中国禾谷类作物种质资源地理分布及其富集中心研究

通过对中国禾谷类作物地方品种资源的地理分布和多样性分析,提出了水稻、小麦、玉米、谷子、黍稷、高粱、燕麦等作物种质资源的富集中心;同时,对分布于中国的禾谷类糯性、裸粒、矮秆和育性等特有基因资源进行了探讨.该项研究结果对于加速特有基因的发掘和高效利用以及作物起源演化的进一步研究具有重要意义.     

小麦抗倒性研究进展

倒伏是严重影响小麦子粒产量和品质的一个重要因素。本文系统阐述了小麦茎秆形态和结构特性、茎秆化学成分与抗倒伏关系以及抗倒性的遗传和分子标记等方面的最新研究进展。株高、基部节间长度与抗倒性呈负相关;而基部节间粗度、秆壁厚、单位长度干重与抗倒性呈正相关。茎秆机械组织细胞层数、厚度,维管束数目、面积以及髓腔大小与抗倒性密切相关。茎秆化学成分中纤维素、木质素以及碳水化合物含量和硅、钾元素含量与抗倒性呈正相关。小麦抗倒性呈数量性状遗传特征,除受多对主基因控制外,可能还受微效修饰基因作用。采用分子标记技术已将抗倒性以及与抗倒性相关的茎秆形态性状进行了QTL定位。     

禾谷类作物倒伏的生理原因——国内外科学研究成果的综合报导

倒伏是禾谷类作物共有的现象,往往也是造成减产的重大因素之一。由于倒伏发生的时期不同,影响产量的程度也不一致。一般以抽穗以后的倒伏较为常见,其中又以开花期、灌浆初期的倒伏,影响产量最大,常可减产一半以上。开花期倒伏后,茎叶最迭,光照弱,湿度大,下部茎叶     

山西省黍稷种质资源抗倒性鉴定及相关形态特征研究

黍稷种质的倒伏是造成黍稷减产的一大要素,如何防止黍稷的倒伏,筛选和培育抗倒的种质是解决黍稷倒伏最根本和有效的方法。通过对山西省的1192份黍稷种质资源进行抗倒性鉴定,筛选出71份高抗倒的种质。同时对高抗倒种质和不抗倒种质茎、根的形态特征进行了比较研究,证明黍稷种质的抗倒性与茎、根的形态特征有密切关系,高抗倒种质在茎、根形态特征上所占的优势是形成高抗倒的重要原因。     

谷子抗倒伏性和株高、穗部性状的相关性研究

倒伏是限制作物产量提高的重要因素,而株高、穗长、穗粗、穗粒重等性状与产量密切相关,因此弄清抗倒伏性与这些性状的关系,对开展抗倒伏高产育种具有重要意义。本研究系统调查了41份谷子材料倒伏指数、株高、穗长、穗粗、穗码数、码粒数、穗粒重7个性状,结果表明：所有调查的7个性状指标在41份谷子材料中存在显著差异,除穗粗变异幅度较小,其余6个性状指标均存在丰富的遗传变异。相关性分析表明谷子基部第一、第二、第三节倒伏指数均与株高呈一定负相关,但未达到显著水平,与穗长、穗码数、码粒数、穗粒重均呈一定正相关,但只有第二节倒伏指数与穗长间的相关达到了显著水平（P<0.05）。倒伏指数与穗粗的相关性较复杂,第一、第三节倒伏指数与穗粗呈负相关,而第二节倒伏指数与穗粗呈正相关,但都未达到显著水平。株高与穗长、穗粗、穗码数、穗粒重4个产量关键性状间呈显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）正相关;穗长、穗粗、穗码数、码粒数、穗粒重5个性状间呈极显著正相关（P<0.01）。研究结果认为在80 cm范围内,增加株高不会减弱谷子的抗倒伏性,谷子倒第二节抗倒伏性对整株植株抗倒伏性起到关键作用,应在抗倒伏高产育种中加以重视。     

外源基因在转基因禾谷类作物中的表达

最近由于转化技术的长足进步,已在越来越多的禾谷类作物中培育出转基因植株。为了借助基因工程改良禾谷类作物的品质及其它农艺性状,目前的重点已开始放在那些能调控外源基因在转基因禾谷类作物中表达的分子元件的鉴定上。 禾谷类作物包括一大群具有经济价值的植物种,如果引入一些控制优良品质及其它农艺性状如抗病性和抗逆性的外源基因,并让其表达,那么这些作物对人类的价值会更高。然而,自从首次发明在双子叶植     

禾谷类作物细胞培养：体细胞胚性潜力的诱导与表达

体细胞胚胎发生已成为禾谷类作物细胞培养研究中的一个重要方面。本文参照近几年来发表的主要文献并结合本实验室的研究工作,对禾谷类作物的体细胞胚胎发生做了综合评述。就培养基,植物激素,氮源,渗透压,外植体来源及发育时期,起始材料的状态,培养时间等各种因素对禾谷类作物胚性愈伤组织的诱导和保持,胚性悬浮细胞系的建立以及体细胞胚胎发生与植株再生的影响进行了分析。并对长期继代培养物再生能力丧失（或胚性潜力难以充     

禾本科作物芒遗传研究进展

芒是许多禾本科作物穗部的重要结构, 不仅可以作为区分不同品种以及基因定位的重要形态标记, 而且在禾谷类作物的种子传播、籽粒灌浆、蒸腾作用及产量形成等方面起重要作用。该文综述了小麦(Triticum aestivum)、大麦(Hordeum vulgare)和水稻(Oryza sativa)芒的结构、功能与遗传调控机制研究进展, 以期为芒性状遗传机理的进一步研究及其在育种中的应用提供参考。     

禾谷类原生质体培养研究及展望

禾谷类原生质体培养研究是植物生物技术的主要内容,也是重要基础之一。许多种遗传操作(体细胞杂交、细胞质重组、DNA直接摄入和转基因植株形成等)都依赖于原生质体的培养与再生。禾谷类植物是世界粮食作物的最主要来源,因而禾谷类原生质体培养也成为当今植物生物工程的主要目标之一。利用原生质体进行外源基因转移是禾谷类作物中少数几种能产生转基因植株的途径之一。遗憾的是,禾谷类原生质体特别难以培养,这方面进展很慢。最近三,四年来,通过利用胚性愈伤组织或胚性悬浮细胞系来分离原生质体这一方法,研究者们才相继在珍珠谷、羊草、紫狼尾草、水稻、玉米、小麦、大麦、甘蔗、谷子、高粱、小偃麦、鸭茅、羊茅、黑麦草和棒头草植物上获得了再生植株。但是,成功的培养方法仍是一     

谷子bZIP转录因子的全基因组鉴定及其在干旱和盐胁迫下的表达分析

bZIP蛋白是植物转录因子中最大和最保守的一类转录因子, 参与调控植物生长发育等多种生命活动。谷子(Setaria italica)是一种重要的C4杂粮作物, 其bZIP基因家族与功能报道较少。利用生物信息学工具, 从谷子全基因组中鉴定出73个SibZIP转录因子, 划分为A、B、C、D、E、G、H、I和X等亚家族。与已测序的禾谷类作物相比, 谷子SibZIP基因家族在进化中发生缩减。在谷子SibZIP蛋白中检测到25种不同的保守氨基酸基序。RNA-seq和定量PCR检测结果表明, 在干旱和盐胁迫条件下, 多数SibZIPs基因不同程度地被诱导表达, 预示着部分SibZIP成员在谷子干旱和盐胁迫响应中起重要作用。共表达关联性分析进一步揭示19个谷子SibZIP转录因子可通过与蛋白激酶或NPR1相关调节蛋白等互作介导谷子胁迫响应。研究结果为全面解析谷子SibZIPs基因结构与生物学功能、抗旱分子机制以及分子育种提供了新信息。     

Phytolith analysis for differentiating between foxtail millet (Setaria italica) and green foxtail (Setaria viridis)

Foxtail millet (Setaria italica) is one of the oldest domesticated cereal crops in Eurasia, but identifying foxtail millets, especially in charred grains, and differentiating it from its wild ancestor, green foxtail (Setaria viridis), in the archaeobotanical remains, is still problematic. Phytolithic analysis provides a meaningful method for identifying this important crop. In this paper, the silicon structure patterns in the glumes, lemmas, and paleas from inflorescence bracts in 16 modern plants of foxtail millet and green foxtail from China and Europe are examined using light microscopy with phase-contrast and a microscopic interferometer. Our research shows that the silicon structure of ΩIII from upper lemmas and paleas in foxtail millet and green foxtail can be correspondingly divided into two groups. The size of ΩIII type phytolith of foxtail millet is bigger than that from green foxtail. Discriminant function analysis reveals that 78.4% of data on foxtail millet and 76.9% of data on green foxtail are correctly classified. This means certain morphotypes of phytoliths are relatively reliable tools for distinguishing foxtail millet from green foxtail. Our results also revealed that the husk phytolith morphologies of foxtail millets from China and Eastern Europe are markedly different from those from Western Europe. Our research gives a meaningful method of separating foxtail millet and green foxtail. The implications of these findings for understanding the history of foxtail millet domestication and cultivation in ancient civilizations are significant.     

中国禾谷类作物野生近缘植物在育种中的利用

中国主要禾谷类作物有水稻、小麦、大麦、燕麦、玉米、高粱、粟、黍稷,它们的野生近缘植物在中国禾谷类作物育种中得到了较好的利用,不仅拓宽了作物的遗传基础,而且培育出优良品种在生产上大面积推广,在提高粮食产量中起到了重要作用.     

谷子β-胡萝卜素异构酶家族基因的表达与变异分析

株型是影响谷类作物产量的重要性状, 株型改良对提高作物产量具有重要意义。独脚金内酯(strigolactones, SLs)作为一种最新被鉴定的植物激素, 其通过抑制腋芽的伸长调控分枝/分蘖的形成。β-胡萝卜素异构酶(D27s)是SLs合成途径的关键酶, 通过对谷子(Setaria italica) β-胡萝卜素异构酶典型结构域Pfam:DUF4033进行分析, 鉴定到3个谷子D27s基因家族成员(Seita.8G168400、Seita.6G088800和Seita.3G050900)。蛋白质特性分析显示, 谷子D27s蛋白由271-277个氨基酸残基组成, 分子量为30.1-30.4 kDa, 等电点为5.85-9.31, 不稳定系数介于38.48-74.47之间, 且均定位于叶绿体; 系统进化分析发现, 谷子D27s家族成员位于3个不同进化分支; 顺式作用元件预测显示, SiD27-1 (Seita.8G168400)可能参与调控生物节律、生长素介导的生长发育以及干旱和低温等胁迫应答过程。基因表达分析显示, SiD27-1在谷子多分蘖材料中表达下调, 在低磷胁迫处理下, D27s基因均能产生不同程度的响应, 并且SiD27-1的响应较其它成员更快速。单倍型分析结果表明, SiD27-1的H001单倍型为优异单倍型, 对谷子的株高、抽穗期和产量改良具有重要应用价值。综上, 推测SiD27-1极可能在SLs合成中发挥关键作用并对谷子株型产生影响。研究结果为深入揭示D27s对谷子分蘖形成的调控机制奠定了基础, 也为谷子株型分子设计育种提供了优异的等位变异位点。     

Microsatellite Variations of Elite Setaria Varieties Released during Last Six Decades in China

Crop improvement is a multifaceted micro-evolutionary process, involving changes in breeding approaches, planting configurations and consumption preferences of human beings. Recent research has started to identify the specific genes or genomic regions correlate to improved agronomic traits, however, an apparent blank between the genetic structure of crop elite varieties and their improving histories in diverse modern breeding programs is still in existence. Foxtail millet (Setaria italica) was one of the earliest cereal crops to be domesticated and served as a staple crop for early civilizations in China, where it is still widely grown today. In the present trial, a panel of foxtail millet elite varieties, which were released in the last sixty years in different geographical regions of China, was characterized using microsatellite markers (SSRs). A clear separation of two subpopulations corresponding to the two eco-geographical regions of foxtail millet production in China was identified by the dataset, which also indicated that in more recently released elite varieties, large quantities of accessions have been transferred from spring-sowing to summer-sowing ecotypes, likely as a result of breeding response to planting configurations. An association mapping study was conducted to identify loci controlling traits of major agronomic interest. Furthermore, selective sweeps involved in improvement of foxtail millet were identified as multi-diverse minor effect loci controlling different agronomic traits during the long-term improvement of elite varieties. Our results highlight the effect of transition of planting configuration and breeding preference on genetic evolvement of crop species.     

谷子全生育期抗旱性鉴定及抗旱指标筛选

作物全生育期抗旱性对发掘和利用抗旱品种和抗旱基因至关重要,但谷子全生育期抗旱鉴定至今未有报道,抗旱鉴定缺乏鉴定指标。本试验在干旱池模拟干旱条件下,对苗期抗旱性表现不同的谷子品种进行了全生育期抗旱性研究,调查分析了根干重等形态和生理性状在干旱胁迫条件下的变化;采用相关和灰色关联度等方法,分析这些指标与抗旱性(DRI)的关系。结果表明,相对根冠比、相对单穗粒重和灌浆期光合速率、蒸腾速率同抗旱性表现极显著相关,可以作为谷子全生育期抗旱性鉴定的指标;而相对根干重、相对单穗重、相对株高和气孔导度则可以作为谷子全生育期抗旱性鉴定的参考指标;在供试的品种中,红根谷和大齐头白表现了良好的综合抗旱性。本文还讨论了抗旱性的复杂性以及不同性状对干旱胁迫的反应,所建立的指标对谷子全生育期抗旱鉴定具有指导意义。     

中国谷子潜在地理分布的多模型比较

谷子是中国干旱和半干旱区主要的粮食作物之一.它耐旱、耐瘠薄、抗逆性强、适应性广,是未来应对干旱形势的重要战略储备作物.本文基于谷子的157个地理分布点数据,利用中国谷子产量与环境指标的相关性分析,选出10个气候指标、7个土壤指标和3个地形指标,采用MaxEnt、EMFA、RF和GAM共4个物种分布模型,分析中国谷子的潜在适宜性分布.结果表明: 4种模型均可成功模拟谷子的潜在地理分布,其中,MaxEnt模型的模拟效果最好.选用的环境指标中,水热条件对谷子生长最敏感.模型结果结合ArcGIS空间分析模块的结果表明,中国谷子的潜在适宜生长区(最适宜区和适宜区)总面积为55.68×10⁴ km²,远远大于当前谷子的实际种植面积,主要集中在东北地区的东北平原、长白山以南与牡丹江流域,华北地区的淮河以北,华中地区汉江以东与大别山以北,西北地区的黄土高原、鄂尔多斯高原南部、祁连山脉东部、天山山脉东部与阿尔泰山脉,西南地区的重庆以北和贵州西部局地区域.     

青铜时代中晚期辽西地区农业活动特征

辽西地区城子山遗址和夏家店遗址农作物种子遗存研究显示,城子山地区青铜时代中期以旱作农业种植为主.粟的栽培比例要明显高于黍.青铜时代晚期的夏家店地区属半农半牧区,存在黍与粟为主的旱作农业种植,但黍的栽培比例要远高于青铜时代中期的城子山地区.干旱化可能是导致夏家店地区青铜时代晚期黍栽培比例升高的主要原因.城子山和夏家店地区农业种植结构在青铜时代晚期可能已有所不同,但这2个地区农业种植的差异究竟从何时开始,仍是一个需要继续深入研究的问题.     

青铜时代中晚期辽西地区农业活动特征

辽西地区城子山遗址和夏家店遗址农作物种子遗存研究显示, 城子山地区青铜时代中期以旱作农业种植为主, 粟的栽培要明显高于黍。青铜时代晚期的夏家店地区属半农半牧区, 存在黍与粟为主的旱作农业种植, 但黍的栽培比例要远高于青铜时代中期的城子山地区。干旱化可能是导致夏家店地区青铜时代晚期黍栽培比例升高的主要原因。城子山和夏家店地区农业种植结构在青铜时代晚期可能已有所不同, 但这2个地区农业种植的差异究竟从何时开始, 仍是一个需要继续深入研究的问题。     

FmMDb: A Versatile Database of Foxtail Millet Markers for Millets and Bioenergy Grasses Research

The prominent attributes of foxtail millet (Setaria italica L.) including its small genome size, short life cycle, inbreeding nature, and phylogenetic proximity to various biofuel crops have made this crop an excellent model system to investigate various aspects of architectural, evolutionary and physiological significances in Panicoid bioenergy grasses. After release of its whole genome sequence, large-scale genomic resources in terms of molecular markers were generated for the improvement of both foxtail millet and its related species. Hence it is now essential to congregate, curate and make available these genomic resources for the benefit of researchers and breeders working towards crop improvement. In view of this, we have constructed the Foxtail millet Marker Database (FmMDb; http://www.nipgr.res.in/foxtail.html), a comprehensive online database for information retrieval, visualization and management of large-scale marker datasets with unrestricted public access. FmMDb is the first database which provides complete marker information to the plant science community attempting to produce elite cultivars of millet and bioenergy grass species, thus addressing global food insecurity.