【目的】通过分析不同杂交小麦组合及其亲本苗期叶片的光合特性与籽粒产量的相关性,为杂交小麦强优势组合早期筛选和预测提供理论依据。【方法】以2个恢复系和4个不育系及其配制的6个杂交小麦组合为材料,在大田种植条件下测定小麦苗期叶片的光合特性,包括净光合速率(P_n)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(T_r)、水分利用效率(WUE)、叶绿素含量、Rubisco活性及其大小亚基编码基因rbcL、rbcS相对表达量;调查成熟期的产量性状,包括株高、主穗穗长、单株地上生物量、有效穗数、穗粒数、单株籽粒产量、主穗小穗数、千粒重、收获指数,并分析杂种优势以及光合性状与产量性状的相关性。【结果】杂交小麦苗期的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均表现出显著的超高亲优势,其中净光合速率的平均超高亲优势为15.4%,气孔导度为21.3%,蒸腾速率则为11.46%,净光合速率值高的恢复系所配制的杂交组合具有更高的净光合速率和杂种优势,而胞间二氧化碳浓度、水分利用效率则少数有负向优势。成熟期有效穗数、单株籽粒产量及单株生物量具有较高的超高亲优势,其中穗数的超高亲优势值达到最高,平均优势值为34.21%。相关性分析表明,净光合速率与气孔导度、蒸腾速率、单株生物量和单株籽粒产量呈显著或极显著正相关,说明气孔导度、蒸腾速率可辅助筛选高光合小麦,同时苗期净光合速率与产量关系密切。叶绿素含量、Rubisco活性、大小亚基编码基因rbcL、rbcS相对表达量的杂种优势差异较大,其中杂交小麦Rubisco活性均高于双亲,且具有显著的超高亲优势,平均超高亲优势为5.38%。编码基因中,与rbcL相比rbcS具有更高的超高亲优势和中亲优势,而叶绿素含量主要表现为负向优势,少数表现出中亲优势,极少数表现出超高亲优势,且各项指标与净光合速率均无显著相关性。【结论】杂交小麦在苗期已表现出显著的杂种优势,尤其是净光合速率、气孔导度和蒸腾速率,而净光合速率与单株产量、单株生物量显著正相关,因此结合小麦杂交组合的田间表现,苗期净光合速率高低可以作为早期预测杂交组合的产量潜力的参考依据。

【目的】干旱与半干旱地区的水肥资源贫乏，而小麦不同基因型间的磷效率差异很大，因此，鉴选耐低磷种质、挖掘磷代谢遗传位点有助于小麦的遗传改良。【方法】以282份山西小麦品种为材料，在正常磷（0.2 mmol·L~(-1)）、中度低磷（0.1mmol·L~(-1)）和低磷胁迫（0.01 mmol·L~(-1))3个磷浓度条件下对苗期根部鲜重、茎叶部鲜重、植株鲜重、根部干重、茎叶部干重、植株干重，最大根长、总根长、根表面积、根体积、根直径和根尖数共12个形态指标进行考查，运用主成分分析、隶属函数分析及聚类分析等方法综合评价苗期不同品种的耐低磷特性，在此基础上，分析苗期性状演变趋势及生物量分配等特征，并利用全基因组关联分析挖掘小麦耐低磷位点。【结果】苗期不同性状对低磷的响应程度不同，磷浓度降低导致生物量分配策略发生变化，与根部生长情况比较，地上部生长受磷浓度变化影响小；磷浓度降低会抑制地上部生长，地上部干重和鲜重显著降低，而低磷促进了根系生长，根部干重和鲜重、最大根长、总根长、根体积和根尖数等指标显著增加。根据耐低磷综合D值与形态指标相关分析发现最大根长和根直径可作为苗期耐低磷的筛选指标，D值聚类分析筛选到晋麦46、晋麦61、有芒大红茎、红秃麦、红和尚、白壳红、白线麦、火烧头和白山麦共9份耐低磷品种。性状演变分析发现品种耐低磷能力没有受到直接选择。耐低磷能力随年代变化先降后升，2010年之前品种耐低磷能力呈下降趋势，2010年后品种耐低磷能力有所提升。关联分析检测到8个R ~2>10%的稳定位点，其中，1A＿545074550、2B＿489279799、6A＿166899658和6A＿273060644未见报道。【结论】苗期最大根长和根直径可作为苗期耐低磷的筛选指标。通过综合评价山西小麦苗期耐低磷能力，筛选到9份耐低磷品种。在1A、2B和6A染色体上检测到4个与耐低磷相关的新位点。

【目的】分析小麦氮代谢相关指标的遗传与表达差异,为选育小麦氮高效品种提供理论依据。【方法】选用6个不同氮效率小麦品种及其组配的3个杂交组合,采用霍格兰营养液进行苗期试验,设置3个氮水平:低氮(LN)、正常供氮(CK)、高氮(HN),分别为0.2、4和8 mmol·L-1,在3个氮水平下对小麦苗期形态、氮代谢相关酶、氮含量和氮素积累量进行遗传分析,同时探讨了根叶的氮代谢相关基因的表达量差异。【结果】根长和根鲜重在低氮水平下明显高于正常供氮,杂种优势表现为负向。苗高和苗鲜重随着氮水平的增加呈抛物线增长趋势,杂种优势表现为超中亲甚至超高亲。根长随氮水平增加先大幅降低后趋于平缓,而苗高则先大幅下降后趋...

为研究小麦苗期性状与耐低氮性的遗传相关性,利用24份小麦品种,采用水培的方法,在低氮(0.4mol/L)和正常氮(4mmol/L)条件下,测定四叶期株高(PH)、根长(RL)和根条数(RN)等23个氮效率相关指标,利用各指标耐低氮指数进行主成分分析,采用隶属函数法计算综合评价值(D),通过系统聚类筛选耐低氮品种;同时联合分析氮效率相关性状遗传相关系数与遗传力确定育种中间接选择性状指标。结果表明:1)24个小麦品种被分为耐低氮型、中间型和低氮敏感型三类;其中耐低氮型品种包括长武89(1)3-4、安85中124-1、单R8093、平阳348和昌乐5号;低氮敏感型包括旱选12、白齐麦、烟农19号、陕225-9、晋麦33和中大91-品9;其余13个品种属于中间型。2)低氮胁迫条件下(分蘖数)TN、(叶宽)LW、(根鲜重)RFW、(茎叶鲜重)SFW、(植株总鲜重)PFW、(茎叶氮素积累量)SNA、(植株氮素积累量)PNA与耐低氮性综合评价值(D)之间的遗传相关、环境相关及表型相关均达到显著或极显著水平,正常氮处理下(叶面积)LA和(茎叶干重)SDW与D值之间的遗传相关、环境相关及表型相关均达到显著或极显著水平。3)在育种过程中,低氮条件下选择LW、RFW和PFW等性状;而正常供氮条件下选择LA、(植株总干重)PDW和(根氮素积累量)RNA等性状可以对小麦耐低氮性的选择取得较好的效果,选择效率较高。

【目的】定位盐胁迫下调控小麦苗期性状的QTL位点,为分子标记辅助选择小麦耐盐性状提供基因位点和连锁标记。【方法】以小偃54×京411重组自交系群体为材料,在盐胁迫条件下检测调控小麦苗期MRL、RDW、SDW和TDW及其相对性状的QTL位点。【结果】共检测到调控小麦苗期4个性状及其相对性状的25个QTL位点,分布在1A、2A、2D、3A、4A、4B、5B、5D、6B、7A和7B共11条染色体上,贡献率在4.4%—25.5%。其中有15个QTL位点成簇分布于3A、4A、4B、5B、5D染色体的5个遗传区间,其余10个QTL位点各自分布于不同的染色体区段。检测到的5个贡献率大于10%的位点分别位于3...

【目的】干旱是限制小麦生产最主要的逆境因子之一。挖掘、鉴定优异抗旱新种质、克隆抗旱新基因，以期丰富我国小麦抗旱遗传基础，为小麦抗旱遗传改良提供材料。【方法】以198份从国际干旱地区农业研究中心（ICARDA）引进的抗旱种质为材料，采用PEG-6000模拟干旱方法，通过调查苗期干旱和正常条件下的地上部鲜重、地下部鲜重、生物量和根冠比4个性状，鉴定、评价其抗旱性，结合660K SNP芯片对其抗旱性进行全基因组关联分析，发掘抗旱性相关染色体区间及关联位点，结合干旱胁迫下根等多组织的表达量数据，筛选抗旱性相关基因，最后以强抗旱性品系IR214和干旱敏感品系IR36为材料，利用qRT-PCR方法对候选基因进行验证，并分析关键候选基因的优异单倍型。【结果】干旱胁迫下，小麦的生长发育受到显著抑制，各性状表型均显著低于正常对照，不同小麦品系间也表现出显著差异，4个性状在2种处理下均呈现正态分布，变异系数为0.363—0.760，多样性指数为0.310—0.400；基于加权隶属函数值（D值）综合评价各个品种的抗旱性，发现品系IR214的D值最大，为0.851，其次为IR92、IR213、IR235和IR218等，它们可作为新的优异抗旱种质；在此基础上，通过全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS），共检测到102个与4个性状抗旱系数显著关联的SNP位点，表型变异解释率范围为1.07%—38.70%，其中，与地上部鲜重相关的位点60个、地下部鲜重相关位点1个、生物量相关位点36个以及根冠比相关位点5个；基于基因组注释信息，筛选到31个抗旱相关基因，结合根等不同组织的RNA-seq数据，筛选出4个抗旱候选基因，对差异表达的候选基因进行qRT-PCR验证，鉴定到2个关键抗旱候选基因；最后，分析候选基因的单倍型效应，发现TraesCS6A02G048600的AX-86174509位点，2种基因型在抗旱性状上具有显著差异，是潜在的功能位点。【结论】共检测到102个与苗期抗旱性显著关联的位点，筛选出TraesCS5B02G053500和TraesCS6A02G048600 2个关键候选基因，TraesCS6A02G048600的AX-86174509位点是潜在的抗旱性功能位点。

为了评价不同来源小麦品种(系)对禾谷缢管蚜(Rhopalosiphum padi L.)的抗性,应用每株麦苗上接1头蚜虫的方法,在人工气候室内,对禾谷缢管蚜在10个小麦品种(系)上的5个生物学参数发育历期DD、成虫与幼虫的体重差DW、成虫在与发育历期相等时间内的产仔数F、相对日均体重增长率MRGR和成虫在与发育历期相等时间内的日均产仔数Rm进行了测定,并以此为基础用多元方差分析法、多目标综合判别法和聚类分析法评价了这10个小麦品种(系)对禾谷缢管蚜的抗性。结果表明,在试验的10个小麦品种(系)中,小偃22、Astron、Ww2730和Amigo最不适于禾谷缢管蚜(R.padi)在其上取食,抗性...

为探明籼型杂交稻光合特性的杂种优势,以30个杂交稻组合及其亲本为材料,对其功能叶片的光合特性进行了测定和分析,结果表明:亲本间和杂交稻组合的光合性状均存在极显著的差异,其中亲本间变异系数最大的是净光合速率,组合间变异系数最大的是气孔导度,亲本和组合间的变异系数均以叶绿素a/b比值为最小;杂交稻组合净光合速率、气孔导度和蒸腾速率的平均数均大于亲本的平均数,有利于高光合速率杂交稻品种(组合)的选育;净光合速率、气孔导度和蒸腾速率具有正向平均中亲优势,其中净光合速率和气孔导度具有正向超高亲优势,胞间CO2浓度具有负向超亲优势,蒸腾速率和叶绿素a/b比值具有正向竞争优势;杂交稻组合的蒸腾速率与其父本值...

【目的】通过基因差异表达分析揭示大豆杂种优势产生的原因,为探明大豆杂种优势的分子机理提供理论基础。【方法】采用4×5 NCⅡ设计,配制20个大豆杂交种,以大豆苗期叶片为试验材料,应用mRNA差异显示技术,分析杂交种及亲本之间的基因差异表达模式,并分析其与杂种优势的相关性。【结果】大豆杂交种和亲本之间存在着明显的基因差异表达,差异表达模式可分为单亲表达一致一型(110型)、单亲表达一致二型(011型)、双亲共沉默型(101型)、单亲表达沉默一型(100型)、单亲表达沉默二型(001型)和杂种特异表达类型(010型)6种,其中单亲表达一致一型所占比例最高(13.25%)。差异表达模式与杂种表现的相...

本试验探索了甘薯过氧化物酶、酯酶、淀粉酶同工酶电泳的最佳条件,利用这3种同工酶对本课题组保存的优势组合甘薯野生材料Y-6和栽培品种冀21-2及其由其杂交选育出的系列品种(品系)冀98、冀99、冀79、冀71、冀52进行深入的分析,结果显示:优势组合Y-6与21-2的杂交后代中出现了杂种优势的特征酶谱类型——杂种型、偏亲本型等等,各材料生产上的实际表现证实了同工酶分析的可靠性;表明:远缘组合Y-6与冀21-2属于强优势组合,并且同工酶分析技术可以用于筛选鉴定甘薯优势组合及其杂交后代早期辅助选择,加快育种进程。

小麦苗期苗高和主根长是鉴定小麦苗期耐盐性的重要指标。利用小麦品种花培3号×豫麦57获得的DH群体168个株系,在去离子水(对照)以及50,100,200 mmol/L NaCl溶液处理下,进行苗高和主根长的数量性状基因(QTL)定位分析。利用完备区间作图法,共检测到影响苗高和主根长的25个QTL,单个QTL对表型的贡献率为4.19%～23.72%。位于3D染色体区间Xgdm72-Xbarc1119上影响主根长的QTL位点具有最大的遗传效应,贡献率为23.72%;在100 mmol/L和50 mmol/L NaCl处理下,在2D染色体Xwmc170.2-Xgwm539区段,同时检测到影响苗高的2...

以耐湿大麦品种泰兴9425与湿害敏感品种Franklin构建的DH系及亲本为材料,在湿害胁迫条件下,考察了大麦苗期与耐湿性相关的根长、根鲜质量、根干质量、茎叶鲜质量和茎叶干质量,各性状均表现为连续分布,且都存在一定数量的双向超亲遗传类型,为多基因控制的数量性状。结合已构建的分子连锁图谱,采用Windows QTL Cartographer 2.5软件中的复合区间作图法进行QTL定位分析。5个根系及茎叶性状共检测到13个QTL,除第2、5染色体外,其他染色体上均有分布,LOD值为2.59~3.83,对表型变异的解释率为10.99%~20.7%。其中最大根长检测到2个QTL,控制根系鲜质量和干质量...

本研究以小麦品种聊大1号为试验材料,研究UV-B辐射对聊大1号苗期叶片蛋白质组的影响。双向电泳分析发现,UV-B辐射处理和未处理的聊大1号有15个蛋白差异点,经质谱分析成功鉴定出6个蛋白差异点:其中1个为Rubisco大亚基(碳水化合物代谢);2个为参与翻译类的蛋白;2个为具有运输类功能的蛋白;1个为质子-ATP酶α亚基。这些结果可为小麦抗UV-B辐射机理研究和抗性育种提供依据。

【目的】探究不同氮素供应环境下与小麦苗期生物量及氮效率相关性状显著关联的SNP位点,预测相关候选基因,为小麦氮效率的基因克隆及其在育种中的应用提供参考。【方法】以134个小麦品种(系)组成的群体为供试群体,设置低氮、正常氮和高氮3个处理,各处理重复4次,并在2年(2013和2014年)进行了2次完全重复的营养液培养试验。试验对小麦苗期生物量及氮效率相关的14个性状进行了表型鉴定,采用MLM+K+Q混合线性模型,利用90K SNP芯片对小麦生物量及氮效率相关性状进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),获得显著关联的SNP位点。【结果】与正常氮处理相比,低氮处理条件下,根系、地上部及植株氮含量和氮积累量均显著下降,而根生物量和根、植株氮效率均显著增加,高氮处理下,几乎所有鉴定性状均显著增加;14个性状的广义遗传力均在40%以上,其中,植株总干重的遗传力最高(95.73%)。利用9 329个SNP标记进行关联分析,共检测到838个SNP标记位点与供试材料的14个性状存在显著关联(P≤0.001),分布在21条染色体上。有435个(51.91%)SNP标记位点仅在一个关联分析环境中被检测到;有403个位点至少在2个处理环境(包含均值环境)中被检测到与同一性状显著关联(稳定关联标记)。其中8个SNP标记位点至少在3个环境中被检测到。在4个环境下(包括均值环境)均检测到的稳定关联位点有2个:Kukri_c65481_121和tplb0025f09_1052,分别与植株总氮利用效率(total nitrogen use efficiency of plant,TNUE)和根系总氮利用效率(root nitrogen use efficiency,RNUE)显著关联;同时与至少6个性状(生物量及养分效率相关性状)显著关联的SNP标记位点共5个,分别位于1A、1B(3)和2A染色体上;根据小麦基因组注释及LD衰减水平,在同时定位了6个性状的5个SNP位点和2个多环境(4个环境)稳定关联的SNP位点的214 kb的基因组区域中共筛选候选基因84个,根据已知克隆氮效率基因的编码蛋白类型、候选基因功能注释信息及利用植物比较基因组学资源库蛋白序列同源比对分析,筛选到3个候选基因与生物量及氮效率相关。【结论】不同氮素处理显著影响小麦苗期生物量、氮效率相关性状及其相关QTL的表达,大多数SNP位点仅在1个氮素检测环境中被检测到,但也存在环境稳定性较强的位点。生物量及氮效率相关性状之间存在显著相关关系,并在一定程度上受到相同的QTL/基因控制。

【目的】植物根系对水分及营养的获取、作物的生长发育和产量的形成至关重要。挖掘小麦苗期根系性状显著关联的SNP位点，预测相关候选基因，为解析小麦根系建成遗传机制及选育具有优良根系构型的小麦品种奠定基础。【方法】以189份小麦品种组成的自然群体为供试材料，调查2种培养条件（霍格兰营养液和去离子水）下培育21 d的苗期根系总长度（TRL）、根系总表面积（TRA）、根系总体积（TRV）、根系平均直径（ARD）及根系干重（RDW）等5个根系性状，试验进行2次重复，同时结合小麦660K SNP芯片的分型结果进行全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）。此外，通过序列比对、结构域分析和注释信息预测候选基因，并采用竞争性等位基因特异性PCR(kompetitive allele specific PCR,KASP)技术开发根系性状的分子标记。【结果】霍格兰营养液培养条件下的根系性状变异范围较大，根系整体粗短；而去离子水条件下的根系细长、侧根较多。选用贝叶斯信息与连锁不平衡迭代嵌套式模型（BLINK）、压缩式混合线性模型（CMLM）、固定随机循环概率模型（FarmCPU）以及混合线性模型（MLM）4个模型，结合2种培养条件下的根系性状进行全基因关联分析，共检测到95个与小麦苗期根系性状显著关联的QTL位点（P<10-3），其中，有18个QTL在2个条件下同时被检测到，分布在7A、1B、2B、3B、7B、1D、2D及3D染色体，可解释8.68%—14.07%的表型变异。筛选获得的显著性位点中，有4个与前人的研究相近或一致，其余为新发现QTL位点。对共定位的SNP进行单倍型分析，有10个SNP能够将供试材料分为2种单倍型，且单倍型间的根系性状具有显著差异，同时，基于这些SNP开发KASP标记，筛选到与根系总体积及根系干重相关的2个KASP标记（XNR7143和XNR3707）。进一步挖掘共定位SNP位点上下游区间内的基因，筛选到12个可能与根系发育相关的候选基因，其中，TraesCS7A02G160600编码酰基载体蛋白合成酶，参与根系脂肪酸的合成；TraesCS1B02G401800编码突触融合蛋白，对植物重力向性具有重要作用；TraesCS7B02G417900编码醛脱氢酶，参与脱落酸的合成，从而调控作物根系发育。【结论】小麦根系性状在不同基因型间差异显著，在2个条件下同时检测到18个显著QTL位点，开发了2个根系分子标记（XNR7143和XNR3707），并筛选出12个与根系性状相关的候选基因。