为了研究一个新玉米雄性不育突变体的遗传模式,将⁶⁰Co-γ射线诱变选育的玉米K305雄性不育突变体姊妹交群体在不同地点、不同年份、不同季节种植,采用室内花粉镜检与田间调查相结合的方法进行育性鉴定。通过不育株姊妹交、测交及测交组合的自交和回交后代,进行细胞核效应分析;以具有正常细胞质的自交系为母本,育性完全恢复的测交种及姊妹交群体中的可育株为父本进行反交,对其反交的F₁及F₂进行细胞质效应分析。结果表明,不育株雄穗无花药外露,花药干瘪,败育彻底,不育性状稳定;姊妹交和回交后代育性分离比例为1:1,自交后代育性分离比例为3:1,不育性状表达与细胞质的改变无关。说明该突变体是由隐性单基因控制的可遗传的“无花粉型”细胞核雄性不育,为其进一步开发利用奠定了基础。

为开创蕨类植物新的育种方法,以鸟巢蕨、扇蕨和凤尾蕨等3种蕨类植物的绿色球状体为材料,在附加0.2mg·L^-1 IBA的改良1/2MS培养基上,研究不同剂量的⁶⁰Co-γ射线辐照对绿色球状体成苗的影响。结果显示,⁶⁰Co-γ射线辐照剂量在60Gy时,辐照处理的鸟巢蕨绿色球状体成苗率从0Gy(CK)的98%降至33%;剂量在80Gy时,辐照处理的扇蕨和凤尾蕨绿色球状体成苗率分别从CK的100%降至38%和26%,因此60~80 Gy的⁶⁰Co-γ射线为辐照处理蕨类植物绿色球状体的适宜剂量。SSR分子标记测定结果表明,鸟巢蕨绿色球状体经Gy 60和 80 Gy的⁶⁰Co-γ射线辐照诱变获得的植株与对照植株在DNA水平上存在显著差异,其中SSR-23和SSR-76可作为筛选鸟巢蕨突变体的适宜引物。本研究建立的蕨类植物绿色球状体⁶⁰Co-γ射线辐照诱变技术,为在离体器官水平上开展蕨类植物辐照诱变育种提供了条件。

Kr1基因是小麦远缘杂交不亲和的主效基因。为探究Kr1基因的特性,根据已公布的Kr1基因cDNA部分序列,采用染色体步移(Genome Walking)和cDNA末端快速扩增技术(rapid amplification of cDNA ends,RACE)克隆小麦显性Kr1 基因和隐性kr1基因,并进行序列分析。结果表明,小麦Kr1 基因全长4 006 bp,含有4个外显子和3个内含子,ORF全长1 671 bp,编码557个氨基酸,可形成一条完整肽链,有基因活性,Kr1蛋白三级结构与植物S位点受体激酶具有较高的相似性。kr1基因全长3 945 bp,第3、第4外显子中因含有大量终止密码子,不能通读,表明kr1基因无基因活性。同时对小麦×黑麦、小麦×球茎大麦、小麦×玉米等不同远缘杂交系统的亲和性差异进行探讨,认为Kr1基因在小麦×玉米中失活可能与玉米转座子的插入有关。本研究结果为进一步阐明Kr1基因的功能及其作用机制奠定了基础。

为研究水稻抗倒伏相关性状的遗传机制,以典型的籼粳交(窄叶青8号/京系17)的F₁花培加倍单倍体分离群体为材料,通过水培法在齐穗期考查了与水稻抗倒伏相关的根基粗、总根数、最大根长、根干物重和根冠比等地下部根系性状及分蘖数、株高、株周长、单蘖直茎和地上部干物重等地上部性状。利用该群体的分子连锁图谱进行QTL区间作图分析,除分蘖数、地上部干物重外,其它8个性状共检测到13个相关的QTL。其中与根基粗、根冠比、株周长、单蘖直茎相关的QTL各1个,分别位于第8、第1、第7和第8染色体上。与总根数、最大根长、根干物重相关的QTL各 2个,分别位于第1和第2、第1和第6、第1和第12染色体上。与株高相关的QTL共3个,分别位于第1、第4和第8染色体上。相关分析表明,各根系性状相互之间存在着极显著正相关;除根冠比外,其它根系性状与地上部分蘖数、株高、株周长、单蘖直径和地上部干物重之间也存在显著或极显著正相关。多元回归分析表明,除分蘖数外,地下部根系性状与其它地上部性状存在着显著线性效应。本研究为深入理解水稻抗倒伏因子的遗传基础及制定抗倒伏性育种策略等提供了理论依据。

为探讨东南亚水稻亲本间的遗传多样性,以东南亚62份籼型水稻亲本为材料,选择29对水稻功能基因标记以及平均分布于12条染色体、多态性较高和条带清晰的72对SSR引物进行遗传多样性和聚类分析。结果表明,32对多态性引物在62份水稻材料中检测到201个等位基因,每个位点等位基因数(Na)变异范围为2~12,平均为6.281;有效等位基因数(Ne)变异范围为1.067~5.399,平均为2.867;多态信息含量(PIC)变异范围为0.061~0.789,平均为0.515;平均Shannon信息指数(I)为1.176,变幅为0.143~1.908;观察杂合度(Ho)为0.977,范围为0.936~1.000;期望杂合度(He)为0.439,范围为0.179~0.937;固定指数(Fis)的范围为0.882~1.000;基因流(Nm)的范围为0~0.0157。聚类分析表明,在遗传相似系数为0.805处,东南亚水稻亲本被分为6大类,同一国家大多数品种聚为一类。相对于普通分子标记,功能基因标记的平均等位基因数不高,其遗传多样性参数也低于普通分子标记,东南亚各国水稻品种间的亲缘关系较近,遗传多样性程度较低。研究结果为水稻育种亲本选配、新种质资源的创制以及杂种优势利用等提供了科学依据。

为系统评价中国南瓜海南农家品种资源,通过表型变异结合ISSR和SRAP 分子标记技术,对中国南瓜海南农家品种进行遗传多样性和亲缘关系分析。表型分析结果表明,在所有观察的农艺性状中,除蔓性、生长势、果柄、果肉质地等4个性状外,其他性状在不同品种间均有不同程度的差异,平均变异系数为34.88%,其中果形的变异最大,部分农艺性状间存在显著的相关性;使用UPGMA法聚类分析可依据叶片大小、叶色和叶尖将28份材料划分为2个类群。ISSR标记和SRAP标记所揭示的遗传多样性水平基本一致,均表明供试品种间存在较大的遗传变异。基于ISSR标记,所有供试品种间的Nei's基因多样性指数H为0.1943,多态性条带百分率PPB为62.90%;基于SRAP标记,H=0.2258,PPB=61.50%;2种标记的UPGMA聚类结果存在显著的相关性,均可将供试品种分为5类,但是其聚类结果与表型分析结果之间相关性较低。综合2种标记的扩增结果,各品种间的平均遗传相似性系数GS值为0.7741,海13和海17亲缘关系最近,而海30与海18遗传基础差异最大。供试中国南瓜海南农家品种间存在较丰富的遗传变异,ISSR和SRAP标记均能有效应用于中国南瓜海南农家品种遗传多样性和亲缘关系研究。研究结果为中国南瓜海南农家品种保护和创新利用提供了科学依据。

长穗偃麦草是小麦的野生近缘植物之一,具有抗多种生物胁迫和非生物胁迫的优良基因。为了从中发掘耐盐基因,分别用100、200、300、400 mmol·L^-1的NaCl和20%、30%、50% (w/v)的PEG-6000处理长穗偃麦草幼苗,采用改良的SMART方法合成逆境诱导条件下的全长cDNA。采用Gateway技术中的BP反应构建长穗偃麦草全长入门cDNA混合文库,滴度为4.0×10⁶ cfu·mL^-1,库容量为2.0×10⁷ cfu,插入片段平均长度为0.75 kb,重组率达98.9%。将该入门文库重组到植物转基因双元载体pMDC83中,获得目标文库,其原始滴度为6.0×10⁶ cfu·mL^-1,库容量为3.0×10⁷ cfu,插入片段平均长度为0.45 kb,重组率达100%。通过农杆菌侵染萌发花粉再授粉的方法,获得转基因玉米T₀种子,转化率达3%;用农杆菌侵染法将农杆菌与烟草BY-2细胞共培育,成功将目标文库转入到烟草BY-2细胞中,在培养基中加入潮霉素和不同浓度的NaCl溶液,筛选获得耐盐细胞系69个。研究结果为大规模快速筛选鉴定植株水平和细胞水平上的抗盐基因奠定了基础。

植物DNA条形码的筛选工作主要集中于叶绿体基因上,包括位于编码区的matK、rbcL、UPA、rpoB、rpoC1、accD、ndhJ和YCF5等以及间隔区的trnH-psbA、trnL-trnF、atpF-atpH、trnD- trnY和psbK- psbI等,其中matK、rbcL和trnH-psbA研究最为成熟,可作为核心条形码序列。由于每个基因进化速率不同以及植物种间杂交较为频繁等诸多原因,不同类群植物的最适条形码序列有很大差别。本文综述了DNA条形码的最新研究进展以及条形码技术在物种鉴定、分类学问题修订、新种隐种的发现、植物药材真伪鉴定、食品质量控制和安全、出入境植物检验检疫等方面的应用,提出了cpDNA条形码在应用中的不足之处以及解决措施等,并对DNA条形码未来的发展进行了展望,以期为高等植物的应用提供强有力的分子依据。