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作物学报 2014年第01期杂志 文档列表

作物学报杂志作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

玉米穗行数全基因组关联分析1-6

摘要：穗行数是玉米产量的重要组成性状,其遗传解析对高产育种具有指导意义。本文以203份主要玉米自交系为材料,2007年在新疆乌鲁木齐、吉林公主岭和海南三亚进行穗行数测定;采用分布于玉米基因组的41 101个单核苷酸多态性（SNP）标记对穗行数进行关联分析。共鉴定出9个与穗行数显著关联（P〈0.0001）的SNP,分别位于染色体框1.02、1.10、7.03、8.02、9.06和10.03。8个SNP位于已定位的数量性状座位（QTL）区间内。在显著SNP位点LD区域内发掘出4个候选基因,分别编码含F-box结构域的生长素受体蛋白、玉米kn1蛋白、AP2结构域蛋白和富亮氨酸重复的跨膜蛋白激酶。采用全基因组关联分析策略发掘穗行数基因位点及候选基因,将为克隆控制玉米产量性状基因奠定基础。

大豆生物量与产量组分间的相关及关联分析7-16

摘要：生物量与后期的籽粒产量存在紧密联系,是决定作物经济产量的主要因素之一。本研究利用自然群体中的1142 SNP在2年环境下通过全基因组关联分析检测大豆基因组中与生物量及产量组分显著关联的SNP。结果表明：（1）生物量、百粒重和单株籽粒产量在自然群体中存在广泛的表型及遗传变异,并存在极显著的正相关,其中生物量与单株籽粒产量之间的相关略高于与百粒重;（2）两年环境下共检测到41、56和29个SNP分别与生物量、百粒重和单株籽粒产量显著关联,其中仅有6、19和1个SNP在2个环境中都被检测到;（3）共检测到15个SNP同时控制2个或2个以上性状,其中位于第19染色体上的BARC-029051-06057位点被检测到同时与生物量、百粒重和单株籽粒产量3个性状显著关联,表明有共同的遗传基础,同时也解释了性状间相关的遗传原因;（4）鉴定到的多个SNP与先前我们对叶绿素荧光参数及多个环境下产量相关性状的定位结果共位。这些显著关联SNP位点的鉴定,有助于理解生物量及产量相关性状的遗传机制,从而促进利用分子标记辅助选择聚合有利基因,实现未来大豆高产育种计划。

小麦puroindoline b-2 基因变异与产量相关性状的分析17-21

摘要：puroindoline b-2（Pinb-2）是近期发现的一组与puoindoline b基因高度相似的基因。Pinb-2基因在普通小麦B基因组中存在多种变异类型,软质麦中不同变异类型间籽粒硬度存在着显著差异。在此基础上进一步分析普通小麦B基因组中的Pinb-2基因等位变异与产量相关性状以及旗叶大小的关系,并利用重组近交系（F8）群体进行染色体定位。结果表明,4种不同变异类型的材料中,拥有Pinb-2v3b类型的小麦品种千粒重、籽粒直径、穗粒数、穗粒重和单株粒重均最高,拥有Pinb-2v3b类型的小麦品种产量相关性状可能优于其他3种类型。另外,拥有Pinb-2v3a类型的小麦品种旗叶宽度、旗叶长度和旗叶面积均高于其他3种类型。采用SSR标记定位结果表明,Pinb-2v2和Pinb-2v3互为一对等位基因,位于7B染色体的长臂上,与标记Barc315连锁。这一结果为进一步研究Pinb-2基因的分子遗传基础和小麦育种提供了依据。

转AcAMP-sn基因抗全蚀病小麦新种质的创制与鉴定22-28

摘要：抗菌肽是一类具有广谱抗菌性的小分子多肽,在植物防卫反应中起着重要作用。本研究人工合成了洋葱抗菌肽基因AcAMP-sn,利用基因重组技术构建了该基因的单子叶植物表达载体pAHC25：：AcAMP-sn,使AcAMP-sn基因的表达受玉米Ubiqutin启动子控制。采用基因枪介导法,将AcAMP-sn基因导入小麦品种扬麦18,利用PCR、半定量RT-PCR及荧光实时定量RT-PCR检测、分析转基因小麦T0-T4代目的基因及其表达量,并对转基因植株进行全蚀病的抗性鉴定。PCR检测结果表明,导入的AcAMP-sn基因能够在转基因小麦中遗传。与受体扬麦18相比,在5个转基因小麦T4代株系中,AcAMP-sn基因的表达量及全蚀病抗性均显著提高,且全蚀病菌的相对含量明显下降,说明AcAMP-sn基因的过表达可以增强转基因小麦对全蚀病的抗性。

一个普通小麦Trx超家族新基因TaNRX的克隆与抗旱相关标记开发29-36

摘要：抗旱相关基因的挖掘和分子标记开发对选育抗旱小麦品种有重要意义。采用同源克隆、电子克隆、RACE技术和生物信息学分析手段,获得了普通小麦硫氧还蛋白（Trx）超家族一个新基因（TaNRX）的全长cDNA序列（GenBank登录号为KC890769）,包含2015 bp,其中开放阅读框1734 bp;预测编码577个氨基酸,分子量为63.79 kD,含3个Trx活性功能区,其中2个存在典型的Cys-X1-X2-Cys结构,具有催化氧化还原反应的活性。TaNRX基因被定位在小麦的5B染色体短臂上,包含4个外显子和3个内含子。比较该基因在两组极端相对发芽率品种中的序列差异,发现第1个内含子差异明显。基于差异位点开发了4个显性互补标记,并用其检测150份小麦品种（系）。检测到TaNRX基因在普通小麦中至少存在2种与抗旱相关的等位变异,分别是TaNRX-a和TaNRX-b;TaNRX-a基因型的品种（系）平均相对发芽率显著高于TaNRX-b基因型（P〈0.01）,说明开发的标记可被用于小麦抗旱性鉴定筛选。

大豆产量及主要农艺性状QTL的上位性互作和环境互作分析37-44

摘要：以栽培大豆晋豆23为母本,半野生大豆灰布支黑豆ZDD2315为父本杂交衍生的F2：15和F2：16的447个RIL家系为遗传群体,绘制SSR遗传图谱,采用混合线性模型方法,对2年大豆小区产量及主要农艺性状进行加性QTL、加性×加性上位互作及环境互作分析。结果检测到9个与小区产量、茎粗、有效分枝、主茎节数、株高、结荚高度相关的QTL,分别位于J_2、I、M连锁群上,其中小区产量、茎粗、株高、有效分枝和主茎节数QTL的加性效应为正值,说明增加这些性状的等位基因来源于母本晋豆23。同时,检测到7对影响小区产量、茎粗、株高和结荚高度的加性×加性上位互作效应及环境互作效应的QTL,共发现14个与环境存在互作的QTL。上位效应和QE互作效应对大豆小区产量及主要农艺性状的遗传影响较大。大豆分子标记辅助育种中,既要考虑起主要作用的QTL,又要注重上位性QTL,才有利于性状的稳定表达和遗传。

三个耐冻性不同的马铃薯野生种中FAD2基因的克隆及表达分析45-53

摘要：以3个耐冻性和冷驯化能力不同的马铃薯野生种Solanum commersonii、S.acaule和S.cardiophyllum为材料,利用RT-PCR技术克隆出不饱和脂肪酸合成途径中的关键酶基因ω-6脱氢酶基因（FAD2）,分别命名为Cmm-FAD2（GenBank登录号为KF214782）、Aca-FAD2（KF214781）和Cph-FAD2（KF214783）。序列分析表明,该基因在3个马铃薯野生种中核苷酸长度都为1326 bp,编码441个氨基酸残基。3个野生种FAD2基因核苷酸序列和蛋白序列比对结果表明,在18个位点的差异核苷酸中有8个位点的差异导致对应的氨基酸残基变化,其中第11和第44氨基酸残基处,耐冻且有冷驯化能力的S.commersonii和S.acaule有相同的氨基酸,而冷冻敏感S.cardiophyllum的氨基酸却不同。二级结构预测结果表明S.commersonii和S.acaule的FAD2蛋白与S.cardiophyllum FAD2蛋白的α-螺旋、延伸链和随机卷曲存在明显差异。蛋白多序列比对和进化树分析表明,3个马铃薯野生种的FAD2基因与番茄的亲缘关系最近,其次是与马齿笕。qPCR分析表明,12 d冷驯化使FAD2基因在3个马铃薯野生种中都上调表达,S.commersonii和S.acaule的FAD2基因表达水平均高于S.cardiophyllum,且差异显著。

一个粳稻来源抗稻瘟病基因的鉴定、遗传分析和基因定位54-62

摘要：7001S是一个广谱抗稻瘟病的粳稻两用核不育系,对来自全国不同稻区的22株稻瘟病菌系均表现为高度抗性。通过构建7001S/80-4B F2群体的遗传分析和初步定位表明,F2分离单株对稻瘟病菌的抗性呈明显的抗、感双峰分布,抗感分离符合3﹕1的理论比例,说明粳稻7001S对稻瘟病菌的抗性由1对显性核基因或一个显性QTL位点控制,并将该基因初步定位于第11染色体长臂末端。进一步通过扩大遗传群体和分子标记开发,利用基于BSA的隐性群体分析技术,将目的基因精细定位于P21-2415和RM27322之间约310 kb的范围内,并获得了可用于分子标记辅助选择的紧密连锁和共分离分子标记,同时对目标基因所在区域进行基因预测,初步确定了候选基因。为进一步开展该抗稻瘟病基因的克隆、功能验证和抗病机理研究,以及通过分子标记辅助选择技术培育抗稻瘟病水稻新品种等工作奠定了基础。

用核基质结合区（SAR）序列提高小麦最小表达框转基因表达的稳定性63-71

摘要：采用最小表达框技术转化植物可以规避由骨架序列引起的安全风险。核基质结合区序列SAR（scaffold attachment region）可作为边界元件与核基质结合阻挡转基因片段邻近染色质区的作用与影响,提高外源基因稳定性。本研究在最小表达框序列两端添加SAR序列,提高小麦最小表达框转基因表达的稳定性,提高转化基因的表达效率。首先,以GUS为目的基因构建带有SAR序列的最小表达框,以科农199为受体进行基因枪转化,同时以不加SAR序列的最小表达框片段为对照。带有SAR序列的最小表达框片段共轰击857个幼胚,T0代获得40株再生植株,PCR检测到16株阳性植株,转化效率为1.87%;对这16个阳性单株进行GUS染色,15株显色;从来自4个T0阳性植株的18个T1代植株中随机选取18株进行PCR和GUS染色检测,有15株表现为阳性。不带SAR序列的对照片段轰击1012个幼胚,获得31株再生植株,其中5株PCR阳性,转化效率0.49%,这5个阳性植株中仅2株为GUS染色阳性;来自于5个T0代PCR阳性株系的10个T1代单株中没有发现PCR和GUS染色阳性株。表明SAR序列可以提高基因枪转基因效率和目的基因表达稳定性。为了创制抗旱转基因小麦,以来自大豆的抗旱相关转录因子基因GmDREB3为目的基因,Bar基因为筛选标记基因,转化受体小麦济麦22,共轰击6045个幼胚,获得再生植株130株,PCR检测阳性植株30株,转化效率为0.50%;随机选取6株PCR阳性植株进行RT-PCR分析,其中5株可检测到外源基因的转录。进一步对这5株RT-PCR阳性植株插入片段完整性进行分析,其中4株插入片段基本完整。通过real-time PCR分析,发现T0代6个RT-PCR阳性植株的外源GmDREB3的拷贝数为1~3个。以上结果证明,在最小表达框两端加上SAR序列后可以提高小麦最小表达框转基因表达的稳定性。

等位基因功能差异的统计遗传学分析及应用72-79

摘要：等位基因的变异在各种生物中都是普遍存在的,并对基因的表达起着重要的调控作用。为了探索关联分析中品种数目（A）、平均等位基因多态信息含量（B）和候选基因总贡献率（C）对候选基因分析结果的影响,本研究采用经验贝叶斯（E-Bayes）方法探讨了上述因素对候选基因检测功效、遗传效应估计值的准确度和精确度以及假阳性出现频率等的影响。结果表明：（1）随着A、B和C的增加,候选基因的检测功效和效应估计值的准确度和精确度明显提高,假阳性出现的频率降低。（2）B对检测功效有显著的影响。在B值保持较高的水平时,即使品种的数目保持较低的水平以及候选基因的总贡献率较低时,平均检测功效也可达到80%;当B值为中等水平时,需要较大品种数目才能使平均统计功效超过80%;当B值较小时,品种数目即使达到100,3种贡献率水平下的统计功效最高也未达到50%。（3）B对候选基因效应估计值的准确度和精确度有显著的影响。随着B的增加,候选基因效应估计的准确度和精确度增加。（4）B因素对假阳性频率也有显著影响。在实例分析中检测到4个基因与稻米糊化温度显著关联。因此,在进行等位基因功能差异的统计遗传学分析时等位基因多态性是主要的影响因素,同时较多的品种数和较高的贡献率对候选基因的统计功效、效应估计值的准确度和精确度也有重要影响。

茶树花转录组微卫星分布特征80-85

摘要：利用Perl语言,对茶树花转录组序列进行大通量SSR位点的发掘,发现含SSR的序列10 290条,共12 582个SSR,平均2.41 kb出现一个SSR。在茶树花的转录组中共发现340种碱基重复模式,所占比例最高的是（AG/CT）n（44.99%）。在49 586条注释成功的茶树花Unigene中,共发现10 490个SSR位点,其中位于编码区的1917个,其出现频率仅为0.102 SSR/1000 bp,而非编码区为3.072 SSR/1000 bp。在基因编码区中出现频率最高的是三碱基微卫星（1140,59.5%）,其次是六碱基微卫星（524,27.3%）。茶树花转录组所含微卫星以重复长度小于20 bp的序列最多,大于20 bp的仅为25.2%。茶树花转录组中,含微卫星基因的平均表达水平显著低于不含微卫星基因,其中含复杂微卫星基因的平均基因表达水平最低。

超长链多不饱和脂肪酸在棉花中的异源合成86-92

摘要：从球等鞭金藻、眼虫、高山被孢霉和拟南芥中分别克隆到Δ9链延长酶、Δ8去饱和酶、Δ5去饱和酶和Δ15去饱和酶基因,利用我们的多基因聚合方法,将这4个基因聚合到植物表达载体pCambia2300上,其中每个基因都含有独立的CaMV35S启动子和Tnos终止子。利用农杆菌介导法将该表达载体转入棉花,通过卡纳霉素和PCR筛选获得转基因阳性植株,提取转基因阳性植株叶片总脂肪酸,用气相色谱分析法检测到花生四烯酸（AA,20：4Δ5,8,11,14）和二十碳五烯酸（EPA,20：5Δ5,8,11,14,17）含量分别达1.0%和5.0%。表明通过基因代谢工程在棉花中异源合成EPA是可行的,为进一步在棉籽中生产VLCPUFAs奠定了基础。

作物学报杂志耕作栽培·生理生化

氮肥管理与地膜覆盖对旱地冬小麦产量和氮素利用效率的影响93-100

摘要：降雨偏少且季节分布不均,施肥偏多且方式不合理,缺少有效的保水栽培措施是西北旱地小麦生产面临的主要问题。2010年10月至2012年6月连续2个小麦生长季,在陕西渭北旱塬进行田间试验,比较了氮肥追施和总量减少、覆膜、增加种植密度措施较传统施肥和农民习惯施肥种植模式对冬小麦籽粒产量及氮素利用效率的影响。与农户习惯施肥相比,传统施肥不能持续增加产量和氮素利用效率;而减氮追肥、减氮垄覆和减氮垄覆增密处理的增产效果明显,同时提高了氮素利用效率,但减氮垄覆或增加种植密度却使籽粒含氮量降低,主要原因是进入开花期后土壤硝态氮累积量减少,氮素供应不足所致。综合分析,减氮垄覆增产增效更明显,小麦产量、氮肥偏生产力、氮肥生理利用率在第1年分别提高38.6%、49.6%和35.1%,在第2年分别提高7.6%、16.3%和25.7%,说明控氮与覆膜结合是实现旱地冬小麦增产的重要措施,但需注意生长后期土壤氮素供应,在增产的同时保证小麦品质。

半湿润偏旱区沟垄覆盖种植对冬小麦产量及水分利用效率的影响101-109

摘要：为探索半湿润偏旱区沟垄集雨种植模式下冬小麦田土壤蓄水保墒和节水增产效果,于2007—2010年连续3个小麦生长季在渭北旱塬旱农试验站,研究了不同沟垄集雨种植模式对土壤水分、冬小麦产量和水分利用效率的影响。设置3个沟垄集雨处理,分别是垄上覆盖地膜＋沟内不覆盖（P1）、沟内覆盖小麦秸秆（P2）、沟内覆盖液体地膜（P3）处理,以传统平作（CK）为对照。P1、P2和P3处理显著提高冬小麦生育前期0-20 cm和20-100 cm的土壤贮水量,其中以P2处理蓄水保墒效果最显著,P3处理由于液态地膜的降解,仅在小麦生长前期有一定的蓄水保墒作用,在小麦的生长后期与P1处理无显著差异;各沟垄集雨处理100-200 cm土壤贮水量与CK无差异。P2处理对冬小麦平均株高和生物量影响最大,3年平均株高和生物量分别较对照提高26.7%和60.3%。以P2处理增产效果最显著,3年平均产量和水分利用效率分别较CK对照提高39.3%和35.6%;且P1和P3之间无显著差异。因此,垄覆地膜、沟覆秸秆的二元沟垄集雨覆盖种植模式能显著提高冬小麦产量和水分利用效率,适宜在半湿润偏旱区冬小麦生产中应用。

基于主成分和SOM聚类分析的高粱品种萌发期抗旱性鉴定与分类110-121

摘要：采用人工气候箱内培养皿培养,PEG-6000溶液模拟干旱胁迫环境,在萌发期以80、120、150和175 g L–1PEG-6000水溶液处理31个高粱品种,旨在根据高粱品种萌发期对不同干旱胁迫程度的响应,筛选出具有抗旱能力的高粱品种并探讨高粱萌发期抗旱性鉴定的方法。通过主成分分析法（PCA）和神经网络自组织映射（SOM）聚类分析法对各高粱品种进行抗旱性综合分析与评定。PCA结果表明,相对芽长、相对根长和相对萌发抗旱指数载荷量最大,将其作为萌发期高粱抗旱性筛选的主要评价指标,并对31个高粱品种抗旱性排序。通过SOM聚类分析将31个高粱品种按抗旱性强弱分为5类,吉杂305等4个品种为高度抗旱品种,HL5等4个品种为抗旱品种,辽杂10号等8个品种为中等抗旱品种,锦杂103等7个品种为干旱敏感品种,锦杂93等8个品种为高度干旱敏感品种。研究认为,相对芽长、相对根长和相对萌发抗旱指数等可以作为高粱品种抗旱性鉴定的重要指标;SOM聚类分析可作为品种抗旱性分类的重要方法。

钵苗机插密度对不同类型水稻产量及光合物质生产特性的影响122-133

摘要：在南方稻区大面积应用的常规粳稻、杂交粳稻、杂交籼稻中各选2个代表性品种为材料,根据钵苗机插不同穴距设置高、中、低3种密度处理,并以常规塑盘毯状育苗机插为对照,比较研究钵苗机插不同密度对水稻光合物质生产及产量的影响。结果表明,钵苗机插水稻各生育期茎蘖数随栽插密度的降低而减小,剑叶叶绿素含量及光合特征参数变化则呈相反趋势。单茎干物重、茎叶转运及净同化率均以低密度最大,中密度次之,高密度最低。常规粳稻抽穗后干物质积累量、群体生长率和光合势等指标随密度的降低极显著减小,成熟期群体干物重高密度平均较中、低密度分别高3.0%和7.6%,高、中密度的最终产量分别较对照增产11.8%和8.9%,低密度与CK无显著差异。杂交稻各群体生长指标以中密度最大,高密度实产介于中、低密度之间,杂交籼稻高密度处理与低密度相当,显著低于中密度。

四川盆地单产9000 kg hm^-2以上超高产小麦品种产量结构与干物质积累特点134-142

摘要：选择3个典型超高产品种和7个一般高产品种（对照）在4个环境（年份×地点）下考察其产量、产量构成因素和干物质积累、转运特点,以揭示四川盆地高温、高湿、弱光照生态条件下超高产小麦品种的产量形成特性,为超高产育种和生产提供依据。超高产品种在4个环境下的平均产量达9338 kg hm 2,比对照品种高24.2%;其穗数（449×104hm–2）、穗粒数（42.3）、粒数（18 825 m^–2）、千粒重（47.8 g）分别比对照高8.2%、10.7%、18.3%和0.6%。超高产品种在各个生育阶段的干物质积累速率、干物质积累量都高于对照品种,尤其是生育前期,如在分蘖盛期和拔节期干物质积累量分别高11.1%和18.2%;同时,其干物质转运量、转运效率和对籽粒的贡献率也高于对照品种,成熟时非籽粒器官干物质所占比重较对照品种低1.2-3.5个百分点。小麦籽粒产量与各个生育阶段的群体干重和分蘖、拔节期的个体干重呈极显著正相关,超高产品种具有分蘖力强,前期生长旺盛、干物质积累多,后期分配到籽粒的干物质比例较高等特点,这是高产的生理基础。

高密度种植条件下去叶对不同株型夏玉米群体及单叶光合性能的调控143-153

摘要：当前玉米产量的提高部分归因于种植密度的增加,但过高的种植密度使冠层中下部叶片光照条件变差,致使单株生长速率降低。因此,如何缓解该条件下群体光合与单株光合性能的矛盾成为当前玉米高产栽培中急需解决的问题。为此,在种植密度为105 000株hm–2的大田试验条件下,研究了紧凑型玉米品种郑单958及半紧凑型玉米品种金海5号的群体光合速率（CAP）、叶面积指数（LAI）、穗位叶净光合速率（Pn）及抗氧化酶活性等对不同程度去叶的响应,以期为高密度栽培条件下稳定或提高单株生产力探讨新的技术途径,同时也为耐密高产品种选育提供借鉴。开花后3 d分别2个品种做不同程度去叶处理,包括去除植株顶部2片叶（S1）、4片叶（S2）、6片叶（S3）,以不去叶植株为对照（S0）。结果表明,去叶可显著改善玉米生育后期群体透光率（LT）,然而S2和S3处理显著降低了LAI,增加了生育后期的漏光损失,不利于光能利用率的提高,致使其实际光化学效率（ΦPSII）和最大光化学效率（Fv/Fm）较低;去除植株顶部两片叶（S1）可显著提高籽粒灌浆期间CAP并延长LAI高值持续期,形成较高的籽粒产量,而过度去叶（S2和S3）则显著降低产量;花后52 d,郑单958 S1处理CAP较对照升高12.49%,而金海5号则升高23.08%;随去叶程度的增强,花后0-26 d内各去叶处理穗位叶Pn、气孔导度（gs）和叶绿素含量明显升高,均显著高于S0,但之后S1处理表现出较优的单叶光合特性。S1处理穗位叶自花后13 d起保持较高的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）活性及较低的丙二醛（MDA）含量。可见,高密度种植条件下,去除植株顶部2片叶可有效调控两株型玉米生育后期群体光合速率、穗位叶光合特性及活性氧清除能力,能较好地协调高密度群体与个体的关系,获得较高的籽粒产量,且对半紧凑型品种金海5号调