为了解析水稻叶绿体发育和高光效育种中光合作用的机理,本研究以不育系P88S群体中发现的一株淡黄叶自然突变体xws为试验材料,对该突变体进行表型鉴定和光合特征分析,并对其进行精细定位和候选基因分析。结果表明,xws在整个生育期叶片、茎和穗均呈淡黄色。与野生型相比,xws叶片、茎和穗的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均显著下降。透射电镜观察结果发现,与野生型相比,xws嗜锇小体消失,类囊体数量减少。xws的净光合效率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO₂浓度和叶绿素荧光参数与野生型相比均降低。以xws与R032杂交的F₂群体作为定位群体,将基因精细定位至水稻第3号染色体分子标记WY242和WY119之间,其物理距离为51.7 kb。本研究结果为进一步研究水稻叶绿体发育,从而提高水稻光合作用和分子调控网络途径提供了理论支撑。

为创制新的两系不育系,并将其应用于强优势杂交水稻品种培育,综合利用花培和诱变技术培育了粳稻两系不育系江79S。取培矮64S/粳稻H179的F₁幼穗,利用花药培养技术培育获得一个粳型光温敏不育系S79;后采用高能碳离子束处理S79干种子,在其后代中选育了一个熟期突变体GS79(江79S),其在长日照和短日照条件下始穗表现不同,分别较S79早7 d左右和迟5 d左右。观察江79S的育性转换特性,发现其在嘉兴种植时,每年9月8日左右开始出现可育花粉并开始结实;在陵水种植时,植株正常结实且结实率达80%以上。人工气候箱光温敏特性鉴定结果表明,江79S在长日照条件下育性转换温度低于23.5℃。稻米品质和抗性鉴定结果为江79S米质达农业部(现农业农村部)部颁三级优质米标准,苗叶期抗稻瘟病。对江79S进行全基因组测序,分析发现其携带源自农垦58S的光敏不育基因pms1和pms3,且含携带抗稻瘟病基因pi21、Pia、Pid3和Pita,与其高抗苗瘟的特性相一致。以江79S配制的亚种间杂交水稻品种江两优7901通过了国家主要农作物品种审定。本研究结果为综合运用花培和辐照诱变技术培育新两系不育系材料提供了研究方法。

为了明确不同成熟度油橄榄果实表观性状与内在品质的变化规律和相关性,以豆果、皮瓜尔、鄂植8号、莱星6个成熟度的果实为试验材料,对果实大小、颜色等8个表观指标以及含油率、脂肪酸组分、还原糖、总酚、总黄酮含量等内在品质指标进行测定,并对各指标间进行相关性分析。结果表明,4个品种油橄榄果实各指标随着成熟度的增加,呈现一定的变化规律,其中随着成熟度的增加,亮度值(L^*值)、红绿值(a^*值)、黄蓝值(b^*值)均先增大后减小,横径增大,纵径变化不显著,横径增长速度大于纵径,果形指数变小,含油率升高,表明果实外观逐渐变圆;还原糖含量先降低后升高,总酚、总黄酮含量在第Ⅰ成熟度时显著高于其他5个成熟度,豆果、皮瓜尔、鄂植8号的饱和脂肪酸(SFA)、单不饱和脂肪酸(MUFA)与多不饱和脂肪酸(PUFA)比值越来越接近1∶1∶1。不同成熟度油橄榄的含油率与脂肪酸比值、还原糖、总酚含量、果形指数以及果实横径存在相关关系,且与a^*值、总黄酮含量呈极显著相关,相关系数最高分别为0.73、-0.84;a^*值与还原糖含量呈显著负相关,与总酚、总黄酮含量极显著负相关;总黄酮含量与SFA、PUFA呈显著负相关,与总酚含量、MUFA、还原糖含量、果形指数、L^*值、b^*值呈显著正相关。综合变化规律和相关性分析结果认为,油橄榄果实a^*值和总黄酮含量可以代表大部分指标用于进行果实品质检测。本研究结果可为后续机械采收识别系统采集指标数据提供理论依据。

RNAi干涉小麦TaDEP1基因导致小穗密度下降以及小穗数减少,表明该基因转录水平的降低会引起基因功能的丧失。为挖掘影响TaDEP1转录水平的作用元件,通过特异扩增D组TaDEP1基因启动子并进行测序,发现不同品种间存在132 bp序列差异,该序列位于TaDEP1基因起始密码子上游1 529~1 660 bp处。利用小麦微核心种质材料,鉴定到132 bp序列与TaDEP1基因的转录水平呈正相关,即启动子序列中含有132 bp序列的TaDEP1基因转录水平明显高于不含该序列的转录水平。启动子顺式作用元件分析结果显示,该132 bp序列未包含特殊的顺式作用元件。结合荧光素酶(LUC)活性试验,在小麦原生质体中证明该序列能够显著提高LUC的转录活性,表明该序列可作为小麦基因转录增强序列。本研究鉴定到新的小麦基因转录增强序列,为小麦分子标记辅助选择育种提供了基因资源与技术支持。

为筛选耐草甘膦野生大豆种质并了解其耐性机制,本试验对采集于冀东地区的862份野生大豆进行了草甘膦的耐性鉴定。在草甘膦处理后,测定了高耐和敏感材料的莽草酸、丙二醛和叶绿素含量,过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性,以及草甘膦相关基因EPSPS表达量。结果显示,喷施草甘膦后,862份野生大豆材料中,药害等级在4级以上的材料占82.84%,3级占9.51%,2级占4.87%,1级占2.78%。筛选到高耐草甘膦的野生大豆材料Yong-33,其在1.125 kg a.i·hm^-2 草甘膦处理后植株存活率达到96.67%。经草甘膦处理后,与对照相比,高耐材料的叶绿素、丙二醛和莽草酸含量在检测的各时间点均无显著差异,敏感材料叶绿素含量显著降低,丙二醛和莽草酸含量显著升高;高耐材料POD、CAT和SOD活性以及EPSPS基因表达量均显著升高,而敏感材料酶活性及EPSPS基因表达量无显著差异。以上结果表明,野生大豆中存在高耐草甘膦的种质资源,在草甘膦处理后其植株内活性氧清除酶系活性升高,EPSPE基因上调表达,推测这是野生大豆对草甘膦耐性较好的原因。本研究筛选到的耐草甘膦野生大豆材料可为培育耐草甘膦栽培大豆新品种提供种质资源。

为了探讨NAC转录因子对枇杷果实类胡萝卜素代谢的调控机制,以大红袍(红肉枇杷)和白沙(白肉枇杷)为试验材料,利用RNA-Seq技术对大红袍和白沙进行转录组测序,通过分析两个品种间的转录组差异,初步筛选并克隆出了1个枇杷NAC转录因子,命名为EjNAC82。生物信息学技术分析结果发现,EjNAC82具有NAC转录因子特有的结构域、理化性质和蛋白质结构特点,是典型的NAC转录因子家族基因。亚细胞定位试验发现该转录因子定位于细胞核。实时荧光定量PCR结果表明,EjNAC82在枇杷老叶中的表达量高于根、芽、嫩叶、老叶、嫩枝、老枝、幼果和熟果。EjNAC82在果皮和果肉成熟过程中的表达模式相同,均呈先上升后下降再上升的趋势。随着果实的成熟,EjNAC82在大红袍果肉中的表达显著高于白沙(P<0.05)。EjNAC82在大红袍果皮S1、S2、S4时期的表达显著高于白沙。LUC/REN双荧光素酶试验结果表明,EjNAC82对EjPSY1、EjPSY2和EjBCH启动子具有激活作用。这些结果表明EjNAC82可能通过调控EjPSY1、EjPSY2和EjBCH基因的表达从而正向调控枇杷果实中类胡萝卜素的合成。本研究结果为揭示NAC转录因子对枇杷果实类胡萝卜素积累的转录调控功能提供了理论依据。

种植绿肥可以缓解化肥工业发展带来的一系列负面问题,然而我国绿肥相关研究并不广泛,尤其是绿肥油菜。为筛选优质绿肥油菜品系,采用随机区组田间设计,以2个绿肥油菜品种(油肥1号、油肥2号)为对照,12个绿肥油菜品系为材料,在苗期、盛花期检测植株养分、土壤养分含量及土壤微生物类群,并进行相关性与主成分分析。结果表明,苗期植株氮、磷、钾养分含量均高于盛花期,而单株养分积累量显著低于盛花期;土壤中速效磷、速效钾的含量在不同品种(系)中差异较大,氮含量则在不同生育期及品系间差异较小;植株养分积累量与土壤微生物是影响土壤养分含量的重要因素,且植株养分积累量是绿肥油菜养分特性评价的主导因子。总体而言,11号(辰溪腊油菜)、4号(紫叶芥)品系优于两对照,可作为优良种质促进绿肥油菜育种。本研究结果为化肥农药减施提供了有机替代,对环境保护与农业可持续发展具有重要意义。

为了建立油用牡丹单粒种子含油量的近红外测定模型,便于高含油量单株的选育,采用索氏抽提法测试了200份油用牡丹凤丹单粒种子的含油量,并应用近红外反射光谱技术(NIRS)采集了200份样品的光谱数据,通过偏最小二乘法(PLS)和主成分回归法(PCR)构建了油用牡丹单粒种子含油量的数学模型。结果表明,索氏抽提法中,均匀粉碎后的油用牡丹籽样品干燥烘焙条件为105℃ 2 h,牡丹籽抽提时间为20 h,测出的含油量变化范围在10%~28%之间,籽油含量基本符合正态分布。NIRS法构建的模型最佳参数为:采用PLS法,光程固定,一阶导数消除背景,数据平滑处理采用Norris derivative filter的方法,平滑参数选用5和3。内部交叉检验校正相关系数r₁为0.980 1、预测相关系数r₂为0.957 6、校正均方根误差(RMSEC)为0.463、预测均方根误差(RMSEP)为0.705。外部检验相关系数达 0.957 6, 平均误差小于3%。本试验所构建的牡丹单粒种子含油量的NIRS模型可靠,可以用于分析油用牡丹单粒种子的含油量。