以特征次生物质为标记评价水稻品种及单植株的化感潜力

从众多水稻品种及单植株中评价筛选少数具有化感特性的材料,是选育水稻化感新品种取得突破的关键.具有化感特性的水稻品种及单植株通过产生和释放特定次生物质到环境中而显示化感效应.这样,利用高效液相色谱技术,以这些特征次生物质为标记可以评价水稻材料的化感潜力.用这一评价方法仅1年就评价了3000个水稻品种和部分杂交子系的F3和F4植株的化感潜力,而用传统的田间评价方法则需要10余年.而且这一评价方法还能指导和监控水稻化感品种选育过程.经液相色谱-质谱和核磁共振等技术分离和结构鉴定,证明水稻的化感物质是糖甙间烃基苯二酚、黄酮和羟基肟酸,而不是普遍认为的酚酸和脂肪酸,但这些糖甙分子释放到环境中在微生物和酸性媒介的作用下迅速降解成糖、酚酸和脂肪酸等小分子.     

虫害诱导的水稻挥发物对褐飞虱寄主选择行为的影响

用固相微萃取（SPME）、Tenax-TA吸附剂法结合气相色谱（GC）以及气相色谱－质谱联用（GC－MS）等技术，从不同诱导处理水稻植株（机械损伤、褐飞虱危害（具刺吸式口器）、斜纹夜蛾危害（具咀嚼式口器）及健康植株中分离鉴定了16种挥发性物质，不同处理水稻挥发物化学成分与含量有明显差别，受斜纹夜蛾伤害的水稻，其挥发物的含量与种类最多，其次为受褐飞虱伤害3和5d的植株，健康植株、机械损伤植株以及受褐飞虱伤害1和2d的水稻植株的挥发物种类少且含量低，在双向选择实验中，褐飞虱对健康植株、机械损伤植株以及褐 飞虱危害植株的定向选择行为无显著差异，斜纹夜蛾诱导的水稻挥发物对褐飞虱具有明显的拒避作用。     

《水稻遗传学和功能基因组学》

本书系统地阐述了水稻经典遗传学研究、分子遗传学研究和基因组学研究的理论基础、方法、进展以及发展方向，侧重实用性，反映了作者在超级稻育种和水稻重要功能基因克隆等方面获得的突破．全书共6章，各章节既前后呼应，又独立成章，是一本涵盖水稻遗传、基因克隆及品种选育等多方面理论和实践的最新参考书．     

三系杂交水稻育种研究的回顾与展望

我国首创的籼型杂交水稻技术开辟了大幅度提高水稻产量的新途径,为粮食安全做出了巨大贡献.本文回顾了野败型雄性不育的发现与不育系、保持系和恢复系(简称三系)配套及发展的历程.水稻核质互作型雄性不育系在我国大面积生产应用,除野败型外,还有岗型、D型、印水型、矮败型、红莲型、K型不育胞质.其中红莲型的恢、保关系与野败型不同,其他都与野败型相似.杂交水稻不育胞质的多样性解决了胞质单一可能带来的生产风险.在骨干亲本的选育方面,本文介绍了优良不育系珍汕97A,V20A,Ⅱ-32A,金23A等,以及优良恢复系IR24,明恢63,蜀恢527等的选育和应用情况.目前,我国三系杂交水稻主推品种已经由过去的高产品种,转变为优质、高产、抗病兼顾的新品种为主.但是,三系杂交水稻面临产量潜力提升较慢、优良保持系创制效率较低、杂交稻种子生产成本较高,以及不完全适应轻简化栽培等诸多问题.为了应对这些挑战,建议以培育优质、高产、安全、高效的绿色杂交水稻新品种为目标,以分子技术在杂交水稻育种中的应用为手段,以选育适合杂交水稻机械化制种的三系亲本为方向,全面提升杂交水稻的科技竞争力.     

导管分子程序化死亡过程中Ca~(2+)的时空变化

利用焦锑酸钾沉淀法研究了辣椒叶片导管分子程序化死亡（ＰＣＤ）过程中Ｃａ２＋分布的变化．在导管分子形成初期，液泡和细胞核占据细胞的大部分体积，Ｃａ２＋主要分布在细胞间隙和细胞壁上；当壁次生加厚开始后，液泡、细胞核与其他细胞器解体，细胞内Ｃａ２＋明显增多；细胞质进一步解体，Ｃａ２＋在未进行次生加厚的细胞壁上明显增多，而次生加厚带上非常少；随着细胞质更进一步的消失，Ｃａ２＋主要分布于未次生加厚的细胞壁侧，次生加厚带上仍然非常少；在细胞内物质彻底消失后，Ｃａ２＋在次生加厚带部位上分布增加，而在未次生加厚的壁上减少．观察结果表明：在导管分子ＰＣＤ的初期、细胞壁次生加厚期和成熟期，Ｃａ２＋的分布发生时空变化，可能表明它对细胞壁次生加厚具有调节和提高 Ｃａ２＋运输效率的作用．     

褐藻Ectocarpus fasciculatus甘油脂合成过程中脂肪酸在甘油中的位置分布

采用^14C标记和追踪方法，对褐藻Ectocarpus fasciculatus糖脂的生物合成进行了研究，硫代异鼠李糖甘油二酸（SQDG）的脂肪酸几乎都是链长为16和18个碳原子的脂肪酸，而单半乳糖甘油二酯（MGDG）和双半乳糖甘油二酯（DGDG）除了含有上述脂肪酸外，还分别含有摩尔百分比为8.5和31.0的二十碳五烯酸（20：5），这种脂肪酸几乎全部分布在甘油的sn-1位上，当植株被饲喂[2^14-C]醋酸盐后，被标记的脂肪酸在上述3种甘油脂甘油的sn-1和sn-2位上的分布非常不同，在SQDC中，^14C标记的脂肪酸几乎均匀地分布在甘油的sn-1和sn-2位上；在DGDG中，^14C标记的脂肪酸主要分布在sn-2位上；而在MGDG中，脉冲标记30min后，甘油sn-1位上的脂肪酸中的放射性强度远比sn-2位上的要高，在追踪的过程中，二者的放射性强度差异快速缩小，结果表明，^14C标记的脂肪酸在3种甘油脂甘油的sn-1和sn-2位上的不同分布与20：5及DGDG的生物合成密切相关，合成后的20：5需要经过一个中间体，然后再被用于极性甘油脂的合成，结果还说明，褐藻具有与高等植物相同的DGDG合成途径，而且半乳糖转移酶对MGDG中分子具有选择性。     

红枫湖和百花湖天然溶解有机质的分子荧光特征与分子量分布的关系

由于在水体生态环境系统中的重要功能及化学组成和结构的复杂性, 天然溶解有机质(Dissolved Organic Matter, DOM)是近年来水环境研究领域的热点和难点问题之一. 分子荧光特征和分子量分布被广泛认为是DOM特征研究的重要参数, 但是它们之间的关系尚不清楚. 本文联合运用分子荧光光谱,高效液相体积排阻色谱、紫外吸收和荧光在线检测技术, 研究了贵州红枫湖和百花湖及其河水中溶解有机质的分子荧光与分子量分布特征, 及它们之间的关系. 水体中DOM普遍存在两个明显的类腐殖荧光峰(A和B), 但河水还存在另一个特征明显的类蛋白荧光峰(C). 研究结果表明: 类腐殖荧光物质主要由1.0~3.0 kD之间的小分子组分组成, 而类蛋白荧光物质主要是一些分子量大于2.0 kD的组分组成. 运用高效液相体积排阻色谱技术测定DOM分子量分布时, 估算的分子量分布特征与吸收光谱检测器的波长选择有关.     

光电双活性偶氮苯自组装单分子膜的设计

具有光化学和电化学活性的有机分子在功能器件开发方面具有潜在的应用前景 偶氮苯衍生物是典型的化合物之一,如图1A所示,它具有光致顺反异构化和电化学氧化还原反应的双重活性.利用偶氮苯衍生物有序分子组装体系的光电化学性质,我们提出了“单向循环”的新型信息存储原理.在过去的工作中,我们利用Langmuir.Blodgett技术将偶氮苯长链脂肪酸衍生物分子固定在ITO导电玻璃上而形成高度有序的单分子膜.由于偶氮苯衍生物分子是物理吸附在基底上,在反复进行光化学及电化学测试过程中,常常脱落到电解质溶液中,从而造成单分子膜的脱落;同时偶氮苯从反式到顺式过程伴随着空间的增大,因此在致密有序的LB膜中顺反异构化效率较低.我们利用自组装技术将偶氮苯衍生物通过与基底的     

两个来源于野生稻的抗褐飞虱新基因的分子标记定位

选用抗源来自药用野生稻（Oryza offcinalis Wall)的抗褐飞虱品系B5为父本,与感虫品种台中本地1号（TN1）杂交,随机选取167个F2单株构成定位群体。运用RFLP技术,采用集团分离分析法（bulked segregant analysis,BSA),对水稻抗褐飞虱基因进行分子标记定位。于第3和第4染色体找到与抗褐飞虱基因连锁的RFLP标记。构建了连锁标记附近区域的RFLP遗传连锁图谱,对这两个抗位点进行了QTL（quantitative trait locus)分析,将这两个抗褐飞虱基因分别定位于第3染色体的G1318和R1925,第4染色体的C820和S11182之间。与已报道的水稻抗褐飞虱基因位点相比较,表明这两个抗褐飞虱基因是新的抗性位点。抗褐飞虱基因新位点的发现和分子标记的建立,为水稻抗虫分子标记辅助育种和抗褐飞虱基因克隆打下了良好基础。     

植物凝集素及其在生殖细胞表面糖复合物检测中的应用

凝集素是一类能够特异性结合糖基的蛋白质，广泛存在于多种生物体中，其中的植物凝集素更是种类繁多，并具有对多种糖基专一性识别的生物学功能．细胞表面的糖复合物是细胞间作用的有效成分，而精子与卵细胞表面也存在相应的糖蛋白物质，并在受精过程中发挥重大作用．利用植物凝集素作为分子探针，人们已经研究了多种动物及人的生殖细胞表面的糖复合物的分布和变化．     

水稻紫色种皮基因Pb的精细定位与候选基因分析

紫米因其种皮内花色素苷的沉积而着色．控制种皮着色的Pb基因位于水稻第4染色体，紫色种皮对白色种皮呈显性．本研究利用培矮64S（白米）×豫南黑籼糯（紫米）和培矮64S×川黑糯（紫米）两个F2分离群体对P易基因进行了精细定位．首先用SSR标记将P易基因初步定位在距微卫星位点RM3820下游0．79cM的位置．然后，通过在候选区域内发展高密度的InDel标记和CAPS标记，将P6基因限定在两个InDel标记RID3与RID4之间25kb范围以内．在该区段内，TIGR水稻基因组（R．5）标有两个注释基因：一个为与玉米k基因同源的砌，为控制花色素苷代谢的Myc类转录因子；另一个为与拟南芥刀四同源的bhlh16，也与植物色素代谢有关．根据两者的性质和前人相关研究结果，推测Pb与Ra实为同一个基因．序列分析结果表明，与白米品种培矮64S，9311（籼）和日本晴（粳）相比，豫南黑籼糯和川黑糯中Ra基因第7外显子存在一个GT缺失．根据GT缺失发展了一个CAPS标记CAPSRa，并对两个F2分离群体和100余份水稻品种进行分析．结果发现，所有F2白米单株以及所有白米（n=63）和红米（n=23）品种的CAPSRa基因型与培矮64S相同，而所有紫米品种（n=20）与豫南黑籼糯和川黑糯相同．据此推测，水稻紫色种皮性状可能由Ra基因第7外显子内的GT缺失引起．     

油菜次生休眠种子转录组的RNA-seq分析

油菜种子次生休眠特性是油菜产区自生苗长期留存并持续危害的主要原因,也是转基因油菜环境安全评估的重要性状.为探讨该性状的分子生态学特征,本研究以强次生休眠油菜品种的成熟种子为材料,对次生休眠前种子(CK)和次生休眠后种子(SD)的转录组进行了RNA-seq分析.2份样本测序所得的有效数据均超过了4 Gb,并从头拼接出序列长度?100 bp的转录本314261个,其中29740个转录本的序列长度?500 bp.根据功能注释信息,在?500 bp的长序列转录本中有1641个成员被分类到24种COG类群,有16515个成员被GO分类到2648个功能节点.在P?0.001显著性水平和2倍以上RPKM变化条件下,鉴别出452个代表性的长序列差异表达转录本,其中343个成员有序列高度相似的拟南芥同源基因对应.数据显示,绝大多数ABA,GA合成代谢和信号转导基因能从休眠种子转录组中找到同源转录本,但它们的表达水平在样本间多无显著差异.综合GO富集、KEGG富集以及种子休眠调控基因同源转录本的差异表达信息,脂肪酸代谢信号有可能参与到油菜种子次生休眠的诱导发生.本研究结果对于认识油菜自生苗发生规律和评估转基因油菜环境安全性具有重要意义.     

水稻单端体的获得及其分子细胞学鉴定

从籼稻品种中籼3037第1染色体短臂、第4染色体长臂及第11染色体长臂端三体的自交后代中, 选择形态性状出现明显变异但体细胞染色体数目仍为2n = 24的个体. 用水稻着丝粒特异的BAC克隆17p22为探针对有丝分裂早中期染色体进行荧光原位杂交(FISH)分析, 各筛选到了一单端体植株, 其体细胞中各含有一条端着丝粒染色体. 进一步分别以位于第1染色体短臂、第4染色体长臂及第11染色体长臂上的特异分子细胞学标记a0059H02, a0034E24及a0071H11为探针, 对以上3个单端体的有丝分裂早中期染色体及减数分裂粗线期的染色体进行荧光原位杂交分析, 证明这些变异株确为第1染色体短臂、第4染色体长臂和第11染色体长臂的单端体. 这些单端体的植株矮小, 结实率较低.     

一个水稻短生育期突变体sgp(t)的遗传分析及基因定位

在优良迟熟恢复系明恢86的转基因后代中, 发现了一个非T-DNA插入引起的短生育期突变体(暂命名short growth period, 简称sgp(t)). 该突变体对光周期反应不敏感, 在不同生态区域与不同播种期, 平均抽穗期(40.9±2.1)~(62.4±5.2) d, 比野生型明恢86早35~50 d. 通过对sgp(t)突变体与29个不同遗传背景的亲本(包括感光和非感光的籼稻、粳稻及爪哇稻品种)杂交后代抽穗期分析, 结果发现, 在福州市夏季种植(4月30日播种), F1抽穗均表现较迟熟亲本 早, 而较sgp(t)略迟, 平均抽穗期(52.0±1.3)~(63.4±2.3) d, 表明sgp(t)是一个不完全显性突变体, 能够显著地缩短水稻的生育期. 进一步分析sgp(t)突变体与野生型明恢86, 93-11, 闽恢3301和博白B等4个品种的杂种F2群体抽穗分布发现, 分离群体后代中出现极早熟、较早熟和迟熟3种类型, 其极早熟和较早熟植株数之和与迟熟植株数之比符合3:1, 进一步表明sgp(t)由一对不完全显性基因控制. 以F2代(sgp(t)×93-11)中的极早熟株和迟熟株为定位群体, 应用微卫星标记将sgp(t)基因定位在第6染色体的RM3628和RM439之间, 随后利用已经公布的水稻基因组序列, 在sgp(t)基因附近区域新开发了6个标记, 将sgp(t)基因进一步定位在NSSR0617~NSSR0683之间, 遗传距离分别为0.5和0.6 cM, 物理距离约436 kb. 定位结果显示sgp(t)不同于目前报道的所有早熟和迟熟基因, 是一个控制水稻生育期的新基因.     

水稻第1染色体千粒重QTL的遗传分解

千粒重是提高水稻增产潜力和改良稻米品质的重要因素之一. 本研究在千粒重QTL qTGWT1-1初定位的基础上, 利用分别在第1染色体短臂RM1-RM3746和RM151-RM243区间内呈杂合而背景纯合的2个水稻剩余杂合体(residual heterozygous line, RHL), 衍生两个F6群体. 对千粒重QTL进一步分析, 在初定位的QTL qTGWT1-1所在区间检测到两个效应大小相近、方向一致的紧密连锁QTL Gw1-1和Gw1-2. 应用SSR标记检测, 从其中一个RHL衍生群体中筛选到杂合区间分别为RM151~RM10404, RM10381~RM243, RM10435~RM259和RM10398~RM5359的4个单株. 应用SSR标记进一步检测4套F2群体, 从每套F2群体中分别筛选到母本珍汕97B和父本密阳46纯合型材料各10株, 自交获得4套近等基因系材料并考察其千粒重. 利用交迭重组染色体片段代换系分析法, 将千粒重QTL Gw1-1和Gw1-2分别界定于392.9 kb的RM10376~RM10398区间和308.5 kb的RM10404~RM1344区间, 增效等位基因均来自母本珍汕97B, 两个QTL之间表现为积加作用. 这两个QTL的遗传分解为其克隆及水稻产量和品质的分子育种奠定基础.     

多基因聚合改良杂交稻恢复系福恢676的稻瘟病抗性

福恢676是一个综合性状优良但稻瘟病抗性不强的杂交水稻恢复系,该父本已测配育成的18个杂交稻品种通过了省级以上品种审定.为了改良其稻瘟病抗性,延长该恢复系在生产上的应用期限.以携带3个稻瘟病抗性基因(Pi-1、Pi-9和Pi-k^h)的优质恢复系金恢1059为供体亲本,以福恢676为轮回亲本,通过回交导入、分子标记辅助选择及田间稻瘟病抗性鉴定相结合的方法,选育出5个抗病的稳定株系,其中3个株系聚合了Pi-1、Pi-9和Pi-kh.对这5个株系的综合农艺性状、品质和配合力等进行系统比较,并结合稻瘟病抗性鉴定.结果表明,与福恢676相比,改良株系及其与广8A、荃9311A和广占63-4S等不育系配制的杂种F1均表现出稻瘟病抗性明显增强,而其中株系6综合表现最优,遗传背景恢复率为97.1%,且其生育期、株高等主要农艺性状与福恢676测配组合无显著差异,但产量有所提高,品质得到改善.改良的株系6保留了福恢676产量高、恢复力强、配合力好等优良特点,品质有所提升,具有较好的应用前景.     

小麦籽粒蓝色基因及应用研究进展

粮食作物是人类主要的能量来源,大部分作物品种的种子是白色或黄色,而小麦、玉米、水稻等物种中有些品种的种子因黄酮类物质花青素的积累表现出红、蓝、黑等颜色.不同于其他作物中天然存在有色种子的品种,蓝粒小麦则是普通小麦与其他物种杂交形成的,染色体来源比较复杂.尽管近几十年间,依赖于MYB-bHLH-WDR复合体的花青素调控机制在玉米、水稻等作物中被发现,但是蓝粒小麦花青素在小麦糊粉层中积累的机制至今并不清楚.本文简要介绍了玉米、水稻、大麦中已发现的花青素合成调控基因以及其可能的调控机制;阐述了小麦蓝粒基因最新的研究成果,包括小麦蓝粒性状有3个公认的基因来源:来源于十倍体长穗偃麦草的蓝粒基因Ba1、来源于一粒小麦的蓝粒基因Ba2以及来源于百萨偃麦草的蓝粒基因BaThb,并描述它们在染色体中的已知定位.本文还对控制蓝粒性状可能的基因数量以及这些基因在染色体上的定位进行了讨论,对蓝粒性状作为分子标记在小麦细胞遗传分析、育种等领域的应用进行了总结和分析,对小麦蓝粒基因的克隆、应用以及种子花青素积累与作物演化和驯化的关系进行了展望.     

直立穗型水稻群体生理生态特性及其利用前景

60年代初殷宏章等在稻麦群体研究中曾注意到穗对群体光能利用的影响,指出小麦穗直立遮光面积小,而且有利自身的光合作用,水稻灌浆中后期消光系数升高可能与穗逐渐弯垂有关。后来有报道支持上述观点,但也有人认为穗弯曲,剑叶伸出穗层以上可避免穗对群体光能利用的不利影响。过去生产上的品种都是弯穗的,人们对这个问题没有继续深入研究。80年代初育成的著名高产品种辽粳5号,在株型上的重要特点是穗象小麦一样直到成熟都保持直立状态。辽粳5号的产量潜力高是否与穗直立有关?穗的直立性问题又重新引起人们的重视,但对其评价仍然是褒贬不一,具体研究很少。水稻穗本身的光合能力远低于小麦,可视为非同化器官,因此穗可能是通过群体生态环境影响群体光合作用和物质生产,进而影响产量的。本文对此进行了初步研究。     

玉米大斑病抗性基因Ht2的精细定位

精细定位玉米大斑病抗性基因Ht2对于图位克隆该基因和探讨玉米基因组中抗病基因的分布规律及分子标记辅助选择有重要意义。以大斑病的感病自交系“获白”为母本，抗病自交系“77Ht2”为父本，构建了F2作图群体。通过RFLP分析知，Ht2基因定位在第8染色体的UMC89和BNL2．369之间，与BNL2．369相距0．9cM。然后选用在该区域的SSR标记进行了加锁分析，确定了SSR标记UMC1202，BNLG1152，UMC1149与Ht2基因紧密连锁，其中UMC1149与Ht2基因的距离为7．2cM。利用BSA法从450个RAPD引物的扩增产物中筛选出7个可能与Ht2基因连锁的标记，并将其中单拷贝标记转换为SCAR标记。连锁分析表明，一个SCAR标记（定名为SD－06633）距Ht2基因0．4cM。在此基础上，构建了Ht2基因所在区域的分子标记连锁图。     

C60超原子近自由电子能带

从传统观念理解,有机分子及其固体的光电特性主要由前线轨道及其相互作用决定.本文以C₆₀为例,展示新的分子轨道和相互作用及其在有机半导体中产生的类金属近自由电子能带.一类是C₆₀超原子分子轨道:超原子分子轨道广泛存在于具有中空结构的体系,如层状、管状、笼状结构甚至芳香性分子中.其波函数模的平方在空间上非常弥散,因此在范德华固体中也能杂化生成近自由电子能带.另一类是C₆₀类共价准键相互作用:在黑磷表面被压缩的C₆₀单层中, C₆₀像超原子一样通过被基底模板化的π-π堆叠类共价准键相互作用,生成近自由电子能带.同传统观点相比,前者是利用能量更高、空间更扩展的镜像态在较远距离下生成近自由电子能带;而后者则是通过能量更低、更束缚的前线分子轨道在更短的距离中获得.两者均体现了以整个分子为超原子来相互作用的超原子材料制造思想.基于这一思想,有望构筑具有超高载流子迁移率的新型范德华有机半导体.