老芒麦遗传多样性及育种研究进展

摘要 老芒麦(Elymus sibiricus)的研究对我国北方草原及青藏高原高寒草甸的退化草地改良、发展草地畜牧业具有重要意义。 本文综述了老芒麦在形态学、细胞学、蛋白质和DNA分子水平上的遗传多样性研究概况, 并总结了国内老芒麦的育种研究进展。目前国内外专门针对不同老芒麦种质材料(accession)或居群(populations)遗传多样性的研究鲜见报道, 相关研究主要集中在与披碱草属(Elymus)及其近缘小麦族物种的系统进化研究方面; 其次, 我国仅有6个老芒麦国家审定品种, 且育种手段较单一、落后, 育成品种优势集中在产量和适应性上, 缺乏对抗逆性种质的筛选培育。     

川西北高寒地区多年生禾本科人工草地土壤线虫群落动态

为了查明青藏高原地区建植多年生禾本科人工草地对土壤线虫群落的影响及土壤线虫群落随人工草地建植年限增加的变化趋势,以川西北红原县2018年建植的垂穗披碱草样地(Elymus nutans)和老芒麦样地(Elymus sibiricus)为研究对象,以天然草地(Natural grassland)为对照,于2018—2020每年9月对土壤线虫群落、植被和土壤因子等进行连续监测。研究共分离到土壤线虫38470条,隶属于2纲8目65科172属,平均密度2482条/100g干土;食细菌线虫是研究样地的主要营养类群。垂穗披碱草和老芒麦样地的土壤线虫群落组成结构与天然草地间存在明显差异,但差异性随建植年限增加逐渐降低。线虫群落密度和多样性指数在垂穗披碱草、老芒麦和天然草地间均无显著差异。随建植年限增加,土壤线虫群落密度显著上升,Pielou指数显著下降,丰富度和Shannon指数无显著变化;植物寄生线虫密度和比例在第2年显著增加,并成为优势营养类群。线虫群落生态指数在不同草地类型间无显著差异,但垂穗披碱草和老芒麦样地的线虫基础指数随建植年限增加先增加,在第3年时显著降低(P<0.05)。冗余分...     

利用SSR标记对垂穗披碱草和老芒麦进行物种鉴定和遗传变异分析

垂穗披碱草(Elymus nutans)和老芒麦(Elymus sibiricus)皆为花序下垂类披碱草属物种,高海拔地区的E.sibiricus的部分变异类型也具有小穗紧密排列等特征,与E.nutans在形态学性状上具有较多的交叉,造成野外种质资源采集时进行直接的田间鉴定存在困难。本研究利用12对小麦族SSR引物对8份垂穗披碱草和10份老芒麦种质进行遗传变异和物种鉴定分析,UPGMA聚类分析表明供试材料明显可依据物种差异划分成两大类,主向量分析(PCo A)与聚类分析的结果保持一致。种质间遗传相似系数分析和分子方差分析(AMOVA)也表明种间变异远高于种内。另外,本研究筛选出3对引物,ESGS79和ESGS155能够在垂穗披碱草材料中扩增出特异性条带,Xgwm311能够在老芒麦材料中扩增出特异性条带,这3对引物能够作为区分垂穗披碱草和老芒麦的依据,为野外种质资源的收集以及田间育种工作提供指导。     

老芒麦(Elymus sibiricus)种群地上生物量空间分布格局研究

采用分形几何学的方法对老芒麦（Elymus sibiricus)种群地上生物量空间分布格局进行了研究,结果表明：1）在某一时刻老芒麦不同植株地上生物量的空间分布格局具有相似性,7月6日的分形维数最大,为1.5054;6月16日、7月31日以及8月10日的分形维数较小,分别为0.7001、0.4675和0.3428。2）虽然在整个生长季内,老芒麦地上生物量与株高的对数值之间存在线性关系,但仍然存在许多细节问题,3）老芒麦株高在20-59cm尺度范围内,双对数半方差图存在明显的2个线性区域,反映出生物量空间分布格局的异质性。4）高度间隔为4cm以下的分形维数为1.63465,高度间隔大于4cm时的分形维数为1.0407。     

基因枪介导的老芒麦遗传转化体系的建立

川草2号老芒麦(Elymus sibiricus)是青藏高原地区治理荒漠化和建设高产人工草地的主要栽培草种。用川草2号老芒麦5种外植体诱导愈伤组织,经分化测试,仅幼穗愈伤组织能分化再生。以当代培养25天和35天的结构致密坚硬的幼穗愈伤组织为受体,分别进行农杆菌侵染和基因枪转化,结果只有基因枪能转化成功。在基因枪转化过程...     

水稻SSR标记的遗传多样性研究进展

本文从SSR标记优点和适用于研究水稻遗传多样性入手,综述了SSR标记在水稻核心种质构建与评价、遗传结构、稻种起源演化等方面的研究进展。总结了水稻遗传多样性的地带性特征（云南是中国稻种资源的最大遗传多样性中心和优异种质的富集地;西南稻区粳稻品种遗传多样性最丰富;南方稻区粳稻品种的遗传多样性高于北方粳稻遗传多样性）、遗传多样性与生态地理位置密切相关、目前水稻品种遗传基础狭窄、多样性降低等特征,分析了遗传多样性成因及影响因素,特别指出了育种行为对遗传多样性的影响,并针对当前水稻品种遗传多样性较低的问题提出了对策。     

我国茶树主要骨干亲本及其衍生品种(系)的SSR分析

铁观音、黄棪和福鼎大白茶分别是我国乌龙茶和红绿茶育种中的骨干亲本,由他们衍生出了一系列的优良品种,研究他们的遗传多样性及构建指纹图谱将有助于今后茶树育种工作中骨干亲本的合理利用和品种权的保护。本研究利用40对SSR引物对我国乌龙茶骨干亲本铁观音、黄棪及其衍生品种(系)和红绿茶骨干亲本福鼎大白茶及衍生品种进行了研究。结果表明,34份供试品种(系)的基因多样性指数（H）为0.54,平均遗传距离0.58,表明我国茶树主要骨干亲本及其衍生品种(系)具有较高的遗传多样性水平和较大的遗传变异,且90%的遗传多样性来自品种之间的遗传差异。聚类结果表明两套品种(系)各自聚为一类,遗传结构分析也显示两套品种(系)之间存在明显的差异。利用其中5对引物组合构建了供试材料的数码指纹图谱。     

青藏高原不同牧草人工草地对土壤线虫群落的影响

为缓解草蓄矛盾,青藏高原人工草地得到快速发展。土壤线虫对环境变化敏感,是草地生态系统的重要组成部分。然而,不同牧草人工草地对土壤线虫群落的影响尚不明确。2016年7月,对多年生禾本科(垂穗披碱草Elymus nutans Griseb.、老芒麦Elymus sibiricus L.、早熟禾Poa annua L.和羊茅Festuca ovina L.)、一年生禾本科燕麦Avena sativa L.和多年生豆科紫花苜蓿Medicago sativa L.等6种单播牧草人工草地(建植期4年)和天然草地(对照)的土壤线虫群落进行了调查。结果表明：(1)土壤线虫隶属于2纲8目32科58属,平均密度为1754个/100 g干土;紫花苜蓿样地的线虫密度最低,为949个/100 g干土;燕麦样地最高,为3267个/100 g干土;(2)与天然草地相比,燕麦样地的线虫群落总密度、多样性以及植食性和杂食-捕食性线虫密度显著增加,而其他人工草地的线虫群落密度、多样性以及植食性、食真菌和食细菌线虫密度均无显著变化;(3)土壤线虫总密度以及各营养类群密度在不同人工草地间差异显著,且均在燕麦样地最高;(4)建...     

RAPD技术在植物遗传育种上的作用

ＲＡＰＤ技术以其快速、简便、高效等优点,已广泛应用于多个学科、领域。本文综述了ＲＡＰＤ技术在植物遗传育种上的应用,如遗传多样性研究、分子标记辅助育种、品种（杂种）真实性鉴定、基因定位、构建遗传图谱等。     

数量性状水平上甘、青两省春小麦品种间的遗传多样性现状及演变趋势

在数量性状水平上,调查了43个春小麦品种的19个数量性状,利用主成分分析法计算品种间的欧氏平方遗传距离。并在此基础上用最小方差法做了聚类分析。发现43个品种间在数量性状水平上的遗传距离变异范围很大（0.926-67.942)。平均遗传距离为18.000,说明供试品种的19个考察性状上存在较大的表型变异,从聚类结果来看,地方品种基本上被聚在一起,说明地方品种同引进品种和育成品种至少在表型上存在较大差异。从20世纪40年代以来,在数量水平上甘,青两省春小麦地方品种间的遗传多样性水平最高（GD=31.389),其次是20世纪50年代引进品种（GD=26.308),而育成品种间的遗传多样性水平最低,总体上呈下降趋势,说明随着育种进程的深入,作为育种目标追求的经济性状趋于一致,其变异集中在一个狭小的范围之内。品种间的遗传多样性下降。     

利用RAPD分析披碱草属、鹅观草属和猬草属模式种的亲缘关系

利用随机扩增多态性DNA（RAPD）技术对小麦族披碱草属、鹅观草属和猬草属3个属的模式种进行了基因组DNA多态性分析。42个引物产物的290条谱带中,257条（88.62%)表现出多态性,说明披碱草属、鹅观草属和猬草属3个属的模式种间具有丰富的遗传多样性。利用290个RAPD标记,计算材料间Nei氏遗传相似性系和遗传距离,在NTSYS程序中利用UPGMA进行聚类。结果表明,Elymus sibiricus种不同居群间的遗传差异较小,遗传距离在0.097-0.180之间。E.sibiricus,Roegneria caucasica和Hystrix patula的种间遗传差异明显,遗传距离在0.458-0.605之间。H.patula与E.sibiricus的亲缘关系较近。R.caucasica与E.sibiricus的亲缘关系较远。     

老芒麦和垂穗披碱草rDNA-ITS序列分析

分析了老芒麦和垂穗披碱草rDNA-ITS序列,为这两个种的鉴别提供分子指纹图谱,为系统发育提供分子生物学依据。结果表明,22份材料的ITS、ITS1、5.8S、ITS2序列长度均相同,依次为604bp、222bp、164bp、218bp,GC含量依次为62.25%～63.08%,62.16%～63.06%,59.76%,64.22%～65.60%。除5.8S外,碱基位点都有不同程度的变化,一些变异位点有明显的种性变异规律,可作为老芒麦和垂穗披碱草种质DNA指纹特异鉴别位点。7个ITS序列的同源性98.7%～99.8%,遗传分歧0.2～1.3,具有保守性,为非近期分化类群。系统发育分析表明不同来源地的同种材料,差异主要表现在DNA变化快慢及碱基替换数,但相同的种归为一类,进一步反映了种内的遗传稳定性。     

加拿大披碱草、老芒麦及其杂种F1代的RAPD分析

加拿大披碱草和老芒麦是披碱草属地理性远缘的2个种。采用RAPD技术,筛选了16个随机引物对这2个种及其F1代进行遗传多态性检测。在获得的186个位点中,114个为多念性位点,占61．29％。从种群内的遗传多态性来看,加拿大披碱草的多态性位点百分率最高(242．04%),其次是老芒麦(9．14%),杂种F1(1．61％)。从种群间的遗传关系来看,加拿大披碱草和老芒麦的遗传距离为0．4979,杂种F1与母本加拿大披碱草的遗传距离(0．2720)较近,而与父本老芒麦的遗传距离(0.4074)相对较远。     

Genetic variation and geographical divergence in Elymus nutans Griseb. (Poaceae: Triticeae) from West China

Elymus nutans Griseb. as an important forage grass and gene pools for improving cereal crops, widely distributes in west China. However, little is known about its genetic and geographical patterns. Inter-simple sequence repeat (ISSR) markers were applied to assess genetic diversity and geographical divergence among 63 E. nutans accessions from west China. The cluster analysis separated the accessions into several groups with geographical origins. The molecular variance analysis (AMOVA) showed that the proportion of variance explained by within- and among-geographical group diversity was 43.2% and 56.8%, respectively. Based on pairwise genetic distances (Φ_ST) between geographical groups, the relationships were congruent with the cluster of accessions. The distinct geographical divergence of E. nutans was revealed between Qinghai-Tibet Plateau and Xinjiang. The ecogeographical conditions such as climate and mountain ranges and elevation behaved as the crucial factors for genetic divergence. Furthermore, the study also indicated that Qinghai-Tibet Plateau might be the diversity differentiation center of E. nutans. The result will facilitate the breeding program and germplasm collection and conservation.     

Genetic variation and comparison of orchardgrass (Dactylis glomerata L.) cultivars and wild accessions as revealed by SSR markers

Orchardgrass is a highly variable, perennial forage grass that is cultivated throughout temperate and subtropical regions of the world. Despite its economic importance, the genetic relationship and distance among and within cultivars are largely unknown but would be of great interest for breeding programs. We investigated the molecular variation and structure of cultivar populations, compared the level of genetic diversity among cultivars (Baoxing, Anba, Bote, and Kaimo), subspecies (Dactylis glomerata ssp Woronowii) and advanced breeding line (YA02-116) to determine whether there is still sufficient genetic diversity within presently used cultivars for future breeding progress in China. Twenty individuals were analyzed from each of six accessions using SSR markers; 114 easily scored bands were generated from 15 SSR primer pairs, with an average of 7.6 alleles per locus. The polymorphic rate was 100% among the 120 individuals, reflecting a high degree of genetic diversity. Among the six accessions, the highest genetic diversity was observed in Kaimo (H = 0.2518; I = 0.3916; P = 87.3%) and 02-116 had a lower level of genetic diversity (H = 0.1806; I = 0.2788; P = 58.73%) compared with other cultivars tested. An of molecular variance revealed a much larger genetic variation within accessions (65%) than between them (35%). This observation suggests that these cultivars have potential for providing rich genetic resource for further breeding program. Furthermore, the study also indicated that Chinese orchardgrass breeding has involved strong selection for adaptation to forage production, which may result in restricted genetic base of orchardgrass cultivar.     

根据形态和叶片微形态特征讨论无芒披碱草的归并

通过形态学观测和叶片解剖特征分析,比较了无芒披碱草、短芒披碱草及老芒麦3个近缘种的主要性状差异,以探讨无芒披碱草的系统分类归属.结果表明,在外部形态上无芒披碱草与短芒披碱草差异甚小,难以进行区分,但与老芒麦差异明显,是典型的种间关系;在叶片解剖上,无芒披碱草的绝大多数特征与短芒披碱草的一致或类同,可与老芒麦的却存在明显间断.故研究认为:无芒披碱草与短芒披碱草是同一个种,无芒披碱草应作为短芒披碱草的异名.     

Physical mapping of repetitive sequences and genome analysis in six Elymus species by in situ hybridization

Genome constitution and genetic relationships between six Elymus species were assessed by physical mapping of different repetitive sequences using a technique of sequential fluorescence in situ hybridization and genomic in situ hybridization.The six Elymus species are all naturally growing species in northwest China,namely,E.sibiricus,E.nutans,E.barystachyus,E.xiningensis,E.excelsus,and E.dahuricus.An StStHH genome constitution was revealed for E.sibiricus and StStHHYY for the remainder species.Each chromosome could be clearly characterized by physical mapping with 18S-26S rDNA,5S rDNA,Afa-family,and AAG repeats,and be allocated to a certain genome by genomic in situ hybridization.Two 5S rDNA sites,each in the H and St genomes,and three 18S-26S rDNA sites,two in the St genome and one in the Y genome,were uncovered in most of the species.The strong Afa-family hybridization signals discriminated the H genome from the St and Y genomes.The H and Y genome carried more AAG repeats than St.A common non-Robertsonian reciprocal translocation between the H and Y genomes was revealed in E.barystachyus,E.xiningensis,E.excelsus and E.dahuricus.Comparison of molecular karyotypes strongly suggests that they can be classified into three groups,namely,E.sibiricus,E.nutans,and others.