摘要：我国农业种植面积广大，而且一直都是农民凭借经验进行人工灌溉，故用于灌溉的水资源消耗一直很大。随着近几年环境的恶化，大部分地区的小河、水井等都已经干枯，所以提高水资源的利用率、加快转变农业的发展方式迫在眉睫。国家也一直在号召农业现代化，随着国家政策的推出，越来越多的技术被逐渐地应用在农业上，比如智能控制、物联网技术、云计算等。针对目前的形式，本文以小麦田为例，设计了一套基于物联网的小麦智能灌溉系统。
　　基于物联网的小麦智能灌溉系统主要包括四部分:下位机的终端监控设备模块、网关模块、上位机的智能灌溉决策模型和交互界面。终端监控设备用于监测小麦的环境参数和控制电磁阀的开关，该部分主要完成了ZigBee芯片、各类传感器和电源模块的软硬件设计。网关模块是整个智能灌溉系统的协议转换设备，它将来自终端监控模块的数据包进行分析、压缩和融合后，利用4G网络传输到上位机，此部分主要是ZigBee、处理器、4G模块的硬件电路设计和网关处理数据的软件工作流程设计。上位机的智能灌溉决策模型主要包括规则模型和数学模型，规则模型是根据小麦灌溉管理的专家知识和种植人员的经验设计的，数学模型是利用彭曼公式和水平衡方程对小麦需水量和所需灌溉量进行的建模，这两种模型均可对小麦的灌溉进行预报和决策，从而达到节水灌溉的目的。最后设计了可实时显示的监控界面，将采集的信息和灌溉决策更直观的展现给用户。
　　本文设计的基于物联网的小麦智能灌溉系统以ZigBee技术和4G技术相结合的方式实现无线传输，解决了有线传输中布线麻烦、不易维修等问题。同时，该系统的智能灌溉决策模型给出了两种基于不同的灌溉策略下的灌溉决策方法，提高了小麦智能灌溉的准确性，为小麦节水灌溉提供了参考，具有一定的实际意义。

摘要：玉米百粒重是影响产量的重要因子之一，解析玉米籽粒百粒重主效QTL/基因的遗传机制是进一步提高玉米产量的重要途径。染色体片段代换系(CSSLs)是进行产量等复杂数量性状QTL鉴定、克隆的理想材料。本研究以玉米自交系吉1037为供体，Ye478为受体构建了染色体片段代换系材料H15-6-2，通过多年多点试验对玉米百粒重主效QTL进行鉴定，结合亲本材料在籽粒授粉后11DAP的转录组分析数据，获得了主效QTL目标区段内7个关键候选基因，为下一步QTL的精细定位及关键候选基因的鉴定奠定了工作基础。本研究获得的主要结果如下：
　　1.影响百粒重的染色体片段代换系表型鉴定。在保定、安阳、邢台三个环境开展染色体片段代换系H15-6-2表型鉴定试验：H15-6-2百粒重和Ye478相比平均下降10g;Ye478和代换系H15-6-2籽粒的粒宽差异显著(P＜0.01)。Ye478籽粒授粉后灌浆速率始终快于H15-6-2;综合石蜡切片结果表明授粉后的Ye478籽粒发育进程快于H15-6-2。利用玉米基因组上的1021对SSR标记对导入片段进行分析，发现控制百粒重的导入片段主要位于第3和第6染色体。
　　2.F2群体构建及百粒重QTL定位。2015年和2016年利用H15-6-2与Ye478杂交自交构建了一个F2群体和两个F2：3群体，群体大小为207，利用这两种群体将控制百粒重的主效QTL定位在标记C3-89与C219-90间共6Mb的范围内，位于第3染色体3.08bin，可解释23％的表型变异，将该主效QTL命名为qHKW3。
　　3.qHKW3精细定位。从2016海南种植的F2.3家系后代中筛选出12种不同类型的qHKW3目标区段内的重组家系，根据这些重组家系的基因型和表型，将qHKW3定位在标记C214-16-C215-34之间，约1.3Mb的范围内。2017年在四川和黄冈两个环境利用12种类型重组家系的纯系分别进行子代测验，都将qHKW3定位于标记C214-16-C215-34之间，与之前精细定位结果一致。
　　4.目标区段转录组分析。2017年夏季提取亲本Ye478和H15-6-2授粉后11DAP的籽粒RNA进行测序分析。将RNA-seq检测结果和B73Ref Gen-V4参考基因组结合分析：1.3Mb范围内共有23个基因，只有7个基因在Ye478与H15-6-2间表达量倍性差异大于2倍，因此作为候选基因。

摘要：随着全球变暖已对生态环境和降水分布等造成严重影响，干旱危害加剧。干旱已成为全球粮食安全的重要威胁。水稻（Oryza sativa L.）是全球半数以上人口的主食。培育节水抗旱稻是解决严峻的生产环境与日益增长的水稻产量需求之间矛盾的重要途径之一。根系是水稻最重要的器官之一，直接影响水稻的许多地上性状和抗逆性，根系研究是水稻抗旱性研究的重要方向。在水稻根系分布中，深根越多其避旱性越强，定位克隆控制水稻深根比的基因，有助于研究抗旱机制，丰富抗旱相关基因信息。
　　本实验室利用重组自交系群体（来源于组合:珍汕97/IRAT109）定位到了6个控制水稻深根比的主效QTLs，并对位于第7号染色体上的qRDR-7进行了初步精细定位，发现该QTL并未定位在初定位的RM478-RM134区间内，而是位于RM478的另一侧。在此基础上，本课题对qRDR-7做了进一步的精细定位研究。结果如下。
　　1.qRDR-7定位区间内多态性分子标记筛选:根据qRDR-7定位于RM478(25.9Mb)一侧的实验结果和亲本的基因组重测序信息，在25Mb-26Mb区间内预测了217个InDel标记，对其中间隔均匀的60个进行多态性验证，从中挑选了12对多态性标记用于精细定位。
　　2.重组交换单株筛选及重要交换位置确定:将qRDR-7为杂合的近等基因系BC4F3发展成一个7000株的群体。用筛选出来的多态性标记检测随机小群体重组交换的发生位点，发现重组交换位点全部位于R7Q89-RM478，认为qRDR-7位于R7Q89-RM478区间内，用R7Q89和RM478标记共筛选得到74株重组交换单株。利用qRDR-7定位区间内的12个多态性标记检测到10个交换位置，覆盖了整个目标区间。
　　3.qRDR-7精细定位:从74个重组单株中选取11个具有不同重组交换位置的重组交换单株的F4家系，每个家系选取60株健壮幼苗采用“篮子法”进行深根比表型检测，结合每个单株的深根比及其qRDR-7基因型，推测，qRDR-7位于R7Q89-R7Q106区间或R7Q106-R7Q146区间。为了进一步确定QTL区间，选取5个家系使用篮子水培法对上述两个区段进行了确认。在幼苗期首先用发生交换位置两侧的标记检测其基因型，在每个家系中挑选2种亲本基因型的幼苗各6株进行深根比测定。结果表明，qRDR-7定位于R7Q133-R7Q146区间，大小为58kb。
　　4.基于表达量的候选基因筛选:在R7Q133-R7Q146区间有7个编码基因:LOC_Os07g42600,LOC_Os07g42610,LOC_Os07g42620,LOC_Os07g42626,LOC_Os07g42632，LOC_Os07g42640，LOC_Os07g42650。用珍汕97和IRAT109两亲本的根尖提取出RNA，进行荧光定量分析，检测基因在不同亲本根尖组织的表达量差异。

摘要：DNA甲基化是一种非常重要而且保守的表观修饰，它可维持基因组中重复序列和转座子元件的沉默，并抑制它们的转录。植物DNA甲基化主要发生在CG，CHG和CHH(H代表A，C或者T)三种类型序列上。CMT2和CMT3是植物特有的DNA甲基转移酶，共同维持non-CG(CHG和CHH)序列的DNA甲基化修饰。在本研究中，我们主要构建了水稻中OsCMT2、OsCMT3a和OsCMT3b的转基因材料并完成表型观察统计工作以及初步探讨了它们对水稻基因组DNA甲基化的调控机制。主要研究结果如下:
　　1.获得OsCMT2RNAi转基因材料30个家系，对各自家系的OsCMT2mRNA表达量进行分析，但未发现表型差异。获得有效应Oscmt2T-DNA插入突变体，对Oscmt2突变体进行回交两次清除转基因引起的变异，发现该突变体表现为花粉育性显著降低，这说明DNA甲基化酶参与水稻花粉的发育。利用CRISPR-Cas9技术获得HY(Hwayoung)背景的Oscmt2敲除材料，发现TO代幼苗有较高比例的黄化苗和早开花苗出现。
　　2.获得OsCMT3a RNAi转基因材料24个家系，对各自家系的OsCMT3a mRNA表达量和表型（花粉育性和农艺性状）进行了分析（每个家系30株）。并选取6个表型强烈的家系和野生型的幼穗，准备用于BS-seq（全因组亚硫酸盐测序）。利用CRISPR-Cas9技术获得DJ(Dongjin)背景的Oscmt3a敲除材料，发现该突变体有严重的发育缺陷且花粉不育。
　　3.我们获得有效应Oscmt3b Tos17插入突变体，对Oscmt3b与野生型进行回交一次清除转基因引起的变异。我们发现突变体抽穗期延迟和结实率降低。同时利用CRISPR-Cas9技术构建获得DJ背景的Oscmt3b敲除材料，Oscmt3b T1代纯合突变体表现为穗子变短，株高变矮。

摘要：茉莉酸(JA)和脱落酸(ABA)作为重要的植物激素，在植物响应和适应各种非生物胁迫（包括高盐、干旱、物理伤害和冷害等）中发挥重要的作用。大量研究表明，植物（水稻、拟南芥、番茄等）JAZ(JASMONATE ZIM-domain)蛋白依赖JA信号途径负调控植株防御生物胁迫和非生物胁迫。然而，仍然缺乏直接证据证实JAZ蛋白可以参与调节水稻抗旱性。本研究阐释了OsJAZ1蛋白调控水稻抗旱性的机制。研究结果显示OsJAZ1的表达水平受MeJA（茉莉酸甲酯，茉莉酸活性形式）强烈诱导，而其受脱落酸、水杨酸和非生物胁迫（包括干旱、高盐和冷害）的诱导程度相对较弱。在水稻苗期和孕穗期，OsJAZ1超量表达植株相比于野生型中花11(ZH11)对干旱敏感性增强，而T-DNA插入突变体植株与野生型(Dongjin)相比，抗旱性增强。在MeJA和ABA激素处理条件下，OsJAZ1转基因植株（OsJAZ1超表达和osjaz1突变体材料）的根长和地上部分长度与相应的野生型植株相比有显著差异。OsJAZ1超量表达植株相比于ZH11对MeJA和ABA的敏感性降低，而osjaz1突变体家系相比于野生型Dongjin对MeJA和ABA的敏感性增强。亚细胞定位的实验结果表明，OsJAZ1蛋白在细胞核和细胞质中均有分布。转录组数据分析结果显示，在干旱胁迫前后，ABA和JA信号通路中许多基因，包括OsNCED4、OsLEA3、RAB21、OsbHLH006、OsbHLH148、OsDREB1A、OsDREB1B、SNAC1和OsCCD1等的表达水平在OsJAZ1超量表达和野生型ZH11植株之间有显著差异。通过实时荧光定量PCR进一步证实了这些差异表达基因干旱胁迫前后的表达水平的变化，以上这些结果表明，OsJAZ1可以通过ABA和JA途径调控水稻抗旱性。

摘要：硬粒小麦（Triticum durum，AABB，2n=4x=28）是四倍体栽培小麦，其播种面积约占世界小麦总面积的10％，是世界重要的粮食作物之一。硬粒小麦是由野生二粒小麦（Triticum dicoccoidesL.，AABB，2n=4x=28）驯化而来，在其起源和驯化的过程中经历了长期复杂的环境演变条件，在很多性状上具有丰富的变异，同时具有良好的环境适应性，是普通小麦次级基因源库。因此，对硬粒小麦进行遗传评价及主要农艺性状的研究，对于发掘优异的种质资源，用于硬粒小麦及普通小麦的遗传改良具有重要的意义。本文首先对来自世界各地的150份硬粒小麦材料的10个主要的农艺性状进行了4年3个重复的表型鉴定;其次利用基于EST序列开发的1366个SNP标记对150份硬粒小麦材料的遗传多样性，群体结构研究以及连锁不平衡(LD)进行了研究;并利用1366个SNP标记基于混合线性模型(MLM)对其10个主要的农艺性状进行了关联分析;另外，利用MALDI-TOF-MS技术，对150份硬粒小麦材料的低分子量麦谷蛋白亚基组成进行了鉴定。主要结果如下:
　　1.硬粒小麦主要农艺性状的表型鉴定:硬粒小麦10个主要的农艺性状间都存在丰富的变异，都呈连续性分布，表现为典型的数量性状。大部分性状间存在显著的相关关系。广义遗传率的结果也表明考察的所有性状都有较高的遗传率（H2＞80％）。因此这些农艺性状的表型数据可以用于后续研究。另外鉴定了一些农艺性状优异的材料可进一步验证加以利用。
　　2.硬粒小麦遗传多样性研究:利用1366个单核甘酸多态性(SNP)标记对硬粒小麦进行了遗传多样性研究，硬粒小麦表现出较高的遗传多样性，平均Nei's遗传多样性和PIC值分别是0.2395和0.1950。B基因组相对A基因组具有更高的遗传多样性。不同生态地理区域的硬粒小麦群体的遗传多样性也表现出较大差异。
　　3.硬粒小麦群体结构分析:群体结构分析表明，供试硬粒小麦材料主要被分为两个明显类群。硬粒小麦不同类群并没有表现基于国家和地区上一致规律性，而部分生态地理区域的材料有一定的关联，不同时间段的材料的聚类也表现出一定的一致性。
　　4.硬粒小麦连锁不平衡分析:硬粒小麦基因组中表现出较高的LD水平，不同的基因组和染色体的平均LD程度不同，A基因组的LD程度总体上要高于B基因组。极显著的LD的成对位点的比率范围从1A的2.4％到2B的7.4％(R2＞0.1，p＜0.001)，14条染色体上平均R2值变化范围从1B的0.043到4A的0.113。结合EST标记的最新物理位置，在染色体和基因组水平，对其LD衰减水平进行评估，不同的染色体内LD衰减距离各异，总体上A基因组衰减距离大于B基因组。
　　5.硬粒小麦10个主要农艺性状的关联分析:在四年数据中，基于混合线性模型(MLM)对10个主要农艺性状进行了关联分析，共检测到165个显著关联结果，不同性状的关联标记的数目从1个到54个不等，这些标记解释了5.0％-26.1％的表型变异。单个性状可能与多个标记相关联，同时单个标记也可能与多个性状相关联。一些关联标记与已报道的数量性状位点(QTL)研究相一致。共有7个显著的关联结果在四年的关联分析中被重复检测到（主穗长（LMS）和株高(PH)分别有4和3个），同时2个关联结果在3年数据中被重复检测到，11个关联结果在两年数据中都有检测到，这些重复性的关联结果多是显著且可靠的。通过对关联标记对应的EST序列进行同源性序列比对，共确定了多个可能控制相关农艺性状的主效候选基因。同时我们在2A、5A、6A、7A、1B和6B染色体特殊区域发现了一些与农艺性状显著关联的标记聚集形成的QTL簇。
　　6.硬粒小麦低分子量麦谷蛋白亚基组成鉴定:在Glu-A3和Glu-B3两个位点，一共鉴定出了12个低分子量麦谷蛋白亚基基因的等位变异，其中有2个先前没有报道的新的变异。Glu-A3和Glu-B3位点各有5个先前报道过的亚基被鉴定出来，其中Glu-A3位点Glu-A3e、Glu-A3a/c、Glu-A3d、Glu-A3f和Glu-A3b分别占43.0％、16.1％、10.1％、12.8％和7.4％;Glu-B3位点Glu-B3d，Glu-B3b和Glu-B3c分别占60.4％、6.0％和6.0％，Glu-B3h的材料有4个，Glu-B3f也仅在一个材料中被鉴定出来。另外，在Glu-A3和Glu-B3位点各有一个新的蛋白亚基基因型被鉴定出来，分别编码的蛋白亚基分子量在40500Da和41260Da左右。

摘要：作为水稻轻简化栽培的一种重要种植模式，再生稻种植越来越受到关注。头季成熟期再生芽生长状况是再生季产量形成的重要基础，头季成熟期及收获后15天左右是再生芽萌发生长的重要时间，这一时期的氮素吸收、分配以及氮素利用影响再生芽生长发育和产量形成。因此本试验选用种植面积大的两个品种两优6326和丰两优香1号，在大田生产环境下研究了不同再生稻头季穗肥(低、中、高穗肥，T1、T2、T3)和不同促芽肥(低、中、高促芽肥，N1、N2、N3)处理下再生稻头季和再生季不同生育时期干物质积累、氮素的吸收、分配、利用效率及其与再生芽生长和产量形成的关系，主要结果如下:
　　(1)头季穗肥对再生芽生长没有显著影响，而促芽肥增加了头季灌浆后期倒3、倒4、倒5节位的芽长，增加了单茎再生芽数量和单位面积再生芽鲜重。头季成熟期平均芽长与再生季成穗率、再生力成显著正相关。头季收割15天后不同氮肥处理间芽长差异逐渐缩小。与不施促芽肥相比，高、中促芽肥处理下两个品种单位面积有效穗数和产量分别增加25.2％-34.3％和12.4％-21.6％。
　　(2)在头季齐穗期、成熟期和收割后15天，水稻稻桩茎非结构性碳水化合物(NSC)浓度先上升后下降，头季穗肥对头季成熟期茎NSC浓度影响存在品种差异，增施穗肥对两优6326成熟期茎NSC浓度没有影响，但降低了丰两优香1号头季成熟期茎NSC浓度。与不施用促芽肥相比，高、中促芽肥处理导致两优6326稻桩茎可溶性糖含量分别降低了23.7％和8.0％，丰两优香1号分别下降53.8％和40.2％，对两个品种淀粉含量没有显著影响。
　　(3)头季穗肥对头季成熟期各部位氮浓度和氮素积累有一定影响。穗肥显著增加了两个品种头季成熟期稻桩鞘和穗氮浓度，促进了氮素在稻桩鞘和穗的积累。随着促芽肥水平的提高，稻桩干物质积累逐渐下降，再生芽干重显著上升。与低氮相比，高氮下两优6326稻桩茎、稻桩鞘、再生芽、稻桩以上部位茎叶氮浓度分别增加51.5％、45.5％、97.0％、56.0％，丰两优香1号分别增加167.7％、89.4％、95.3％、71.9％。
　　(4)不同促芽肥处理影响再生季成熟期干物质、氮素积累。与低氮相比，高氮和中氮水平促芽肥下两优6326的再生蘖干物质分别增加38.4％和8.6％，再生蘖氮素积累量分别增加38.7％和22.5％;与低氮相比，高氮和中氮水平促芽肥下两优6326的再生穗的干物质增加分别为27.8％和13.2％，叶面积分别增加69.9％和43.1％，对再生穗氮素积累量没有显著差异。与低氮相比，高氮和中氮水平促芽肥下丰两优香1号再生蘖干物质分别增加为27.8％和4.5％，再生蘖氮素积累分别增加360.2％和26.5％，叶面积分别增加了57.4％和47.3％，再生穗干物质积累和氮素积累无显著差异。
　　(5)从氮素分配来看，不同穗肥和不同促芽肥处理下两优6326和丰两优香1号头季成熟期穗氮积累量占总氮素积累量的42.0％-61.2％和46.0％-68.3％，稻桩氮素积累量占15.7％-23.2％和15.5％-24.9％，再生芽氮素积累量分别占4.7％-14.4％和1.2％-11.1％。另外，促芽肥增加了头季成熟期稻桩、再生芽的氮素分配，显著减少了穗氮素分配。再生季成熟期两优6326和丰两优香1号稻桩氮素占再生季植株总氮积累量的15.8％-23.2％和14.3％-21.1％，再生蘖分别占21.5％-28.2％和9.0％-32.2％，再生穗分别占50.8％-62.6％和53.5％-69.9％。
　　(6)不同穗肥显著影响了头季和再生季总氮素积累量和氮素籽粒生产利用效率(NUEg)，表现出品种差异。与低穗肥相比，高、中穗肥水平下两优6326总氮积累量分别增加了31.4％和16.1％，头季NUEg分别下降了24.6％和21.1％，再生季总氮素积累量分别降低了12.5％和8.6％。增施穗肥对丰两优香1号头季总氮素积累量、NUEg和再生季总氮素积累量没有影响。
　　促芽肥显著影响了头季总氮素积累量和头季NUEg。与低氮相比，高、中促芽肥水平下两优6326头季总氮素积累分别增加了31.4％和16.1％，头季NUEg分别下降23.5％和26.5％;丰两优香1号头季总氮积累量增加了27.2％和3.6％，头季NUEg分别下降29.0％和11.2％。促芽肥施用量显著增加再生季总氮素积累量，与不施促芽肥相比，高、中促芽肥水平下两优6326再生季总氮素积累量分别增加了38.7％和3.5％，丰两优香1号分别增加了27.2％和8.3％。总体上，促芽肥对两优6326的再生季NUEg没有影响，然而显著显著降低丰两优香1号再生季NUEg。
　　(7)相关分析发现，再生芽芽长与头季成熟期稻桩氮浓度、稻桩氮素积累量存在显著正相关，与头季成熟期稻桩茎非结构性碳水化合物浓度和含量不相关。头季产量与稻桩干物质、稻桩茎NSC积累、稻桩鞘氮素积累呈显著负相关关系。再生季产量与头季成熟期稻桩氮浓度、氮素积累存在显著正相关，与头季成熟期稻桩茎NSC浓度和积累、稻桩干物重呈显著负相关。

摘要：杂交水稻的杂种优势源于双亲之间存在的遗传差异，利用亚洲栽培稻与非洲栽培稻种间远缘杂交后代选育基因渗入系为亲本选配部分种间杂交稻组合，能够丰富亲本的遗传基础，扩大双亲间的遗传差异，是超级杂交稻高产育种有希望的新途径。
　　本试验以8个非洲栽培稻基因渗入恢复系和10个不同类型的水稻恢复系为父本材料，4个细胞质雄性不育系作为母本材料，应用4×18不完全双列杂交(NCⅡ)得到72个F1,通过田间试验综合考察了22个亲本材料及72个F1杂交组合的播始历期、株高、剑叶长、穗长、单株有效穗、每穗粒数、结实率、千粒重和单株产量9个农艺性状的中亲优势和配合力表现;筛选出具有较强产量优势的杂交稻新组合;基于表型性状对4个母本及18个父本材料进行了遗传多样性分析。主要研究结果如下:
　　1.对72个F1的杂种优势研究结果表明，绝大部分组合在除了结实率外，株高、剑叶长、穗长、单株有效穗、每穗颖花数、播始历期、千粒重和单株产量均表现为正向中亲优势，其所占总组合的比例分别69.17％、68.06％、95.83％、70.83％、98.61％、70.83％、69.17％和81.94％。以丰两优香1号为对照分析了72个组合杂种一代的竞争优势，结果表明，在剑叶长、穗长和每穗颖花数3个产量相关农艺性状上表现正向竞争优势组合占总组合的比例分别为52.67％、54.17％和77.78％;说明与丰两优香1号相比，绝部分组合表现为具有较长的剑叶和穗大粒多。
　　2.对22个亲本材料的GCA分析表明，4个母本材料单株产量的GCA排列顺序为:C1＞C4＞C3＞C2;18个父本材料单株产量GCA排列顺序为:Q3＞Q7＞Q13＞Q12＞Q8＞Q1＞Q18＞Q5＞Q10＞Q4＞Q17＞Q14＞Q9＞Q15＞Qll＞Q16＞Q6＞Q2。其中非洲栽培稻基因渗入系Q7、Q13和Q12的单株产量GCA值居2-4位，表明非洲栽培稻基因渗入系的产量性状一般配合力较高。
　　3.相关性分析表明，9个产量相关农艺性状的中亲优势与F1杂交组合SCA、父本材料GCA、母本材料GCA、双亲材料GCA之和、SCA＋GCA的相关性达到显著或极显著水平，其中株高SCA及SCA与GCA之和、结实率SCA＋GCA、单株产量SCA及SCA＋GCA与中亲优势的相关性均达到极显著水平，能够用来预测中亲优势。
　　4.对72个F1进行综合筛选，获得5个高产杂交新组合，分别为C4×Q13、C1×Q18、C4×Q3、C4×Q4，C1×Q125个组合的单株产量均高于丰两优香1号，具有竞争优势，其中部分种间杂交稻组合C4×Q13的竞争优势达37.85％。
　　5.利用表型性状进行遗传多样性研究，得到的UMPGA聚类图与亲本材料的遗传系谱大致相符。表明基于表型性状的的遗传多样性分析能够较好的反映亲本之间的遗传差异。

摘要：玉米是世界上最重要的粮食作物之一，为了满足人们对玉米及其衍生产品饲料和能源的需求，提高玉米产量是必需的。在过去的一个多世纪里，育种家致力于提高玉米杂交种产量，在玉米大果穗和适应性强的品种选育上取得了巨大成功。但是产量是由微效多基因控制的复杂性状，至今我们对玉米产量形成的遗传基础以及玉米改良过程中所选择的位点信息知之甚少。行粒数和穗长是玉米重要的产量性状。本研究通过精细定位，候选基因关联分析，表达量分析及玉米遗传转化验证，鉴定克隆到一个控制行粒数和穗长的QTL KERNEL NUMBER PER ROW6(KNR6)，编码丝氨酸苏氨酸类受体蛋白激酶，主要研究结果如下:
　　1.KNR6的精细定位与分离
　　利用NILqKNR6（长穗）与其近等基因系NILqknr6（短穗）回交，构建分离群体。在超过28000个单株的回交群体中共鉴定了10种不同交换类型的重组基因型。通过重组单株的子代测验，将qKNR6定位在标记M6-M8约110kb的区间内。该区间编码2个基因，Zm00001d036601和Zm00001d036602。基于PCR扩增重测序和表达量分析发现，Zm00001d036601在近等基因系中无序列差异和表达差异，Zm00001d036602作为KNR6的候选基因，在近等基因系中存在4个多态性位点，包括5'-UTR区域一个5054bp转座子插入缺失的变异，及外显子上3个SNP变异，其中两个SNP为非同义替换。相对于NILqknr6等位基因型，第一外显子上碱基C/T的替换，导致第7位的氨基酸由亮氨酸变成了苯丙氨酸，第三外显子上碱基C/T的替换，导致第70位氨基酸由亮氨酸转变成了缬氨酸，第三外显子219位碱基G/A为同义替换。KNR6的5'-UTR区域在NILqknr6中存在一个5054bp转座子插入。进一步分析5054bp的转座子序列，它包含3bp TTA碱基正向重复和14bp的反向重复序列，是在一个MITE转座子上插入了4926bp序列而形成的一个新的Harbinger-like转座子。
　　2.近等基因系中KNR6甲基化水平与基因表达量
　　Harbinger-like转座子的插入，导致KNR6核心启动子区CG、CHG及CHH类型的甲基化水平显著提高，且TE下游紧邻区域的CG的甲基化水平也显著提高，甲基化水平提高抑制KNR6在NILqknr6中的转录水平。105个玉米自交系和12个近等基因系幼穗表达量分析结果证实，KNR6的表达量与行粒数，穗长极显著正相关。KNR6在20个TE+(KNR6上存在Harbinger-like转座子插入)自交系材料平均表达量显著低于85个TE（KNR6上不存在Harbinger-like转座子插入）自交系材料。
　　3.KNR6功能分析
　　以玉米自交系A188为转化受体，获得了2个独立的RNAi转化事件，2个超表达转化事件。表型鉴定结果表明，相对于阴性对照植株，RNAi转化家系中，阳性植株穗长平均缩短1.35±0.11cm(p=2.05×10-14)，行粒数平均降低2.85±0.22粒(p=1.37×10-25)，花期平均提前2.3±0.11d(p=1.32×10-9)。KNR6超表达家系中，阳性植株穗长平均增加1.1±0.26cm(p=3.53×10-15)，每行粒数增加2.5±0.15粒(p=1.85×10-28)，花期推迟3.1±0.35d(p=2.42×10-21)。
　　4.KNR6的关联分析
　　在224个不同的自交系材料中，KNR6共存在93个最小等位基因频率大于0.05的多态性位点，其中有56个位点与行粒数，穗长变异显著关联，包括编码区的一个非同义突变(L7F，p=3.62×10-4)。与TE-PAV(Harbinger-like转座子存在缺失的变异)在一个连锁不平衡区域(r2≥0.97)的50个变异位点与行粒数相关性最强(p=8.81×10-5)。
　　5.KNR6等位基因在的育种应用价值上的评价
　　利用NILqknr6和NILqKNR6分别与11个TE+自交系和10个TE自交系杂交，构建42个杂交组合。在不同的自交系遗传背景下，与NILqKNR6杂交获得的F1杂交种的穗长较长，行粒数较多，表明KNR6可以用于杂交种穗长和行粒数的遗传改良，进而提高杂交种的籽粒产量。进一步地利用KNR6TE-等位基因对郑单958的两个亲本（郑58和昌7-2）进行MAS改良，改良后的郑58和昌7-2在穗长和行粒数上都有所增加，且生育期不同程度的推迟。小区测产数据表明，Zheng58qKNR6×Chang7-2qKNR6的籽粒产量为13.3T/ha，显著高于Zheng58×Chang7-2的12.6T/ha(p=4.12×10-5)，产量提高约5.6％，这些结果说明KNR6可以用来提高杂交种的行粒数，进而提高杂交种的籽粒产量。
　　6.KNR6TE+位基因的起源与KNR6驯化选择分析
　　对43个大刍草材料，275个玉米自交系（包括214个温带材料，61个热带材料），24个地方品种材料进行重测序。通过核苷酸多样性分析，KNR6的5'-UTR内含子区域(TE-PAV)在驯化中受到了强烈的选择。地方品种中的Harbinger-like转座子起源于玉米祖先种大刍草的MITE，MITE在驯化过程中插入了一个大的片段序列形成一个新的DNA转座子，进而传递到玉米自交系中并在温带玉米材料中得以富集。
　　总之，KNR6调控行粒数，穗长和生育期。该基因编码丝氨酸苏氨酸类受体蛋白激酶。位于KNR65'-UTR非翻译区的Harbinger-like转座子存在缺失的变异是KNR6功能变异的重要位点。它显著影响玉米的产量并对生育期有相对较弱的影响，Harbinger-like转座子提高了其两侧DNA的甲基化水平进而抑制了KNR6的表达，它起源于大刍草的Mexicana亚群，是一个微型反转座子插入了编码HARBI1转座酶的序列而来。

摘要：两系法杂交水稻为水稻杂种优势利用提供了新的技术途径，而探明两用不育系育性转换机理则是该技术的理论与应用基础。本研究从光敏感核不育材料育性转换的转录组差异结果中获得了茉莉酸合成相关基因的表达差异信息，对长光不育型水稻农垦58S、短光不育型水稻D52S进行光周期育性诱导，在穗发育的Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ期对叶片JA总含量及JA合成途径关键酶LOX、AOS、AOC和OPR的酶活性进行测定，并且利用qPCR技术测定这4个关键酶基因的表达水平差异，试图分析荣莉酸与光周期诱导育性转换的关系。主要研究结果如下:
　　1.光周期处理能够有效地诱导农垦58S和D52S的育性发生变化，两个材料的花粉育性变化结果相反;农垦58S在自然长光(14h)时花粉为不育，而短光(10h)处理后的花粉可育;短光处理后D52S表现为不育，自然长光条件下D52S表现可育。
　　2.获得两个材料在不育和可育光周期下的转录组数据。光周期处理会使两材料产生44个共有的差异基因，但两材料中得到的差异基因数目不同，且上下调的趋势也不一致:以显著性检验的p-value值＜0.05和FC≥2为标准筛选差异基因，并以可育材料作为参照，D52S中共得到1036个差异基因，其中451个下调，585个上调;农垦58S中共得到140个差异基因，其中39个上调，101个下调。此外，从转录组数据和GO富集结果中也筛选到了JA合成途径的差异基因LOX,AOS、AOC和OPR。
　　3.光周期处理后农垦58S短光可育叶片中的JA含量在减数分裂期（Ⅵ期）比长光不育叶片高;两材料中各时期JA含量均有显著差异，说明长、短光周期在水稻的生长发育时期会不断地对植物体内的JA合成代谢进行调节。喷施MEJA可以使农垦58S和D52S的花粉碘染率变为不育材料的39.24倍和118.6倍;农垦58S中可育材料的花粉碘染率是喷施SHAM的34.47倍，D52S喷施SHAM后则变为了完全不育;喷施MEJA后可以提高LOX、AOS、AOC和OPR的酶活性及JA含量，但SHAM处理没有降低这些酶的活性和JA含量，推测这一结果可能与取样时期较后有关，SHAM的抑制作用不明显。
　　4.qPCR结果表明，光周期处理下，两材料叶片中的LOX,AOS、AOC和OPR基因的相对表达水平主要在Ⅴ期和Ⅵ期可育比不育材料表达量高;当喷施MEJA或SHAM后，分别使这四个基因的表达水平一致升高或降低，即当这四个基因表达量升高时材料可育，表达量降低时材料不育，推测这两个处理主要通过调节JA合成途径基因的表达来实现对育性的调控。
　　本研究获得了长、短光周期敏感核不育水稻农垦58S和D52S在光周期处理下、外源喷施MEJA和SHAM后的JA含量、茉莉酸合成途径的相关酶活性、关键酶基因的表达变化，初步证实了茉莉酸参与了光敏核不育材料的育性转换过程，但仍需要今后大量研究来明晰其内在的机理。

摘要：马铃薯野生种具有许多生物和非生物抗性，但它与栽培种之间由于胚乳平衡数和倍性差异，不能直接进行有性杂交，体细胞杂交技术能够克服有性杂交不亲和的障碍，为马铃薯野生种的利用提供了一条有效途径。
　　本实验室前期利用二倍体不结薯野生种S.etuberosum(简称ETB)和栽培种双单倍体AC142融合，获得了93个体细胞杂种;利用二倍体野生种S.commersonii(简称MLM)和AC142融合获得51个体细胞杂种。野生种S.etubersoum具有多种病毒抗性，S.commersonii具有良好的直接和驯化抗寒性。为了利用这批体细胞杂种，本研究选择其中的整倍体材料(四倍体和六倍体)，系统分析了S.etuberosum+AC142(EA体细胞杂种)的病毒抗性、结薯特性和胞质遗传组成，S.commersonii+AC142(MA体细胞杂种)的胞质遗传组成，以下是主要结果:
　　1、细胞质遗传组成分析:用叶绿体和线粒体特异性引物对体细胞杂种的细胞质来源进行了分析，并根据体细胞杂种片段扩增差异进行聚类分析，结果表明部分体细胞杂种由双亲的线粒体基因组重组而成，叶绿体只有一个亲本的。其中，EA体细胞杂种叶绿体组成存在明显的偏向性，多数为AC142的叶绿体类型;MA体细胞杂种则不同，它的叶绿体类型没有明显的偏向性。
　　2、EA体细胞杂种的病毒抗性鉴定:利用病毒接种鉴定方法，从37份体细胞杂种中筛选到7个PVY抗性材料:EA7-3，EA11-1，EA48-1，EA56-1，EA92-1，EA5-1和EA28-1，8个PVS抗性材料:EA11-1，EA48-1，EA56-1，EA92-1，EA5-1，EA49-1，EA53-1和EA88-1。2个PVX抗性材料:EA11-1和EA40-1。因融合亲本均有PVA抗性，所有体细胞杂种也均具有PVA抗性。
　　3、EA体细胞杂种的结薯表型鉴定:分别于2016年上半年和2016下半年在温室大棚对体细胞杂种的结薯情况进行分析;在培养室进行试管薯试验。综合3次实验结果表明四倍体杂种都可以结薯，六倍体体细胞杂种结薯存在差异:部分结薯，部分不结薯，部分体细胞杂种有明显高于亲本的薯重。三次结薯试验的相关性分析表明，2016上半年结薯试验与下半年结薯试验有极显著的相关性，与试管薯结薯同样有极显著的相关性，而2016年下半年结薯试验与试管薯结薯没有相关性。

摘要：水稻是中国主要的粮食作物，是一种需水量大的作物。因此，水是中国粮食生产稳定的重要因素之一。在中国南方，水稻种植面积占播种总面积的94％，占生产总面积的88％，水稻的生产直接关系到中国的粮食安全。然而，水分的供应与水稻的时空分布一直存在矛盾。目前，有16-22％的稻田遭受季节性缺水威胁，损害了粮食生产能力和粮食安全，水稻迫切需要一种节水生产技术。除水以外，氮肥的施用量在世界各地和中国的水稻种植系统中都有所增加。但是，传统灌溉方式下氮肥的利用效率一直很低。水稻采用节水灌溉，改变了土壤的环境条件，水稻田间水环境对氮的动力学变化的影响需要深入研究。
　　在此背景下，利用节水灌溉和15N同位素示踪技术，对稻田水和氮资源的有效利用进行了田间和温室研究。2015-2016连续两年在中国湖北省荆门市团林灌溉试验站进行田间试验，稻田土壤质地为粉壤土。试验采用裂区试验设计，以灌溉处理为主处理，设传统灌溉(CI)和“薄浅湿晒”节水灌溉(TSMDI);氮肥施用量为副处理，设3个水平:N0(0kg N ha-1)，N1(90kgN ha-1)和N2(180kg N ha-1，)，N2是当地农民习惯施用量。试验进行三次重复。2016年夏季，在中国武汉华中农业大学的一个开放温室（有一个可移动的防雨棚）进行了土柱模拟种稻试验。模拟试验的土壤样品采自上述田间试验田周边水稻田。采用两因素完全随机试验设计，三次重复。试验因素包括灌溉方式和氮肥施用量，灌溉设置两个水平:CI和TSMDI，氮因子设置3个水平:N0(0kgN ha-1)，N1(90kgN ha-1)和N2(180kgNha-1)，氮肥施用15N丰度为6％的尿素。论文的主要结论如下:
　　1.薄浅湿晒节水灌溉处理水资源的有效利用明显优于传统灌溉。与传统灌溉处理相比，采用薄浅湿晒灌溉的水稻节水灌溉每个生育期的田间灌溉水利用系数(FIWUC)明显提高了0.21-3.85％。FIWUC对衡量水稻生长利用的田间有效灌溉水量具有参考价值。薄浅湿晒灌溉具有较高的FIWUC，可能是由于田面灌水深度较浅，降低了水头的压力势，从而减少了渗漏水的损失。与传统灌溉处理相比，薄浅湿晒节水灌溉处理节约灌溉用水16-21％。在薄浅湿晒节水灌溉条件下，灌溉水分生产力(WPI)比传统灌溉水平高出19.04-30.26％，达到5％差异显著水平。比较N2处理(180kgNha-1)（当地农民习惯氮肥施用量），节水灌溉处理的WPI比传统灌溉提高了25.96％。同样，总水分生产力（包括降雨和灌溉）WPI+R薄浅湿晒节水灌溉比传统灌溉高出4.54-16.50％左右。在水稻田田间水利用研究中,同时应用田间水利用系数(FIWUC)和水分生产率(WPI)两个指标能更全面地反映水分的利用状态。
　　2.薄浅湿晒节水灌溉水稻的产量与传统灌溉的产量持平，有时甚至略高。2015年的田间试验表明，薄浅湿晒节水灌溉比传统灌溉方法的稻谷产量提高了5.53-6.37％，2016年温室试验节水灌溉比传统灌溉产量提高1.72-3.52％。研究表明，薄浅湿晒节水灌溉为水稻根系的生长创造了较为健康的环境，有利于水稻有效地吸收水分和氮素，从而比传统淹灌具有较高的产量。薄浅湿晒节水灌溉条件下水稻生长参数和产量构成因子，如植高、分蘖数、叶面积指数、生物量、穗数、结实率和干粒重等指标与传统灌溉相比，均未表现出明显的差异。田间试验结果显示，N1和N2两种氮肥用量处理的产量差异不大，节水灌溉条件为施用较低的氮肥达到预期的水稻产量创造了条件。
　　3.薄浅湿晒节水灌溉条件下水稻根系和籽粒器官中肥料氮吸收明显高于传统灌溉，从而提高了氮肥利用率。薄浅湿晒节水灌溉N1和N2的氮肥利用率分别比传统灌溉N1和N2的高出5.68-30.23％和6.56-13.92％。15N示踪结果表明，节水灌溉条件下不同植物部位中肥料氮素含量均高于传统灌溉，水稻根系和籽粒中氮吸收量的差异达到显著水平。薄浅湿晒节水灌溉中大量的根系增加了植株对N的吸收，并有效地将N转移到植物的地上部分，最终形成较高的产量。尽管N2处理植株对氮的吸收总量比N1植株的高，但氮肥利用率却低于N1处理。
　　4.水稻薄浅湿晒节水灌溉大量减少渗漏水和总氮的淋失，具有较好的环境效应。与传统灌溉相比，薄浅湿晒节水灌溉处理渗漏水量减少了18.63％。渗漏水的测试表明，NH4+是N的主要淋失形态。土壤中的NH4+移动受灌溉方式的影响很大，而NH4+淋失的巨大潜在风险值得关注。水稻采用薄浅湿晒节水灌溉的方法，可以明显降低土壤的NH4+和总氮的淋失量，但在一定程度上却增加了NO3--N的淋失，特别是在晒田后的复水过程中。
　　5.肥料氮的氮量平衡显示薄浅湿晒节水灌溉的肥料氮水稻植株氮吸收量、水稻土壤残留氮和氮损失的比例得到了合理的分配。结果表明，比传统灌溉相比，薄浅湿晒节水灌溉N1和N2植株肥料氮吸收量比传统灌溉提高了10.49％和6.56％，肥料氮在稻田土壤中的残留量分别提高了3.77％和4.77％;同时，在N1和N2处理中肥料的氮损失分别降低了32.38％和19.03％。薄浅湿晒节水灌溉具有减少环境退化的作用。
　　研究表明，薄浅湿晒节水灌溉是较为合理的灌溉方式，在两种氮素处理水平中，低氨水平(N1)的综合效益明显优于高氮水平(N2)，且两种氮肥处理的粮食产量差异不大。然而，N1提高了氮肥利用率，大大减少了氮的淋失。研究结果表明，为了确保生态环境的安全，水稻可以通过节水灌溉措施有效节约农业用水量和降低氮肥施用量。然而，还需进一步研究节水灌溉的后续影响以及可持续农业系统的最佳氮素管理战略。

摘要：禾本科单子叶植物水稻和玉米，分支均包括叶腋分生组织(axillary meristems:AMs)产生的分蘖和花序分支分生组织(branch meristems:BMs)产生的花序分支。研究表明，参与调控分蘖和穗分支的基因，在水稻和玉米中具有一定的同源性。unbranched3(UB3)属于SBP-box转录因子家族的基因，通过调控腋芽原基的起始来影响雄穗分支和雌穗穗行数的变异，进而影响产量，但是其作用机理并不清楚。KRN4是一个穗行数主效位点，为UB3下游～60kb处的基因间区域，UB3的表达与功能位点KRN4的基因型显著关联，但是KRN4远距离调控UB3的作用方式还有待解析。本研究将UB3在玉米和水稻中进行遗传转化，解析了UB3在水稻和玉米中影响穗分支发育的功能，为禾本科植物基部的分蘖和花序分支系统的建立提供基础。此外，还研究了KRN4远距离调控UB3表达的作用方式，建立了假说，为非编码基因间区调控基因表达提供了依据。主要结果如下
　　1.UB3过量表达抑制玉米愈伤的分化和水稻分支的发育:将UB3在玉米进行过表达，显著抑制愈伤的分化和再生，不能形成幼苗;将UB3在水稻中进行遗传转化，UB3过表达时，显著抑制株高、分蘖和穗分支;UB3适度表达时，轻微的减少分蘖和株高，并增加穗分支和穗粒数。
　　2.UB3通过细胞分裂素水平调控水稻分支发育:对UB3过量表达的转基因株系的茎尖分生组织和幼穗进行转录组测序，结合已有的Ideal Plant Architecture1(IPA1)Chromatin Immunoprecipitation quantitative PCR(ChIP-seq)的数据进行分析，并结合体外验证，发现UB3蛋白可以结合在LONELY GUY1（LOG1），LOC_OS04G44354和OsCKX2基因的启动子区域，在UB3过量表达材料中，降低细胞分裂素的合成并促进其降解，使得分生组织细胞分裂素水平降低。对水稻苗期地上部分进行细胞分裂素水平的测量，发现UB3过表达植株中细胞分裂素含量确实有所降低，符合预期。因此UB3通过影响分生组织中细胞分裂素的水平，影响细胞分裂的速率，从而参与腋生分生组织分支发育的调控。而UB3适量表达时，可以通过与SPL(SPL7，SPL14，SPL17)基因合作，精准调控小穗的发育。
　　3.UB3可能通过细胞分裂素途径和CLAVATA-WUSCHEL途径调控玉米穗行数发育:对ub3::mum和野生型株系的幼穗进行转录组测序，发现在所有的与细胞分裂素相关的差异表达基因中，17个与之合成相关的基因在突变体中上调表达，3个与之降解途径相关的基因下调表达。因此认为细胞分裂素途径在UB3调控玉米穗行数发育过程中也存在。此外，影响玉米分生组织发育的CLAVATA-WUSCHEL负反馈调控途径上的一些基因，包括THICK TASSEL DWARF1(td1)，FASCIATED EAR2(fea2),COMPACT PLANT2(ct2)和FASCIATED EAR3(fea3),FON2-LIKE CLE PROTEIN1(ZmFCP1),WUSCHEL1(ZmWUS1)和CLA VATA3(ZmCLV3)均检测到有差异表达，结合体外的实验，证明了UB3蛋白可以直接结合在ZmFCP1，ZmWUS1的启动子区域，直接调控它们的表达。
　　4.KRN4顺式增强UB3的表达:KRN4是一个基因间区域，在负调控穗行数的功能基因UB3下游～60Kb处。在krn4-mum12-3mm的雌穗中，UB3的表达量相对于野生型显著下降，成熟时期雌穗的穗行数、雄穗的一级分支数、二级分支数等均显著高于野生型。KRN4在不同的玉米自交系中存在两种不同的单倍型，即KRN4NX和KRN4，KRN4NX较KRN4存在1.2kb的插入。瞬时表达的结果表明，不同单倍型的KRN4均能增强报告基因的表达，并且KRN4的增强效应要强于KRN4NX，KRN4也可以直接作用于pUB3，产生相同趋势的变化差异。
　　5.KRN4的结合蛋白分析:通过酵母单杂、凝胶阻滞迁移和瞬时表达实验，验证了玉米OCS Element Binding Factorsl(OBFl)和OCS Element Binding Factors4(OBF4)可以结合在KRN4的E1增强子元件，并增强荧光素酶报告基因的表达。
　　6.UB2正调控UB3表达:UB2是UB3的旁系同源基因，UB2和UB3的双突变体能加强ub2或ub3单突变体穗部的表型。在UB2过表达植株和突变体ub2::mum的幼穗中，发现UB2正调控UB3表达。通过UB2超表达转基因株系幼穗的ChIP-qPCR，发现UB2结合在KRN4-P4位点以及UB3-P位点。并且双分子荧光互补实验表明UB2，OBF1和OBF4两两之间存在互作。
　　7.总结KRN4顺式调控UB3影响玉米穗行数的途径:UB2蛋白介导KRN4和UB3transcription start site(TSS)之间染色质环的形成，使得KRN4在空间上靠近UB3的启动子区域;KRN4招募OBF1和OBF4蛋白，与UB2蛋白形成转录复合体作用于UB3的启动子区域，在RNA polymeraseⅡ（RNAPⅡ）的作用下启动和增强UB3的表达。借助于UB3在水稻中调控分蘖和穗分支的模式，结合玉米幼穗中转录组的数据，推测其在玉米中也很可能通过调控细胞分裂素途径的基因，参与对玉米穗行数的调控;此外，在已经报道的通过CLAVATA-WUSCHEL途径调控IM的大小的基因中，UB3可能通过作用于ZmFCP1和ZmWUS1启动子区域，负调控其表达从而影响雌穗的横向发育。

摘要：稻瘟病、白叶枯病和褐飞虱是水稻生产上最主要的三种病虫害，在病虫害流行年份，会严重的影响水稻产量和品质。而水稻作为全世界一半以上人口的主食，其产量的损失不仅带来粮食安全问题，与此同时由于病虫害的防治还会严重影响自然生态环境。R1813是湖南隆平种业有限公司选育的籼型、高产、抗倒、迟熟的恢复系，以R1813为父本，已经选配出一批组合通过审定。本研究利用分子标记辅助选择技术及表型选择，通过杂交和回交，将MD12086-41携带的将抗稻瘟病基因Pi9、抗白叶枯病基因Xa23、抗褐飞虱基因Bph14、Bph15导入到R1813的背景中，期望选育稻瘟病、白叶枯病和褐飞虱抗性明显提高，但表型与R1813相似的改良株系，为后续的育种提供中间材料。主要研究结果如下:
　　1、从“R18134/MD12086-41”的后代中，通过分子标记和表型选择，选育出携带Bph14、Bph15、Pi9和Xa23基因的株系7个，株系号是ST15005-1-280、ST15005-1-284、ST15005-1-8-9、ST15005-1-106-9、ST15005-1-318-1、ST15005-1-318-4和ST15005-1-318-14，携带Bph14、Bph15和Xa23的株系1个，株系号是ST15005-1-206，目测表型与受体亲本R1813相似。
　　2、褐飞虱抗性鉴定结果表明，株系ST15005-1-206、ST15005-1-280、ST15005-1-8-9和ST15005-1-318-14的抗性为3级，表现抗;株系ST15005-1-106-9、ST15005-1-318-1和ST15005-1-318-4的抗性为5级，表现中抗。
　　3、白叶枯抗性鉴定结果表明，所有育成的8个株系对本实验接种的2个菌株ZHE173和GD1358均表现抗或高抗。
　　4、在稻瘟病病区自然诱发鉴定表明，8个育成株系的稻瘟病综合抗性指数为1.0-2.3，比受体亲本R1813的5.5有明显提高。使用35个菌株对育成株系进行人工接种，叶瘟抗谱鉴定表明，育成株系的抗性频率为91.43％-100％，比受体亲本R1813的77.14％也有明显提高。
　　5、对育成株系的产量、主要农艺性状和稻米品质分析表明，除了株系ST15005-1-206和ST15005-1-318-1的产量显著低于受体亲本R1813以外，其它6个株系的产量均与R1813无显著差异，8个育成株系的结实率都低于R1813，其他性状与R1813相似。株系ST15005-1-280、ST15005-1-284、ST15005-1-8-9的稻米品质较差，其他5个株系的米质都与R1813相似。
　　6、杂种优势鉴定结果表明，丰39S/ST15005-1-318-1、丰39S/ST15005-1-318-14、华5282S/ST15005-1-318-1、华5325S/ST-15005-1-106-9和华5325S/ST15005-1-318-4这5个组合的综合表现较好，表现产量较高、稻米品质优，建议进一步进行试制种和多点比产试验。

摘要：茅苍术是一种广泛用于抗衰老、抗癌、抗炎、保肝利胆、抗溃疡等的中药材,野生茅苍术的过度采挖导致资源逐渐枯竭,人工种植就成为茅苍术药材来源的必然选择。由于茅苍术结实率低且种子存活率不高,人工种植中长期采用块茎作为种源进行无性繁殖,导致种质退化严重、病害大规模频发,急需筛选优良品系解决茅苍术规模化种植的现实问题。本研究利用自己开发的SSR分子标记,对81株茅苍术材料、5株白术材料进行遗传多样性分析,并构建了DNA指纹图谱;同时考察29份材料的表型数据、药用品质,构建化学指纹图谱。研究结果如下:
　　1.筛选得到的239对SSR引物中共鉴定出扩增条带清晰、多态性丰富的SSR标记83对,用于供试材料的遗传多态性分析。83对SSR引物共扩增出420个位点,其中多态性位点数408个,占97.14％。多态性信息含量PIC值、有效等位基因数Ne、Shannon's信息指数Ⅰ、观测杂合度Ho、期望杂合度He的平均值依次是0.43、2.27、0.92、0.36、0.47。说明引物具有较高的多态性,供试材料的遗传变异与杂合度较高,这对栽培及育种更加有利,可减少因品种退化对栽培种产量及品质的影响。其中引物PLD136有18个多态性位点,是多态性含量最高的引物;引物PLD150检测的杂合度是0,说明该引物扩增的位点在所有材料中具有保守性。
　　2.基于SSR分子标记的聚类分析,以遗传距离是0.63处为阈值,可将茅苍术与白术分为两个亚群。在遗传距离为0.59时,可将81株茅苍术分为两个亚群。第Ⅰ亚群中有71株,包括大部分材料;第Ⅱ亚群包含两个保康Ⅰ的材料ByⅠa1、ByⅠa2和8株英山的材料。第1个大群在遗传距离是0.49时可分为4个亚群,亚群i包括所有京山、保康Ⅱ和6份保康Ⅰ的材料,亚群ii只有1株保康Ⅰ的材料ByⅠc3,亚群iii只有13株英山材料,亚群iv只有一株保康Ⅲ的材料Bb1;第Ⅱ个大群可在遗传距离为0.56时分为两个亚群,亚群v只有一株保康Ⅰ的材料,亚群vi包含一株保康Ⅰ的材料ByⅠa2和8株英山材料。聚类结果显示,京山材料的遗传距离最接近,同时聚在了亚群i中,保康Ⅰ材料的遗传信息最丰富,聚类情况最复杂。结合分子标记主坐标分析结果,发现聚类分析与主坐标分析结果相同。群体结构分析验证,表明本研究中白术群体的遗传背景单一,保康Ⅰ的遗传背景复杂。
　　3.对不同居群材料进行群体结构遗传分析,发现遗传变异来源于群体内,不是群体间。基因流Nm=1.597,说明京山、保康、英山茅苍术居群间可以进行正常的基因交流,地理隔离不是阻碍基因交流的因素。茅苍术居群间的Nei's遗传距离(GD)小于0.1771,遗传一致度(GI)均大于0.8377,说明茅苍术群体间的遗传相似性较高,变异来源于群体内。居群间的聚类分析结果显示,白术与茅苍术之间遗传基础相差较大,但在茅苍术居群间差异较小,也验证了遗传变异来自群体内,而不是群体间。
　　4.对供试材料的表型数据与药用品质数据进行相关性分析与聚类分析,发现茎粗与株高和折干率、株高与上部分枝数之间都表现出极显著正相关(P＜0.01);油室面积与根茎总面积的比值(Q)与苍术素含量之间呈显著负相关(P＜0.05);β-桉叶醇含量与醚浸出物含量之间呈极显著正相关。
　　5.基于供试材料建立的HPLC化学指纹图谱,比较化学指纹图谱相似度并分析共有峰峰面积量化后的聚类结果,发现供试材料指纹图谱相似度在0.80-1.00之间,说明不同居群茅苍术材料的化学组成成分差异较大;白术与茅苍术的相似度达到0.89,说明茅苍术与白术相似度较高。白术单独聚为一个群,所有的茅苍术材料聚为一个群,与SSR标记的聚类结果一致。

摘要：马铃薯（Solanum tuberosum L.）因其丰富全面的营养得到广泛的使用，其加工产业中的高附加值产品薯条薯片等，因其独特的风味而备受人们喜爱，然而马铃薯中的低温糖化现象严重阻碍了薯条薯片等油炸加工产品的发展。淀粉是马铃薯块茎的主要储能形式，前人研究表明，淀粉处于淀粉-糖代谢的源头，是造成低温糖化的主要因素之一，其中β-淀粉酶9(StBAM9)尽管检测不到淀粉酶活性，但对马铃薯的低温糖化有着重要作用，为了研究这类无β-淀粉酶活性的蛋白是发挥功能的机制，本研究主要从蛋白水平对StBAM9互作蛋白进行了分离，并完成了验证及互作机制解析，主要研究结果如下:
　　1.利用马铃薯低温糖化酵母文库对StBAM9的互作蛋白进行了筛选，得到了92个与StBAM9和StBAM9-P互作的蛋白，其中与StBAM9和StBAM9-P都互作的蛋白有12个，通过WEGO分析，两者的潜在互作蛋白在定位、分子功能以及生物学途径上相似，主要定位在细胞内，大多数是具有催化活性和结合功能的蛋白，且大部分蛋白富集在细胞、代谢、生物调控以及对刺激的响应的生物学途径上。通过酵母点对点验证，初步得到4个互作蛋白分别是StDUF842、StTPR01660、StTPR22129和StTPR45174。
　　2.为了明确StDUF842、StTPR01660、StTPR22129和StTPR45174在马铃薯栽培种E3中不同组织及块茎低温处理下的表达模式，我们通过qRT-PCR进行定量分析，得到StDUF842、StTPR22129在叶片中相对表达量高，StTPR01660在叶片和成熟的薯块中相对表达量高，StTPR4517334在成熟薯块中相对表达量高，其中StTPR01660和StTPR45174与StBAM9类似，在成熟的薯块中表达量高。叶片是马铃薯主要的产能器官，薯块是马铃薯主要的储能器官，推测它们都很有可能参与淀粉的降解。
　　3.为了明确StDUF842、StTPR01660、StTPR22129、StTPR45174的亚细胞位置，分别构建GFP融合表达载体GFP-StDUF842、GFP-StTPR01660、GFP-StTPR22129、GFP-StTPR45174，通过农杆菌介导的烟草瞬时表达得到StDUF842、StTPR01660、StTPR22129、StTPR45174都定位于细胞质。
　　4.为了进一步明确互作蛋白与StBAM9在植物细胞中的互作部位，我们通过BiFC对StDUF842、StTPR01660、StTPR22129、StTPR45174与StBAM9进行互作验证，发现只有StTPR01660与StBMA9互作于淀粉粒上，另外StTPR01660与定位在质体基质中的β-淀粉酶1(StBAM1)互作于细胞质。另外，GST pull down结果表明StTPR01660与StBAM9有互作，且还发现StTPR45174与StBAM9有着较强的互作。而前期研究表明StBAM9定位在淀粉上，由此我们推测StTPR01660可能在细胞质中与StBAM1互作，形成复合体，并通过StBAM9的招募，到达淀粉粒上，从而实行淀粉粒上淀粉降解的功能;此外，是否存在StTPR45174等其他蛋白参与这个过程，还有待于进一步确定。
　　5.为了明确StTPR01660、StBMA1与StBMA9间互作的区段，我们以不同的StTPR01660短截区段与StBMA9进行酵母点对点实验，结果表明StTPR01660完整的TPRdomain区段（第181到277个氨基酸区段）才能与StBMA9互作。通过NCBI对StBAM1进行结构域的预测，发现第1到85个氨基端区段有一个质体转运肽，第111到542个氨基端区段为葡糖基水解酶结构域。通过将水解结构域进行短截，我们得到StBAM1的第330到413个氨基酸区段与StBAM9-P互作。通过NCBI对StBAM9进行结构域的预测，发现第1到63个氨基端区段有一个质体转运肽，第88到506个氨基端区段为葡糖基水解酶结构域。通过将水解结构域进行短截，我们得到StBAM9的第238到386个氨基酸区段与StBAM1互作。StBAM1和StBAM9这两个短截的区段里含有两个相同的底物结合位点（赖氨酸和组氨酸），推测StBAM9可能借助StBAM1行使降解淀粉的功能。
　　6.通过StBAM9干涉株系中直链和支链淀粉含量测定结果表明，在4℃30d处理条件下，支链淀粉的降解速度比直链淀粉的降解速度慢，StBAM9更青睐于支链淀粉，我们可以进一步通过蛋白体外添加实验，明确互作蛋白与StBAM9可能的功能机制。此外，StBAM9干涉株系及对照的淀粉磷含量测定结果表明干涉株系与对照E3相比无显著差异，说明StBAM9调控的淀粉降解可能不是通过淀粉磷酸化的途径。

摘要：玉米籽粒相关性状是复杂的数量性状，籽粒的发育决定籽粒大小及灌浆充实，影响玉米产量。目前，已克隆了很多影响玉米籽粒发育的基因，但籽粒发育的调控机制仍不是十分清楚。因此，玉米籽粒发育相关基因的克隆对解析玉米籽粒发育的分子机制具有重要意义。本课题组克隆并鉴定影响玉米籽粒发育的PPR及mTERF两个家族的新成员，分别为Emp11及ZmSmk3，通过分子生物学实验证实其功能，获得主要结果如下:
　　1.籽粒发育基因Emp11的克隆及功能分析
　　emp11-1纯合突变籽粒早期发育停滞，胚乳基部转运层发育异常，籽粒淀粉粒积累降低，成熟后空瘪、皱缩。该突变性状受单隐性核基因控制，通过等位突变及RNAi遗传转化进一步证明Emp11的突变导致缺陷籽粒的产生。Emp11为组成型表达基因，在雌穗、子房、胚(尤其是SAM)胚乳糊粉层及BETL中的表达量较高。该基因编码一个靶向线粒体的P型PPR蛋白，突变后导致线粒体基因nad1四个内含子都不能被正常剪切加工，线粒体复合体Ⅰ组装受阻、活性降低，线粒体形态结构缺陷，从而影响了正常的能量供应，交替氧化酶途径作为能量的补偿机制被激活，能量的供应不足最终导致缺陷籽粒的产生。
　　2.籽粒发育基因ZmSmk3的克隆及功能分析
　　Zmsmk3为单隐性核基因控制的突变材料，ZmSmk3启动子区转座子的插入导致籽粒变小。ZmSmk3在所有被检测的组织中都有表达，表达量相对较高的组织为:茎、雌穗、子房、胚和胚乳基部转运层。该基因编码一个含有2个mTERF重复结构域的mTERF蛋白，定位于线粒体，突变后导致线粒体基因nad4第一个内含子及nad1第四个内含子都不能被正常剪切，且突变体籽粒中部分线粒体结构存在缺陷，嵴的形态排布松散，影响复合体Ⅰ的积累量及活性，导致交替氧化酶途径被激活，暂时供应种子发育所需能量。野生型和突变体中差异表达基因主要在营养物质贮存相关分类中富集，淀粉合成及醇溶蛋白相关的基因在突变体中都下调表达，且该基因可能参与逆境胁迫响应。

摘要：自交不亲和性是开花植物抑制自交、促进异交的自然现象，是杂种优势利用的重要途径。已有研究表明，花粉端SP11/SCR(S-locus protein11or S-locus Cys-rich protein)与柱头端SRK(S-locus receptor kinase)相互识别及SRK下游信号传导导致甘蓝型油菜自交不亲和性。本文研究芸薹属BnSCR1-BnSRK1-BnARC1自交不亲和信号通路在拟南芥中的保守性，自交不亲和系“W-3”的BnSCR1基因和BnSRK1基因启动子顺式作用元件及反式调控因子，为进一步揭示甘蓝型油菜自交不亲和机理、芸薹属自交不亲和信号路径奠定基础。主要结果如下。
　　1.构建pORE_O4-BnSCR1+BnSRK1和pORE_O4-BnSCR1+BnSRK1+BnARC1两种过表达载体，分别导入Col-0和C24两种生态型拟南芥，获得Col-0和C24过表达BnSCR1+BnSRK1转基因植株21株和13株，Col-0和C24过表达BnSCR1+BnSRK1+BnARC1转基因植株12株和9株。通过授粉试验观察、角果长度和每角果粒数考察及外源基因表达检测，发现所有转基因植株自交亲和，说明在拟南芥Col-0和C24中，芸薹属自交不亲和信号通路BnSCR1-BnSRK1-BnARC1不起作用。
　　2.克隆了BnSRK1基因2kb启动子序列;启动子分析表明，PR1-GUS（-1809～-1bp）和PR2-GUS（-1314～-1bp）能够驱动GUS基因在柱头中表达;启动子缺失分析结果表明，调控BnSRK1基因表达的关键调控区域位于-1314～1000bp。克隆了Ⅱ类S单倍型的BnSCR-1300基因翻译起始位点上游504bp启动子和BnSCR-6基因翻译起始位点上游416bp启动子，启动子分析表明60P-GUS(-504～-1bp)和15P-GUS(-416～-1bp)均能驱动GUS基因在转基因拟南芥花药发育的第9期至11期的绒毡层表达。
　　3.通过酵母单杂交实验获得了与BnSCR1基因684bp启动子结合的转录因子BnPHL2α。两轮诱饵序列截短实验表明BnPHL2α与p16X-3-AbAi的16bp(TTTAATTTCTTGCATA)序列互作。亚细胞定位结果表明BnPHL2α定位在细胞核中。利用AH109酵母菌株没有检测到BnPHL2α的转录活性;通过BnPHL2α转录激活/抑制结构分析，发现BnPHL2α存在两个保守区域（位于136-185aa的MYB CC结构域、37-90aa的MYB DNA结合结构域）可能是该蛋白的抑制区域。双荧光素酶报告(Dual luciferase reporter，DLR)系统检测BnPHL2α基因对BnSCR1启动子P342活性表明，BnPHL2α基因抑制P342启动子的活性;P342启动子区域（-310至-295bp）序列(TTTAATTTCTTGCATA)的一系列突变实验表明，BnPHL2α对BnSCR1启动子P342活性调控的抑制位点位于-310至-295bp区域。EMSA实验验证，BnPHL2α蛋白能够与“TTTAATTTCTTGCATA”序列互作。利用CRISPR技术敲除“Westar”中BnPHL2α基因，获得了4株T0代阳性苗，测序分析阳性苗均为嵌合体突变的植株。

摘要：为进行饲料油菜推广应用，本研究对油菜、大麦，紫云英、黑麦草和毛苕子等进行了比较研究，以评价油菜的饲用特性。同时对12个油菜品系进行了产量与品质的比较研究，以期筛选出具有饲料应用前景的油菜品种。以高产优质油菜品种华油杂62为主要研究对象，设置油菜种子处理试验、播期密度试验、收获次数与施肥试验。总结了饲料油菜直播壮苗、适宜播期及密度、简化施肥，适时收获的高效栽培技术。主要研究结果如下:
　　1.筛选出用于饲料用途的品种材料
　　与对照华油杂62相比较，6-3914、16-P35外和15P24母的平均鲜重产量超过了对照，15-兰凡1、16-P35外和6-3914的平均干重产量超过了对照;植株地上部含水率以16-P32外、16-P35外、6-1907、6-2660和15-兰凡1等材料相对较低。综合鲜重、干重和含水率三项指标，以品系16-P35外鲜重高、干重高、含水率低，更适宜作饲料油菜。
　　2.锐胜包衣油菜种子可以显著提高种子出苗率和最终成苗率
　　不同材料处理的油菜种子，10月9日播种，第5天开始出苗，第6天出苗速度最快，播种后锐胜的出苗速度明显快于对照。播种后第10天锐胜出苗率显著高于对照20.9个百分点;播种后第50天锐胜的最终成苗率为55.0％，显著高于对照18.5个百分点。2月12日播种，第10天开始出苗，第12天出苗速度最快。锐胜的出苗速度明显快于对照。播种后第15天锐胜处理的出苗率显著高于对照15.9个百分点;播种后第30天锐胜处理的最终成苗率为48.9％，显著高于对照15.7个百分点。
　　不同材料处理的油菜种子进行秋播和春播，锐胜处理的出苗率和最终成苗率都显著高于对照。表明锐胜处理油菜种子可以显著提高种子出苗率和最终成苗率。
　　3.饲料油菜适当早播有利于获得更高的饲料产量
　　综合两年试验结果，饲料油菜播期为9月20日和9月30日的产量都是随着密度的增加先上升后下降。饲料油菜适当的早播有利于获得更高的饲料产量，拟获得60000kg/hm2以上的较高生物产量，适宜播期在9月下旬到10月10日。适宜的密度在45-75万株/hm2。
　　4.饲料油菜在12月中旬至4月下旬循环收获可获得较高生物产量
　　饲料油菜可以在11月中旬开始收获。在不同循环收获时间处理中，以第一次收获时间为12月18日，第二次收获时间为3月26日，第三次收获时间为4月30日的处理收获的鲜重产量最高。
　　5.不同施肥次数、收获次数及收获方式对饲料油菜总产量的影响效果不同
　　在三次收获条件下，一次追肥处理的干重总产量显著高于二次追肥处理的干重总产量，二次追肥处理的干重总产量显著高于三次追肥处理的干重总产量。
　　在不同追肥次数和收获方式条件下，三次收获的鲜茎叶生物产量为45971.33-105290.33kg/hm2。在相同追肥处理条件下，第一次收获时采用三种收割方式收获的平均生物产量的大小顺序是留三叶＞留心叶＞去心叶，且差异达到显著水平。留三叶的收获方式平均鲜重产量最高可达到96216.89kg/hm2，其中一次追肥处理平均产量为105290.33kg/hm2，明显高于留心叶和去心叶的收获方式;去心叶的收割方式明显不利于油菜再生，第二次收获的产量大大降低，总产量也明显降低。
　　收获次数为一次、二次和三次收获的鲜重累计产量平均值分别为78237.00kg/hm2、87560.11kg/hm2和91216.89kg/hm2。
　　6.饲料油菜产量显著高于豆科牧草紫云英和毛苕子
　　与2月27日收获相比，4月18日收获时油菜和毛苕子的鲜重产量降低，紫云英和黑麦草的上升。不同饲料材料适宜收获时期具有差异。如只收获一次，油菜在3月下旬以前收获，其鲜重产量在各种作物都是最高的，大麦在2月份收获生物产量仅次于油菜，黑麦草在3-4月份生物量迅速增长，4月份超过油菜的生物量，紫云英和毛苕子在3月收获生物产量较高。如收获两次，油菜在3月初、4月中旬二次收获可获得较高鲜重产量。黑麦草和大麦在3月底、4月中旬收获二次可获得较高的鲜重产量。
　　2月27日到4月18日收获，毛苕子的平均蛋白质含量上升6.52％;但油菜、紫云英和黑麦草的平均蛋白质含量下降明显，分别下降63.62％、29.11％和27.16％，以油菜的蛋白质含量下降最为明显。因此如要获得油菜较高蛋白质含量，可在2月下旬以前收获。

摘要：全球变暖以及温度增加的不对称性对水稻产量和稻米品质的影响已经受到了越来越多的关注，有关大田条件下不同增温方式（如白天增温、夜晚增温或全天增温）对水稻生长发育、产量和品质形成的影响的研究报道仍然不多。为此，本试验于2016和2017年在湖北武汉采用自制的鼓风加热增温系统模拟长江中下游地区未来大气温度的变化趋势，选用大面推广种植的4个水稻品种作为试验材料，在大田条件下分别设置白天增温(Daytime Warming，DW)、夜间增温(Nighttime Warming，NW)以及全天增温(All-day Warming，AW)和对照4个不同温度处理，比较研究不同增温方式对水稻生长发育、产量及品质的影响以及品种之间的响应差异，以期揭示增温对水稻生长发育、产量以及品质影响的机理，从而为培育耐高温品种选育提供理论依据，为抗高温栽培提供决策支持。主要研究结果如下:
　　1.在2016和2017年的大气温度基础上增温1℃-2℃会显著降低水稻的产量。不同增温方式对水稻产量的影响程度不同，全天增温处理对所有供试水稻品种的产量影响最大，2016和2017年4个供试品种在AW处理下的平均降幅分别为61.93％和42.58％。本试验条件下，两年的NW和DW对产量影响的差异不显著，2016年两者的平均降幅分别为31.06％和30.76％，2017年分别为29.63％和21.66％。
　　2.NW和DW导致产量降低的途经有差别。NW和DW对水稻的结实率和千粒重的影响程度大致相同，不同的是每穗颖花数在NW处理下的降幅大于DW。进一步比较NW和DW对结实率降低的内在机理，结果发现，两者都是通过降低花药开裂率、花粉活性、柱头附着花粉数以及柱头上花粉萌发数从而导致结实率下降;而NW导致花药开裂降幅大于DW，DW导致花粉活性以及柱头附着的花粉数的降幅相对较大。
　　3.增温导致水稻的株高显著降低，但对水稻叶片的比叶重(SLW)的影响不显著。耐高温品种SY63的叶面积指数(LAI)在增温处理下显著增加，其他3个品种LAI在增温处理下无明显的变化。水稻植株形态在增温处理下的变化不影响水稻各个时期的干物质积累。表明增温处理下的干物质供应并不限制产量的形成。
　　4.增温处理影响水稻的部分加工品质和外观品质指标。AW、DW和NW3种增温处理均显著降低稻谷的整精米率、直链淀粉含量以及胶稠度，增加垩白度和垩白粒率。