金苦荞是近些年创制的苦荞与金荞麦种间杂交形成的双二倍体杂种半多年生新荞麦种类(Fagopyrum tatari-cymosum),为了探讨该荞麦种类的农艺性状和品质性状的遗传规律,以 26 个高产金苦荞品系为材料,对其品质性状和农艺性状进行了遗传变异研究、相关性分析和聚类分析.结果表明:(1)金苦荞品质性状的变异系数大小表现为醇溶蛋白含量>谷蛋白含量>黄酮含量>总蛋白含量>球蛋白含量>清蛋白含量>淀粉含量.(2)金苦荞农艺性状的变异系数大小表现为主茎分枝数>基部 20 cm内节数>主茎粗>籽粒面积>千粒重>主茎节数>株高>籽粒长宽比>籽粒宽>籽粒长>果壳率>籽粒周长>籽粒直径.(3)相关性分析中,黄酮含量与清蛋白含量呈显著正相关;醇溶蛋白含量与主茎节数、基部 20 cm内节数、主茎粗呈显著或极显著正相关,与千粒重、籽粒面积、周长、宽、直径呈显著或极显著负相关;淀粉含量与籽粒面积、长、直径呈显著正关系.(4)聚类分析将 26 个金苦荞品系分为了 3 个类群,其中类群I属于高淀粉、矮秆、多分枝、低果壳率、大长粒型品系,类群Ⅱ属于高蛋白、高秆、粗壮、粒型偏小的品系,类群Ⅲ属于高品质、高产、大粒品系.该研究结果为金苦荞的选育提供了理论依据.

地方种是小麦育种的重要种质资源,为了解矮秆基因在地方种中的分布,本研究检测了甘肃省地方种矮秆基因等位变异类型及其在不同麦区的分布频率.结果表明:(1)地方种Rht-B1b和Rht-D1b的频率极低;41.4％的地方种携带Rht8,且春麦区高于冬麦区;46.7％的地方种含Rht24b,春麦区低于冬麦区.Ppd-D1a的频率仅17.8％,且春麦区低于冬麦区.另外,仅检测到Rht-D 1 b/Rht8、Rht-D 1 b/Rht24b和Rht8/Rht24b 3种组合,频率分别为0.2％、0.5％和12.8％.(2)地方种携带的矮秆基因及其组合分布频率低于育成种,且差异较大.不同来源育成品种携带的优势矮秆等位变异和频率不同,清水试验站的品种以Rht-D1b、Rht8和Rht24b为主,黄羊试验站的品种以Rht-B1b、Rht-D1b、Rht8和Rht24b为主,甘谷试验站的品种以Rht8和Rht24b为主.清水和黄羊试验站的品种秆矮、丰产性好,可在河西、沿黄灌区、陇南、陇东的小麦育种中应用;甘谷试验站的品种茎秆高,抗病性突出,可应用于定西、天水、陇南和陇东等旱地小麦的抗病改良.(3)基于分子标记检测结果,筛选出15份地方种和31份育成种,以上材料均携带2个及以上降秆基因(包括矮秆基因或Ppd-D1a),可为甘肃不同麦区小麦矮秆育种提供亲本材料.

赤霉病严重影响小麦的产量和品质,利用抗病基因改良品种的赤霉病抗性是防治赤霉病危害的有效途径.为创制适用于黄淮麦区抗赤霉病小麦新品系,提高半冬性品种抗赤霉病育种效率.本研究以携带赤霉病抗性主效基因Fhb1、Fhb2、Fhb4和Fhb5的高秆抗赤霉病品系L06486为供体,与黄淮麦区丰产、广适但高感品种济麦24进行杂交,得到的杂种再与矮秆种质206A杂交,于F3至F6连续进行大规模育种田弥雾接种鉴定.通过田间选择,在F7获得106个新品系.采用单花滴注法对106份品系进行抗性评价,同时利用7个与抗赤霉病主效基因Fhb1、Fhb2、Fhb4和Fhb5紧密连锁的分子标记进行基因型分析.结果表明,与亲本济麦24相比,F,品系的赤霉病抗性明显提高.106份新品系中,有98份赤霉病抗性水平达中感以上;有105份携带1～4个抗病基因.Fhb1、Fhb2、Fhb4和Fhb5的检出频率分别为96.23％、41.51％、18.87％和87.74％.携有单个或多个抗性基因的小麦品系较不携带抗性基因的品系表现出更强的赤霉病抗性,聚合抗病基因越多,品系的赤霉病抗性越强.创制的14份携有Fhb1基因组合、中抗赤霉病且农艺性状优良的小麦新品系将为黄淮麦区小麦赤霉病抗性的改良提供帮助.

株高是影响玉米株型和种植密度的重要农艺性状,培育耐密植的矮秆/半矮秆新品种可为增产做贡献.但目前多数矮秆突变体单株产量损失较大,难以在育种中应用.因此,探究玉米株高的调控机制、挖掘株高基因的优良等位变异,从而改善玉米株型结构、提高群体光能利用率、增强群体对水肥的耐性,对提高玉米产量尤为重要.本文综述了目前挖掘到的株高数量性状位点,阐述了株高相关基因主要受植物激素、微管结合蛋白以及成花因子调节;概述了Brachytic2(Br2)基因在玉米矮秆育种研究中的应用及其局限性;最后展望了矮秆有利等位基因及其分子标记和现代生物技术在矮秆种质资源创制中的重要价值.本文将为玉米株高的遗传机制解析以及矮秆玉米分子育种奠定基础.

发掘矮秆基因并解析其调控机制,为玉米矮化育种提供基因资源和理论依据.利用形态观察和石蜡切片方法,研究了玉米矮秆突变体K15d与野生型K15的矮化特征差异;通过等位性鉴定并利用PCR扩增克隆了矮秆基因d15,分析了 3个时期茎节间中d15的表达模式.与野生型K15比较,突变体K15d的株高、穗位高和穗下节间数分别降低39.22％、69.75％和38.83％,差异均达显著或极显著水平;茎秆横切面细胞大小差异不明显,纵切面细胞变短,排列不规则.矮秆基因d15与br2等位,第5外显子5485-5685 bp区间缺失200 bp,编码区全长3983 bp.d15编码蛋白的跨膜结构域为10个,比D15编码蛋白的跨膜结构域减少2个,负责底物结合和转运功能的第2个保守功能域缺失.d15启动子较br2仅有2个SNPs差异.在拔节前、拔节期和拔节后3个时期,突变体中d15基因的表达量与野生型间均无显著差异.由此可见,矮秆基因d15的矮化特征及表达模式均与br2相似,是1个新的br2等位基因,丰富了玉米矮秆基因资源.

为探究六棱大麦种质资源的遗传多样性,提高六棱大麦育种组合选配的针对性和育种效率.以来自国内外的89份六棱大麦种质为材料,考察了3个不同环境下参试材料的株高、穗下节间长、穗长、主穗粒数、单株穗数、千粒重、单株粒重、单株生物重等8个性状,综合参试材料3个不同环境的表现,通过变异系数及遗传多样性指数分析参试材料的遗传多样性,通过主成分分析、聚类分析等方法对参试六棱大麦种质进行了综合评价.结果表明:(1)六棱大麦的穗长、单株粒重2个性状变异较丰富,株型性状与穗粒数变异系数较小,六棱大麦育种的增益效应主要体现在穗长和粒重的适度增加;(2)六棱皮大麦与六棱裸大麦仅在千粒重性状上差异显著,六棱皮大麦各性状多样性指数普遍高于六棱裸大麦;(3)参试六棱大麦种质分为5类,其中第4类基本均为中国地方种质,分布广泛,但遗传距离较近;其他4类为国内外选育的种质,各具特性;(4)利用主成分二维排序分析筛选到以高产为基础,分别兼具矮秆、长穗且分蘖能力强、大粒及高生物重的4类优异种质;基于主成分构建了六棱大麦种质资源的综合评价方程.

本研究对引自国外的135份藜麦种质资源的15个农艺性状进行了数量和质量性状的遗传多样性、主成分和聚类分析,以及特异种质筛选.结果表明,该批藜麦种质具有丰富的遗传多样性,其中变异系数从大到小的7个数量性状依次为产量(57.8％)、单株粒重(57.4％)、茎粗(27.6％)、千粒重(22.5％)、株高(21.9％)、主花序长(19.4％)和生育期(13.9％);遗传多样性指数从大到小的8个质量性状依次为主花序色(1.44)、籽粒色(1.43)、茎色(1.38)、籽粒形状(0.88)、幼苗心叶叶色(0.79)、主花序形状(0.78)、籽粒光泽(0.63)和子叶颜色(0.08);藜麦产量与千粒重、单株粒重呈极显著正相关,与生育期呈极显著负相关;主成分分析的前5个主成分累计贡献率达到66.537％,第1主成分主要与株型、花序型和生育期有关,第2主成分主要与植株和花序颜色有关,第3主成分主要与产量有关,第4主成分主要与籽粒大小、形状有关,第5主成分主要与籽粒颜色有关;聚类分析在遗传距离为7.5时将135份藜麦种质划分为6类,其中第Ⅱ类群产量最高;有31份特异种质具有早熟、矮秆、粗秆、大粒、长花序、结实率好和产量高等特性.

本研究从贵州地方粳稻(Oryza sativa ssp.japonica)品种‘黎平杂边禾’甲基磺酸乙酯(EMS)突变体库中筛选获得一份能稳定遗传的矮秆小粒突变体,暂命名为dss1 (dwarf and small seed 1).与野生型相比,dss1表现为植株矮化、株型直立、叶色深绿、籽粒变小、第二节间严重缩短、穗长增加等典型油菜素内酯(BR)缺陷突变体的性状.显微观察结果表明dss1叶鞘表皮细胞的长度变短,可能是突变体第二叶鞘长度比野生型短的原因.对突变体的暗形态建成与BR敏感性研究表明,黑暗条件下突变体表现为去黄化表型,对外源BR敏感.遗传特性分析证明dss1突变体由一个隐性单基因位点控制.利用MutMap技术将dss1基因定位于3号染色体上,筛选获得一个候选基因,测序结果表明,dss1候选基因为BR合成途径关键酶基因OsDWARF,dss1是由于该基因第5个外显子上第335位的氨基酸由苏氨酸(ACT)突变为异亮氨酸(ATT)所引起的.定位得到的矮化小粒基因DSS1为一个新的OsDWARF等位基因.

长期以来,在满足粮食及农产品需求的巨大压力下,我国水稻等农作物一直将增加产量放在首位,以矮秆、抗倒、耐肥品种的培育和应用为基础,以增加化肥、农药和水资源用量为手段,以提高单位面积产量为目的,形成了“高投入、高产出、高污染、低效益”的农业生产模式.在为保障农产品供给做出巨大贡献的同时,对农田、池塘、水库、湖泊、河流造成了大范围污染,资源环境代价沉重;由于生产资料和劳动力成本逐年上升,农作物种植效益逐年降低,可持续生产面临重大挑战.

水稻是世界上最重要的作物之一,株高是决定水稻产量的重要因素,不断发掘新的水稻株高调控基因,阐明水稻株高调控机理具有重要的意义.本研究在Kitaake的EMS(甲基磺酸乙酯)诱变后代中筛选到一个矮秆小粒突变体dsg7,与Kitaake相比,dsg7株高变矮,千粒重下降.通过叶鞘切片观察证实,由于细胞数目减少导致小粒表型的出现.利用图位克隆,将DSG7定位到第7染色体长臂237kb的区间内,经过生物信息学分析和测序证实Os0790616000为突变基因,编码一个植物中广泛存在的蛋白.本研究证实DSG7参与水稻株高发育调控,为阐明水稻株高调控提供新的理论基础,有助于水稻株高发育分子机制的进一步阐释.