基因组Survey分析检测海三棱藨草样本CJ1的基因组特征,测序深度约为120 ×,并以绿豆(Vigna radiata)为参考标准,利用流式细胞术测定了海三棱藨草及其同域近缘种扁秆藨草和藨草以及海三棱藨草和扁秆藨草的杂交F1共13个样本的DNA C值和相对倍性.结果表明:(1)基因组Survey分析测得CJ1的基因组大小为244.12 Mbp,杂合率为0.68％,重复序列比例为42.38％,GC含量为37.25％.(2)流式细胞术测得来自不同区域的海三棱藨草各样本的基因组倍性相同,1C值在234.87-242.5 Mbp之间,其中CJ1的基因组大小与基因组Survey检测结果高度一致.(3)扁秆藨草的1C值在251.77-264.13 Mbp之间,藨草1C值为537.33 Mbp.根据上述基因组大小,认为海三棱藨草不可能是这两者的杂交种.该研究补充了海三棱藨草及其近缘种的基因组特征,为后续全基因组测序奠定基础,同时也否定了海三棱藨草起源于扁杆藨草和藨草杂交的假说.

该研究报道了采自山东省泰安市泰山的铁角蕨科铁角蕨属一中国新记录植物——东方铁角蕨(Asple-nium×akaishiense Otsuka),并对其形态特征进行了描述.该物种形态介于过山蕨(A.ruprechtii Sa.Kurata)与细茎铁角蕨(A.tenuicaule Hayata)之间,可能是二者的自然杂交种.

为了探明干旱胁迫下沼液对玉米幼苗抗旱、光合生理、形态的缓解效应,以中度抗旱玉米杂交种'先玉335'和较强抗旱杂交种'中单2号'为材料,采用10％聚乙二醇-6000模拟干旱胁迫,研究50％沼液根部浇灌处理对干旱胁迫下玉米幼苗生长和生理特性的影响.结果表明,沼液根部施用可以显著提高两品种玉米的抗旱性,有效缓解干旱胁迫对玉米幼苗根系和地上部生长的抑制作用,促进两品种玉米幼苗生长和提高根系活力,降低根冠比,且'先玉335'的变幅更大;同时显著提高两品种叶片SOD、POD和CAT活性以及可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白含量('中单2号'的CAT除外),降低MAD含量,且对'中单2号'的影响更显著;沼液根施还可以显著提高干旱胁迫下两品种叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr),降低气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci),但'中单2号'的Tr和Gs除外,同时使两品种叶片叶绿素含量和水分利用效率(WUE)均显著增加.可见,沼液根施处理可以有效改善干旱胁迫下玉米幼苗的光合能力,显著提高幼苗抗氧化酶活性和渗透调节物质的含量,减轻膜脂过氧化程度,有效缓解干旱胁迫对2种不同抗旱性玉米幼苗的生长抑制,从而增强玉米耐受干旱胁迫的能力,且对'中单2号'的缓解效果更明显.

外来中药是中药的重要组成部分,也是探讨国际交流影响中医药发展的重要材料.尽管一些重要时期的外来中药品种已有了梳理,但传统中医药领域使用外来中药的全貌,以及外来中药在中医临床和中医药发展中的作用还缺乏系统分析.系统梳理了从《神农本草经》至《中华本草》的外来中药,统计分析了这些外来中药的基原、原产地、引入时间、引入途径、主治和功效等信息.结果表明,本草文献纪录的外来中药有747味,占中华本草所载中药总量的8.32％,其中植物药741味,动物药4味,矿物药2味;植物药来源于96科316属472种(包括亚种、变种和杂交种),动物药来源于4科4属4种;矿物药来源于2种矿物.外来中药主要通过观赏途径、果蔬途径、药用途径和香料途径等传入中国.这747味外来中药中有195味已形成药用市场,其中资源供给来自于国内的有165味,来自于国内和进口的有24味,来自于国外进口的有6味(没药、没食子、檀香、乳香、梅花冰片、胖大海).外来中药的引入在清朝以前增长缓慢,清朝时显著增加,清朝以后剧增.外来中药的药性多为平、凉、寒,药味多为苦、甘、辛;功效方面以清热解毒类外来中药的引入开发最为多见.外来中药弥补了原有中药在中医临床用药选择或资源上的不足,促进了中医药的持续性开放发展.

玉米紧凑株型能够通过密植栽培实现增产.改良玉米株型的关键性状叶夹角,创制紧凑株型的玉米杂交种,能够实现该增产过程.通过基因编辑技术和DTM(desire targeted mutation)策略,突变杂交种中单 88 的母本CX1 的叶夹角形成关键基因ZmLG1,获得株型紧凑的改良母本自交系CX1-lg1.以此母本与中单 88 的父本CX2 杂交,配制获得株型紧凑的ZmLG1Zmlg1改良杂交种中单 88M.对改良母本CX1-lg1 的制种效率及改良杂交种中单 88M在增密栽培下的产量进行评估.结果显示:(1)通过母本株型改良能够实现对杂交种株型的改良;(2)株型紧凑的改良母本CX1-lg1 在 5 000 株/667 m2 的条件下有更高的制种效率;(3)改良杂交种中单 88M在不同环境和密度下均有更紧凑株型,且在较高栽培密度下实现增产.以上结果表明基因编辑技术能够通过靶向特定基因实现精确的表型调控,借助DTM策略改良亲本可以实现对杂交种特定表型的改良.