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[硕士论文] 李艺潇
蔬菜学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:红菜薹(Brassica campestris L.ssp.chinensis var.purpurea Hort.2n=2x=20),为十字花科芸薹属白菜变种之一,起源于我国长江流域,因其花茎鲜嫩多汁,颜色鲜艳,富含对人类身体有益的花青苷而深受广大消费者的喜爱。在其茎基部多发侧枝,类似禾本科作物的分蘖,为红菜薹产量的主要构成因素。因此,研究红菜薹分蘖性状的遗传规律以及克隆相关基因,对于红菜薹丰产性育种具有重要的实践意义。本课题以多分蘖的红菜薹自交不亲和系L-100为母本,以少分蘖的菜心自交系L-101为父本,构建F1、F2、BCP1、BCP2四个遗传世代,对分蘖性状进行了六世代联合遗传分析。同时,将QTL-seq(极端池简化基因组测序技术)与传统遗传连锁分析的方法相结合,利用F2分离世代对控制分蘖相关的QTL位点进行了基因定位。主要结果如下:
  1、红菜薹分蘖性状的遗传分析。通过六世代联合分析,可知红菜薹分蘖性状符合D模型,即一对加性-显性主基因+加性-显性-上位性多基因模型,分蘖性状相较于不分蘖性状为显性性状。主基因在BCP1、BCP2、F2三个分离群体中的遗传率为21.63%、1.17%、36.1%,而多基因遗传率分别为47.98%、32.2%和53.52%。各个世代的多基因遗传率显著高于主基因遗传率,该性状以多基因遗传为主。三个分离群体遗传率的平均值为64.2‰整体遗传率适中,在对分蘖选择过程中可在早世代大群体进行选择。
  2、红菜薹分蘖性状的QTL定位。在F2群体中挑选极端表型单株构建极端池进行简化基因组测序,生物信息学分析显示,在A07染色体物理距离18Mb-25Mb范围内出现了明显的SNP不平衡现象,所以推断A07染色体物理距离18Mb-24Mb范围内可能存在控制红菜薹分蘖的一个QTL位点。因此,我们进一步利用遗传连锁分析的方法验证QTL-seq分析的准确性。通过两亲本间测序的分析对比结果,共设计InDel和CAPS分子标记236对。使用两亲本及两极端池对这些标记进行筛选,并最终获得11对多态性标记。利用筛选到的11对连锁标记对185株F2单株进QTL分析,结果显示:在标记InA0740和InA0788之间存在控制分蘖的QTL位点,可解释16%的表型变异。这两个标记对应的物理位置分别为18.91Mb和21.1Mb,与QTL-seq结果吻合。将控制分蘖的位点初步定位在A07染色体物理距离为18.91M-21.1M的目标区段。
  3、红菜薹分蘖性状的候选基因预测。通过查阅文献及基因注释,在目标区域内获得6个候选基因。我们对这6个基因在两亲本的不同组织部位的相对表达量进行了分析,结果表明TCP1同源基因Bra004212在多分蘖亲本的腋芽处的相对表达量是少分蘖亲本的16.1倍,TSF同源基因Bra004117在两亲本间不同部位的相对表达量都存在差异,多分蘖亲本分别是少分蘖亲本的16.29倍、3.56倍和10.59倍。TCP1属于TCP转录因子家族主要在拟南芥的子叶叶柄、叶尖,叶脉以及分枝处表达,与叶和茎的伸长有关,TSF为调控开花的四个主要基因之一,但有研究指出其能够在短日照下影响拟南芥侧芽的伸长。结合基因注释及表达量分析可推测Bra004212及Bra004117作为该位点的候选基因。
  为进一步分析候选基因,采用TA克隆的方法获得Bra004212和Bra004117的CDS序列。使用MegAlign软件对两基因在两亲本间的差异进行分析。分析结果显示Bra004212在两亲本间存在两个单碱基突变,导致了两个氨基酸的变化,Bra004117在两亲本间仅在CDS序列存在一个SNP突变,且该突变为同义突变,并没有引起氨基酸序列的变化。
  4、F2.3单基因家系群体的构建。为了进一步克隆分蘖性状相关的目的基因,首先构建F2.3家系群体。利用连锁分子标记InA0740和InA07234筛选和鉴定来自F2分离群体的230个单株,选取标记检测均为杂合带型的单株,自交后获得F2∶3家系后代。盛花期对家系的分蘖性状进行统计调查,根据分蘖数将其划分为三个等级,筛选分离比符合3∶1的F2∶3家系分离群体,最终得到单基因家系分离群体106-216。
[硕士论文] 邹雪园
植物营养学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:采用水肥一体化技术,发展节水、节肥、省工的蔬菜种植模式是节本增效、可持续发展的有效途径。本研究根据2016年田间试验结果,2017年调整施肥计划,大白菜和西兰花农户习惯施肥(CN)和滴灌、喷灌全量施肥(DH、SH)的N、P2O5、K2O为240-240-300kg/hm2,大白菜的喷灌施肥和滴灌施肥均设置两个梯度的减肥处理,分别为192-192-240kg/hm2(DL和SL)和216-216-270kg/hm2(DM和SM);西兰花的滴灌施肥和喷灌施肥也设置两个梯度的减肥处理,分别为144-144-120kg/hm2(DL和SL)和192-192-210kg/hm2(DM和SM);并设置不施肥对照CK。以比较两种蔬菜滴灌和喷灌施肥效果的差异,为大白菜和西兰花水肥一体化技术提供理论依据和应用参考。主要研究结果如下:
  (1)较习惯施肥CN,滴灌和喷灌施肥均增加了大白菜地上部生物量、包心重、包心高、包心周长。滴灌施肥DL、DM、DH分别比CN增产22.8%、42.0%和59.3%,喷灌施肥SL、SM、SH分别比CN增产35.0%、55.0%和66.3%。滴灌和喷灌施肥提高大白菜维生素C含量,SH处理增加幅度最大,增幅达38.2%;滴灌施肥的硝酸盐与习惯施肥无显著差异,喷灌处理的硝酸盐比习惯施肥略高,但都在安全标准范围之内。这说明喷灌施肥SH处理对提高大白菜产量和改善品质的效果最好。
  (2)较习惯施肥CN,滴灌施肥和喷灌施肥均显著提高大白菜氮、磷、钾肥的利用率,喷灌施肥SM和SH处理的氮、磷、钾的利用率则分别增加了184.4%和205.5%、123.7%和121.7%以及103.8%和111.4%,且二者之间差异不显著。
  (3)较习惯施肥CN,滴灌和喷灌施肥能促进西兰花花球的生长,增加花球重量,滴灌施肥DH处理增产8.6%,喷灌施肥SM和SH处理分别增产8.3%和19.6%。滴灌和喷灌施肥对西兰花维生素C影响都不大。滴灌施肥(DL、DM、DH)的花球硝酸盐含量分别降低了27.5%、24.9%和16.9%;喷灌SL处理的花球硝酸盐含量降低了20.5%,SM和SH的花球硝酸盐含量略有上升,但都在安全标准范围之内。综合产量和品质,喷灌施肥SH处理表现最好。
  (4)较习惯施肥CN,西兰花滴灌DH处理的氮、磷、钾肥料利用率分别增加了11.9%、23.0%和18.9%;喷灌SL、SM和SH处理的氮、磷、钾肥料利用率分别增加41.0%、38.2%和53.5%,30.9%、29.1%和50.7%,59.1%、56.4%和36.8%。说明西兰花喷灌SH处理的肥料利用率最高。
  (5)较习惯施肥CN,滴灌施肥(DH、DM、DL)导致种植大白菜后0~10cm和10~20cm土壤剖面的硝酸盐分别降低5.06%~37.01%和15.2%~32.6%,喷灌施肥(SH、SM、SL)相应剖面的硝酸盐则分别降低了12.0%~32.3%和23.8%~40.1%;两者均显著降低了表土的电导率以及有效磷、速效钾和碱解氮含量,但对有机质影响不大。滴灌和喷灌施肥也显著降低了种植西兰花后土壤剖面的硝酸盐含量以及表土电导率、有效磷、速效钾的含量,这与大白菜表现基本一致。
  综上所述,与农户习惯施肥相比,滴灌施肥和喷灌施肥处理均能增加大白菜和西兰花的产量、改善品质、提高肥料利用率、降低土壤剖面硝酸盐含量和表土(0-10cm and10-20cm)的电导率EC。且喷灌施肥比相同施肥量的滴灌施肥效果更好。因此,大白菜和西兰花的种植推荐采用喷灌施肥模式,全生育期均分8次施肥,依次施肥比例分别为肥料总量的5%、5%、10%、15%、20%、20%、15%、10%。
[硕士论文] 李晓兰
植物营养学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:城郊农业是我国现代农业的重要板块,近年来由于城郊工业化推进、化肥不合理施用等原因导致城郊蔬菜重金属污染及硝酸盐含量过高问题比较突出,这不仅大大降低蔬菜的品质和安全,同时这些污染物也会通过食物链积累危害人体健康。本文依托武汉市典型城郊蔬菜种植区,以常见蔬菜品种为研究对象,通过盆栽试验和田间试验探究减少30%无机肥施用量和配施有机肥前提下配施DMPP(3,4-二甲基吡唑磷酸盐)和甲壳素对蔬菜硝酸盐和Cd含量的影响,旨在为解决城郊蔬菜硝酸盐含量过高和Cd污染提供理论依据。主要结果如下:
  1.与推荐施肥相比,减少30%化肥施用量可显著降低蔬菜中硝酸盐含量,其中叶菜类蔬菜和果菜类蔬菜降幅分别为16.75%和25.52%,蔬菜产量分别降低14.02%和1.4%;蔬菜中可溶性糖与Vc含量随施肥量减少而降低,可溶性蛋白含量无显著变化;叶菜中N、K吸收量随施肥量减少显著降低,但果菜中N、P、K吸收量变化不显著;化肥施用量减少30%,对土壤基本理化性质无影响,但能提高N、P、K肥利用率至少3个百分点。
  2.减少30%化肥施用量时,单施及配施DMPP和甲壳素,蔬菜中硝酸盐含量显著降低了23.49%-55.36%,降低效果为DMPP+甲壳素>DMPP>甲壳素;DMPP和甲壳素单施及配施对叶菜类蔬菜产量影响不显著,但可显著提高果菜类蔬菜产量,其中DMPP处理果菜类蔬菜增产率最大为34.23%。DMPP和甲壳素单施或配施均能改善土壤性能,提高土壤有机质含量,虽有降低叶菜类蔬菜氮磷钾的吸收量的趋势但可显著增加果菜类蔬菜氮、磷、钾吸收量(除DMPP处理外);DMPP与甲壳素配施果菜类蔬菜当季N、P、K肥利用率分别提高了15.64、7.63、19.51个百分点。
  3.推荐施肥时,DMPP和甲壳素单施及配施,蔬菜硝酸盐含量降低了9.86%-49.86%,降低效果为DMPP+甲壳素>DMPP>甲壳素,蔬菜Cd含量降低了9.2%-30.22%;蔬菜增产率为果菜类蔬菜>叶菜类蔬菜,其中甲壳素在叶菜类蔬菜上应用效果最优,增产率为19.66%,DMPP+甲壳素在果菜类蔬菜中应用效果最显著,增产率为64.79%。DMPP和甲壳素单施及配施均能改善蔬菜Vc、可溶性蛋白与可溶性糖含量(除果菜中可溶性糖外);DMPP和甲壳素单施及配施均能提高土壤有机质含量,促进土壤速效养分的释放,显著提高蔬菜NPK积累量及N、P、K肥肥料利用率,其中果菜类蔬菜当季肥料利用率增幅大于叶菜类蔬菜。
  4.配施有机肥,蔬菜硝酸盐和Cd含量降幅分别为4.5%-24.1%和12.95%-22.59%,蔬菜Vc、可溶性糖、可溶性蛋白含量均有增加的趋势。配施有机肥叶菜类蔬菜产量提高了5.62%,蔬菜氮、磷、钾吸收量、土壤中速效氮、磷、钾含量及有机质含量均有上升趋势,并且使用有机肥,使N、P、K肥当季利用率提高了5.65个百分点。
  5.配施有机肥时,DMPP和甲壳素单施及配施,蔬菜中硝酸盐和Cd含量分别降低了11.5%-52.6%和17.95%-41.35%,DMPP+甲壳素处理降低蔬菜硝酸盐含量显著优于单施处理,但DMPP+甲壳素在果菜类蔬菜上降镉效果最优,甲壳素处理在叶菜上的降镉效果最优;DMPP和甲壳素配施及单施,均能改善蔬菜品质,提高土壤中有机质等养分含量,提高了氮磷钾肥当季利用率,其中以DMPP和甲壳素配施处理试验效果最优,N、P、K肥当季利用率分别提高了34.64、13.77、52.83个百分点。
  综上所述,减量施肥和配施有机肥时应用DMPP和甲壳素,可同时降低蔬菜中硝酸盐和Cd积累,改善蔬菜品质,提高肥料当季利用率,促进城郊蔬菜安全生产。
[硕士论文] 李曚曚
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:油菜是我国主要的油料作物,也是食用油的主要来源,随着近年来油菜参试品种越来越多,且监管体系不够完善,市面上有较多的套牌甚至冒牌的品种出现,导致农民大幅减产甚至绝产,严重损害了育种工作者、经营者和生产者的利益,科学家们越来越意识到为品种建立特异的身份信息的重要性。SSR分子标记因其稳定性高、多态性丰富,且是共显性标记,被广泛的用于品种的鉴定和指纹图谱的构建中。本研究利用SSR分子标记,对87份材料进行指纹分析。
  种子纯度是育种者和使用者非常关心的问题,生产的杂交种必须达到一定的纯度要求才能进入市场供给农民生产种植,分子标记检测种子纯度的方法,因其自身条件的制约,已逐渐不能满足现在高通量的需求。q-PCR技术以灵敏、高效、准确、高通量的特点,广泛应用于生物学领域,本研究采用q-PCR技术,构建了一种新的种子纯度鉴定模型,能快速的检测杂交种的纯度。主要结果如下:
  1、从57个SSR标记中筛选到了36个标记,对87份(包括2份保持系材料,15份不育系材料,64份萝卜质雄性不育恢复系材料,还有6份常规种选系)甘蓝型油菜进行指纹分析,共扩增出111条多态性带,平均每个标记3.08条,标记的平均PIC值为0.47,利用这些标记进行UPGMA聚类分析,将87份材料分为7类,分别为A-G,其中A类类群最大,共包括54份材料,又可以分为两个亚类,第一亚类主要包括12份不育系,而第二亚类主要包括29份恢复系。
  2、挑选了15个多态性较高、且可以将材料区分开的核心标记,构建了64份萝卜质雄性不育恢复系的数字身份证和二维码。
  3、将P74-17和华油杂62作为实验材料,配置了已知恢复基因浓度梯度的标准品,利用q-PCR技术构建了甘蓝型油菜萝卜质杂交种纯度的快速检测模型,标准曲线的回归方程为y=-3.3396x+0.3617,相关系数为0.9635,方差分析F值为449.3。统计了田间187份样本的纯度,和用标准曲线计算的样本纯度进行回归分析,两者的线性回归系数为0.8604,方差分析F值为1140.2,两者呈高度相关。
[硕士论文] 周欣
生理学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:长江流域冬油菜产区是渍害频发的地区。胚根伸长期是油菜种子萌发出苗对渍水的敏感期。随着轻简化生产技术的发展和直播油菜面积的迅速扩大,在播种后如遭遇渍水将造成难以挽救的损失。研究油菜胚根伸长期耐渍性调控技术和机理,对于指导油菜抗渍栽培生产具有重要意义。本研究在人工控制条件下,以出苗期对渍水反应不同的甘蓝型油菜品种沣油737(敏感)和华杂62(耐性较强)种子为材料,应用不同浓度的乙烯合成抑制剂(AOA)和乙烯受体抑制剂(1-MCP)、赤霉素(GA3)及其合成抑制剂(PP333)处理,探讨植物生长调节剂对油菜胚根伸长期耐渍性的调控作用及机制,为直播油菜抗渍栽培提供理论依据和调控技术。主要研究结果如下:
  1.胚根伸长期渍水处理显著降低油菜种子出苗率和出苗指数,并抑制渍水后幼苗生长,其中沣油737受害程度重于华杂62。随着胚根伸长期渍水时间的延长,沣油737种子的乙烯释放速率显著下降。
  2.在种子吸胀期应用AOA和GA3预处理,均可有效缓解胚根伸长期渍水对油菜种子出苗的胁迫作用,提高出苗率和出苗指数,促进渍水后幼苗的恢复生长;其中,在沣油737中AOA的效应更显著,而在华杂62中GA3的效应更显著。低浓度1-MCP预处理可显著提高沣油737对胚根伸长期渍水的抗性,但对华杂62的耐渍性作用不大。在种子吸胀期应用1-MCP、AOA、GA3、PP333预处理,显著降低沣油737种子乙烯释放速率,但GA3、1-MCP、AOA预处理可提高受渍种子的乙烯释放速率。因此,在胚根伸长期渍水前适当降低种子乙烯水平,而在渍水过程中维持种子一定的乙烯水平,有利于提高沣油737胚根伸长期的耐渍性。
  3.油菜品种不同以及调节剂预处理时期不同,对渍水后种子的出苗和幼苗生长的调节作用不同。在胚根伸长期应用1-MCP、AOA、乙烯利、GA3、PP333处理均不能有效提高沣油737的耐渍性,但GA3和1-MCP处理可提高华杂62种子的耐渍性,其中以GA3作用效应较强。
  4.在油菜胚根伸长期的耐渍性调控中赤霉素的作用位于乙烯下游。渍水前适当降低乙烯水平的条件下,维持体内适当的赤霉素水平更有利于提高沣油737的耐渍性,而在不降低乙烯水平的条件下提高赤霉素水平则加剧胚根伸长期渍水对沣油737胁迫。在渍水前抑制乙烯的作用条件下,维持或提高赤霉素水平均不利于胚根伸长期渍水后沣油737种子的出苗和幼苗恢复生长。说明赤霉素对油菜胚根伸长期的耐渍性调控依赖于适度乙烯的作用。在渍水前降低或提高赤霉素水平条件下,提高乙烯水平对渍水后沣油737种子出苗率无显著影响。
  5.转录组数据结果显示,沣油737种子在胚根伸长期渍水后乙烯代谢途径中差异表达基因有11个,信号转导途径中有29个;赤霉素代谢途径中有56个差异表达基因,信号转导途径中有166个;脱落酸合成途径中有41个差异表达基因,信号转导途径中有57个;细胞自噬途径中差异表达基因有25个。说明油菜在胚根伸长期渍水后内源激素代谢及信号转导途径发生显著变化,并有细胞自噬的参与。
[硕士论文] 田浩
蔬菜学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:莴苣(Lactuca sativa)种子通常为黑色和白色,一些莴笋类型为棕色种子。种子颜色形成机理在拟南芥,大豆和水稻中都有比较深入的研究,在莴苣中的相关研究却鲜有报道。
  本课题首先利用黑色种子莴苣Y37和白色种子莴苣S1杂交,并构建F4重组自交系群体,该群体出现种子颜色黑色和白色的分离。在该群体内取20株黑色种子莴苣叶片混合构建一个极端池,另取20株白色种子莴苣叶片混合构建一个极端池,分别提取RNA并测序。分析测序数据发现7号染色体44-51Mb区域内等位基因频率具有显著差异,推测该区域内存在控制莴苣种子黑白颜色的基因。扩大群体并利用图位克隆将基因精细定位到7号染色体49.16Mb-49.26Mb区域,对候选区域基因功能进行注释和预测,将编码LsTT2转录因子的基因确定为候选基因。
  另外,利用棕色种子莴苣PI251246和白色种子莴苣PI358001-1杂交得到F1,F1自交得到F2,F2种子颜色出现黑、白、棕三种颜色分离,利用黑色种子莴苣和棕色种子莴苣各20株构建两个极端池,进行RNA-Seq,发现2号染色体95-102Mb区域内等位基因频率有显著差异,开发分子标记利用图位克隆最终将基因定位到2号染色体96.24-100.63Mb之间,分析该区域内基因的表达量差异和功能,将一个编码查尔酮合成酶的基因LG2229551选为候选基因。
[硕士论文] 赵冬梅
蔬菜学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:生菜叶片通常有红色和绿色两种,红叶生菜因具有独特的颜色、质地和保健功能,越来越受到人们的喜爱。生菜叶片红色的形成是由于花青素的积累,在矮牵牛、拟南芥以及玉米中,花青素合成的分子机理已经有详细的研究,但是生菜中花青素的研究报道相对较少。
  为了克隆调控生菜叶片红色深浅的基因,本实验室将绿色油麦菜Y37与浅红色生菜S1杂交,杂交后自交创建颜色分离群体,对Y37×S1重组自交系进行遗传分析,发现实验室已经克隆的4个生菜叶片颜色调控基因(3个调控基因RLL1-3和1个结构基因RLL4∶ANS)并不能完全解释生菜中叶片颜色的差异,筛选了114个家系,经过表型鉴定,共得到32个叶片颜色存在分离的F4家系,利用RLL1~4基因相关的分子标记检测,发现Q54家系为四个位点纯合,但是叶色存在分离的群体(叶深红与叶浅红的分离比≈3∶1),表明该家系的叶片颜色差异由新的单个叶片颜色基因控制的,利用BSR-Seq的方法,定位该分离群体的叶片颜色控制基因。
  将25株浅红植株和25株深红植株分别混成一个极端表型池,取相同样品混池提取RNA,进行RNA测序。分析测序数据发现,在9号染色体的63Mb~69Mb区域内,等位基因频率具有显著差异,推测控制生菜叶片红色深浅的基因位于此区域内。进一步开发CAPS和SNP分子标记,筛选交换单株,最终将候选基因定位在9号染色体的63.898Mb~64.256Mb区域内,约357.5Kb。对该区段的基因注释分析,发现该区段内有三个与花青素相关的基因,进一步比较三个基因在两个亲本中的序列差异和表达量差异,最终将编码WD40蛋白的基因确定为候选基因候选基因,命名为RLL5。在亲本中RLL5基因存在两处碱基的突变,均发生在保守结构域,第402bp(即第134个氨基酸)处单个碱基的突变导致氨基酸发生突变(缬氨酸变成天冬氨酸),使得RLL5基因功能缺失。
  比较深红色生菜与浅红色生菜叶片花青素合成相关基因的表达量,发现在深红色生菜叶片中,花青素合成相关基因的表达量明显升高,RLL5基因的表达量没有明显差异。对两种颜色的生菜叶片中花青苷类化合物的种类及含量进行测定,显示深红色生菜叶片至少存在19种花青素类化合物,它们的含量均高于浅红色生菜叶片,这使得深红色生菜叶片中花青素的总量增多,显示深红色的表型。通过营养物质含量的比较,发现深红色叶片生菜的品质高于浅红色叶片的生菜。
  同时,对M9×S1F2代分离群体进行遗传分析,发现该群体叶片颜色也存在分离(深红色叶与浅红色叶),而且实验室已经克隆的上述五个生菜叶片颜色调控位点并不能解释M9×S1群体叶片颜色的差异,统计结果显示该群体叶深红与叶浅红的分离比≈3∶1,这表明该家系还存在一个新的红色叶片控制基因。同样利用极端混池测序的方法进行分析,发现在1号染色体的69Mb~213Mb区域内等位基因频率具有显著差异,我们推断该区域内存在调控生菜叶片红色深浅的位点。通过开发CAPS和SNP分子标记,筛选交换单株,将候选基因定位在73.58Mb~213Mb区域内,由于该区段内没有合适的分子标记,只能将基因定位这一区域。
  克隆生菜中花青素合成相关的基因,将有助于培育花青素含量丰富的生菜,阐明生菜中花青素合成途径以及花青素在生菜中积累的分子机制。
[硕士论文] 鲁飘飘
植物营养学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:合理施用氮肥是提高油菜产量和氮肥利用率的关键,油菜生长过程中需要吸收大量的氮素,但油菜的氮肥利用率往往较低,目前我国冬油菜主产区的平均氮肥利用率仅为34.2%。一般而言,作物杂交种在产量上具有明显优势,但在氮素吸收和利用上是否也具有杂种优势则并不明确。为了探究杂交油菜在氮素利用方面的优势,挖掘油菜氮肥高效利用的潜力,本文以中油杂12及其亲本为研究材料,通过三年的田间试验,分析了不同氮肥用量对其产量、产量构成因子、干物质和氮素积累的影响,明确了杂交油菜在氮素利用方面的潜力,并从氮素转运以及光合生理的差异两个角度初步剖析了其氮素高效利用的机制。主要研究结果如下:
  1氮肥施用显著提高了杂交油菜及其亲本的产量、产量构成因子、干物质量和氮积累量。中油杂12相对于父本和母本具有更高的产量潜力,其产量平台平均分别为2855kg/hm2、2303kg/hm2和2039kg/hm2。中油杂12的单株角果数显著高于其亲本,千粒重则显著高于其父本,与母本无显著性差异。
  2随氮肥用量的增加,杂交油菜及其亲本氮肥利用率下降,氮肥表观利用率表现为中油杂12>父本>母本,差异显著;氮肥生理利用率则表现为中油杂12显著高于母本,与父本无显著性差异。中油杂12、父本和母本达到平台产量分别平均需要227.3kg/hm2、180.4kg/hm2和217.0kg/hm2氮肥,中油杂12达到其亲本的平台产量时,相对其父本和母本分别平均节省了21.7kg/hm2和90.9kg/hm2的氮肥用量。氮积累量表现为中油杂12>父本>母本,差异显著。说明杂交油菜可以在低氮肥投入的情况下充分利用吸收的氮素,获得更高的产量和氮肥利用率。
  3中油杂12之所以具有更高的氮肥利用率是由于其具有更强的氮素吸收和转运能力。施用氮肥能显著提高油菜茎、叶和根向角果中的氮转运量以及结实器官的花后氮积累量。中油杂12及其父本和母本成熟期氮积累量分别有69.8%~82.3%、62.1%~82.4%和65.0%~87.6%来自花前积累不施氮情况下,中油杂12各营养器官的氮素转运量均显著高于其亲本;中油杂12的花后氮积累量和茎秆氮转运率均显著高于母本,与父本无显著性差异;叶片和根的氮转运率表现为中油杂12显著高于父本,与母本无显著性差异。杂交油菜相对于其亲本具有更强的氮素吸收和转运的能力,因此杂交油菜在氮肥利用效率上表现出了明显的杂种优势。
  4与亲本相比,中油杂12的光合氮效率明显高于亲本。氮肥用量不超过180kg/hm2时,增施氮肥能显著提高油菜苗期叶片的净光合速率,减小油菜叶片热耗散,降低油菜冠层温度。中油杂12和父本的净光合速率和光合氮效率显著高于母本。除此之外,中油杂12相对于其亲本具有更好的吸收利用光能的潜力和光保护能力,因此能够在有限的氮素供应下获得更高的光合效率,达到更大的产量。
[硕士论文] 袁利
农产品加工及贮藏工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:花青素是一类广泛存在于植物中的天然色素,它赋予植物从粉、红、紫到蓝色的色调,并呈现出多种生理功效。但自然状态下的花青素非常不稳定,易受光照、温度、pH的影响发生降解。而酰基化修饰的花青素具有较强的稳定性和抗氧化活性,因此可作为一种潜在的食品添加剂。
  紫甘蓝(Brassica oleracea L.var.eapitata f.rubra DC.)是大宗蔬菜中鲜有的富含花青素的品种。其色泽鲜艳,口感清脆,被用于鲜切蔬菜而广泛食用。Ultraviolet C(UV-C)是生鲜即食蔬菜的重要的非热杀菌技术,同时UV-C处理还能延缓果蔬的衰老、腐烂,促进生物活性成分的积累,提高抗氧化活性。本文以鲜切紫甘蓝为材料,探究UV-C对鲜切紫甘蓝花青素组分、花青素合成以及抗氧化活性的影响,在此基础上,克隆花青素酰基转移酶基因,阐明UV-C调控花青素合成的机理。
  研究结果如下:
  (1)收集代表性的37个品种紫甘蓝,对其色泽和花青素组分进行系统分析,结果表明紫甘蓝色泽存在显著差异,共分离出18种花青素,均为矢车菊素的衍生物。综合以上实验结果选择花青素含量最高,且大多被酰基化修饰,组分简单的27号品种为下一步实验材料。
  (2)分别用0、1.0、3.0、5.0kJ/m UV-C处理鲜切紫甘蓝(27号品种),4℃贮藏1、4、8、12天。相比较对照,UV-C处理组具有四种新的花青素组分,即Cy-3-O-glucoside-5-O-glucoside(Cy3G5G)、Cy-3-O-(p-coumaroyl)-diglucoside-5-O-glucoside(Cy3pCdiG5G)、Cy-3-O-(feruloyl)-glucoside-5-O-glucoside(Cy3(fe)G5G)、Cy-3-O-(sinapoyl)-glucoside-5-O-glucoside(Cy3(si)G5G)。
  (3)1.0kJ/m2和3.0kJ/m2UV-C处理能显著增加总花青素含量,但在贮藏过程中1.0kJ/m2处理组花青素含量逐渐下降,而3.0kJ/m处理组在贮藏8天后花青素含量达到最大值。对于单个花青素,Cy3G5G、Cy3(fe)G5G、Cy3(si)G5G随着辐照剂量的增加而增加,而Cy-3-O-diglucoside-5-O-glucoside、Cy-3-O-(feru1oyl)-triglucoside-5-O-glucoside、Cy-3-O-(sinapoyl)-triglucoside-5-O-glucoside和Cy-3-O-(sinapoyl)-diglucoside-5-O-glucoside降低。
  (4)UV-C处理可提高鲜切紫甘蓝的抗氧化活性。3.0kJ/m2处理组抗氧化活性显著高于对照组。1.0kJ/m2处理也能使紫甘蓝的抗氧化性增加但是增幅低于3.0kJ/m2处理组,而5.0kJ/m处理组抗氧化活性出现轻微的降低趋势,但不显著。
  (5)UV-C处理使花青素结构基因和转录因子的表达量上调(DFR、ANS和TT8以外),大部分结构基因的表达量在贮藏12天后达到最大值。几乎所有基因对3.0kJ/m2处理的响应最显著。其中3.0kJ/m2处理组贮藏第1天GT和PAP1的表达量分别上调了20和28倍。
  (6)克隆出的紫甘蓝花青素酰基转移酶基因(BoSCPL),为一个完整的开放阅读框,生物信息学分析认为它属于典型的丝氨酸羧肽酶家族,具有花青素酰基转移酶功能。
  综上所述,UV-C处理能增加花青素的种类与含量,提高鲜切紫甘蓝的抗氧化活性,并且上调花青素的结构基因和转录因子的表达量,其中3.0kJ/m2为最合适的辐照剂量。
[硕士论文] 朱明钊
蔬菜学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:白菜根肿病是主要危害十字花科作物的世界性土传病害,近年来其在我国的发病面积日益增加,危害十分严重。选育抗病品种是防治根肿病最为有效的方法之一。本研究通过接种鉴定获得了多份抗病材料;利用分子标记技术对材料的抗性基因进行鉴定;利用含有不同抗病基因材料杂交获得具有多抗病基因聚合的材料;利用QTL-seq技术对高抗芜菁的抗病基因进行定位。主要结果如下:
  1.实验并建立了高效准确的接种鉴定方法。利用来自辽宁、云南和河南的3个根肿菌生理小种通过浸根法对52份材料进行了室内人工接种鉴定,21份材料表现抗病。
  2.利用已报道的与10个抗根肿病基因连锁的22个分子标记,对121份白菜材料进行标记鉴定,获得10个可用的分子标记;综合52份材料的接种鉴定和标记鉴定结果发现,基因CRa和CRc对根肿菌M01和M02具有特异抗性,基因Crr3对根肿菌M03具有特异抗性;用22份亲本材料配置111份杂交组合,对所有杂交组合进行分子标记鉴定,获得45份聚合有两个抗病基因的组合,21份聚合有3个抗病基因的组合和1份聚合有4个抗病基因的组合。对其中28份杂交组合进行接种鉴定,共得到14份抗病组合;其中,13份组合对根肿菌M01和M02表现出抗性,1份组合对根肿菌M01和M03表现出抗性。
  3.以高抗根肿病的欧洲芜菁877与高感病白菜255杂交,构建F2分离群体。对亲本、F1及F2单株进行抗病性鉴定,结果显示抗病亲本和感病亲本对3个根肿病菌株均分别表现抗病和感病,F1表现为抗病。对F2群体进行抗病性鉴定并建立极端抗病池和感病池,利用QTL-seq技术,对抗感病池及双亲进行重测序,通过SNP index分析,在A03染色体和A08染色体找到两个与抗病相关的位点。利用重测序SNP分型信息及白菜基因组注释信息,发现有17个非同义突变位点来源于14个候选基因,其中3个候选基因功能未知。
  综上所述,本试验通过接种鉴定方法筛选得到多份抗源材料;通过杂交实现了多个抗病基因的聚合;利用QTL-seq技术对一份材料中的抗病基因进行了初定位。
[硕士论文] 肖志亮
园艺 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:杂种致死是指亲本正常生长,而杂交种出现萎蔫、黄化、植株矮小,甚至死亡的现象,它属于一种合子后生殖隔离,对于物种进化具有重要意义。
  基于前人研究,对杂种致死基因BoHL1和BoHL2进行精细定位。并对定位区段内的基因进行候选基因分析,为实现甘蓝杂种致死基因的克隆和功能分析奠定基础。研究结果如下:
  1.甘蓝杂种致死基因的精细定位
  BoHL1精细定位:通过三元杂交方式(09-211×87-534)×09-222构建了5个大分离群体,利用InDel和SSR标记,将BoHL1定位在标记X594和X538之间,物理距离为70Kb。利用KASP标记将BoHL1进一步定位在K102和K107之间,遗传距离分别为0.04cM和0.01cM,物理距离为56Kb(C1:42801015-42857181)。
  BoHL2精细定位:基于前人定位结果,在HL234和HL235之间继续设计InDel标记,获得3个多态性标记,将BoHL2定位在L613和L618之间,物理距离为31Kb。利用KASP标记将BoHL2进一步定位在K201和L625之间,遗传距离分别是0.1cM和0.1cM,物理距离为27Kb(C4:46366966-46393632)。
  2.甘蓝杂种致死候选基因分析
  根据TO1000基因组的注释,BoHL1定位区段内包含17个基因,BoHL2定位区段内包含5个基因。通过基因功能注释分析、重测序数据和转录组测序数据,结合qRT-PCR以及基因扩增,我们将BoHL1定位区段内的Bolg153250、Bolg153270、Bolg153280、Bolg153320、Bolg153330、Bolg153380、Bolg153400作为BoHL的候选基因;BoHL2定位区段内的Bo4g173750、Bo4g17380、Bo4g173790作为BoH1L2的候选基因。其中基因Bolg153320、Bo1g153380、Bo4g17380不仅在功能上可能与杂种致死相关,且存在序列和表达差异,因此将其列为重点候选基因。
  3.杂种致死材料筛选鉴定
  2016-2017年,利用携带杂种致死材料09-211、09-222与其他自交系配制杂种组合,筛选鉴定出11份含杂种致死基因BoHL2的材料。
[硕士论文] 王莹
作物 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:粒重是油菜产量构成因子和育种目标性状之一。在油菜种质资源中,粒重呈现很大的自然变异(千粒重2-8克),其中蕴含着丰富的大粒等位基因。但是,油菜粒重自然变异的调控基因和机制基本上不清楚,这极大的限制了油菜粒重的改良和产量的进一步提高。因此,发掘调控油菜粒重的关键基因并深入研究其分子机理,可以为培育大粒和高产品种提供理论指导和技术支撑。
  本课题前期利用油菜测序品种中双11号和No.73290构建的BnaZNF2群体及相应的F23和F24家系定位到几个可重复的粒重QTL。随后,对F6代粒重极端RIL株系(千粒重<3克和>6克)花后25天的种子混合样进行了转录组测序和表达谱分析。结合QTL定位和基因差异表达分析的结果,在qSW C08置信区间内筛选到一个新的粒重候选基因(Bna085006)。本研究利用拟南芥对Bna085006进行了初步的功能验证,所获得主要研究结果及结论如下:
  1.生物信息学分析结果表明Bna085006和拟南芥JAZ1基因高度同源(氨基酸序列相似度73.23%),编码一个定位于细胞核的转录因子,参与茉莉酸信号途径。JAZ1在白菜(A06,A08和A09各一个)和甘蓝(C05一个,C08两个)中分别有3个拷贝,而在甘蓝型油菜中恰好有6个拷贝。因为Bna085006应该来源于C08染色体,故命名为BnC08.JAZ1-1。
  2.克隆亲本中双11号中BnC08.JAZ1-1基因的CDS序列,构建超表达载体转化拟南芥。和对照相比,T2代十几个转基因阳性株系的粒重显著增加,其中一个增幅在20%左右。细胞学观察表明该株系种子变大的原因是细胞数目显著增多,而细胞大小没有变化。
  3.利用GUS染色分析BnC08.JAZ1-1时空表达模式,发现BnC08JAZ1-1主要在幼嫩花瓣中表达且随着成熟度逐渐降低,而在叶片、茎、角果皮和种子未观察到GUS信号。推测BnC08.JAZ1-1基因的表达水平可能与器官的发育程度有关。
  4.利用35S.目标基因+GFP融合蛋白观察BnC08JAZ1-1在烟草叶片中的亚细胞定位,结果表明BnC08JAZ1-1基因定位在细胞核。
  5对超表达和野生型株系花后15天的种子进行转录组分析,筛选到582个差异表达基因,显著富集于植物-病原互作、泛素介导的水解以及昼夜节律途径。其中,泛素-蛋白酶体降解途径和种子大小调控密切相关。
[硕士论文] 赵运成
作物栽培学与耕作学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:山区油菜发展由于受到地理条件的限制,难以进行大规模机械化操作,导致与机械化紧密结合的密植直播在山区难以实现,同时由于近年来劳动力日益短缺且劳动成本的不断增加,使得油菜生产成本过高,经济效益低下,严重影响了农民的生产积极性,降低了油菜种植面积,以上原因导致山区常规密度下的育苗移栽和密植直播均难以获得较好的经济效益,要改变这一现状,必须改变现有的油菜种植模式,发展新的种植方法,以降低生产成本,提高综合经济效益。本研究以中油杂12和阳光2009为材料,在恩施、宣恩两个山区试验点,研究了稀植移栽(D1,1.2万株/hm2)与常规移栽(D2,12万株/hm2)和密植直播(D3,37.5万株/hm2)之间油菜在生长发育特点及产量构成和经济效益上的差异,同时增加稀植套种试验,探讨稀植套种的增产原理及效益,主要结果如下:
  1.稀植移栽对油菜的生长发育有良好的促进作用。随着密度的降低,油菜个体的生长不再受到限制,株高、茎粗、主茎叶片数、角果皮SPAD值、干物质积累量均表现为稀植油菜高于常规移栽和密植直播,其中以单株干物质积累量差距最明显,成熟期单株干物重最高为1021g,但叶面积指数略低于两常规处理,花期之前,稀植处理下叶面积指数显著低于常规移栽和密植直播,在花期之后三者差距不显著;同时,稀植也可促进分枝数的增加,D1单株有效分枝数最多为85个,分别是D2、D3的5.84倍、10.04倍;D1处理下油菜平均茎粗为36.22mm,分别是D2、D3的1.74倍、2.30倍。对比稀植净作和稀植套种,稀植套种可提高群体的叶面积指数,减少苗期油菜群体的透光率,与净作相比,可减少约18%的透光率,即提高光能截获率,而稀植套种处理下油菜的生长发育进程与净作相比并未受到影响,油菜的株高、茎粗、干物重等差异不显著,即稀植套种在不影响油菜的生长发育的同时能够截获更多的光能,可有效利用光热资源。
  2.稀植移栽可通过提高单株角果数从而提高产量。由于分枝数的增加,稀植移栽油菜单株角果数可达3000个以上,同时主花序角果数增加200~300个,有效分枝高度显著低于其他两处理,导致平均产量为3160.56kg/hm2,比常规移栽和密植直播增产31.26%、26.71%。而对于稀植净作和稀植套种,稀植套种可增加单株总角果数和主序角果数,与稀植净作相比,分别增加了10.2%和16.7%,但千粒重和单株产量略有下降,导致最终产量比稀植净作低127.5kg/hm2,产量差异未达到显著水平。
  3.稀植套种可在稀植移栽高产的基础上进一步提高经济效益。通过对不同种植方式的投入/产出进行分析可得,稀植移栽与常规移栽和密植直播相比可以显著降低生产成本同时增加经济效益。稀植移栽油菜主要减少了人工成本,整个生育期的用工数为100工/hm2,与密植直播和常规移栽相比可分别节省39.5个/hm2、42.5个/hm2,可显著降低生产成本。结合产量效益,稀植移栽油菜的纯收益可达9548.55元/hm2,投入产出比为2.03,显著高于其他两种植方式。对比稀植套种与稀植净作,稀植套种所耗费的人工成本比稀植净作多4500元/hm2,套种生产成本高于净作。由于套种可收获一季芜菁,且不影响收获后油菜的生长,使得稀植套种的最终经济效益高于净作,增收4462.2元/hm2。因此,与常规育苗移栽和直播相比,稀植移栽能够降低油菜生产投入、提高经济效益,缓解移栽期劳动力不足,同时,稀植套种其经济效益远高于稀植净作,在山区有一定的推广价值。
[硕士论文] 刘波
蔬菜学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:胡萝卜的瓣化型雄性不育系是胡萝卜杂交育种过程中的主要应用类型,具有重要的应用价值。其不育性是由于花发育过程中雄蕊转变为花瓣状结构引起的,因此瓣化型CMS不仅是研究核质互作的理想材料,也是研究花的同源异型转变的重要材料。然而长期以来对瓣化型CMS的发生机制的研究主要集中于线粒体基因,对核上基因的研究较少并且没有从整体水平上研究CMS的形成机理,到目前为止CMS产生的分子机制仍不明确。本研究以胡萝卜瓣化型CMS系(P2S)及其保持系(P2M)为材料,首先利用扫描电镜对处于不同发育时期(T1-T4)的P2S和P2M的花序发育过程进行形态学观察分析,然后对处于四个花发育时期的不育系及保持系进行转录组分析,从整体上对胡萝卜瓣化型CMS产生的原因进行初步解析。
  扫描电镜观察结果表明:T1时期,茎尖组织中央萌发出一个顶端分生组织;T2时期,内部萌发有小花原基的未成熟的小花序在总花序外围出现,并且总花序的中间依然存在大量的小花序原基;T3时期,小花序逐渐发育成熟,并且在小花序内部萌发出大量花原基;T4时期,小花序内部的小花原基发育成未成熟的小花。
  经过Illumina测序,总共获得了426,863,333条高质量的双端clean reads,每个cDNA文库表达的基因在23621到26200之间。同时获得2838个差异表达基因,其中在不育系中有1495个基因显著下调,1343个基因显著上调。相比于不育系,分别有217、470、1355、796个基因在处于T1、T2、T3和T4时期的保持系中差异表达。大量的差异表达基因参与内质网蛋白加工、植物激素信号转导和苯丙素生物合成途径。21个参与植物激素信号转导和22个参与苯丙素和类黄酮生物合成途径的差异表达基因在T3时期的不育系中表达显著下调。此外,12个参与氧化磷酸化过程的线粒体基因包括5个ATP合酶、4个细胞色素c氧化酶以及3个NADH脱氢酶基因在T3时期的不育系中呈低水平表达,显著低于保持系中表达水平。不育系中13个PPR蛋白相关基因在T2时期表达量显著低于保持系的表达量,但是其中9个差异基因在T3时期表达量显著上调并且超过保持系的表达量。相似地,22个参与内质网蛋白加工通路的热激蛋白相关基因在T2-T4时期不育系中的表达显著上调。同时我们还发现9个花器官发育相关的MADS-box基因在不育系和保持系之间差异表达,其中DcP、DcAGL-1、DcAGL-2和DcAGL-3在T2时期不育系中表达量显著低于保持系中的表达量,可能是导致雄蕊转变为花瓣状结构的关键原因。然而从T2到T3时期,9个MADS-box基因的表达量突然上升并超过保持系中的表达量。该现象与PPR相关蛋白基因以及热激蛋白基因在T3时期的表达趋势相一致。
[硕士论文] 李志远
蔬菜学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:结球甘蓝(Brassica oleraceaL.var.capitata)简称甘蓝,是芸薹属的一种重要蔬菜,在我国各地广泛栽培。近年来,市场上的甘蓝品种不断增多,种植面积不断增大。但是,在种子市场上同名异物及同物异名的情况时有发生,甚至一些不合格种子混入市场,造成巨大的经济损失。因此,构建DNA指纹图谱,实现对品种的快速准确鉴定,对于假种辨别和产权纠纷具有重要作用。甘蓝是典型的异花授粉作物,杂种优势十分明显,通过选育自交系配制杂交组合是杂种优势利用的主要途径。而如何进行自交系间的组配,显得至关重要,目前主要依赖于育种家的经验及表型特征或地理来源,因此迫切需要从分子水平上初步划分甘蓝优势群,为育种家利用杂种优势提供科学指导,并提高组合配制效率。
  本研究对50份甘蓝自交系进行重测序,开发SNP标记。挑选一部分SNP标记转化为KASP标记,对主要甘蓝品种及自交系进行基因分型检测,根据分型数据构建主要甘蓝品种的DNA指纹图谱并划分甘蓝自交系的杂种优势群。主要研究结果如下:
  1.甘蓝全基因组KASP标记开发
  采用Illumina Hi-Seq2500平台对50个甘蓝高代自交系进行全基因组重测序,将重测序数据与参考基因组02-12进行比对,共筛选获得2.54×106个SNPs。在全部SNP中筛选多态性介于40%~60%、未测通材料数<20、在9条染色体均匀分布、位点前后各50bp不存在其他变异,最终获得500个SNP位点。并将其转化为KASP标记,其中442个成功转化,转化成功率88.4%。在每条染色体中随机挑选1个标记,利用KASP平台对96个甘蓝自交系材料进行基因分型,9个标记全部分型成功。结果表明,开发的KASP标记的分型效果较好,可用于下一步试验。
  2.基于KASP标记构建甘蓝主要品种的DNA指纹图谱
  利用甘蓝全基因组开发的KASP标记,对59个主要甘蓝品种进行分型。在442个标记中,有25个标记的未分型材料数>5,为保证结果准确性,在后续分析中将这25个标记去除。根据基因分型结果,筛选多态性信息含量>0.35、无基因型数据缺失、在9条染色体上均匀分布的50个SNP位点作为核心标记,构建甘蓝品种指纹图谱。通过人工构建模拟群体进行验证,结果表明利用50个核心SNP标记构建的DNA指纹图谱可实现对甘蓝品种真实性和特异性的有效鉴定。
  3.利用KASP标记进行甘蓝自交系杂种优势群初步划分
  根据栽培茬口的不同,可将246个甘蓝自交系分为春甘蓝、秋甘蓝、越冬甘蓝三种类型。其中,春甘蓝包含77份材料,秋甘蓝包含72份材料,越冬甘蓝包含97份材料。基于甘蓝自交系的SNP标记分型结果,对不同栽培茬口的自交系进行遗传相似性分析及聚类分析,并结合系谱关系进行优势群的划分。结果显示,春甘蓝划分为7个优势群、秋甘蓝划分为6个优势群、越冬甘蓝划分为5个优势群。为验证杂种优势群划分的准确性,对上述部分自交系选配的50个优良杂交组合的双亲进行分析,除越冬甘蓝中‘嘉丽-绿×嘉丽-灰’组合为亚群内杂交外,剩余组合均为群间或亚群间杂交,这说明杂种优势群的划分较为合理。由此我们认为尽量选择群间或亚群间亲本材料进行组配,这将为杂交组合的科学配制提供依据,提高甘蓝杂种优势利用效率。
[硕士论文] 崔轶男
蔬菜学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:十字花科芸薹属中的白菜、甘蓝及其远缘杂交后代是重要的蔬菜或油用作物。随着测序和组装等技术的日益进步,白菜和甘蓝的全基因组测序和基因注释相继完成,为芸薹属植物的生物学研究提供了重要基础。旁系同源基因是指同一基因组(或同系物种的基因组)中,由于祖先基因加倍等过程而横向产生的几个同源基因。植物间的远缘杂交造成物种内出现大量的旁系同源基因。目前,植物远缘杂交后代旁系同源基因的表达调控机制尚未得到解析。近年来,有研究显示旁系同源基因之间的DNA序列高度相似,但是其表达水平却存在差异,相关机制还不清楚,表观遗传修饰可能发挥了重要作用。本研究主要对白菜与甘蓝远缘杂交后代中,表观遗传修饰与旁系同源基因差异表达的关系进行了系统分析。
  研究选取白菜品种Chiifu和甘蓝品种金早生(JZS)进行远缘杂交。利用胚挽救技术得到异源二倍体(allodiploid,AD1)后,又采用秋水仙素加倍的方法得到了异源四倍体(allotetraploid,AT1)。根据基因间的线性关系确定了AD1和AT1中的旁系同源基因,并以“two-fold原则”为筛选条件,获得了差异表达的旁系同源基因对。最终以转座子、24-nt sRNA和三种类型的甲基化(CpG、CHG和CHH)为研究重点,对表观遗传修饰与旁系同源基因差异表达的相关关系进行了研究。主要结果如下
  1、对白菜、甘蓝及其杂交后代AD1和AT1的转座子分布进行研究时发现,在全基因组水平,基因内部及其上下游临近区域转座子的密度与基因表达呈负相关,并且基因上游1kb至下游1kb与基因表达的相关性最大,在此定义基因上游1kb和基因下游1kb为基因上下游区域。
  2、在对杂交后代(AD1和AT1)的研究中发现,旁系同源基因上下游区域的转座子密度与其基因差异表达无关;但是基因区的转座子密度与旁系同源基因的差异表达具有负相关性。
  3、发现在AD1和AT1的基因上下游区域和基因区域的24-nt sRNA水平与旁系同源基因之间的差异表达不相关。在对24-nt sRNA靶向转座子的水平进行分析时发现,其与旁系同源基因的差异表达无明显关系。
  4、在基因上下游区域,无论是在AD1还是AT1中,3种类型的DNA甲基化(CpG、CHG和CHH)水平及转座子的DNA甲基化水平都与旁系同源基因之间的差异表达无关,而在基因区,差异表达的旁系同源基因的表达水平越低,其CHG和CHH类型的甲基化水平越高。对转座子的DNA甲基化水平研究时发现,基因区中,转座子的CHG和CHH类型DNA甲基化与旁系同源基因的差异表达呈负相关。
  总而言之,在白菜和甘蓝远缘杂交的后代(AD1和AT1)中,旁系同源基因的上下游区域,转座子、24-nt sRNA、24-nt sRNA靶向转座子、DNA甲基化和转座子的甲基化均与其差异表达无关,在基因区,转座子的密度、CHG类型DNA甲基化、CHH类型DNA甲基化、转座子的CHG和CHH类型DNA甲基化均与旁系同源基因的差异表达呈负相关。
[硕士论文] 陈义浦
农业水土工程 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:我国苏南地区地势低平,降雨丰沛,土壤水分过多,地下水位偏高,蔬菜作物生长易受涝渍灾害威胁,导致减产及品质退化。因此,开展蔬菜作物耐淹特性试验,研究控制排水上限指标,对保障蔬菜作物高产稳产具有非常重要的意义。本文选取苏南地区对农田水分较为敏感的苏州青、黄瓜以及青椒三种蔬菜作物作为供试品种,在其采收初期以不同淹水深度和淹水历时组合处理分别进行盆栽模拟试验及测坑试验,探明三种受淹蔬菜在成熟时期的生长性状和产量损失规律及其耐淹特性,研究蔬菜作物排水管理指标,取得以下主要结果:
  (1)由苏南地区气象资料统计分析得到,该地短历时强降雨或连续性降雨频发。蔬菜作物在采收初期阶段(3~4月、4~5月、5月至6月中旬、6月下旬至8月这四个时间段)遭受不少于2次涝渍相随过程的降雨重现期依次为6.3、2.4、2.9及1.3年。
  (2)淹水超过12h的苏州青株高呈现升高-降低-回升的变化趋势,作物开花期提前,茎部迅速抬高;淹水不超过12h的苏州青与黄瓜的株高均呈现上升趋势,增幅较缓,青椒株高则停滞不长;与对照相比,涝渍胁迫显著降低了三种蔬菜的株高,且随着淹水深度和历时的增加,抑制作用越显著。
  (3)淹水显著抑制了蔬菜作物叶绿素的形成。苏州青淹水-排水后叶绿素先升后降,淹水6h的处理最终叶绿素略有增加,其余叶绿素均下降,降幅为0.47%~26.21%,与对照相比,差异显著。淹水10cm的处理与5cm处理相比,叶绿素降幅不明显;淹水15cm的黄瓜、青椒各处理叶绿素初期下降快,后期趋于稳定,与对照相比,差异显著,其中淹水48h的处理降幅最大。
  (4)涝渍条件下,苏州青根系生长与干物质形成均受抑制作用,影响的显著性表现为干物重>根长>根粗,根长随淹水胁迫程度加深呈下降趋势,相同淹水历时,不同深度处理之间差异不显著;各处理根粗无显著差异。淹水较长的处理次生根数量及活性降低。
  (5)涝渍胁迫均会对苏州青产量造成损失,淹水历时愈长深度越大,减产率愈高,淹水历时对产量影响更显著;淹水历时相同时,减产率随深度增大而上升,但差异不显著;淹水深度15cm,淹水历时为12h、24h、48h时,黄瓜、青椒产量损失26.7%~76.3%、35.5%~63.3%,表明黄瓜、青椒耐淹能力相似,对水分胁迫都十分敏感。
  (6)为保证蔬菜作物免受涝渍影响,以最大淹水深度10cm、淹水历时12h为苏南地区蔬菜地排涝保收临界值,12h内排除蔬菜地地表积水,在蔬菜渍害敏感期内,降渍渗漏强度为10~50mm/d,排水工程保证3~4d内将地下水降至田面以下40~60cm。
  (7)黄瓜(JY13)和青椒(SJ16)相对产量Ry与涝渍组合超标准累计水深(SFEWx)之间呈显著的线性负相关关系,若以作物减产幅度不超过30%作为选择排水控制指标的依据,采收初期黄瓜与青椒理想的排水控制指标SFEW30分别为107.1cm·d、88.2cm·d。
[硕士论文] 唐灵云
土壤学 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:铜基叶面肥(Copper-based foliar fertilizer)是由山东农业大学土肥资源高效利用国家工程实验室研制的具有杀菌和营养双重功效的产品。本文在氢氧化铜的基础上,添加硒(Se)、碘(I)元素及配方助剂,研制出含硒(CBFF-Se)、碘(CBFF-I)的铜基叶面肥,同时按照联合国粮农组织(UN/FAO)和我国可湿性粉剂质量标准对产品的悬浮性能等相关指标进行了评价。
  本文以喷施清水(CK)、传统波尔多液(BDM)为对照,选取普通铜基叶面肥(CBFF)、含硒铜基叶面肥(CBFF-Se)、含碘化钾铜基叶面肥(CBFF-KI)、含碘酸钾铜基叶面肥(CBFF-KIO)四种铜基叶面肥,设置1 g/L及2 g/L两种浓度,利用1季的盆栽试验,研究了喷施不同种类及不同浓度铜基叶面肥对萝卜产量、农艺指标、品质、植株养分含量及对土壤微量元素含量的影响;通过2季的小区试验研究了喷施不同种类及浓度铜基叶面肥对生菜产量、品质、植株养分含量、叶片光合荧光特性、植株养分含量及对土壤微量元素含量的影响,为生产富硒、富碘蔬菜提供理论依据。主要研究结果如下:
  1.利用实验室用砂磨机制备普通铜基叶面肥、含硒铜基叶面肥、含碘化钾铜基叶面肥、含碘酸钾铜基叶面肥四种产品,其粒径、pH、悬浮率、润湿性、起泡性、流动性、热贮稳定性均符合联合国粮农组织(UN/FAO)和我国可湿性粉剂质量标准的要求。四种产品以含碘化钾铜基叶面肥性能最好,其D50为5.71μm,D97为13.33μm,比表面积为1100.45 m2/kg,pH为8.72,悬浮率为72.88%。
  2.喷施1 g/L含硒铜基叶面肥较清水处理显著提高萝卜的地下部鲜重、肉质根横径粗及叶片数分别为53.66%、23.01%及24.07%。喷施2 g/L普通铜基叶面肥及2 g/L含碘化钾铜基叶面肥均可显著提高萝卜地下部干物质分别为40.77%、39.87%。2015年喷施1g/L含硒铜基叶面肥生菜地上部鲜重较CK显著增加28.92%,喷施2 g/L含碘化钾铜基叶面肥及1 g/L含碘酸钾铜基叶面肥生菜地上部鲜重较喷施清水分别显著降低22.47%、22.73%。
  3.喷施铜基叶面肥较传统波尔多液显著降低萝卜地上部、地下部铜含量为55.67%-91.19%、61.57%-91.24%,降低铜毒害。铜基叶面肥能显著提高萝卜地上部中铜含量1.25-3.37倍,其中喷施高浓度铜基叶面肥处理萝卜的铜含量明显比喷施低浓度铜基叶面肥处理高。喷施2g/L含碘化钾铜基叶面肥和1g/L含碘酸钾铜基叶面肥条件下萝卜肉质根可溶性蛋白分别显著提高37.87%、39.26%。2015年,CBFF1、CBFF2、CBFF-Se2、CBFF-KI1处理生菜Vc含量较CK分别显著增加18.52%、58.49%、35.28%、22.20%, CBFF1、CBFF-Se1、CBFF-Se2、CBFF-KI2、CBFF-KIO1处理生菜硝酸盐含量较CK分别显著降低33.30%、49.10%、58.78%、39.08%、30.24%。2016年CBFF-Se2、CBFF-KI2、CBFF-KIO2处理生菜可溶性糖含量较CK分别显著提高29.58%、34.36%、39.24%,提高了生菜品质。
  4.喷施含硒铜基叶面肥后萝卜地上部、地下部硒含量较CK显著提高。喷施浓度为1g/L含硒铜基叶面肥及2g/L含硒铜基叶面肥条件下萝卜地下部硒含量较其它处理分别提高了20.39%-1.27%、48.80%-74.61%。CBFF-Se2处理肉质根中硒含量(鲜重)较CBFF-Se1处理提高23.76%,表明施入高浓度硒元素没有抑制植物对硒的累积。
  5.喷施不同种类铜基叶面肥可以提高碘元素含量。喷施1 g/L含碘化钾及1 g/L含碘酸钾铜基叶面肥条件下萝卜地下部碘含量较喷施清水分别显著提高了44.38%及93.41%。2015年喷施1 g/L含碘化钾铜基叶面肥及2 g/L含碘化钾铜基叶面肥条件下,生菜地上部碘含量较喷施清水分别显著增加127.91%、23.35%,且两种含碘铜基叶面肥不同浓度条件下,生菜地下部碘含量较CK显著增加25.95%-211.41%。2016年喷施含碘铜基叶面肥处理生菜地上部碘含量较清水处理分别显著增加24.71-66.20倍。
  6.萝卜喷施铜基叶面肥处理土壤中有效铜含量较BDM处理土壤铜含量显著降低31.69%-54.89%,减少了土壤铜污染的风险;铜基叶面肥处理土壤中锰含量降低了7.50%-14.23%。2016年生菜喷施铜基叶面肥处理土壤有效锰含量较喷施清水降低16.72%-44.92%。
  7.综合分析喷施不同浓度和种类的含碘铜基叶面肥对萝卜产量、农艺指标、品质、养分含量等的影响,对萝卜喷施1 g/L含硒铜基叶面肥较CK显著提高萝卜硒含量、产量及品质,喷施2g/L含硒铜基叶面肥可以提高萝卜硒含量。喷施1g/L含碘酸钾铜基叶面肥对萝卜的质量无显著性影响但显著提高萝卜肉质根可溶性蛋白及碘含量。对生菜喷施1g/L含硒铜基叶面肥可以提高生菜产量及品质,生菜喷施2g/L含碘化钾铜基叶面肥可以提高生菜碘含量及品质。
[硕士论文] 孙亚玲
蔬菜学 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:洋葱(Allium cepa L.)在分类学上属于天门冬目石蒜科葱亚科葱属(APGIII)蔬菜作物,广泛栽培于世界各地。因其基因组巨大(15,290 Mbp/C),分子生物学基础领域的研究相对薄弱,主要集中在育性、颜色相关基因的分子标记上,而关于洋葱功能基因的研究甚少。果胶甲酯酶[pectin methylesterase,PME]是一类催化果胶复合物中甲酯化的 D-半乳糖醛酸单元去甲酯化的一类细胞壁蛋白,根据其保守的结构域该酶组成了一个巨大的基因家族,在植物不同的生长发育阶段及其不同的生理过程中,通过作用于细胞壁而发挥作用。已有的研究发现,果胶甲酯酶参与了多种生理过程,如果实成熟、器官脱落、小孢子发育和花粉管伸长、种子萌发、抗病性、形成层细胞分化等。
  本试验在研究洋葱育性相关基因差异表达的过程中,发现了一个大小约为350 bp的差异表达片段始终只在可育材料中出现,克隆了其编码序列。蛋白质序列比对显示,该基因表达的蛋白具有果胶甲酯酶结构域,属于果胶甲酯酶超家族成员。本研究以洋葱育性恢复系12-10(S, MsMs)为研究材料,利用基因克隆、序列分析、原核表达、生物活性分析及基因枪技术转化洋葱表皮等方法,从分子生物学实验层面初步证明了洋葱AcPME基因是一个在洋葱花粉发育过程中表达的具有PME蛋白活性的定位于细胞壁或细胞膜的PME蛋白超家族成员。本研究结果如下:
  (1)以洋葱花蕾为试材,通过RACE实验获得了AcPME基因的表达序列;蛋白同源比对与系统进化分析表明,洋葱 PME蛋白与水稻、玉米、高粱等单子叶植物的同源蛋白具有较高的相似性;生物信息学分析表明,AcPME蛋白存在明显的信号肽和跨膜区域(SP/TM)、PMEI结构域和PME结构域,在PME家族分类中属于第一类,即含有一个长 N末端前区域(pro-region);AcPME蛋白三维结构模式图显示了该蛋白具有一个明显的凹沟,4个结合位点氨基酸残基(T423、Q453、R565和W567),2个活性位点氨基酸残基(D476和D497)。
  (2)成功构建了 pGEX4T-1-PME和 pET24a-PMEI原核表达载体,并在大肠杆菌BL21(DE3)菌株中进行了表达条件的优化,确定了pGEX4T-1-PME表达条件为17℃,0.3 mM IPTG诱导4 h;pET24a-PMEI蛋白表达条件为37℃,0.1 mM IPTG诱导4 h。SDS-PAGE电泳检测明确了重组蛋白的存在形式,原核表达蛋白pGEX4T-1-PME为可溶性蛋白,而 pET24a-PMEI蛋白则以包涵体形式存在;表达蛋白对应的分子量分别约为61.73 kD和24.67 kD,与目的蛋白预期大小相符。
  (3)利用GST-tag纯化柱对pGEX4T-1-PME表达产物纯化了目的蛋白,同时利用His-tag纯化柱采用柱上复性的方法纯化了目的蛋白pET24a-PMEI,获得了GST-PME和PMEI-6×His纯化蛋白。
  (4)生物活性分析表明pGEX4T-1-PME(PME)具有明显的PME活性;pET24a-PMEI(PMEI)能够抑制自身蛋白PME的活性,而不能抑制外源蛋白P5400的活性。
  (5)利用 pUC19载体和 AcGFP(Clontech)绿色荧光蛋白基因,成功构建了pUC19-35S-AcPME-AcGFP亚细胞定位载体,并以pUC19-35S-AcGFP载体为阳性对照,利用基因枪轰击洋葱表皮方法进行亚细胞定位,在荧光显微镜下观察发现AcPME融合蛋白定位于细胞膜或细胞壁中,初步证明了该蛋白是一种作用于细胞膜或细胞壁蛋白。
[硕士论文] 孙晨晨
蔬菜学 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:本文以‘菊锦’为试材,利用LED光源调节光质,设白光:红光=4:1(WR);白光:蓝光=4:1(WB);白光:绿光=4:1(WG);白:黄=4:1(WY)和白光(W)5个处理,以白光处理作对照(CK),研究大白菜的光质需求特性,并在此基础上通过有色膜覆盖栽培,研究有色膜对大白菜生理特性、产量及品质的影响。主要结果如下:
  1.光质对大白菜植株生长影响较大,WR处理的叶面积和干物质量显著大于CK,而WG和WY处理的明显小于CK,WB处理的与CK差异不显著。WR和WB处理的比叶重最高,且明显大于CK,其他处理与CK差异不显著;WR的叶幅也显著高于CK, WY处理的明显低于CK,WB和WG处理的与CK差异不显著。
  2.与CK相比,WR处理大白菜叶片的色素含量、净光合速率(Pn)、表观量子效率(AQY)、羧化效率(CE)、光下实际光化学效率(ΦPSⅡ)及光合作用高温补偿点显著增加,核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(RuBPCase)、景天庚酮糖1,7-二磷酸酯酶(SBPase)、果糖-1,6-二磷酸酯酶(FBPase)和转酮酶(TK)活性明显提高,叶绿素a/b和低温补偿点有所降低;WB处理的 Pn、AQY、CE、ΦPSⅡ及光合酶活性多与 CK差异不显著;而WY和WG处理的色素含量、Pn、气孔导度(Gs)、AQY、CE、光合酶活性及高温补偿点均显著降低,叶绿素a/b和低温补偿点增加。说明增加红光比例可在一定程度上提高大白菜的光合能力和对弱光的利用效率,对高、低温的耐受性也有所增强;增加黄光和绿光比例则会引起气孔关闭,光合功能下降,对高、低温的耐性减弱。
  3.有色膜覆盖降低了可见光(400~700 nm)的透射比例,而远红光和近红光的透射比例明显增加。在400~700 nm可见光波段,红膜覆盖的棚内长波段光的比例明显增加,蓝膜覆盖的短波段光的比例明显增加;紫膜覆盖的短波段光比例降低,而长波段光变化不大;绿膜覆盖的长波段光比例减小,而短波段光无明显变化。
  4.低温(2月下旬~3月初)和高温(4月下旬~5月初)条件下,紫膜覆盖的大白菜MDA含量最低,红膜和蓝膜覆盖的其次,绿膜覆盖的最低;SOD、POD、CAT、GR和APX活性及GSH和AsA以紫膜覆盖的最高,且显著高于CK,红膜覆盖的SOD、POD、GR和APX也明显高于CK,但CAT和GSH活性及AsA含量与CK差异不显著;蓝膜处理的抗氧化酶活性和抗氧化物质含量前期保持较高水平,而后期较明显低于 CK;绿膜处理的抗氧化酶活性及GSH和AsA在整个生育期均低于CK。
  5.在相同光量子密度(PFD)下,紫膜覆盖大白菜的叶面积、干物质量和比叶重最高,生物产量和经济产量分别较无色膜的增加10.8%和15.1%,紫膜可使大白菜的可溶性糖、Vc和游离氨基酸含量明显提高,综合品质较优。
  6.透光率65%~77%的紫膜覆盖大白菜的Pn较高,软腐病发病率和发病指数较低,生长量大,产量高,品质好,可作为春大白菜栽培的专用棚膜在生产中推广应用。
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