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[硕士论文] 张婷
控制工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
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。
[博士论文] 张圣奎
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:木薯,一种典型的热带作物,具有高光效、高生物量、耐旱、耐贫瘠等优良特性,是非常重要的粮食作物和潜在的生物质能源作物。木薯基因组高度杂合,遗传变异多样,这为品种改良提供了丰富的供试材料,然而常规育种周期较长,选育效率低下。木薯的许多农艺性状如淀粉含量、干物质含量、块根产量、产后生理衰变(PPD)等,都是微效多基因控制的数量性状,其遗传研究目前仍然十分有限。因此,挖掘木薯重要性状的优异等位基因变异及其标记,发展基因组选择育种技术,对于木薯品种改良有重要的指导意义。
  本研究以158份不同来源(包括中国、南美洲、东南亚等地)的木薯种质作为研究对象,对包括叶型、株型、产量及品质三类性状及抗产后生理性衰变PPD等23个性状、进行连续3年4点12个环境下的表型鉴定,获得大量表型多样性数据,综合评价木薯种质资源;通过扩增片段单核苷酸多态性和甲基化(AFSM)简化基因组测序方法,获取该木薯群体的全基因SNP、indels以及甲基化分子标记,并对该群体进行遗传多样性分析、群体结构分析和全基因组关联分析。
  主要结果如下:
  1.木薯表型变异度较大,叶型、株型和产量与品质23个性状在不同环境下变异程度不同,11个数量性状中,广义遗传力变化在0.38-0.92之间,其中叶长宽比最高(0.92),而干物质产量最低(0.38)。木薯采后生理衰变(PPD)研究中,我们优选出了糯米木薯、海南细叶、桂热4号、罗勇5号、ZM8625、ZM8641、SC205、G16、BRA258和E40710个抗PPD品种。对种质资源进行综合评价,根据综合指数筛选出桂热6号、CH16、BRA274、CM7595-1、SC124、SC205、10J、16P、17Q和2B共10个优异品种。
  2.采用AFSM简化重测序总计获得34.98万个多态性标记(SNP+Indel),较均匀覆盖18条染色体,平均分布密度达到1.48Kb/SNV。利用25,989个SNP和indels标记对木薯群体进行遗传多样性评估,,发现其遗传多样性指数(π)为1.21×10-4。群体结构分析表明这些木薯材料可划分为3个亚群,主成分分析和进化树分析表明木薯的亚群主要受其起源地影响而与采集地没有明显的分化关系,即在我国尚未形成明显的地理分化,这与其引进历史较短有关。亚群间的群体分化系数(FsT)在0.034-0.07之间,表明各亚群之间存在较低或中等水平的遗传分化。
  3.利用158份木薯材料对各个性状进行全基因组关联分析,多个环境下总共得到115个显著性位点。其中质量性状有4个显著性位点;株型性状共检测到22个显著性位点,其中5个位点在多个环境下重复,贡献率在0.12-0.21之间;叶型相关性状共检测到35个显著性位点,7个显著性位点在多个环境下重复,贡献率在0.12-0.25之间;产量组成和品质性状共检测到54个显著性位点,多个环境下同时检测到2个位点。其中淀粉含量共获得4个关联位点,贡献率0.12-0.18;干物质含量获得10个显著性位点,贡献率0.13-0.19,;块根条数共获得9个显著性位点,贡献率0.12-0.16;块根产量获得9个显著性位点,贡献率在0.13-0.18;干物质产量获得8个显著性位点,贡献率0.13-0.18。
  4.对显著性位点进行整合分析,共发现了14个显著性位点和不同的性状存在同样的关联性。块根重量和干物质重量这两个性状在2、4、18号染色体上分别有3个、1个和1个同样的位点。淀粉含量和干物质含量这两个性状定位到两个相同的位点,分别位于13号和9号染色体。块根条数与块根重量有一个相同的位点,该位点位于9号染色体。叶长宽比和中间裂叶长这两个性状在1、2、5和6号染色体上分别得到一个相同的位点。中间裂叶宽和叶长宽比这两个性状定位到2个相同的位点,分别位于3号和10号染色体上。同时,相关性分析表明这些表型之间有极显著的相关性。
  5.对所有的显著性位点进行候选基因分析,鉴定出195个候选基因。其中131个基因用于组织差异表达分析。我们发现与株型和叶型相关的候选基因68个,除了20个基因在根和叶组织中表达量低外,其余48个基因在根和叶组织中表达量较高;块根产量和品质相关性状的候选基因有63个,其中10个基因在根和叶中的表达都很高,37个基因中等表达水平,仅有16个基因在根和叶中的表达量很低。对165个候选基因GO注释发现其大部分为细胞组分、催化活性以及参与细胞代谢等生物学过程的基因。
[硕士论文] 杨红
生理学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:甘蓝型油菜(Brassica napus,AACC)是我国主要的油料作物之一,由白菜(Brassica rapa,AA)和甘蓝(Brassica oleracea,CC)天然杂交形成的异源四倍体物种。在甘蓝型油菜基因组中,大多数基因有多个拷贝,功能冗余严重,这阻碍了油菜基因组学的功能研究。CRISPR/Cas9基因组编辑技术广泛应用于动植物突变体的创制和基因的功能研究,但在甘蓝型油菜中CRISPR/Cas9产生的突变模式以及突变体的遗传特征尚不清楚。本研究中,我们针对12个甘蓝型油菜基因构建了10个CRISPR/Cas9基因编辑载体,以Westar为受体材料,对转基因株系的突变类型进行检测,分析了基因编辑在甘蓝型油菜中的模式、特异性和遗传规律。
  结果表明,在T0代转基因植株中,靶向单基因的sgRNAs平均突变频率为65.3%;靶向多基因的sgRNAs诱导突变的平均频率为66.3%。在T0代转基因株系中检测到多种基因型,其中基因型为纯合、双等位和杂合的株系,其突变位点以典型的孟德尔遗传规律稳定地遗传给下一代,并且在T1代中没有新的突变产生。在所有检测的T0代植株中发现了没有Cas9插入的一个突变体株系,这可能是由于Cas9的瞬时表达或者在愈伤组织再生过程中丢失所致。另外,在T0和T1代株系中未检测到脱靶情况的发生,表明CRISPR/Cas9介导的基因编辑在甘蓝型油菜中具有高度特异性。同时,对转基因材料的表型分析表明,赤霉素信号通路中的负调控因子BnaA6.RGA功能获得型突变体植株明显矮小;BnaRGA功能缺失型四突变体株高明显增高。
  以上结果表明,CRISPR/Cas9是一种有效的基因编辑工具,利用CRISPR/Cas9创制突变体大大加速甘蓝型油菜功能基因组学的研究,同时也为油菜的遗传育种提供重要的种质资源。
[硕士论文] 王岳
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:在油菜杂种优势利用实践中,甘蓝型油菜(Brassica napus L.)波里马细胞质雄性不育(polima cytoplasmic male sterility,简称pol CMS)是油菜最重要的雄性不育类型之一。杨光圣等(1995,1998)在两个甘蓝型油菜品种杂交后代中发现了低温可育、高温不育的温敏型波里马细胞质不育(Temperature-sensitive polima cytoplasmic male sterility,简称pol TCMS)现象。借在此基础上,选育出制种产量高、容易繁殖的pol TCMS两用系,并陆续组配“华油杂10号”等几十个通过国审或省审的杂交油菜新品种。这表明pol TCMS具有广阔的应用前景。
  杨光圣等(1997)对pol TCMS进行了较深入的研究,结果显示细胞核中的多个数量基因可能调控其温度敏感性。为了进一步深入研究pol TCMS的育性转换机制,本研究将温度敏感型不育系(Y402)和稳定可育型(Rf48)两种甘蓝型油菜在花芽分化的关键时期,分别置于25℃和10℃条件下培养,在育性转换的关键时期提取0.5mm花蕾RNA。通过转录组分析,对比鉴定出温度特异调控pol TCMS育性转换的相关基因;同时结合pol CMS恢复基因研究进展,初步探讨了pol TCMS受温度调控的分子机制。
  结果总结如下:
  1、通过Illumina HiSeq-150平台测序产出Raw data共155.893G,过滤后获得Clean data共154.736G。通过Hisat2将Clean data与甘蓝型油菜中双11的参考基因组进行比对,比对率在90%左右。通过StringTie进行转录本组装得到199589个unigenes,总长度267Mbp。
  2、研究中通过联合使用Ballgown和DEseq2进行差异表达基因分析,将高温样本与低温样本进行比较,以FDR<0.01,差异表达倍数2倍以上(即|Log2Ratio|>1)为阈值并过滤掉低质量unigenes,共得到Y402差异表达基因910个,其中上调基因439个、下调基因471;Rf48差异表达基因1808个,其中上调基因990个、下调基因818个。
  3、用Blast2GO对Y402的差异表达基因进行GO和KEGG富集分析。GO富集分析发现,高温环境下Y402下调基因功能集中在细胞组成、合成代谢、生殖生长三类,上调基因功能集中在光合作用、氧化还原反应等能量供给相关分类。KEGG富集分析结果与GO富集分析结果一致,并富集到pol CMS育性变化相关基因orf224/atp6所在的氧化磷酸化途径。该途径存在一个重要基因MSTRG.5508.4,其在高温环境下沉默,在低温环境下有较高表达量,认为其可能是本研究中高温环境下造成pol TCMS育性转化的关键基因。
  4、通过双重比对的方法,在Y402差异表达基因中筛选与育性相关基因。结果发现pol CMS育性保持基因rfp在高温下表达量下调;在生殖生长阶段赋予花蕾耐热性的基因SPL1和SPL12在高温下表达量下调;在减数分裂前期调控花药发育相关基因ROXY1、MYB65和ER等在高温下表达量下调。
[硕士论文] 陈志峰
作物栽培学与耕作学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:双季稻是提高水稻复种指数和增加总产的重要途径。传统的移栽双季稻因投入高、劳动强度大导致农民种植积极性下降,通过早晚双季直播替代双季育秧移栽是推动双季稻发展的有效措施。华中农业大学作物生理生态与栽培研究中心前期已经筛选出适宜直播双季稻模式的短生育期品种,这些品种在早晚季的生育期只有88-100d,两季周年产量最高可达15t ha-1,证明该模式具有很好的推广前景。然而,目前还少有关于直播双季稻模式下短生育期品种氮素利用特性以及直播双季稻氮肥优化管理的研究。因此,为明确直播双季稻的氮素需求特性和优化双直播模式的氮肥管理,本研究设计了16种氮肥运筹模式,包括不同施氮量与施氮时期处理,主要目的为:(1)比较直播稻早晚两季温光资源差异对水稻氮肥吸收与利用的影响;(2)探索适用直播双季稻各生育阶段的需肥特性;(3)探究直播双季稻产量构成因子与产量性状对不同氮肥运筹模式的响应;(4)建立直播双季稻系统高产高效的氮肥管理模式。本试验主要结果如下:
  1.在直播双季稻系统中,与早稻相比,晚稻营养生长期日均温度与日均辐射分别高9.6℃和3.6MJ m-2,灌浆期分别低3.9℃和1.1MJ m-2,温光资源的差异改变了早晚稻对氮肥的响应。早晚稻零氮处理产量分别为3.81t ha-1和6.19t ha-1,氮素吸收量分别为6.65g m-2和10.10g m-2。与零氮处理相比,早晚稻在施氮处理下产量增幅分别为75.4%和13.4%,氮素吸收量增幅分别为95.5%和50.7%,表明早稻对氮肥的响应高于晚稻。与早稻相比,晚稻氮素农学利用率、氮素生理利用率和氮素籽粒生产率分别降低13.1kg kg-1、26.7kg kg-1和5.2kg kg-1。
  2.直播早稻中,施用分蘖肥处理的产量和氮肥回收率比施用等量苗肥处理分别提高10.1%和14.9个百分点,即在直播早稻中分蘖肥比苗肥施用效果好;直播晚稻施用苗肥与分蘖肥处理间产量和氮肥回收率均无显著差异。早晚季齐穗期施用氮肥都可以促进水稻氮素积累,但对产量的提升均无显著影响,表明本试验条件下齐穗期不需要施用氮肥。
  3.与零氮处理相比,早稻和晚稻施氮处理下每穗粒数增幅分别为49.0%和8.3%,干物质积累量增幅分别为76.2%和12.7%,表明早稻每穗粒数和干物质积累量对氮肥运筹的响应程度比晚稻高。不同氮肥处理主要通过影响每穗粒数和干物质积累量来影响直播双季水稻产量,单位面积穗数、结实率和千粒重对产量的影响较小。
  4.综合考虑两年产量表现、氮素利用效率及投入成本,本研究中最优氮肥运筹模式为早稻施氮量为150kg ha-1,按照基肥∶分蘖肥∶幼穗分化肥为1∶1∶1施用,产量最高可达7.52t ha-1;晚稻施氮量为90-120kg ha-1,以基肥和幼穗分化肥两次施用(比例为1∶1或2∶1),产量最高可达7.53t ha-1。
[硕士论文] 程云
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:大麦是我国重要的粮食作物、饲料作物、轻工业原料作物,广泛应用于农业、养殖业、啤酒酿造业、医药保健业等领域。植物代谢组学技术的兴起为发展大麦生产与拓宽其应用空间带来了新的机遇,大麦代谢组学研究对解析作物物质代谢基础、完善作物代谢网络具有重要价值。本研究以华矮11和华大麦6号(DH群体亲本)为材料,通过基于LC-MS/MS的广泛靶向代谢组学方法,结合自建数据库和开放数据库,在灌浆期籽粒中检测并鉴定出182种代谢物(包括80种类黄酮、19种氨基酸、17种酚胺、14种核酸衍生物和12种脂质等),对其进行比较分析,主要研究结果如下:
  对华矮11和华大麦6号不同灌浆时期样本代谢谱进行PCA分析,结果显示,不同灌浆时期和不同品种样本分别能被PC1和PC2明显分开。ASCA分析结果显示,受灌浆时期显著影响的代谢物有9种,受品种显著影响的代谢物有7种,2因素互作显著影响的代谢物有10种(P<0.05),这些代谢物主要为类黄酮和酚胺。
  分别对华矮11和华大麦6号灌浆过程中的7个不同时期进行代谢物比较分析,筛选出11、10、7、25、33、29和33种有显著性差异的代谢物(VIP>1&P<0.01),其中,华矮11比华大麦6号相对含量高的代谢物分别有11、7、5、16、22、20和23种,华大麦6号比华矮11相对含量高的代谢物分别有0、3、2、9、11、9和10种,差异代谢物主要为类黄酮、酚胺和氨基酸。
  对华矮11灌浆过程中的7个不同时期代谢物进行差异分析,灌浆14d与7d比较、21d与14d比较、28d与21d比较、35d与28d比较、42d与35d比较、49d与42d比较,显著上调的代谢物分别有2、6、4、10、4和4种,显著下调的代谢物分别有6、10、1、10、27和2种。同样对华大麦6号灌浆过程中的7个不同时期进行差异分析,显著上调的代谢物分别有2、8、2、3、4和2种,显著下调的代谢物分别有5、6、4、15、6和2种(|log2(FoldChange)|>1&P<0.05)。这些显著上调或下调的代谢物主要为类黄酮、氨基酸和酚胺。
  对两品种间差异较大的类黄酮、氨基酸和酚胺进行积累模式分析,结果表明这些物质的积累存在一定的品种和时间特异性。类黄酮在两品种灌浆期积累模式差异较大,其中,3种六碳糖的氧黄酮和2种麦黄酮衍生物可作为两品种间的生物标志物;大部分游离氨基酸在两品种灌浆期积累模式相似,均为从灌浆初期至后期逐渐下降;不同修饰类型的亚精胺在两品种灌浆期含量表现为华大麦6号高于华矮11,而大多数胍丁胺和腐胺表现为华矮11高于华大麦6号,不同修饰类型的亚精胺在华大麦6号中呈现相似的积累模式,即从灌浆21d起含量显著上升。
[硕士论文] 李贺欢
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:中国是第二大菜籽油产出国,菜籽油产量占我国自产食用植物油约45%。自然环境的变化,如干旱、冷害、盐碱及冻害等对油菜的生长以及含油量都产生了很大的影响,因此提高油菜对逆境的抗性成为了研究的重点之一。本研究主要探究油菜在生长发育过程中,细胞内鞘脂的组成及含量对油菜生长发育的影响,以及在响应逆境胁迫时鞘脂代谢途径中的关键酶基因是如何改变鞘脂的含量和组成来调控油菜的抗逆性。
  鞘脂是细胞膜的重要组成成分,同时作为生物活性分子参与调控细胞生长、细胞分裂、细胞凋亡和应激反应等。在植物中已经报道了鞘脂参与调控细胞程序性死亡、ABA信号途径、花粉发育和低温信号途径等现象,但具体调控机制不详细,尤其是鞘脂信号传导途径中的受体、靶蛋白和调控因子都未知。本研究利用质谱分析技术准确分析了油菜不同组织中鞘脂的含量和组成,发现鞘脂在不同组织中的含量和组成有着显著差异。进一步分析了在多种逆境胁迫条件下油菜叶片中鞘脂的含量变化,结果发现水分和盐胁迫导致油菜叶片中鞘氨醇长链Sph d18∶0和Sph d18∶1含量显著下降,暗示参与鞘氨醇(Sph)磷酸化的鞘脂激酶(SphK)活性增加。通过转录组分析,我们发现数了个编码鞘脂合成代谢途径的关键基因在水分和盐胁迫下表达量显著提高,以上数据表明鞘脂可能参与调控油菜逆境胁迫。我们进而在油菜中分别克隆了两个调控鞘脂代谢的鞘氨醇-1-磷酸(S1P)裂解酶基因(SPL1,SPL2)和两个调控鞘脂代谢水平的鞘氨醇-1-磷酸(S1P)去磷酸化酶基因(SPP1,SPP2),通过构建过表达载体和CRISPR/Cas9表达载体,进行油菜遗传转化并获得了阳性的转基因油菜。为下一步进行表型鉴定及鞘脂组成和含量检测,确定油菜中鞘脂代谢对油菜的生长发育及抗逆性的影响打下了重要基础。
[硕士论文] 石笑蕊
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:油菜是世界上最重要的油料作物之一。油酸作为一种单不饱和脂肪酸,是油菜脂肪酸的重要组成部分。高油酸菜籽油因具有较高的食用品质、营养价值、存储和加工品质,在食用、工业和药用领域都具有极其重要的作用,成为品质育种的重要目标之一。本研究以高油酸的甘蓝型油菜J-3111为供体亲本,采用传统回交育种结合分子标记辅助选择(molecular marker-assisted selection,MAS)的策略,期望选育出具有受体亲本621R、L-135R(恢复系)和616A、195-14A(不育系)遗传背景的高油酸恢复系和不育系。主要结果如下:
  1.分别构建621R×J-3111、L-135R×J-3111、616A×J-3111、195-14A×J-3111四个组合的BC1F1、BC2F1、BC3F1、BC3F2、BC3F3、BC4F1、BC4F2世代群体。通过前景标记和背景标记的选择,分别获得616A和195-14A BC3F3世代的高油酸可育双纯合基因型(RfpRfpBnaA.fad2.aBnaA.fad2.a)(恢复系)单株22株和19株,高油酸不育双纯合基因型(rfprfpBnaA.fad2.aBnaA.fad2.a)(不育系)单株30株和19株;分别获得616A和195-14A BC4F2世代基因型为RfpRfpBnaA.fad2.aBnaA.fad2.a(恢复系)的单株7株和24株,基因型为rfprfpBnaA.fad2.aBnaA.fad2.a(不育系)的单株l株和18株;分别获得621R和L-135R BC4F2世代的纯合高油酸基因型(RfpRfpBnaA.fad2.aBnaA.fad2.a)(恢复系)单株1株和16株。结合田间表型挑选10株(616A的2株可育株和2株不育株、195-14A的2株可育株和2株不育株和L-135R的2株可育株)背景最接近相应轮回亲本的纯合高油酸基因型的单株进行重测序分析。重测序结果表明,10个单株基因组绝大部分区域与相应的轮回亲本无差异,背景回复率达97.93%-99.45%,且油酸位点位于序列差异区段内。
  2.利用气相色谱法测定39株中选单株自交种子和亲本种子的油酸含量。高油酸亲本材料(油酸基因型BnaA.fad2.aBnaA.fad2.a)的油酸含量为76.14%,受体亲本(基因型BnaA.FAD2.ABnaA.FAD2.A)的油酸含量在61.11%-65.32%之间,7份高油酸杂合(基因型BnaA.FAD2.ABnaA.fad2.a)中选单株自交种子的油酸含量在67.37%-70.57%之间,32份高油酸纯合(基因型BnaA.fad2.aBnaA.fad2.a)中选单株自交种子的油酸含量在68.15%-75.18%之间。中选单株的油酸含量显著的高于受体亲本。
  3.考察10个与受体亲本遗传背景最接近的中选单株的角果长度(silique length,SL)、每角果粒数(number of seeds per silique,NSS)和干粒重(thousand seed weight,TSW)等产量性状,结果显示其主要产量性状都分别与受体亲本(616A、195-14A、L-135R)无显著差异。
[硕士论文] 王涛
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:棉花是主要的经济作物,在分子生物学快速发展的今天,传统的育种方法存在较多的局限性,因此结合体细胞胚胎再生技术获得优良转基因品种已是大势所趋。到目前为止,只有少数的棉花品种具备快速高效获得再生植株的特性,而大部分栽培推广品种不具备这一特性。棉花体细胞胚再生过程中,影响胚性愈伤的分化和植株再生的因素有很多,其中供体的基因型、培养基的类型是体胚发生中影响较大的因素。通过正向遗传学的策略定位控制棉花体胚发生能力的位点,将控制高再生能力的基因从再生能力高的品种转移到再生能力低的品种中去,从而提高优良品种的再生能力,以获得高再生能力的优良棉花品种。
  本研究主要是以可快速获得再生植株的棉花品种(YZ-1)和长江流域主栽培品种(Emian22)为亲本,通过杂交后和多年的自交,构建的重组自交系群体,选取其中164个家系,采用IBA+KT(IK)和2,4-D+KT(DK)两种不同激素组合的培养体系,分别对重组自交系群体YE的愈伤组织诱导率(CIF)、愈伤组织继代繁殖力(CSC)、愈伤组织的出胚率(CRE)以及愈伤组织出胚时间(CET)进行统计分析,以及对两个体系下愈伤的颜色质地,培养流程进行对比分析。结果如下:
  1.利用IK和DK体系对YE家系进行再生能力筛选,结合愈伤继代繁殖力、胚性愈伤分化时间、分化率等数据,以及愈伤组织的颜色质地和不同体系下组织培养流程对比的综合分析,结果表明IK培养体系比DK体系更适合YE家系的培养。
  2.通过IK体系筛选得到36个可再生家系,DK体系筛选得到35个可再生家系,共获得46个可再生家系,两个体系下都可再生的家系有25个,获得31个可再生阔叶棉家系,得到16个再生能力接近YZ-1农艺性状较好的阔叶棉家系,并获得再生植株。
  3.基于本实验室构建的海陆种间高密度遗传图谱,以10cM遗传距离挑选了494个覆盖全基因组的标记,对每个培养体系筛选出的5个高再生能力家系材料进行全基因组背景检测。通过对5个高再生能力材料的YZ-1等位基因的鉴定,将其具有YZ-1等位基因的位点作为可能控制再生能力的遗传效应候选位点,共在15条染色体上筛选到25个控制再生能力的候选位点。
[硕士论文] 刘履晓
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:水稻是世界上最主要的粮食作物之一。随着世界人口的迅速增长,粮食安全成为牵动世界各国的重大问题。同时,随着人们物质生活水平的提高,稻米品质及食用安全受到人们的广泛关注。水稻品种改良是解决这些问题的最直接有效的方法。染色体片段代换系(Chromosome Segment Substitution Lines,CSSL)是挖掘水稻有利基因、开展品种改良的重要材料。本研究为了分析水稻泛着丝粒区域的遗传效应,利用珍汕97(ZS97)为受体亲本、日本晴(NIP)为供体亲本的染色体片段代换系材料,构建了12个含水稻染色体泛着丝粒区域的单片段代换系。通过对泛着丝粒区域代换系的重要农艺性状的考察与分析,探究泛着丝粒区域对重要性状的影响。主要结果如下:
  1、从以ZS97为受体亲本、NIP为供体亲本的染色体片段代换系群体中选取包含12条染色体泛着丝粒区域的代换系材料,通过与ZS97多代回交,结合分子标记检测和芯片分析技术,构建了NIP泛着丝粒区域的单片段导入到ZS97背景的代换系。
  2、着丝粒(CEN)是驱动染色体分配的关键染色体结构,利用泛着丝粒区域杂合代换系的衍生分离群体,检测区域位点偏分离情况,发现在CEN04、CEN08和CEN11泛着丝粒区域存在引起偏分离的遗传位点。
  3、对所构建代换系在种子萌发、苗期和成熟期的农艺性状进行系统考察,分析泛着丝粒区域的遗传效应。12份代换系材料呈现出与ZS97不同程度的差异,部分农艺性状如株高、单株产量、穗重等与ZS97有极显著差异。
  4、利用ZS97近等基因系,构建F2分离群体,筛选重组交换单株,进行穗重、粒型、株高等农艺性状的考察,结合基因型分析,将1个影响粒重位点定位到第4染色体上一个90Kb区间,该区间含有1个已克隆基因An-1,参与调控水稻芒长、每穗粒数、粒长等农艺性状。
  研究结果为深入研究水稻泛着丝粒区域的遗传效应以及基因功能奠定了一定基础。
[硕士论文] 郭翔
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:甘蓝型油菜隐性核不育系7365A是由两个位点控制的复等位遗传模式(BnaMs3/Bnams3,Bnams4a/Bnams4b/Bnams4c),其中BnaMs3和Bnams4a为恢复基因,Bnams4b为不育基因。Bnams4b会导致油菜雄蕊退化,不能产生成熟的花粉,BnaMs3则能恢复这种不育的表型,而且这种遗传模式在拟南芥也同样的适用。研究认为Bnams4a是在转录水平上调控Bnams4b表达,BnaMs3是在蛋白水平上与Bnams4b互作。BnaMs3的进化分析和遗传转化实验表明,BnaMs3是一个功能获得性变异基因,而且功能获得变异位点可能存在功能结构域TPR和Hop的六个氨基酸残基内。本研究利用CRISPR/Cas9技术对编码与BnaMs3和Bnams4b都互作蛋白的基因A41进行编辑,对BnaMs3的作用机理进行初步探究。另一方面对BnaMs3的六个预测功能变异位点定点突变,结合转有Bnams4b不育材料,探究BnaMs3的功能变异氨基酸位点和功能结构域。主要研究结果如下:
  1.A41基因编辑
  A41是编码通过酵母双杂实验筛选到的与BnaMs3和Bnams4b都互作蛋白的基因,A41有蛋白酶抑制剂功能报道,猜测它参与了BnaMs3恢复Bnams4b的过程。对野生型拟南芥的A41基因CRISPR编辑,结果获得了纯合A41编辑并且无转基因的植株。通过杂交方式转入BnaMs3和Bnams4b都存在的植株中,结果并没有得到预期关于育性改变的表型,推测A41可能并没有参与BnaMs3恢复Bnams4b的过程。
  2.BnaMs3功能变异氨基酸位点探究
  针对预测的六个BnaMs3功能变异氨基酸位点,分别构建六个BnaMs3的定点突变表达载体转化野生型拟南芥,并与转有Bnams4b的拟南芥杂交。对后代的表型观察和醋酸洋红染色结果表明,BnaMs3的321氨基酸位点突变之后,BnaMs3失去恢复功能,推测该氨基酸突变之后改变了BnaMs3的蛋白质结构,从而影响了BnaMs3的功能。
  3.BnaMs3在转录水平上调控Bnams4b的表达
  定点突变结果表明,在结构域TPR上的一个氨基酸变异,会导致BnaMs3失去恢复功能。TPR蛋白在质体发育和基因表达上有重要功能,参与了质体的RNA剪切。qRT-PCR结果表明,BnaMs3降低了Bnams4b表达水平。推测BnaMs3是在转录水平上调控Bnams4b的表达,BnaMs3作为TPR蛋白,恢复了质体的RNA剪切缺陷,从而解除了Bnams4b对质体的破坏使得育性恢复。
[硕士论文] 陈乾
作物栽培学与耕作学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:再生稻是在头季收割后,头季残留稻桩上的腋芽重新生长成穗而获得再生季产量的一种水稻栽培模式,目前我国再生稻主要以移栽种植方式为主。直播稻以其省工、轻简化的特点成为近年来在我国迅速扩大的一项水稻栽培技术,直播再生稻是指在水稻头季直播的基础上蓄留再生稻,结合了直播稻和再生稻的特点,具有更加轻简化的优势。
  但是,品种是限制直播再生稻发展的重要因素。水稻“直播-再生”模式要求品种同时具有直播和再生的品种特征,如合适的生育期、较强的抗倒伏能力、较高再生力和再生季产量。为探究适合在华中地区作“直播-再生”种植的品种特征,本试验将12个供试品种分为不同组别类型,如早中晚稻品种、杂交稻和常规稻品种、高中矮秆品种,分别用来确定适合华中地区直播再生稻系统的生育期、再生季和周年产量、抗倒伏能力等。此外,本试验还研究了再生力与粒叶比和头季收获后残留稻桩的单茎干重的相关性,以期为直播再生稻品种的育种工作提供理论依据。
  研究结果如下,(1)中稻品种的平均周年生育期分别为198天,晚稻品种的平均周年生育期和中稻相近,而早稻品种的平均周年生育期却比中稻品种短34天,造成较大温光资源的浪费,应选用中晚稻品种在本地区作“直播-再生”种植;(2)倒伏是限制直播再生稻头季和再生季产量形成的重要因素,不同类型品种间高秆品种的倒伏指数最大、倒伏风险最大,应选用中秆和矮秆水稻品种在华中地区作“直播-再生”种植,以减小倒伏风险;(3)杂交稻的再生季产量(5.35t ha-1)和周年产量(13.07t ha-1)显著高于常规稻的再生季产量(3.58t ha-1)和周年产量(11.18t ha-1),应选用杂交稻品种在华中地区作“直播-再生”种植,以获得更高的再生季产量和周年产量;(4)再生力和头季粒叶比呈显著负相关关系(R=0.62,P<0.05),而再生力和头季收获后残留稻桩的单茎干重呈显著正相关关系(R=0.60,P<0.05),粒叶比和头季收获后残留稻桩的单茎干重都可作为判断再生力强弱的指标;(5)综合生育期、抗倒伏能力、再生季产量和周年产量等因素,供试品种中“天优华占”和“徽两优898”适合在华中地区作“直播-再生”种植。
[硕士论文] 薛慧影
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:甘蓝型油菜是我国的重要油料作物,也在世界范围内广泛种植,它是由白菜和甘蓝杂交后形成的异源四倍体,其遗传基础较为狭窄。为了拓宽甘蓝型油菜的遗传基础,本实验室将白菜型油菜的Ar基因组和埃塞俄比亚芥的Cc基因组大规模地导入甘蓝型油菜中,形成了基因组组成接近为ArArCcCc的新型甘蓝型油菜,已有的分子标记分析表明,新型甘蓝型油菜与常规甘蓝型油菜有着显著的遗传差异,其基因组内存在大量新的遗传变异。但这些变异的详细特征,其在基因组内的位置和分布及其对性状改良有何影响,尚未可知。为了进一步详探外源导入和种间杂交给新型甘蓝型油菜基因组带来的新变异及其遗传效应,我们拟筛选优良的新型甘蓝型油菜纯合株系,与测序的甘蓝型油菜品种杂交,构建作图群体,获得高密度的遗传图谱,定位新型甘蓝型油菜内不同外源基因组导入的遗传变异,为后续深入分析甘蓝型油菜的基因组结构特征奠定基础。
  本研究从课题组创建的第三代新型甘蓝型油菜(G3)基因库中选择110份纯合株系,分别与测序品种中国半冬性油菜宁油7号(Ningyou7)以及欧洲冬油菜Tapidor杂交。将这些亲本及其所配置的F1先后种植于西宁和武汉,根据苗期性状初步观察生长势以及收获后进行产量评估,确定了最优的3对由新型甘蓝型油菜亲本与Ningyou7、Tapidor杂交的F1。选取这6个杂种F1的花蕾进行小孢子培育,并经秋水仙碱加倍,获得了6个群体共约3680个幼苗,收获了约1165份花粉育性正常的植株种子。利用流式细胞仪对其中一个群体(NG3-1)小孢子幼苗的倍性进行鉴定,最后获得该群体275个双单倍体(DH)株系。对NG3-1DH群体及其双亲的农艺性状和品质性状进行了初步考察。
  利用Illumina Hiseq PE150测序平台,对NG3-1DH群体的两个亲本进行了50倍覆盖深度的全基因组重测序,对275个DH系进行了5倍覆盖的全基因组重测序;两个亲本分别获得了71Gb和102Gb的高质量数据,群体获得了共2365Gb的高质量数据。以甘蓝型油菜基因组Darmor-bzhv4.1为参考基因组进行SNP Calling,对所获得的34万个原始标记进行了严格的筛选质控,共得到8422个标记(每个代表性标记包括若干个基因型一致的多态性标记)。使用MSTMap和Joinmap4.0软件对这8422个代表性标记进行分析并构建遗传图谱,最终得到含有2727个位点、覆盖长度为2664.01cM并且含有17条连锁群的高密度遗传连锁图谱。其中A02、C02这两条连锁群并未构建出,由于该群体亲本之一为含有外源基因导入成分的新型甘蓝型油菜,其A02、C02的染色体结构也较为复杂,在本研究中未进行分析,将在后续的研究中进行深入探索。本研究所获得的3对DH作图群体,以及NG3-1DH群体的高密度遗传图谱,将为后续开展新型甘蓝型油菜的基因组分析提供基础,并有助于发现作图亲本间的一些结构变异。
[硕士论文] 胡新鸽
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:角质层是保护植物适应外界胁迫的屏障,与植物的抗逆性有密切关系,角质是角质层的主要成分,也是角质层的基本结构,通过对角质的研究有助于阐明角质层形成和调控的分子机制,为角质层的功能研究奠定基础。本研究优化了油菜角质提取的方法,通过气相色谱-质谱技术(Gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)技术分析鉴定角质含量与成分,比较了两种环境下生长的油菜角质含量与成分的差异和油菜不同组织(茎,叶片,角果)中角质含量的差异,研究不同程度的干旱胁迫对8个抗旱性存在显著差异的油菜品种叶片角质的影响,并进行RNA-Seq测序检测油菜不同组织(根,茎,叶片,花,角果,种子)和干旱胁迫下的基因表达量,分析角质基因表达量,筛选出角质基因,并分析了398个油菜品种的角质含量与成分。
  主要研究结果如下:
  甲醇-浓硫酸-氯仿这种裂解液效果最好,分离鉴定出的角质单体成分最多,角质单体总量高于其他3种方法,适合用于油菜角质提取。
  实验田种植的油菜叶片的角质成分较为全面,且大多数角质成分的相对含量高于温室的。
  在中双11号油菜的角果,茎和叶片检测到81个角质单体,角果,茎和叶片中角质成分相对含量最高的都是2-hydroxy-Tetraco sanoic acid。其中Tetradecanoic acid、14-methyl-pentadecanoie acid、2-hydroxy-Tetracosanoic acid、hexadecanoic acid、20-methyl-2-hydroxy-docosanoic acid5种角质成分相对含量在角果,茎和叶片中差异较大。
  采用RNA-Seq测序技术分析中双11号油菜不同组织中基因表达量,经过对118个角质合成相关的基因表达情况的分析,结果表明有6个基因在不同组织中均无表达。BnaA05g09070只在种子中特异性表达,BnaC05g04230D只在花中特异性表达。其中BnaCnng13910D在根中和叶片中的表达量最高,BnaA04g20340D在花中的表达量最高,BnaC04g51420D在茎中的表达量最高,BnaA02g32750D在角果和种子中的表达量最高。
  比较8个油菜品种在不同干旱条件下角质含量。随着干旱胁迫程度的加深,与对照组相比,干旱胁迫组的角质总量呈现升高的趋势,而且在这8个品种中有27个角质成分的相对含量呈现显著性差异变化。
  分析中双11号油菜在干旱胁迫不同时间段(0h,1h,8h)的118个角质合成相关的基因表达量,有108个差异基因,其中有7个基因差异性显著,4个基因表达量显著上升,3个基因表达量显著下降。
  已经对398个品种油菜角质含量,成分进行分析,下一步对角质成分做全基因组关联分析(Genome-wide association studies,GWAS)分析来定位一些与角质合成相关的位点。
[硕士论文] 任丹凤
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:棉花是一种主要的经济作物,并且其副产物棉籽中含有丰富的蛋白质、脂肪酸等营养物质。棉酚虽然是棉花自身的植保素,但同时也对单胃动物和人具有较大的毒性,使得棉籽产品的利用价值受到很大的限制。培育出植株有酚而种子低酚或无酚的棉花品种一直是棉花科技人员的目标。本研究期望通过以下途径来降低种子中的棉酚含量,利用杜松烯合酶基因(CADl)在棉酚合成路径中所起的关键作用,一方面通过RNAi技术和种子特异启动子来降低种子中CAD1基因的表达量,另一方面利用CRISPR/cas9系统对CAD1基因进行编辑,以此使种子中棉酚合成量减少,最终获得种子低酚的新材料。本试验主要研究结果如下:
  (1)将αGP-CAD1-RNAi载体转入棉花中,得到52个转基因阳性再生植株,通过测定种子棉酚含量,初筛得到8个种子棉酚含量较低的株系。
  (2)对株系4的T1代不同单株间,蕾、铃、萼片、种子组织进行了棉酚含量的测定,其中蕾、铃、萼片三种组织中棉酚含量在单株间没有明显差异,而在不同单株的种子中,棉酚含量有着比较显著的差异,达到了降低种子中棉酚的目的。
  (3)从不同株系T1代的单株中,筛选出了13个CAD1基因表达量显著降低的单株。它们的种子棉酚含量介于1.58μg/mg-2.61μg/mg之间,与野生型材料相比,棉酚含量降低了38.4%-62.7%。对种子进行显微观察发现,转基因植株色素腺体的可见度比野生型对照要低。
  (4)对13个转基因T1单株进行了农艺性状的考察,与对照相比,它们的株高、百粒重、纤维品质等都没有明显的变化,证明了干涉CAD1基因对植株的正常发育没有明显影响。
  (5)构建并转化了CRISP R-CADl-A/C载体,目前己获得9株阳性的转CRISPR-CAD1-A基因的再生棉花,其种子的棉酚含量降低了25.7%。
[博士论文] 张彤
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:自交不亲和反应是高等植物进化出的一种阻止自花授粉、促进异花授粉的繁殖机制,有利于防止自交衰退,在育种及遗传上具有重要的研究价值。近年,甘蓝型油菜自交不亲和反应分子机制的研究取得了较大突破,然而其下游信号传导因子的鉴定仍非常有限。本研究以甘蓝型油菜Westar及拟南芥Col-0生态型为材料,利用序列分析、遗传转化、表达分析、酵母双杂交、转录组测序等手段,通过对亲和及不亲和反应信号传导途径的研究,成功鉴定甘蓝型油菜自交不亲和反应正调控因子BnCIMS1(Cobalamin-Independent Methionine Synthase1),为自交不亲和反应分子机制的研究提供了新的思路;同时证明了AtCIMS1在拟南芥自交不亲和反应中具有保守功能,为探索拟南芥属植物与芸薹属植物间自交不亲和系统的保守性提供新的证据。取得结果如下:
  1.BnCIMS1在甘蓝型油菜自交不亲和反应中的作用
  经共线性和进化树分析,发现CIMS1及其同源基因CIMS2的基因组序列和蛋白序列在十字花科物种中都是高度保守的。时空表达分析发现,BnCIMS1在甘蓝型油菜Westar柱头和茎的表达量最高,在其它部位表达量相对较低。BnCIMS2在Westar各部位中表达量极低,在柱头中几乎不表达。在甘蓝型油菜Westar柱头中通过RNAi技术下调BnCIMS1的表达,可部分打破甘蓝型油菜的自交不亲和性,说明BnCIMS1是自交不亲和反应的正调控因子。亚细胞定位结果显示BnCIMS1主要在胞质中表达。通过酵母双杂交技术验证BnCIMS1与自交不亲和反应相关基因BnSRK-1及BnARC1间的相互作用关系,发现BnCIMS1与两个基因间均无互作关系,说明BnCIMS1以一种新的未知途径调控自交不亲和反应。
  2.转基因自交不亲和拟南芥的创建及CIMS1功能保守性分析
  将自交不亲和A.halleri最显性的S13单倍型AhSRK13和AhSCR13以及自交不亲和相关基因AhARC1共同转入拟南芥Col-0生态型中,成功得到部分转基因自交不亲和拟南芥,而只转入AhSRK13和AhSCR13的转基因株系全部表现为自交亲和。说明ARC1确实为自交不亲和反应所必须。为验证AtCIMS1和AtCIMS2在拟南芥自交不亲和反应中是否具有保守功能,分别构建了转基因自交不亲和拟南芥与cims1、cims2T-DNA插入突变体的杂种F1,筛选纯合突变体背景的F2转基因株系,各单株均为自交亲和,证明AtCIMS1和AtCIMS2都在维持拟南芥自交不亲和反应中起作用,且CIMS1在甘蓝型油菜和拟南芥自交不亲和反应调控中具有保守功能。
  3.BC等其它自交不亲和反应候选基因的功能研究
  (1)BC的下调导致甘蓝型油菜和拟南芥叶片发育异常
  分别在甘蓝型油菜Westar和拟南芥Col-0中下调BC(Biotin carboxylase)的表达,发现转基因BnBC RNAi Westar株系和AtBC RNAi Col-0株系叶片发育异常,主要表现为叶片皱缩,且转基因AtBC RNAi Col-0株系柱头对花粉粘附力下降。
  (2)SLR1启动子的特异性分析
  克隆甘蓝型油菜Westar SLR1基因启动子,并连接GUS报告基因,转入拟南芥Col-0中。通过GUS染色分析SLR1启动子特异性,发现SLR1启动子在开花当天的雌蕊柱头特异表达,同时在幼苗期除子叶外其它部位及成熟叶片中均有表达。证明SLR1启动子在拟南芥中并非柱头特异启动子。
  (3)ANN1等三个候选基因的功能研究
  在甘蓝型油菜Westar柱头中特异下调自交不亲和反应候选基因ANN1(膜联蛋白基因)、FBA2(果糖二磷酸醛缩酶基因)以及MUR5(可逆的磷酸化多肽)的表达,发现三个基因分别被干涉后不能影响甘蓝型油菜的自交亲和性,且在转基因植株中未观察到其它表型变化。
  4.转录组分析亲和/不亲和反应基因表达的时相变化
  对甘蓝型油菜亲和及不亲和授粉后不同时间点的柱头进行转录组分析。根据差异表达基因的分布情况,将授粉事件分为早期授粉事件和晚期授粉事件,并发现自交不亲和反应信号传导路径比亲和反应更复杂。通过对差异表达基因的功能注释,提出了一些可能调控花粉-柱头互作机制的假设。根据对柱头富集表达基因的代谢途径的注释,发现SAM循环中所有基因都在柱头中高表达,包括本文已验证的自交不亲和反应正调控因子BnCIMS1。
[硕士论文] 韩少卿
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:CLE(CLAVATA3/Embryo surrounding region-related)基因家族编码一类小的分泌肽,广泛参与植物细胞间的信号转导、细胞增殖分化、自我调节以及响应外界刺激。目前,已在拟南芥、水稻、大豆、番茄和杨树等植物中鉴定了大量的CLE基因家族成员,而在油菜中还没有进行过系统地分析。在本研究中,我们对甘蓝型油菜的CLE基因家族成员进行了系统地鉴定和生物信息学分析,利用体外多肽处理的方法对一些油菜特异的CLE基因功能进行验证,并对BnCLE基因的组织表达特异性进行了分析。主要结果如下:
  1.在甘蓝型油菜全基因组中共鉴定出116个CLE基因家族成员,其中包括5个含有多个CLE基序、7个未注释的新基因。并对它们进行了信号肽、等电点、分子量大小和基因结构等特征的分析。
  2.染色体定位分析发现,A和C亚基因组各包含53和61个BnCLE基因。整体上,BnCLE基因总是成对的出现在两个亚基因组的同源区域。BnCLE基因家族的扩张方式以大片段复制为主(68%,79/116),其次为全基因组随机转录事件(27%,31/116),串联重复的形式很少(5%,6/116)。
  3.通过多序列比对和进化树构建,并参照拟南芥中AtCLE基因的功能将BnCLE基因分为三大类:A类主要作用于侧根的生长发育,B类主要维持根和茎顶端分生组织的干细胞动态平衡,C类主要对维管束的发育发挥作用。
  4.对5个含有多个CLE基序基因进行分析,发现它们各含有2-5个CLE基序,都主要在子房和角果中的表达量较高,暗示它们可能参与了种子的生长发育。
  5.共发现45个BnCLE基因具有29种新的CLE基序。通过体外多肽处理实验对其中的27种CLE多肽进行了功能验证,发现大部分多肽中的氨基酸变异并未导致其功能的显著分化,而少数CLE基序的变化会导致其功能的改变。
  6.对48个基因进行了组织表达特异性分析,发现大部分BnCLE基因存在一定的组织表达特异性,同时一些BnCLE基因的不同拷贝间出现表达分化。
  以上研究结果为油菜中深入开展CLE基因功能、鉴定油菜特异的CLE基因奠定了理论基础。
[硕士论文] 张军
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:棉花是主要的纤维作物,也是重要的油料作物。在不占据额外的耕地面积和不降低纤维品质的前提下,通过基因工程技术提高种子含油量、降低棉酚含量,从而改善棉籽油品质增加我国植物油的供应。二酰甘油酰基转移酶(DGAT)是三酰甘油合成最后一步反应酶,它的表达水平与油脂含量密切相关,前人的多项研究证明异源表达DGAT能显著的提高植物种子的含油量。本研究克隆了芝麻、蓖麻、油葵和花生4种油料作物的DGAT1基因,利用酿酒酵母表达体系验证功能后,转化至棉花以创造高油种质。另外,通过CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除棉花色素腺体形成基因GoPGF,创造无腺体的新种质,为解析腺体形成调控机理以及腺体与棉酚的关系提供了重要的研究材料。主要结果如下:
  (1)生物信息学分析表明克隆4种油料作物SiDGAT1、RcDGAT1、HaDGAT1、AhDGAT1基因均具有DGAT1特征,且酵母表达体系表明四种作物来源的DGAT1均有DGAT酶活性;
  (2)在棉花中过表达SiDGAT1、RcDGAT1、HaDGAT1、AhDGAT1,根据Southern杂交结果,分别筛选到4、8、11、10个单拷贝转化事件,并且在棉花中均可正常表达;
  (3)SiDGAT1转基因棉花T2代Si-94、Si-99两个转化株系与对照相比含油量分别提高6.37%、7.41%,百粒重提高11.16%、4.94%;
  (4)对SiDGAT1转基因棉花进行脂质组分析,共鉴定到8大类型、26个亚类、902种脂质分子,筛选到25个差异脂质分子,其中包括14种TAG,碳原子数在56个以上、分子质量900以上的甘油三酯呈增长趋势(R2=0.6771、R2=0.6987);
  (5)利用CRISPR/Cas9敲除棉花色素腺体形成基因GhPGF_A12、GhPGF_D12,阳性植株无腺体表型率100%,叶片棉酚含量下降98.8%,并且无腺体表型可遗传。
[硕士论文] 马迪
作物栽培学与耕作学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:科学合理的施用氮肥是进一步提高玉米产量和氮肥利用效率,减少氮肥过度使用造成的资源浪费与环境污染的重要措施。秸秆还田措施及氮肥的施用方式和施入量对作物产量及氮肥利用效率有显著的影响。滴灌施肥是以点的方式向作物周围湿润土壤,肥料随水分施入根区附近,维持根区较高的含水量和耕层养分含量,减少养分的淋溶损失,提高水分和养分的利用效率。然而,关于滴灌施肥与秸秆还田对玉米产量形成、土壤水氮分布规律及其利用效率的调控效应尚缺乏系统深入研究。为此,本研究于2016-2017年在黄淮海夏玉米主产区的河南省新乡县中低地力产田,以玉米杂交品种郑单958为试验材料,研究了不同施氮水平下施肥方式和秸秆处理方式对土壤水氮空间分布、玉米干物质和氮素积累及产量和氮素利用效率的影响,分析了滴灌施肥与秸秆还田对夏玉米产量形成、土壤水氮分布规律及其利用效率的调控机理。主要研究结果如下:
  1.滴灌施肥与秸秆还田显著提高夏玉米产量和水氮利用效率。在等量氮肥施用下,滴灌施肥与秸秆还田互作处理显著提高了玉米的产量,高于其他处理10.0%-28.0%;其中施肥量在375kg/hm2水平下滴灌施肥与秸秆还田处理的产量最高,为11.4t/hm2,比漫灌处理增加28.0%,产量的提高主要是通过增加穗粒数和千粒重来实现的,滴灌施肥与秸秆还田处理较漫灌处理分别增加24.8%和4.6%。滴灌施肥与秸秆还田显著提高水分利用效率、氮肥农学效率、氮肥偏生产力和氮肥表观利用率,比漫灌处理分别增加75.8%、4.1%、5.6%和62.1%。
  2.滴灌施肥与秸秆还田互作显著增加了玉米整个生育时期的干物质积累,尤其是花后干物质积累。滴灌施肥与秸秆还田处理主要是通过增加玉米整个生育时期的叶面积指数,降低花后叶面积指数的下降速率,同时显著增加玉米各层叶片的叶绿素含量,使叶片保持较高的光合作用,同化更多的光合产物,使干物质积累量增加,同时也促进了籽粒干物质积累量的增加。
  3.滴灌施肥与秸秆还田处理显著增加了玉米各生育时期的氮素吸收与积累,在成熟期比漫灌处理平均增加36.3%。植株氮素积累速率最快的时期为12叶期至开花期,氮素积累速率为38.0mg plant-1d-1,其次是开花期至乳熟期,氮素积累速率为35.0mg plant-1d-1。滴灌施肥与秸秆还田处理显著增加了乳熟期至成熟期氮素积累速率,较漫灌处理平均增加14.1%。在玉米各器官的氮素分配中,滴灌施肥与秸秆还田处理成熟期籽粒的氮素积累量最大,为141.7kg/hm2,增加6.0%-14.0%。
  4.滴灌施肥与秸秆还田处理显著提高玉米各个生育时期0-60cm土层含水量,较其他处理平均增加22.0%-217.0%,而在60-100cm土层中,滴灌施肥与秸秆还田处理较漫灌处理含水量显著降低,减少了水分向深层土壤的渗漏损失。滴灌施肥与秸秆还田处理能维持根区土壤较高的供氮能力,显著增加土壤中20-40cm土层中全氮含量,增幅为5.0%-63.0%。同时,也增加了20-40cm土层有机质和速效钾的含量,分别增加48.0%-168.1%和23.2%-98.0%。
  综上,滴灌施肥与秸秆还田通过改善土壤水分和氮素分布,增加浅层根区土壤水氮和有机质、速效钾等的含量,同时维持玉米生育后期充足的氮素供应,促进植株氮素积累增加,从而提高花后叶面积指数和干物质积累量,最终提高玉米产量和水氮素利用效率。
[硕士论文] 黄慧
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:棉花是我国重要的经济作物,也是世界上最重要的天然纤维作物。我国是棉花消费和进口第一大国,也是纺织服装生产贸易第一大国。由于纺织工业的不断进步,人们生活水平及对衣着品质要求的提高,纺织业对棉花纤维品质的要求越来越高,因此寻找优质基因,对棉花纤维品质进行定向分子改良显得十分重要。纤维伸长期和次生壁增厚期对纤维的长度,细度及强度具有重要影响,因此本实验将对一个伸长期和次生壁增厚期优势表达的基因进行功能验证,以期能创制优质棉花材料。
  实验室早期克隆了在纤维伸长期及次生壁增厚期优势表达的基因GhPCBER,本研究通过转基因的方法改变GhPCBER在纤维中的表达,探究其在纤维发育中的作用,取得的主要结果如下:
  1.对陆地棉中GhPCBER家族进行了序列及表达分析,发现GhPCBER与拟南芥AtPCBER1较为同源,具有NADPH结合区,且在进化上保守。海岛棉与陆地棉中GhPCBER的表达模式较为类似。
  2.通过表达量和Southern杂交检测得到符合预期表达量的低拷贝转基因植株。对成熟纤维品质进行考察发现干涉株系马克隆值变低,长度没有明显变化,EXPA2启动子驱动的超量表达株系纤维长度明显变长,马克隆值变低,35S启动子驱动的超量表达株系手梳纤维长度显示纤维长度变长。通过扫描电镜观察纤维横切面芨现EXPA2启动子驱动的超量表达株系纤维细胞的细胞壁变薄。
  3.木质素含量测定发现干涉株系中木质素含量升高,与木质素合成相关的基因CAD上调表达,在超量表达株系中正好相反,CAD表达下调。
  以上结果可以推测改变GhPCBER的表达可能改变体内木质素合成,进一步影响纤维发育,导致GhPCBER超量表达的棉花纤维变长变细,品质变好。本研究通过探究GhPCBER对纤维发育的作用为棉花纤维品质改良提供了一定的参考。
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