水稻籼粳亚种间杂种优势利用研究进展与展望

水稻籼粳亚种间的杂种优势利用对于提高我国水稻产量有着重要的意义.本文简述了籼粳亚种间杂种优势利用研究的发展历史,广亲和基因的发现为亚种间杂交水稻选育奠定了理论基础,国内科研机构相继选育出了以两优培九、协优9308为代表的利用部分籼粳亚种间杂种优势的杂交稻组合,杂种优势明显.21世纪以来,浙江省宁波市农业科学院、中国水稻研究所等科研机构,利用粳稻不育系与籼粳中间型广亲和恢复系配组,选育出了"甬优6号"、"甬优12"、"春优58"、"春优84"等典型的籼粳亚种间杂交稻,杂种优势更加明显,为水稻籼粳亚种间杂种优势利用开辟了新途径.本文还总结了籼粳亚种间杂种优势利用研究的现状,并针对籼粳亚种间杂种优势利用中存在的主要问题,对未来籼粳亚种间杂种优势利用研究进行了展望,以期为水稻籼粳亚种间杂种优势利用研究提供一点有益的借鉴.     

玉米杂种一代与亲本基因表达差异的初步研究

杂种优势是一种十分普遍的生物学现象,很久以来即被厂泛用于农业、畜牧业、园艺及水产等众多的生产领域.尽管杂种优势利用在生产实践中取得了突出的成就,但人们对杂种优势机理的认识却始终停留在一知半解的水平.早在1910年Bruce即已提出显性互补学说用以解释杂种优势形成的原因,其后Shull等又提出超亲优势与显性上位作用理论进一步说明杂种优势产生的遗传机制,但是迄今为止,这些假设与学说大多仍停留在理论模型阶段,未能从实验上加以证实.近年来由于分子生物学的发展,特别是对基因产物比较分析技术——差异展示法(differential display)的问世,为人们从分子水平探明杂种优势形成的机制提供了     

重复水稻特定染色体片段的研究

重复特定染色体片段或基因座,特别是重复数量性状基因和复等位基因的基因座。对于固定杂种优势、提高作物抗性水平、培育高产品种是有重要意义的。     

人造黑洞:新物理学的开端

几十年来,现代物理学一直存在着一个难以解决的矛盾,这个矛盾使科学家们有时感到无所适从。这就是:我们有两个而不是一个解释宁宙现象的体系。一个体系是量子力学理论,它详细而巧妙地解释了宇宙中波和粒子的性质。另一个体系是广义相对论,它将时间和空间结合成一个连续统一体,科学地解释了行星运动和宇宙膨胀理论。     

水稻杂种优势遗传与分子基础

过去40年,我国水稻杂种优势利用取得了举世瞩目的成就.近20年来,水稻杂种优势的遗传基础研究也取得系列进展.无论是杂种优势的显性学说,超显性学说还是上位性学说,都找到了分子遗传学的证据.归结起来看,亚种间或者亚种内杂交组合的各种效应的重要性可能不同,但似乎没有必要排斥各遗传效应在杂种优势遗传基础中的作用.杂种优势的预测经历了借助分子标记、QTL、代谢物和其他组学的不同时期,杂种优势预测的准确性在逐步提高.但是,生态适应性杂种优势遗传基础解析几乎没有开展,亟待加强.重要杂种优势基因的分子机制解析将势必进一步揭示杂种优势的分子基础,提高强优势组合选配效率.     

利用CSSL群体研究水稻籼粳亚种间产量性状的杂种优势

利用以粳稻品种Asominori为背景, 籼稻品种IR24为供体的染色体片段置换系群体的63个株系, 构建了一套以广亲和粳稻品种02428为父本的杂种群体, 研究了IR24全基因组的染色体片段与02428基因组相应染色体片段间的产量及产量构成性状的杂种优势效应. 结果表明, 产量和产量构成性状的亚种间杂种优势水平在染色体片段上存在显著的差异, 图示基因型分析发现, 有14个独立的染色体区段在产量上存在显著的亚种间杂种优势, 分布在除Chr.8和 Chr.10外的其余10条染色体上, 其中在Chr.2, Chr.3, Chr.4, Chr.11和 Chr.12上的6个染色体区段的杂种优势显著水平达0.005以上, 分别位于X132~G1340~R459, X48~C393A, R288~R1854, R2918~X52, X257~C1350和R367~X189-2~X24-2的标记区间, 单片段置换后, 其CSSLs×02428组合F1单株产量比对照组合“Asominori×02428”增加35%以上. 大多数染色体片段在产量及主要产量构成性状上没有显著的杂合效应. 在Chr.6上发现一个杂种劣势片段, 与标记R2171连锁, 使杂种产量下降27%. 本文还探讨了应用染色体片段置换系研究作物杂种优势的优点, 并提出了利用水稻籼粳亚种间部分杂种优势和全基因组杂种优势的分子育种途径.     

水稻杂种优势的转录组基础

在杂交种中,亲本等位基因的表达将会发生变化,导致杂交种转录组活性不同于亲本.通过比较杂交种与亲本之间的转录组活性差异,鉴定出这些差异的调控因子并建立起其与表型差异的联系,就可能从分子水平上解析杂种优势形成的机理.在水稻杂交种全基因组基因差异表达分析的不同研究中,由于所采用转录组分析平台和实验取材组织器官等的差异,所鉴别出来的差异表达基因及其在杂交种中的表达变化模式各不相同.然而,某些研究也揭示了一些共性的结果,主要体现在水稻杂交种中差异表达基因的生物学功能在光合作用、碳水化合物代谢和能量代谢途径中富集.对于导致水稻杂交种转录组活性变化的原因,可以从基于基因启动子区顺式调控元件和与其相结合的反式作用因子的遗传调控机制,以及从基于DNA甲基化、组蛋白修饰和小RNA的表观遗传调控机制两方面来进行解释.今后在水稻杂交种转录组活性变化的分析中,需要针对特定的生物学性状来进行,并提高基因差异表达分析的精确性和特异性.此外,由于杂种优势是多个数量性状的综合体现,可以将全基因组的基因差异表达分析与杂种优势的QTL(quantitative trait loci,数量性状位点)定位及GWAS(genome-wide association studies,全基因组关联分析)等数量遗传学方法相结合,以对水稻杂种优势分子机理进行深入解析.     

有挠时空与有挠引力

广义相对论认为时空具有曲率,有挠引力理论进一步认为时空不仅具有曲率还具有挠率。挠率的引入使有挠引力理论的引力场方程及物体运动方程不同于广义相对论。寻找和分析挠率场的一些可供观测的效应是当前研究有挠引力的一个重要方向。     

节理岩体的本构模型与强度理论

岩体中广泛分布的宏观裂隙(节理)使岩体成为一种具有显著各向异性的非连续介质。建立节理岩体的本构模型与强度理论是岩体力学理论研究的一个热点和难题。虽然近年来一些学者引入了损伤力学的理论,但损伤力学是在对含有张性微观损伤(裂纹)的介质研究中发展起来的,而对常常处于受压状态的含闭合节理网络的岩体不太适用。尽管Kyoya等引入了两个参数C_v与C_s来加以修正,但如何确定这两个系数的表达式和数值又成为新的困难。     

人工创制植物无融合生殖的研究进展

无融合生殖(apomixis)是指植物绕过正常减数分裂与受精过程形成克隆种子的一种无性生殖方式.无融合生殖具有固定杂种优势的潜力,长期以来一直是研究的热点.但是,由于其形成机制复杂一直未能取得突破.在深入研究植物有性生殖机制的基础上,通过人工设计创制无融合生殖有望成为实现杂种优势固定的一个可能途径.研究发现,同步突变多个减数分裂关键基因可以将减数分裂过程转换为类似有丝分裂过程,产生与母本遗传背景完全一致的克隆配子(mitosis instead of meiosis, Mi Me);在Mi Me背景下引入特殊的基因组消除系或编辑诱导孤雌生殖的关键基因能够成功实现无融合生殖.本文对无融合生殖技术的研究进展进行了总结,并对今后无融合生殖技术的改良以及将其在作物育种中的应用进行了讨论.     

小麦杂种优势群的创制

随着小麦雄性不育系杂交种生产技术的改进,杂交种生产成本有望在不久的将来大幅度降低,这为杂交小麦产业化提供了可能.异源多倍体特性、品种之间遗传基础狭窄,以及长期的自交选择致使小麦杂种优势相对较弱.构建小麦杂种优势群可以提高杂交种亲本选配效率、扩大亲本间遗传差异、增强杂交种的杂种优势是提高小麦杂种优势利用效率的有效手段.小麦杂种优势群创建的一个重要任务就是要增加亲本群体的一般配合力(general combining ability, GCA),选择具有高特殊配合力(specific combining ability, SCA)的杂优组合.父本优势群选择目标为中高秆、花粉量大、花药易外露、抗病性强等.母本优势群选择目标为矮秆或半矮秆、开颍性好、抗病性强等.小麦种质资源的杂种优势潜力分析与分类是小麦杂种优势群构建的先决条件,其方法主要有系谱分析法、表型分类法、配合力分类法、遗传距离分类法及基因组预测法.利用小麦雄性不育系尤其是矮败不育系的轮回选择(recurrent selection, RS)与基于基因组预测的相互轮回选择(reciprocal recurrent selection, ...     

中国籼稻亚种内的群体结构及地理生态分化

籼稻是亚洲和世界其他一些地区广为种植的主要栽培稻亚种,同时也是我国杂交水稻恢复系的主要来源.研究籼稻亚种内的遗传结构和遗传多样性对中国栽培稻亚种内的分类和演化以及水稻杂种优势利用具有重要的理论和实践意义.本研究通过36个SSR标记对1582份籼稻地方品种的群体结构和地理生态分化进行了分析.结果表明,利用分子标记所做基于模型和基于遗传距离的群体结构表现一致,即早籼稻生态型可划分为4个地理生态群,中间型生态型可划分为3个地理生态群,晚籼稻生态型可划分为2个地理生态群.当地的生态环境和空间隔离是形成地理分化的主要原因.地理生态群既体现了品种间的遗传差异又是对不同生态环境适应的反映,可用于籼稻亚种内杂种优势群划分的依据.根据SSR标记在各个生态型及地理生态群的基因型分布,筛选了可用于鉴别各生态型和地理生态群的SSR特征等位变异并建立了相应的SSR分子判别式.通过SSR分子判别式选择籼稻的中间类型开展籼粳杂种优势研究以及选择不同地理生态类型开展籼稻亚种内杂种优势研究,有助于突破籼粳杂种优势利用的障碍和加强籼稻亚种内杂种优势利用.     

以营养动力学为基础的捕食关系数学模型研究

根据营养动力学理论,种群增殖主要依赖于系统中可供利用的营养物数量。遵循这一方向,作者提出了一个单种群的新数学模型。它在两种特例情况下可以简化为生态学上的两个经典模型(Malthus和Logistic方程),而对某些自然现象的解释比经典模型更为合理。     

杂种优势生理生化与遗传学基础

人们早就认为杂种优势是一种现象,利用它能提高作物产量。利用杂种优势获得经济效益的作物数目确实正在不断增加,早期(1921～1954)利用杂种优势的作物有玉米、甜玉米、茄子、矮生西葫芦、蕃茄、菜黄瓜、洋葱、西瓜、胡椒、甜瓜、腌黄瓜、结球甘兰。近年来(1955～1977)利用杂种优势的作物有粒用高梁、糖甜菜、茎椰菜、菠菜、红甜菜、抱子甘兰、胡萝卜、珍珠粟、椰子、花椰菜、苜蓿、大麦、小麦、水稻、向日葵。今后尚待努力解决的有石刁柏、芹菜、燕麦、黑麦、马铃薯、大豆、食荚菜豆、四季豆、碗豆、莴苣。由于植物杂种优势给人们带来巨大的效益,因此育种家和遗传学家都热衷于研究优势种的现象。主要的现象是株高变高,叶面积增大,生产量增加,干物质累积增多,开花提早和产量提高。现逐一分析这些特征。     

L-不分明完备映射

完备映射是拓扑学重要概念之一,如何定义一种合适的L-不分明完备映射自然是一个值得关注的课题。文献[1]与[2]就L=[0,1]之情形曾分别引入过不分明完备映射的概念,但都不太理想。受连续格理论的影响,文献[3]和[4]彼此独立地就值域为完全分配格情形建立了较为理想的良紧理论,它为我们建立一种理想的L-不分明完备映射理论提供了基础。本     

相互作用对统计谱分析的影响——~(20)Ne原子核的形状因子

我们曾经应用统计谱理论,在平均场近似下,讨论了部分s-d壳原子核的形状因子。在不引入任何自由参数的条件下,较好地再现了低动量区的实验结果;对高动量区,理论结果在数量级和峰谷结构上也与实验定性符合。在某种意义下似乎表明,统计谱理论在描述原子核某些基态性质上,也是很有希望的。这一看法,与不久前的研究结果一致。同时,它也启示我们进一步去分析统计谱方法的固有优点。实际上,正是由于它既能不太困难地处理全部有关核子的贡献,又能尽可能多地考虑各种组态的贡献,使得统计谱理论更适于描述原子核的整体性质,如讨论形状因子。同时,也使得它在分析相互作用性质时,能减少“等效”成分,使结论更接近真实情况。     

小麦雄性不育基因的鉴定和杂种优势利用

雄性不育是杂种优势利用的重要性状.作物雄性不育基因的鉴定加深了人们对花药和花粉发育分子机理的认知,并使许多基于生物技术的雄性不育系统在作物杂交育种中的开发和有效利用成为可能.与水稻、玉米等作物相比,由于基因组相对复杂,小麦雄性不育基因的研究进展较为滞后,仅有部分基因被定位或克隆.同时,小麦作为主要的粮食作物,目前仍未实现杂交种规模生产和杂种优势的大面积利用,加速小麦杂交种生产和杂种优势利用研究对保障国家粮食安全具有重要意义.本文总结了近年来小麦雄性不育基因的鉴定,以及其在杂交种生产中的应用研究情况,并对新一代小麦杂交种生产技术研究中存在的问题进行了探讨,为后续麦类作物雄性不育基因的进一步研究与利用提供参考.     

代数拓扑的一个新函子

数学研究现实世界中的空间形式与数量关系,就代数拓扑而论,它的主要对象是拓扑空间这一类空间形式。它的主要工具与方法是使空间在通常所称函子F与以数、群、环、代数等表达的数量关系相对应,并通过这些代数结构来探讨空间的特性与变化。在已知的函子中,主要有同伦函子π_*,同调函子H_*与H~*,K理论中的K函子,以及Adams的J函子等。但一般说来,这些已知函子的计算都     

概率内积空间

1.引言 1981年,Dumitrescu引入了概率内积空间。概率内积空间的正确引入必将导致概率度量理论进一步深入发展。但文献[1]中的定义有错误,本文重新给了定义,并讨论了它与内积空间的关系。首先引入如下记号:记单调增(降)、左(右)连续、上确界为1,下确界为零的函数之集为。令     

赤霉素代谢及其调控相关基因的差异表达与小麦株高杂种优势的关系研究

植物杂交F₁的株高一般都表现出明显的杂种优势, 但其形成的分子机理迄今尚未阐述清楚. 本研究以按照NCⅡ遗传交配设计配制的16个杂交组合为材料, 在田间株高性状杂种优势测定的基础上, 采用实时定量PCR技术检测了赤霉素代谢及其调控相关基因在杂交种与亲本抽穗期穗下第1节中的表达情况, 并且与株高杂种优势进行了相关分析. 结果表明, 所有杂交组合的株高和第1节均表现出明显的杂种优势, 但因杂交组合和株高性状不同而存在很大的差异. 分析发现, 第1节与株高的中亲杂种优势之间的相关性达到了显著水平(r = 0.56, P < 0.05), 说明该节对小麦株高杂种优势的形成有重要的贡献. 实时定量PCR表达分析结果显示, 赤霉素代谢及调控相关基因的表达优势因杂交组合不同而存在明显的差异, 但第1节杂种优势与KS, GA3ox2-1, GA20ox2, GA20ox1D, GA-MYB和GID1-1基因的表达优势呈显著或极显著正相关, 而与GAI和GA2ox-1基因的表达优势呈极显著负相关, 这与我们最近提出的小麦株高杂种优势形成的赤霉素分子调控模型相吻合, 说明赤霉素代谢及调控相关基因的表达改变与株高杂种优势的形成有重要关系.