本研究测定了 100份糜子种质资源的直链淀粉和支链淀粉含量,采用分子标记对胚乳直链淀粉合成调控基因Waxy进行基因分型,并选取不同直链淀粉含量代表种质资源进行基因测序和差异位点分析.结果表明,100份糜子种质资源直链淀粉含量变化幅度为0～22.78％,平均6.07％,直链淀粉含量低于3.7％的糯性材料占36％,完全糯性材料占24％;支链淀粉含量变化幅度为4.55％～56.73％,平均15.30％.分子标记M5/R11扩增产物能有效区分S0、S-15和S0S-15基因型;标记int5Lf/R3和M12/R12的PCR产物利用内切酶ACC I和EcoN I剪切,可鉴别出Lc、LY、LF基因型.100份糜子种质共发现9种基因型,其中S0/Lc数量最多,占33％,S-15/LF占25％,杂合型S0S-15/LF、S0S-15/Lc、S0S-15/LYLF各占2％.通过Waxy基因序列比对,在地方品种甘谷黑蝉背、黑糜子、庆阳饿死牛,育成品种晋黍9号、赤糜2号等种质资源中发现了大量新的SNPs位点,可用于基因功能和糜子育种材料创制研究.本研究结果为糜子分子育种工作及品质改良提供了理论依据.

SBP(squamosa promoter binding protein)家族广泛参与植物生长发育、信号转导及多种生理生化过程.从糜子(Panicum miliaceum)全基因组中筛选并鉴定到25个SBP基因.系统发育分析表明,PmSBP家族成员分为6个亚家族.同一亚家族成员具有相似的基因结构和保守基序.共线性分析表明,PmSBP与拟南芥(Arabidopsis thaliana)AtSBP和水稻(Oryza sativa)OsSBP分别形成7对和31对直系同源基因.顺式作用元件分析表明,PmSBP启动子区富含逆境胁迫、光反应及激素信号响应元件.基因表达模式分析表明,PmSBP基因表达具有明显的组织特异性、品种特异性及发育阶段特异性,表明SBP基因在糜子生长发育中发挥重要作用.研究结果为揭示SBP基因在糜子生长发育中的生物学功能奠定了基础,也为其它作物SBP基因研究提供了借鉴参考.

为了解糜子黑色与黄色果皮的遗传规律以及其形成机理,利用黄色果皮品种'黄粒糜Ⅰ'和黑色果皮品种'2016106 Ⅰ'构建杂种F1、F2代,分析果皮颜色的遗传规律,利用F3代籽粒进行转录组测序,挖掘影响糜子籽粒颜色的关键基因.试验结果表明,黑色对黄色为显性,由单基因控制;根据GO和KEGG富集分析结果,共筛选出13个与类黄酮合成途径相关的差异基因,仅有C2845_PM02G08740、C2845_PM04G29280和C2845_PM09G22680为上调表达基因,其余10个均为下调表达基因,上述基因编码肉桂醇脱氢酶和肉桂酰CoA还原酶等多种酶,与颜色的形成密切相关.

基于黄土高原干旱地区生态环境特性,研究了4种糜子(P)-绿豆(M)间作模式下[2∶2(2P2M)、4∶2(4P2M)、4∶4(4P4M)、2∶ 4(2P4M)]农田小气候特征及产量效应.结果表明:糜子-绿豆间作模式显著增加了生育后期糜子的株高、叶面积指数(LAI)和叶绿素含量(SPAD),使其达到最佳的生长状态;由于高位糜子的遮阴,导致矮位绿豆阶段性徒长,株高显著增加,而LAI和SPAD均有所下降.糜子-绿豆间作模式降低了糜子籽粒灌浆过程中的群体上层光照度和空气温度,而相对湿度显著上升.地上部气候环境的变化调控了间作体系地下部的土壤温度,减少了群体的漏光损失,使其表现出冷湿的生态环境.而矮位绿豆较差的通风透光条件形成相对封闭的间作系统,抑制了绿豆植株的生长发育,使其处于间作劣势.与单作相比,2P2M、4P2M、4P4M和2P4M处理的糜子单株穗数、穗长、单株粒重和千粒重分别增加了7.5％ ～45.0％、2.2％ ～ 12.2％、35.4％ ～94.0％和2.3％ ～4.7％,产量比单作提高了5.6％ ～ 20.7％;间作处理下矮位绿豆的分枝数、单株荚数、单株粒重和百粒重均有不同程度的下降,2P4M间作模式下的绿豆受糜子影响最小,产量比单作降低了34.8％.糜子-绿豆间作存在明显的间作优势,各间作处理下的土地当量比(LER)均大于1,2P4M间作模式下的LER达到最大值(1.86).因此,黄土高原地区糜子-绿豆最佳的间作配比为2P4M.

山西是中国糜子主产区之一,有丰富的地方品种和农家种种质资源.利用微卫星标记分析糜子资源的遗传多样性,明确其遗传背景,便于加强糜子各品种之间的基因交流以及优异种质的筛选和利用,同时对种质资源的亲缘关系分析提供科学依据.利用27对SSR引物分析57份山西糜子的遗传差异,采用PowerMarker 3.25计算每对引物的多态性信息含量,采用PopGen1.32计算每对引物和两个生态区的观测等位基因等遗传参数.用MEGA5.0构建Neighbour-Joining聚类图,利用Structure 2.3.4鉴定遗传类群,采用Ntsys2.11进行主成分分析.结果显示27对SSR引物共检测出71个等位变异,平均每个位点扩增出2.6296个等位基因,各引物对的有效等位变异占观测等位变异的76.94％.各引物对的基因多样性指数为0.4140～1.0446,平均为0.7686;PIC为0.0601～0.7158,平均为0.5667.两生态区的观测杂合度等遗传参数相差不大.基于N-J遗传距离将57份材料分为3个类群,类群Ⅰ属于黄土高原春夏糜子区,类群Ⅱ、类群Ⅲ均属均于北方春糜子区和黄土高原春夏糜子区.遗传结构分析将57份糜子材料分为3个类群,绿色类群的基因多样性指数和PIC比蓝色、红色类群高.两种聚类结果基本一致,分布方式均与地理位置相关.主成分分析结果将晋北部材料与晋中、晋南部材料相区别,说明两生态区糜子的遗传背景因地理气候因素有明显差异,与遗传结构群体分析结果一致.研究表明,山西省糜子资源的遗传多样性丰富.

糜子(Panicum miliaceum L.)具有抗旱、耐瘠、适应性广、生育期短等特点,是我国北方地区的杂粮作物.糜子高产品种不耐水肥、易倒伏,锄草、间苗费时费工的问题严重影响着农民对糜子生产的积极性和收入.EMS(甲基磺酸乙酯)化学诱变方法成本低,操作简单,诱变率高,是作物育种的重要方法.本试验选用糜子品种伊选大红糜进行EMS化学诱变而构建突变体库,对获得的2333个M2材料进行突变频率和全生育期表型多样性等特征的分析.结果显示,所构建的糜子突变体库材料变异类型非常丰富,共发现104个形态性状突变株系,突变频率为4.5％,包括叶色、叶型、株高、生育期、育性、穗型、种皮颜色等性状,该突变体库的构建将为糜子功能基因组学研究和育种提供丰富的突变体资源和新型种质.

γ-生育酚甲基转移酶(γ-TMT)是维生素E合成途径的关键酶之一.该研究采用RT-PCR方法,从小麦品种‘中国春’中克隆得到小麦γ-TMT基因的3个同源拷贝,其CDs(coding sequence)序列相似性为99.12％;其中Taγ-TMT-6A和Ta-γ-TMT-6B编码区长度为1 101 bp,编码366个氨基酸,而Ta-γ-TMT-6D因发生无义突变,编码365个氨基酸.生物信息学分析表明,3个蛋白分子量分别为39.58、39.53和39.50 kDa,理论等电点分别为6.67、6.41和7.08,都属于亲水性不稳定非分泌型蛋白.系统进化分析表明,小麦Ta-γ-TMT蛋白与糜子Pm-γ-TMT的亲缘关系相对较近.实时定量PCR分析表明,小麦Ta-γ-TMT基因在根、茎、叶、颖壳、种子中均有表达,在叶片中表达量最高;ABA、NaCl、PEG均能诱导Ta-γ-TMT基因的上调表达.该研究结果为进一步探讨小麦γ-TMT基因的功能奠定了基础.

为了探究不同品种糜子叶片的内源激素及保护系酶对黑穗病菌胁迫的响应,本实验以4个不同抗性水平的糜子品种为材料,测定了各材料各时期顶三叶的内源激素含量以及保护系酶的活性.结果 表明,感染黑穗病菌后,各品种糜子叶片的生长素和赤霉素含量降低,细胞分裂素、脱落酸、水杨酸、茉莉酸和丙二醛含量增加,超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性增加.大部分时期,抗病品种糜子叶片的细胞分裂素、水杨酸和JA含量均显著高于感病品种,而生长素、赤霉素和脱落酸含量在抗、感品种间无显著差异.抗病品种糜子叶片的过氧化物酶活性显著高于感病品种,而丙二醛含量显著低于感病品种.感病早期,抗病品种叶片超氧化物歧化酶活性显著高于感病品种,但在后期则显著低于感病品种.

基于前期高通量测序结果设计EST-SSR引物,用于评估国内外不同生态区144份糜子(Panicum miliaceum)种质资源的遗传差异.结果 表明,200对引物中80对呈多态性,开发效率为40％;引物分辨率(Rp)为0.67-4.67(平均值为2.00),扩增产物大小为50-500 bp.144份材料在80个位点共检测到206个等位变异,每个位点为2-3个;多样性指数(1)为0.659 3(RYW108)-1.087 2(RYW124),平均为0.859 9;多态性信息含量(PIC)为0.222 9(RYW98)-0.717 2(RYW124),平均为0.457 3.基于UPGMA将144份资源划分为3个群组,其中2个群组主要为北方春糜子区材料,另一个群组主要为黄土高原春夏糜子区材料.基于Structure (K=4)将材料划分为4个类群,即2个代表北方资源基因库以及代表黄土高原和国外资源基因库各1个.基于主成分分析将材料聚为7个类群,划分结果与材料的地理来源一致.

筛选糜子适宜除草剂来防范农田药害,是糜子高效安全生产和改善生态环境亟待解决的关键问题.本研究以粳性糜子品种'榆糜2号'为材料,探究22种除草剂对糜子田间杂草的防除效果及对糜子生长发育的影响.结果 表明:1)喷施土壤封闭型除草剂谷友、丁草胺、莠去津、苄嘧·丙草胺和茎叶型除草剂苯唑·二甲钠、阔世玛、藤净、陶氏·优先、阔菲后,基本无药害作用,糜子幼苗生长正常,其余除草剂均对糜子有不同程度的药害影响;2)参试的22种除草剂在糜子田中对杂草均表现出一定的防除效果,总体而言,土壤封闭型除草剂的杂草防效相对优于茎叶型除草剂,但所有参试除草剂对糜子株高、功能叶片叶绿素含量、单株穗重均造成不同程度的影响;3)与人工除草相比,参试除草剂均导致糜子产量有不同程度的下降;但与不除草对照相比,部分除草剂有明显的增产增效作用.土壤封闭型除草剂中,谷友、丁草胺、莠去津、苄嘧·丙草胺的杂草防效较好,较不除草对照增产60％以上;茎叶型除草剂中,阔世玛、苯唑·二甲钠的杂草防效较好,较不除草对照增产50％以上.因此,在糜子出苗前可用38％莠去津或44％单嘧磺隆进行土壤封闭处理,或在出苗后喷施茎叶型除草剂3.6％二磺·甲碘隆或55％苯唑·二甲钠,农田杂草防效较好,且对糜子生长发育的负面影响较小.