同源四倍体荞麦的细胞遗传学研究

一般认为,人工诱变的同源四倍体禾谷类作物因减数分裂不规则性所产生的不育配子比例高,导致结实率下降,是影响产量的主要原因。本文对同源四倍体荞麦和普通二倍体荞麦的外部形态、减数分裂、花粉育性进行比较后认为,对不同作物的同源四倍体应作具体分析,就荞麦而言,当然也包括同源四倍体荞麦,其结实率极低(最高为15％)的主要原因,不是因为减数分裂不规则性所产生的不育配子比例高,而是由于荞麦自身花器结构和外界条件所决定。同源四倍体荞麦的结实率与普通二倍体荞麦的结实率无明显差异,增产的主要原因是由于千粒重的显著增加。     

荞麦种质资源概况

荞麦是一种重要的药食饲多用的作物,中国是全球最大的苦荞生产国和世界荞麦多样性中心,中国西南地区是国际公认的荞麦起源中心。种质资源是农作物生产利用、品种创新和生物技术研究的物质基础,具有十分重要的价值和意义。自20世纪80年代以来,我国学者收集了约有3000余份栽培荞麦种质资源,其中2200余份保存于我国长期库中。这些栽培荞麦经过自然演变、人工培育和传播后,已在全世界范围广泛分布,兼具代表性和多样性。综述了我国甜荞和苦荞的产区分布现状、资源收集和保存概况,以及近40年来对我国荞麦资源的农艺性状和营养品质的鉴定评价情况;并简要介绍了世界上其他国家和组织对于荞麦种质资源的的收集和评价现状,以期为荞麦种质资源保护和合理利用提供参考。同时,对已报道的荞麦属野生种(含变种、亚种)及分布现状进行了归纳,对其主要性状的特征和变异情况进行了总结,并归纳了国内外对于野生荞麦资源的开发利用方面的研究进展,结果表明,我国西南地区野生荞麦资源尤为丰富,除个别种(如金荞麦)以外,均主要集中于滇黔川边界地区。最后,对我国荞麦种质资源利用的不足和展望进行了讨论,提出仍需推进以下工作:(1)全面、系统、量化地建立荞麦的种质资源农艺性状、营养组分、加工品质、食味品质等性状的评价体系,继续完善我国荞麦种质资源评价和品质鉴定工作;(2)大力挖掘荞麦在作物布局和特色经济作物价值潜力,加快推进我国荞麦优异种质的选育和合法引进,推进荞麦产业健康有序快速发展;(3)关注野生荞麦生存环境恶化的问题,特别是岩野野荞、抽葶野荞、皱叶野荞、海螺沟野荞等的生存环境急剧恶劣,其分布区域更加狭隘,急需加大对珍惜野生资源进行抢救性的考察、收集和保护工作;(4)持续推进荞麦全基因组测序和基因组结构注释工作,深入挖掘荞麦关键农艺性状和抗逆遗传位点,并开发系统的分子标记辅助育种平台,并从分子水平进一步解析荞麦品质性状形成遗传机制,如淀粉、氨基酸、维生素E以及黄酮类化合物特别是芦丁的生物合成途径关键基因的分子调控网络。     

同源四倍体荞麦的细胞遗传学研究

-V认为,人工诱变的同源四倍体禾谷类作物因减数分裂不规则性所产生的不育配子比例高,导致 结实率下降,是影响产鼠的主要原因。本文对同源四倍体荞麦和普通二倍体荞麦的外部形态、减数分 裂、花粉育性进行比较后认为,对不同作物的同源四倍体应作具体分析,就荞麦而言,当然也包括同源四 倍体荞麦,其结实率极低（最高为巧％）的主要原因,不是因为减数分裂不规则性所产生的不育配子比例 高,而是由于荞麦自身花器结构和外界条件所决定。同源四倍体荞麦的结实率与普通二倍体荞麦的结 实率无明显差异,增产的主要原因是由于千粒重的显著增加。     

荞麦与大豆叶片中草酸含量差异及其可能的原因

用1/5浓度Hoagland营养液培养荞麦和大豆幼苗l0 d后,荞麦叶片、根及其分泌物中的草酸含量均明显高于大豆,说明荞麦叶片的草酸形成能力强.荞麦叶片中存在少量的草酸氧化酶活性,而大豆中未检测到该酶活性,表明荞麦具有一定的降解草酸的能力.乙醇酸氧化酶(GO)催化乙醇酸氧化的活性两种植物之间虽差异不明显,但该酶催化乙醛酸氧化的活性荞麦显著高于大豆.荞麦GO对乙醛酸的Km值明显低于大豆GO,同时其乙醛酸含量也较高,因此其叶片中由乙醛酸形成草酸的速率应高于大豆.由此认为,由乙醛酸氧化生成草酸可能是植物草酸合成限速步骤之一,其反应速率高低可能导致不同种类植物叶片中草酸含量的差异.     

虫媒传粉植物荞麦的生物学特性与研究进展

荞麦是禾本科之外的谷物类作物, 具有较高的营养和药用价值。栽培荞麦有甜荞(Fagopyrum esculentum)和苦荞(F. tartaricum), 这两种一年生草本分别为自交不亲和的二型花柱、自交亲和的同型花柱植物; 前者结实依赖昆虫传粉。根据国内外调查研究, 前人对蓼科荞麦属(Fagopyrum)记录了30个物种名, 已有形态学和遗传多样性的调查表明该属的物种多样性中心位于我国西南地区, 特别是长江上游的三江并流区域; 甜荞和苦荞的起源地和祖先物种也认为在该区域。本文在论述前人研究的基础上, 指出对荞麦属的分类修订、野生种质资源的分布、种间关系的调查、优良品种的选育亟待研究。孢粉学和考古学的证据显示在我国长江流域, 人们在4,500年前就开始种植荞麦。荞麦可能曾经是山区人民的主粮, 为孕育长江流域文明提供了食物资源。加强对荞麦基础生物学特性的研究, 运用现代基因组学的方法有望澄清栽培荞麦的起源并探究产量不高的原因, 挖掘和利用其经济和药用价值的性状, 为荞麦成为一类优良的粮食作物提供参考依据。     

中国荞麦属植物分类学的修订

荞麦是一种蓼科(Polygonaceae family)荞麦属(Fagopyrum Mill)的古老作物,在全世界,尤其是东亚及东欧地区广泛种植。数千年以来,荞麦都是中国凉山等高海拔地区的主要粮食作物,其营养丰富,其中富含的芦丁等生物活性成分还具有抗氧化、抗肿瘤的功效。荞麦的栽培种甜荞和苦荞已经被广泛传播,但野生荞麦却只在特定区域分布。中国西南地区,包括四川、云南、贵州各省以及西藏自治区,是公认的世界荞麦属植物的起源中心、分布中心和多样化中心,荞麦种质资源非常丰富。目前已有文献报导的荞麦属植物超过20种,其绝大多数已在中国西南地区被发现,该地区的地理环境非常复杂,孕育了极具多样性的野生荞麦资源。但截至目前,这些已报导的种还没有经过科学的归类,同种异名的现象比较严重,本研究团队从2004年至今,在中国西南地区进行了多年多次的野外考察和标本采集工作,并在室内进行花和果实的解剖观察,获得了大量的荞麦属植物分类学数据。基于这些数据和荞麦染色体数量分析,经馆藏标本和模式照片的对比,并综合国内外相关文献,对中国荞麦属植物进行了分类学修订,将产自中国的荞麦属28个种归并为21个:即将Fagopyrum megaspartanium Q. F.Chen,F. pilus Q. F. Chen并入F. cymosum (Trrev)Meisn作为异名;F. pleioramosum Ohnishi,F. wenchuanense J.R.Shao并入F.caudatum (Samuelsson) A. J. Li作为异名;F. callianthum Ohnishi并入F.qiangcai D.Q.Ba作为异名;F. zuogongense Q.F.Chen并入F. homotropicum Ohnishi作为异名;F. longzhoushanense J.R.Shao并入F. pugense T.Yu作为异名。重新制定了21个种的分种检索表。本文将有助于重新认识荞麦属植物的进化地位,并为后续进一步探究属中各个种的亲缘关系奠定了基础。     

野生荞麦细柄野荞麦的繁殖生物学特性研究

该研究通过野外观察和人工控制实验相结合的方法,从开花动态、花部基本特征、繁育系统、传粉生物学及种子性状等方面对荞麦属(Fagopyrum Mill.)植物细柄野荞麦(Fagopyrum gracilipes)的繁殖生物学特性进行了探究,并分析了各性状对其繁殖的贡献。结果表明:在贵州威宁,细柄野荞麦的花果期常为每年的6—10月,单花序和单花的花期分别为13～21 d和1～3 d。花较小,直径为(3.99±0.12) mm,花柱和花药高分别为1.30和1.65 mm,花直径与花被片长和花被片宽呈显著正相关,花柱高与花药高呈极显著正相关。细柄野荞麦花粉胚珠比为371±16.40,杂交指数为2,套袋实验显示其自交、异交亲和,表明其繁育系统为兼性自交,部分异交亲和。细柄野荞麦的访花昆虫较少,主要为膜翅目(Hymenoptera)、双翅目(Diptera)和鞘翅目(Coleoptera) 7个科的9种昆虫,食蚜蝇科(Syrphidae)昆虫是其主要传粉昆虫。细柄野荞麦果实存在有翅和无翅两种类型,有利于其适应不同的传播方式,种子较小,千粒重为(1.05±0.04) g,萌发率较低,播种后30 d的累积萌发率为(19.60±2.14)%,但萌发整齐,主要集中在前5 d。综上所述,细柄野荞麦灵活的繁育系统为其产生大量种子提供了保障,多样的果实传播方式和整齐的种子萌发特性为其占据更广阔的生境成为群落优势种创造了基础。     

荞麦及其野生种遗传多样性分析

荞麦起源于我国西南地区,该地区分布有大量荞麦地方品种和野生近缘种。本研究利用SSR分子标记,对从我国西南地区收集的81份荞麦及其野生资源进行遗传多样性分析。结果显示,利用19对SSR引物共检测出84个等位基因,每对SSR引物平均扩增出4.421个等位基因,19对SSR引物的平均Shannon's信息指数为0.985,平均PIC为0.478。81份荞麦及其野生资源的相似系数范围为0.500~1.000,分析发现大粒组荞麦种(甜荞及其近缘种、苦荞及小米荞、金荞)与小粒组硬枝万年荞亲缘关系比较近。通过聚类分析在遗传相似系数为0.732时,可将81份荞麦种质分为4个类群,第Ⅰ类由小粒组齿翅野荞、细柄野荞、小野荞麦、疏穗小野荞麦和硬枝万年荞组成;第Ⅱ类由甜荞和甜荞近缘种组成;第Ⅲ类都是由金荞组成;第Ⅳ类是由苦荞和小米荞组成。在遗传系数为0.920时,小粒组荞麦种可以明显区分出疏穗小野荞麦、硬枝万年荞、齿翅野荞及其细柄野荞。研究表明,19对SSR引物多态性较高,能较好反应荞麦及其野生种质的遗传多样性,本研究的结果为荞麦属种之间的亲缘关系分析和荞麦起源进化研究提供科学依据。     

从荞麦中提取总RNA的有效方法

介绍了一种简单快速的从荞麦中提取总RNA的方法。经SDS、KAc和异丙醇等常规试剂提取高纯度的荞麦RNA,对产物进行琼脂糖凝胶电泳分析表明,其28S RNA与18S RNA的比值约为2：1,紫外吸收值A260/A290为1.91-2.06,产率为69.2-87.5μg RNA/g植物材料。用该法提取的总RNA可满足RT-PCR和cDNA文库构建等的需要,是一种高效的荞麦RNA提取法。     

中国荞麦属花粉形态及花被片和果实微形态特征的研究

研究了中国荞麦属Fagopyrum　Mill.的花粉形态、花被片和果实微形态特征。根据沟膜的有无,花粉可以明显地区分为具沟膜者和不具沟膜者2类。透射电镜下显示,荞麦F. esculentum Moench的花粉外壁分化成两个明显的层次,即外壁外层和外壁内层。其外壁外层由覆盖层及柱状层组成,无基层。对花被片腹面的扫描电镜观察表明,根据细胞形状和表面纹饰,这些种类的花被片可分为3类。对果实表面的扫描电镜观察表明,这些种类的果实纹饰也可分为3类。根据上述结果,讨论了荞麦属的种间关系及花粉形态、花被片和果实一些微观性状的演化趋势。荞麦属的花粉形态极为一致,其外壁纹饰均为细网状,萌发孔为三孔沟,这支持将荞麦属从蓼属中分出独立成属的观点。本文还根据花粉形态特征及花被片和果实微形态特征讨论了国产荞麦属的种间关系,探讨了一些特征的演化趋势。     

不同因子对荞麦中草酸含量的影响

用不同化合物从根部喂养麦幼苗,测定其根叶中草酸含量的变化。结果表明：异柠檬酸、抗坏血酸及其前体物均可不同程度地降低荞麦根叶中草酸含量;而乙醇酸与乙醛酸则显著提高其草酸含量,表明荞麦叶片草酸合成主要来自乙醇酸途径,而非来自抗坏血酸等途径。水培条件下,以铵态氮或尿素等作唯一氮源时,荞麦中草酸含量远低于以硝态氮培养的;将谷氨酸或丝氨酸加到含硝态氮培养液中也能显著降低其草酸含量,不同氮素影响荞麦草酸含量可能与乙醇酸途径有关。     

荞麦与大豆叶片乙醇酸氧化酶的纯化和性质比较研究

分别从荞麦与大豆叶片中部分纯化了乙醇酸氧化酶 (GO ,EC1 .1 .3 .1 ) ,并研究其部分性质。结果显示荞麦与大豆叶片中GO的催化特性有明显差异 :大豆叶片中GO对乙醇酸Km值为 0 .3 1mmol/L ,对乙醛酸Km值为 1 .98mmol/L。外源草酸对GO氧化乙醇酸活性影响很小 ,但对其氧化乙醛酸活性抑制明显 ,5mmol/L草酸可抑制 44%。而荞麦叶片中GO性质有所不同 :GO对乙醇酸Km为 0 .46mmol/L ,对乙醛酸Km为 0 .85mmol/L。草酸对荞麦GO氧化乙醇酸活性影响也很小 ,对其氧化乙醛酸活性的抑制作用明显小于大豆 ,5mmol/L草酸只抑制 2 4%。上述研究结果表明 ,荞麦GO对乙醛酸的亲和力明显强于大豆 ,并且草酸对其GO氧化乙醛酸活性影响较小。因此相对于大豆而言 ,GO可能在荞麦叶片草酸合成中起重要作用。     

荞麦黄酮复合物体外抗滴虫试验研究

采用试管二倍稀释法观察荞麦黄酮复合物对阴道毛滴虫体外抑制或杀伤作用,并以甲硝唑和洁尔阴为对照,测定受试药物对滴虫的最低致死浓度(MLC)和抑制率。结果显示:荞麦黄酮复合物较高浓度时对阴道滴虫有杀灭作用,其MLC为:33.75mg/ml生药(稀释度1:8)。其对阴道滴虫的杀伤作用与洁尔阴相似,但弱于甲硝唑。表明荞麦黄酮复合物高浓度(1:8)对阴道滴虫有良好的杀灭作用。     

对翼蓼(蓼科)属级位置的重新探讨

通过对翼蓼Pteroxygonum giraldii Damm. &; Diels及相关属(蓼属Polygonum、何首乌属Fallopia、虎杖属Reynoutria、荞麦属Fagopyrum和金线草属Antenoron)的形态观察、果实解剖学观察、花被片脉序观察、花粉形态、核型分析, 以及ITS序列的分析确定了翼蓼和荞麦F. esculentum Moench较远的亲缘关系。其中我们发现翼蓼果实基部有三个角状物明显不同于其他属果实的形态特征。翼蓼外果皮明显加厚, 并有零星散布的波状内腔, 而荞麦的外果皮很薄, 细胞不等径, 中果皮极厚。以上证据证明了翼蓼与荞麦属亲缘关系较远。在观察荞麦属和翼蓼的花被片脉络时发现了两种不同的脉序类型, 符合将荞麦属分为两个组的划分。翼蓼花被片脉序为三出状, 支持将翼蓼归为Persicarieae族。对翼蓼及荞麦属植物的花粉进行比较后, 发现荞麦属植物的花粉网孔有明显的内凹穿孔而翼蓼却没有, 结果表明二者亲缘关系较远。通过对nrDNA ITS区域序列分析得出翼蓼及相关属为一个单系类群, 含有两个稳定的分支: 第一个分支由蓼属(萹蓄组sect. Avicularia)、何首乌属、虎杖属的植物组成, 第二个分支由蓼属(刺蓼组sect. Echinocaulon、蓼组sect. Polygonum、分叉蓼组sect. Aconogonon、拳参组sect. Bistorta、翼蓼和荞麦属植物组成。同时第二个分支又分成了两个亚分支, 蓼属(刺蓼组、蓼组、分叉蓼组、拳参组)和翼蓼属Pteroxygonum植物属于第一个亚支而荞麦属植物属于第二个亚支。结果支持翼蓼不属于荞麦属的范畴。实验结果显示翼蓼是个单型属, 属于Persicarieae族。     

荞麦害虫的观察与防治

荞麦也是一种重要的粮食作 物,各地都有种植的习惯。但每 年都遭受不同程度的虫害。据1959—1962年在沣县调查,一般荞麦损失8—25％。例如1959年沣县大围公社小渡口大队种荞麦414.5亩,受虫害的有380亩,其中有18.4亩被虫吃光而改种,一般荞麦损失也达20.4％。说明防治荞麦害虫工作是应加注意的。     

中国荞麦属果实形态特征

应用解剖镜和扫描电镜对中国产荞麦属Fagopyrum Mill．8种1变种的果实形态和微形态特征进行了观察。结果表明这些种类的果实可分为3类：(1)果实三棱锥状,表面不光滑,无光泽,具皱纹网状纹饰,此种类型的植物有苦荞麦、金荞麦。(2)果实卵圆三棱锥状,表面光滑,有光泽,具条纹纹饰,此种类型的植物有荞麦、长柄野荞麦、线叶野荞麦。(3)果实卵圆三棱锥状,表面光滑,有光泽,具大量的瘤状颗粒和少数模糊的细条纹纹饰,此种类型的植物有硬枝野荞麦、细柄野荞麦、小野荞麦、疏穗小野荞麦。研究结果认为金荞麦与栽培种苦荞麦关系较近。     

中国的荞麦资源及其药用价值

荞麦在世界上的分布很广 ,但主要集中在北半球。在日本、俄罗斯、乌克兰、中国、朝鲜、尼泊尔、印度、巴基斯坦、阿富汗、伊朗、匈牙利、波兰、南斯拉夫、加拿大和美国 ,荞麦生产占有相当的地位。近期捷克斯洛伐克、奥地利、瑞士、意大利、法国、英国和澳大利亚又相继报道 ,有荞麦在这些国家种植。荞麦营养丰富 ,蛋白质含量达 11%～ 15% ,人体所必需的八种氨基酸均齐全 ,配比适当 ,其脂肪酸多为不饱和的油酸和亚油酸 ,ＶｉｔＢ1、ＶｉｔＢ2 、ＶｉｔＢ6 及ＶｉｔＰ等含量很高。荞麦既能食用又能防病治病 ,它将营养、保健、药疗合为一体 ,具…     

垂直绿化植物新秀——山荞麦

近年来,在兰州市兴起了种植山荞麦热,有不少单位或个人,在楼前屋后种植山荞麦。山荞麦作垂直绿化材料,它那繁茂碧绿的枝叶衬托着洁白如雪的花束,把建筑物装扮得高雅壮丽,使围墙栏杆郁郁葱葱,生机盎然。山荞麦是兰州地区的野生植物,主要分布在兰州市郊的天都山、马衔山、连城和阿干林区,海拔1700—2400米的山沟路旁,常与小叶栒子、珍珠海、探春花、忍冬、八仙花、金银花等同生。山荞麦是蓼科多年生落叶藤本植物,又     

荞麦麸皮多糖的分离纯化及其外貌表征的分析

采用水提醇沉法对荞麦麸皮多糖(Buckwheat bran polysaccharide,BBP)进行提取,通过DEAE-52纤维素柱层析法和Sephadex G-200对其进行分离纯化,采用凝胶过滤法对多糖组分的分子量进行测定,采用扫描电镜对荞麦麸皮多糖及其分离纯化的多糖组分的外貌进行分析,用红外光谱对分离纯化的三个荞麦麸皮多糖组分的苷键构型进行分析。结果表明:DEAE-52纤维素和Sephadex G-200对荞麦麸皮粗多糖具有较好的分离纯化效果,得到了三个多糖组分(BBP-Ⅰ、BBP-Ⅱ和BBP-Ⅲ),其分子量分别为1.56×10~4Da、5.85×10~4Da、8.45×10~4Da。扫描电镜的结果表明,BBP其表面粗糙,凹凸不平,三个分离纯化的多糖组分形貌差异较大,分别以球状、片状、棒状为主。红外光谱扫描表明BBP-Ⅰ和BBP-Ⅲ为ɑ-糖苷键化合物,BBP-Ⅱ为β-糖苷键化合物。荞麦麸皮多糖组分外貌的差异性为其进一步的结构探究提供了重要依据。     

不同氮素形态培养下荞麦叶片中草酸积累的变化

用1/5浓度Hoagland(pH6.0)营养液培养荞麦幼苗3d后,取其中一部分继续用此营养液(硝态氮);另一部分用硫酸氨和氯化钙取代硝态氮(氨态氮)的营养液,均培养至荞麦第一片真叶完全展开。结果表明,以氨态氮为唯一氮源培养荞麦时,植株叶片中草酸含量显著下降。进一步研究表明,氨态氮培养下荞麦根中及根分泌草酸的速率也显著下降,结果排除了叶片中草酸含量的下降是由于叶片中草酸向其根系转运或是因为根分泌草酸速率的差异造成的,而可能与其草酸代谢改变有关。氨态氮培养下叶片中与草酸代谢相关的有机酸含量以及相关酶活性也显著下降,这可能意味着荞麦叶片草酸形成积累可能与相关有机酸代谢有关。