棉花生育时期及蕾铃发生发育模拟模型研究

通过定量分析南京、安阳、保定和石河子4个试验点2002年不同播期3个品种(早熟品种中棉所36号、中早熟品种中棉所35号、中熟品种中棉所41号)的生育时期与环境因子之间的动态关系,建立了基于生理发育时间(DPT)的棉花生育期、果枝出现时间及其蕾铃发育阶段的模拟模型.模型的热效应计算考虑了不同棉区昼夜温较差对棉花发育速率的影响以及薄膜覆盖的增温效应,在模型中引入了果枝始节系数(I_FIN)、日照时数因子(F_SH)和果枝节位光照系数(I_FBR).利用不同年份、生态区、基因型的试验资料对模型进行了测试检验.结果表明,不同条件下模拟值与观测值的符合度较好.不同生育时期的模拟值与观测值的根均方差(RMSE)从播种到出苗、出苗到现蕾、开花到吐絮及播种到吐絮分别为0.9、2.2、17和2.1d,平均2.1d;棉株各果节点从现蕾到开花日期的模拟值与观测值的RMSE为1.8～3.7d,从开花到吐絮日期的RMSE值为4.6～5.8d.     

短季棉早熟不早衰生化性状的遗传分析

用5个早熟不早衰的短季棉品种和5个早衰的短季棉品种进行双列杂交,并对亲本、F1和F2代于2001年和2002年田间试验研究与短季棉早熟不早衰有关的抗氧化系统保护酶(SOD、POD和CAT)、叶绿素及激素(生长素和脱落酸)的遗传特性。结果表明：抗氧化系统保护酶CAT、POD和SOD存在着不同的遗传特性,CAT酶以加性上位性效应为主,其次为显性效应;POD酶以加性效应为主,其次为加性上位性效应;SOD酶活以显性效应为主,其次为加性上位性效应;IAA以显性效应为主,其次为加性效应;ABA以加性效应为主,其次为显性效应。且这些生化性状的遗传率较高,在后代能稳定遗传;同时棉株在不同发育时期体内生化性状表达不同,在花铃期CAT、POD和SOD酶以显性效应为主,其次为加性上位性效应,加性效应表达量很小;棉株体内生化性状的表达也是相互联系、相互制约,CAT酶与POD酶存在着遗传和表型负相关,与SOD酶存在着遗传和表型正相关;POD酶与SOD酶存在着遗传和表型负相关;抗氧化系统保护酶与激素之间存在着复杂的遗传关系。因此,研究生化性状的遗传特性和表达特征,为选育短季棉早熟不早衰新品种和生化性状的QTLs定位提供理论依据。     

籼粳杂交稻穗部性状的遗传效应及其与环境互作

采用包括基因型与环境互作效应的加性-显性-加性×加性上位性遗传模型,分析了不同环境下籼粳杂交稻穗部性状的遗传特点.结果表明,除了主穗粒数的加性与环境互作和二次枝梗数的显性与环境互作不显著外,其他性状均存在显著和极显著的加性、显性、加性×加性上位性遗传效应及其与环境的互作效应,其中均以显性效应为主,显性与环境互作效应对枝梗性状的影响较为明显.遗传率分析表明,各性状的普通广义遗传率最大,互作遗传率也有一定作用.杂种优势预测表明,除了一次、二次枝梗数外,其他性状均表现正向的杂种优势,基因型与环境互作只影响杂种优势表达的程度,而不改变其方向.遗传效应预测值结果表明,IR66158-37、IR65600-85、明恢63和R6694个亲本可以明显改良杂交后代多数穗部性状,且环境影响程度较小,可作为优良亲本列于育种计划中.     

油用向日葵主要农艺性状的遗传效应及相关性研究

根据加性-显性与环境互作的遗传模型,对6个油用向日葵自交系及其配制的9个杂交组合在2个环境下的7个农艺性状表现进行遗传分析,揭示油用向日葵主要农艺性状遗传性质、规律以及主要农艺性状对含油率的贡献率。结果表明:株高、茎粗、盘径、百粒重、籽仁率和单盘粒重等6个遗传性状主要受加性和显性共同控制,结实率的遗传以加性、显性×环境互作效应为主,籽仁率、单盘粒重以加性、显性、显性×环境互作效应为主;性状间的各项遗传相关性多以加性遗传相关为主。百粒重的净效应对籽实含油率的加性遗传方差贡献率最高,结实率的净效应对籽实含油率的显性遗传方差贡献率最高,单盘粒重对籽实含油率的加性×环境互作遗传方差的贡献率最高。     

不同环境条件下粳型杂交稻米碾磨品质性状的遗传效应分析

采用包括基因型×环境互作效应的种子遗传模型,对粳型杂交稻稻米碾磨品质性状进行了遗传研究.结果表明:各碾磨品质性状除了受制于种子直接效应、细胞质效应和母体效应等遗传主效应外,还明显受到各基因型×环境互作效应的影响.其中糙米率性状以遗传主效应为主,而精米率、整精米率性状以基因型×环境互作效应为主.在遗传主效应中,糙米率性状主要受种子直接加性效应、母体加性效应的控制;在基因型×环境互作效应中,精米率和整精米率性状都是以种子直接加性×环境互作效应和母体加性×环境互作效应为主,细胞质×环境互作效应也起着较为重要的作用.大部分稻米碾磨品质性状的狭义遗传率均较高,其中糙米率性状以普通狭义遗传率为主,而精米率和整精米率性状则以互作狭义遗传率为主.另外,根据性状的遗传效应预测值对各亲本的育种利用价值作了评价.     

二棱大麦熟期性状的遗传研究

以甘木二条等7个二棱大麦品种进行不完全双列杂交,对其亲本、F1和F2的抽穗期,灌浆期和成熟期三个性状以1992和1995年（播种年份）的两年资料,采用加性-显性-上位性（ADAA）模型进行遗传分析．遗传方差分量的比率估算表明,三个性状都存在上位性作用．除灌浆期外,其余二性状还受显性和加性效应的作用,并以加性为主．显性效应和加性效应与环境的互作均达显著水平,基因效应的预测值表明采用P3（黔浙1号）和P4（浙农大3号）较易获得早熟后代．     

普通丝瓜始雌花节位遗传分析

选用始雌花节位有差异的普通丝瓜品种配制‘五叶香丝瓜’ב短圆筒丝瓜’(L1×L2)和‘短圆筒丝瓜’ב蛇形丝瓜’(L2×L3)2套组合,通过调查P1、P2、F1、B1、B2和F2植株的始雌花节位,利用主基因 多基因混合遗传模型联合分离分析了始雌花节位遗传规律。结果显示:L1×L2始雌花节位遗传符合2对加性-显性-上位性主基因 加性-显性多基因遗传模型,L2×L3的遗传符合1对加性主基因 加性-显性多基因遗传模型;L1×L2组合的B1、B2和F2群体遗传率(主基因 多基因)分别为66.13%、51.29%和68.27%,L2×L3组合的B1、B2和F2群体遗传率(主基因 多基因)分别为82.02%、64.87%和65.62%;L1×L2组合B1、B2和F2群体的环境方差占总表型方差的比例分别是23.43%、48.69%和31.73%,L2×L3组合B1、B2和F2群体的环境方差占总表型方差的比例分别是34.27%、55.40%和34.38%。结果表明:普通丝瓜始雌花节位是由主基因和多基因控制的数量性状,早熟性(较低的始雌花节位)不太可能通过杂种优势来实现;始雌花节位遗传不稳定,易受环境因素的影响,但定向选择会有较好的效果。     

籼粳杂交稻穗部性状的遗传效应及其与环境互作

采用包括基因型与环境互作效应的加性显性加性×加性上位性遗传模型,分析了不同环境下籼粳杂交稻穗部性状的遗传特点.结果表明,除了主穗粒数的加性与环境互作和二次枝梗数的显性与环境互作不显著外,其他性状均存在显著和极显著的加性、显性、加性×加性上位性遗传效应及其与环境的互作效应,其中均以显性效应为主,显性与环境互作效应对枝梗性状的影响较为明显.遗传率分析表明,各性状的普通广义遗传率最大,互作遗传率也有一定作用.杂种优势预测表明,除了一次、二次枝梗数外,其他性状均表现正向的杂种优势,基因型与环境互作只影响杂种优势表达的程度,而不改变其方向.遗传效应预测值结果表明,IR6615837、IR6560085、明恢63和R6694个亲本可以明显改良杂交后代多数穗部性状,且环境影响程度较小,可作为优良亲本列于育种计划中.     

水稻亚种间杂种基因效应和性状间相关性分析

以6份籼型型不育系和6份粳型或偏粳型广亲和系配制成不完全双列杂交,将杂种F1及其亲本在三个播期（5／20,6／10,6／30）试验,应用加性、显性与环境互作摸型,分析籼粳交杂种八个主要农艺性状的遗传方差组成、杂种优势的表现以及性状间的相关性等．结果表明：1）参试性状不仅加性方差和显性方差极显著,并且加性×环境或显性×环境互作方差也显著存在;但控制不同性状的基因效应稳定性尚有明显的差异．2）基因型×环境互作效应的结果,使杂种在多数性状上其群体平均优势和群体超亲优势均随播种推迟而呈下降的趋势;F1性状的平均基因型预测值显示了早播常出现植株偏高、剑叶较披和生育期相对延长,而迟播导致主穗总粒数减少3）性状间的加性和显性相关是决定遗传相关的主要因素;在株高、抽穗天数、剑叶长、主穗长和主穗总粒数等五个性状间,杂种的表型相关和遗传相关与遗传相关的四种分量间方向相同,均为显著正相关,所以要选育大穗高产的杂交组合及其配组材料,都应保证适宜的株高、生育期和剑叶长.     

小麦杂种世代生育期与产量的遗传关系

用二个杂交组合的F2-F4代材料, 研究了小麦生育期性状的遗传变异以及与产量的关系。各生育期的变异如下:开花-成熟期>拔节-抽穗期>播种-拔节期>抽穗-开花期。各生育期性状在杂种早期世代(F2、F3)具较高遗传力。单株产量与开花-成熟期正相关,与拔节-开花期负相关,与全生育期相关不显著。对开花-成熟期正向选择,拔节-开花期负向选择,产量可获较大遗传改进。     

氮高效玉米主要性状的遗传分析

采用两个氮高效玉米杂交组合的P1、P2、F1、F2、B1、B2世代,随机区组试验设计,对氮高效玉米主要性状的遗传力进行了研究。研究结果表明,不同氮水平下氮高效玉米各性状的遗传力是不同的。低氮处理中,广义遗传力介于0.78～0.46之间,狭义遗传力介于0.68～0.23之间;高氮处理中,广义遗传力介于0.76～0.49之间,狭义遗传力介于0.67～0.25之间。低氮条件下,氮高效玉米主要性状中抽丝期穗位叶叶绿素含量、氮效率、穗重和穗位叶叶面积,高氮条件下,抽丝期生物量、穗重、抽丝期穗位叶叶绿素含量和成熟期生物量等性状的遗传力较高,可分别在低氮、高氮条件下,对其进行早代选择。     

棉花短季直播栽培模式对其农艺性状及干物质积累分配的影响

为探索棉花短季直播高产栽培模式,采用多因子最优混合设计(311设计)研究了播期、栽培密度和施氮量对早熟品种JX0010的农艺性状、干物质积累分配的影响。结果表明,不同处理对棉花生育进程有一定影响,播种期是影响棉花生育期的主要因子,各处理生育进程随播种期的推迟而缩短。不同处理株高、果枝层数、果枝始节、果节数差异都达到了显著水平,栽培因子对株高、果枝始节高度、果节数的影响大小顺序为密度施氮量播期,对果枝层数影响的顺序为播期密度施氮量,适量的施氮、合理密植以及适当推迟播期能增大植株高度,增加棉株果节数。不同处理棉花地上部分单株干物质积累、群体干物质积累、单株营养器官干物质积累、生殖器官干物质积累变化趋势基本呈"S"型,不同处理干物质分配系数表现出随着生育进程的推进,营养器官所占比重降低,生殖器官所占比重逐渐升高的趋势。     

Bt抗虫杂交棉叶片营养元素含量变化及其与产量的关系

为了比较杂交棉不同品种、不同世代棉花叶片营养元素含量的差异,于2003、2004年以Bt抗虫杂交棉NZ62、H64、H16的杂交种一代、二代和三代为材料,在湖南长沙进行了研究。田间试验在湖南农业大学试验基地进行,采用随机区组试验,设4次重复,4行区,小区面积13．4m^2。分别于棉花盛花期、吐絮期两个时期,在每个试验小区连续取10株棉株的倒数第4叶和倒数第2叶,测定棉叶的全量N、P、K、B、Cu、Zn、Fe、和Mn的含量。研究结果表明：不同品种花铃期养分含量除P以外均存在显著差异,且变化趋势基本一致,均以NZ62含量最高,H16次之,H64最低,差异达显著水平（P〈5％）。吐絮期不同品种叶片的N、P、K和B含量均不存在显著差异,而Cu、Zn、Mn营养含量均存在显著差异,NZ62比H16和H64高;不同世代花铃期F1棉株叶片的N、K、Cu、Zn、Fe、Mn和B的含量显著高于F2、F3（P〈5％）,而F2、B的含量变化基本一致,F1代棉株对营养元素的吸收与F2、F3代棉株相比具有显著的杂种优势。F2、F3代优势衰退与其叶片营养元素含量减少相符合。但吐絮期不同世代之间没有显著差异。相关分析表明,花铃期棉花叶片含N量、含K量与子棉产量和皮棉产量有显著相关（P〈5％）,而吐絮期的这两个元素的含量与棉花产量无显著相关（P〉5％）。无论是花铃期还是吐絮期,B元素的含量与子棉、皮棉产量的相关均达到极显著水平（P〈1％）。     

应用中国和欧洲油菜建立的双二倍体群体对3个重要农艺性状的QTL定位以及与环境的互作分析

以中国的高油分自交系“高油”和欧洲高含油量品种“Sollux”的F1产生的282个株系组成的双二倍体(DH)群体为材料,在125个SSR标记座位构建的连锁图谱基础上,根据在中国和欧洲四个不同环境下的表型鉴定结果,采用混合线性模型基础上的QTL分析软件,对油菜3个重要农艺性状:株高,开花期和成熟期进行了数量性状基因座位(QTL)的联合定位分析,估测了这些QTL的加性、上位性以及与环境的互作效应。结果表明各性状均受多个加性、加加上位以及与环境互作的QTL控制。株高受多个QTL影响(12个位点具有加性或兼有环境互作效应,5个位点具有互作效应),以加性效应为主,加性效应总和可解释定位群体表型变异的75%左右,并多兼有上位性效应。12个主效QTL中,9个是“高油”等位基因相对“Sollux”有降低株高的作用,大多数加性×环境互作QTL的有效等位基因具有环境选择特异性。7个ae基因座位中,5个“高油”等位基因在杭州种植环境下,除一例外所有在德国环境下的互作基因座中,“Sollux”等位基因起着增加株高的作用,加加上位性主效总和为加性主效总和的三分之一。7个控制花期和8个控制成熟期的主效QTL中,分别有6个和5个是来自“高油”的等位基因相对“Sollux”具有提前开花和成熟的效应,这些QTL的效应总和占到性状表型变异的60%左右。5个位于第2和第12连锁群中的2个大效应QTL可能和已多次报导的VFN1和VFN3基因相近或相同。开花期和成熟期两性状均检测到显著的ae互作效应,双亲等位基因的效应在各环境下呈离散分布。位于14和19连锁群上的两个主效株高QTL同时也是控制开花期和油分含量的基因位点,因而利用这两个位点进行标记辅助筛选时要考虑到对油分含量的影响。控制成熟期的8个主效QTL中有3个同时也是控制开花期的基因座位,证实了开花期和成熟期高度正相关的遗传基础,两个生育性状均表现有较弱的QTL间加加上位互作,但以主效QTL的作用为主。     

陆地棉开花成铃性状的遗传研究Ⅲ.不同发育阶段的遗传规律

对4个陆地棉品种(系)双列杂交实验的2年观察资料按包括基因型×环境互作的加性-显性遗传模型进行不同发育阶段开花成铃规律的遗传分析。方差分析表明,开花成铃早期主要受显性效应控制,至中后期加性效应作用逐渐增强,基因型×环境互作效应相对较小。不同发育阶段平均开花成铃数与总铃数的相关分析表明,8月1日前加性相关系数为负数或零值,但存在显著或极显著的显性正相关,8月1日后则相反。不同发育阶段平均开花成铃数的条件遗传分析发现不同时期的基因活动强度不同,7月下旬及8月上中旬最大;检测间隔(t-k)对探讨花铃期基因活动规律有重要作用;选择调查周期时应兼顾实验目的、实验环境条件、入选性状及所处的发育阶段。     

Estimates of broad-sense heritability for seed yield and yield criteria in faba bean (Vicia faba L.)

Eight faba bean (Vicia faba L.) genotypes were grown at lowlands of the west-Mediterranean region of Turkey in order to estimate the broad-sense heritability for plant height, number of stems and pods per plant, seed yield, biological yield, 100-seed weight, days to flowering and maturity. The heritability for plant height, number of stems and pods per plant, seed yield, biological yield, 100-seed weight, days to flowering and maturity were estimated as 83%, 63%, 43%, 62%, 52%, 99%, 97% and 97%, respectively. It was found that seed weight was the least affected trait across changing environmental conditions and followed by days to flowering and maturity. On the other hand, number of pods per plant, biological and seed yields and number of stems per plant were the most affected traits versus environmental conditions.     

Genomic analyses reveal the genetic basis of early maturity and identification of loci and candidate genes in upland cotton (Gossypium hirsutum L.)

Although upland cotton (Gossypium hirsutism L.) originated in the tropics, this early maturity cotton can be planted as far north as 46°N in China due to the accumulation of numerous phenotypic and physiological adaptations during domestication. However, how the genome of early maturity cotton has been altered by strong human selection remains largely unknown. Herein, we report a cotton genome variation map generated by the resequencing of 436 cotton accessions. Whole‐genome scans for sweep regions identified 357 putative selection sweeps covering 4.94% (112 Mb) of the upland cotton genome, including 5184 genes. These genes were functionally related to flowering time control, hormone catabolism, ageing and defence response adaptations to environmental changes. A genome‐wide association study (GWAS) for seven early maturity traits identified 307 significant loci, 22.48% (69) of which overlapped with putative selection sweeps that occurred during the artificial selection of early maturity cotton. Several previously undescribed candidate genes associated with early maturity were identified by GWAS. This study provides insights into the genetic basis of early maturity in upland cotton as well as breeding resources for cotton improvement.     

我国陆地棉基础种质表型性状的遗传多样性分析

选用43份陆地棉基础种质为研究材料,随机区组排列种植,并进行果枝数、铃数、株高等田间性状调查和衣分、铃重、纤维品质等测定.按照不同时期、不同来源、不同生态区对这些基础种质分别进行表型性状的遗传多样性分析.结果表明:基础种质间在产量、品质、农艺性状等表型性状上差异显著或极显著,遗传多样性指数为0.88;3期基础种质大部分性状差异不显著,但第2、3期基础种质比第1期的纤维长、整齐度高、细度好、衣分增加、早熟性提高、抗病和耐旱性增强,第2期基础种质遗传多样性和遗传丰富度最高;来自不同棉区的基础种质表型性状差异较大,黄河流域棉区基础种质综合性状较好,长江流域棉区产量性状较高,北部特早熟棉区早熟性好,美国引进种质抗黄萎病性较强;国内基础种质比国外品种在纤维长、强、细上的变异系数均有不同程度降低,但国内基础种质表型多样性比引进品种高.以上研究说明引进品种经过长期的环境适应、自然选择和人工选育后,产生了表型变异较为丰富的基础种质类型.     

棉花花铃期抗旱性综合评价及指标筛选

以90份国内棉花为材料,在大田采用花铃期胁迫,考察6个农艺性状和单株产量(Y值)指标,采用综合抗旱系数、因子分析、隶属性函数值、聚类分析、灰色关联度和广义遗传力分析相结合的方法,对其抗旱性进行综合评价、抗旱性划分和评价指标筛选。结果表明,基于D值相关性状指标对干旱胁迫关联度位次依次为:单株产量、有效铃数、有效果枝数、株高、单铃重、衣分、第一果枝节位。因子分析表明,3个公因子可代表棉花抗旱性72.45%的原始数据信息量。基于D值和加权抗旱系数(WDC值)的各品种抗旱性排序相近,位居前10位的抗旱品种基本相同。各品种D值与综合抗旱系数(CDC值)、WDC值之间均呈极显著正相关,广义遗传率分析表明D值的遗传率为55.4%,为最高,其次为CDC值、WDC值。各品种Y值与CDC、WDC值间极显著正相关;根据D值将试验材料划分为5个抗旱级别,可较好地反映品种的选育条件及适应地区。试验结果说明基于遗传力大小的综合抗旱指标中用D值为主要参数,WDC为辅助评价参数,评价以单株产量为主要考量目标的棉花抗旱性是适宜且必须的;以抗旱性综合评价方法进行棉花抗旱性综合评价、抗旱性划分和评价指标筛选是可行且有效的。     

Nutrient uptake in cotton in relation to plant architecture

Summary The studies on uptake of nitrogen, phosphorus and potassium by two morphologically contrasting varieties of cotton MCU-1 and PRS-72 (bothGossypium hirsutum L.) at weekly intervals, showed that till the bursting of early formed bolls, the former type accumulated these nutrients in larger quantities in leaves and stem than in the fruiting parts unlike the latter type where differences in nutrient contents of these organs were very narrow till the active bolling phase. From flowering onwards, the fruiting parts of PRS-72 contained more phosphorus. Because of its bushy habit more dry matter accumulated and more nutrients remained unutilised in leaves and stem of MCU-1 at harvest compared with the short-branch variety PRS-72. Though both the varieties gave the same yield of seed cotton per unit area, PRS-72 removed considerably less quantities of nitrogen, phosphorus and pottassium. The short fruiting branch character in cotton therefore appears to contribute substantially towards balanced and economic utilization of nutrients.