主管:中国科学技术协会
主办:中国园艺学会和中国农业科学院蔬菜花卉研究所
主编:张友军
出版单位:《园艺学报》编辑部;主 任:陈 洁
CN:11-1924/S
ISSN:0513-353X
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以国家园艺种质资源库郑州梨分库488份种质为试材,连续两年在果实成熟期测定其质地,并对果实质地性状(果皮硬度、果皮脆性、果皮韧性、果肉硬度、果肉细度、果肉脆性)进行分布特征、变异程度及灰色关联分析。结果表明,梨果实质地两年间的各项数据具有较好的重复性和稳定性。建立了梨果实质地各性状的5级分级评价标准,根据果肉3个性状的分级标准,认为果肉硬度值小于10 N、果肉脆性值小于36%、果肉细度值小于17个的种质是梨果肉质地改良的重要材料。白梨变异系数较大的质地性状有果皮韧性、果肉硬度,秋子梨有果皮韧性、果肉硬度、果肉细度,西洋梨有果皮韧性、果肉细度,新疆梨有果肉硬度、果肉细度,而砂梨各性状变异系数均较低。果皮3个性状中变异系数较大的是韧性,果肉3个性状中变异系数较大的是硬度和细度。秋子梨、新疆梨果实质地的遗传背景更丰富。利用灰色关联分析法,以质优的‘玉露香’‘丹霞红’‘鸭梨’作为参照品种,筛选出‘香茌’‘红酥蜜’‘崇化大梨’‘苍溪雪梨’‘晋州大鸭梨’‘白雪’等果实质地优良的品种。
目前对新疆桃地方种质资源的系统性遗传评价仍较为缺乏。选取153份新疆桃地方种质作为研究对象,利用16对SSR引物开展多维度分析(遗传多样性、聚类分析及群体结构分析),系统解析其遗传变异规律。同时,基于毛细管电泳分型技术,成功构建了新疆桃地方品种DNA指纹图谱。主要结果如下:(1)16对SSR引物在153份桃种质中共扩增出121个多态性位点;有效等位基因数(Ne)范围为1.10 ~ 4.70;香农信息指数(I)范围为0.23 ~ 1.78;观测杂合度(Ho)为0.05 ~ 0.26;期望杂合度(He)为0.09 ~ 0.79;多态信息含量(PIC)为0.09 ~ 0.76(均值0.50)。(2)UPGMA聚类分析将153份种质资源分为9个类群,平均遗传距离为0.50;聚类结果与品种地理来源及桃类型无明显相关性。(3)基于STRUCTURE群体遗传结构分析表明,153份种质可分为3个亚群,推测其可能分别对应野生型、地方品种及栽培品种三大遗传背景。(4)采用覆盖桃基因组8条染色体的SSR核心引物组合,成功构建128份新疆桃地方种质资源的分子身份识别编码体系,为核心种质库的标准化构建及优异基因挖掘奠定了分子鉴定基础。
对华南、西南和华东地区的100份南方李种质的果实糖酸组分含量及特征进行了测定和分析。结果表明,南方李果实中的主要可溶性糖是葡萄糖和果糖,主要有机酸是苹果酸。果实内葡萄糖、果糖和山梨醇含量两两呈极显著正相关,蔗糖与其他糖组分间相关性不显著。苹果酸与柠檬酸含量极显著正相关,酒石酸与苹果酸之间、琥珀酸与柠檬酸之间也分别呈显著正相关。其中华南李的苹果酸和总酸含量显著高于其他南方种质,西南地区李的总酸含量较低,展现出了显著的地区差异性。
线粒体转录终止因子(mTERF)是植物中高度保守的DNA结合蛋白,能够调控植物的生长发育和逆境胁迫。对山葡萄mTERF基因家族(VamTERF)进行生物信息学分析、qRT-PCR和基因功能验证,结果显示山葡萄基因组中存在7个mTERF成员,主要分布在6条染色体上,编码蛋白的理论等电点在4.92 ~ 9.07,不规则卷曲数值在27.12 ~ 44.42,α-螺旋、β-转角分别在41.26% ~ 57.55%和2.18% ~ 7.91%;系统进化结果表明该基因家族被聚类至3个亚族,其中第3亚族成员最多,且与杨树进化关系较为接近;VamTERF基因家族密码子使用偏好性较弱;与草莓等5个物种之间存在共线性关系;qRT-PCR分析结果显示VamTERF家族成员对非生物胁迫都有响应,其中VamTERF2、VamTERF3、VamTERF4、VamTERF5和VamTERF7在低温胁迫后显著上调。亚细胞定位显示这5个成员主要定位在细胞核中。过表达VamTERF5的葡萄愈伤组织在低温胁迫后,POD、SOD和CAT活性明显增强。表明VamTERF成员在低温胁迫响应中起重要作用。
对143份龙眼荔枝属间杂交后代(含父母本)叶片20个表型性状(描述型性状和数量性状各10个)进行了遗传多样性分析。结果表明,杂交后代叶片具有丰富的遗传多样性。10个数量性状杂种优势表现出明显的方向性分化,小叶对数、小叶厚度、叶柄长度、叶片长度、叶轴长度表现为正向杂种优势,小叶长度、小叶宽度、小叶质量、小叶周长、小叶面积表现为负向杂种优势;变异系数值差异显著;遗传多样性存在显著梯度。10个描述型性状多样性指数范围为0.040 ~ 1.339,共检测到29个变异类型,其中叶面形态、叶尖形状和着生方式表现出较高的多样性。相关性分析显示20个表型性状间呈极显著相关39对,显著相关14对,揭示了性状间存在复杂的遗传调控网络和生态适应机制。主成分分析提取前7个主成分,累计贡献率仅为69.70%,其中表征生物量积累的叶片大小和质量等数量性状起主导作用,形状和颜色等描述型性状提供株系分类依据,其他微形态特征起辅助鉴别作用。聚类分析在欧氏距离1.1处将143个杂交株系分为7大类,包括短轴薄叶少叶型、缺刻多叶型、宽短叶型、轻薄小叶型、特大叶型、大叶型、常态叶型(披针薄叶弱波状、椭圆厚叶、常规偏大及小厚叶)。研究结果为龙眼荔枝属间杂交后代的表型评价和新品种选育提供了理论依据。
海藻糖-6-磷酸磷酸酶(trehalose-6-phosphate phosphatase,TPP)是催化海藻糖生物合成的关键酶,在植物生长发育和逆境响应中发挥重要作用。利用生物信息方法对辣椒CaTPP基因家族成员进行鉴定,并对其染色体定位、理化性质等进行了分析;利用转录组数据及qRT-PCR技术,检测了CaTPP基因在不同组织、不同植物生长调节剂处理及不同逆境胁迫下的表达模式。结果共鉴定出8个CaTPP基因家族成员。理化性质分析表明,CaTPP蛋白的分子量为26.33 ~ 43.12 kD,均为亲水性蛋白,其中半数成员属于碱性蛋白。亚细胞定位预测显示,大部分CaTPP蛋白位于叶绿体或液泡。系统进化分析将CaTPP家族成员分为3组,所有成员均含有完整的TPP(Trehalose_PPase)结构域;同一分组的家族成员间存在相似的保守基序和基因结构。CaTPP基因的启动子区域含有多种光响应、激素响应和非生物胁迫响应等顺式作用元件。共线性分析发现,辣椒中有1对CaTPP基因存在片段重复;辣椒与拟南芥和番茄的TPP家族分别存在1对和6对同源基因。转录组和qRT-PCR分析表明,CaTPP基因的表达模式存在组织特异性,并受不同生长调节剂及逆境胁迫诱导。CaTPP1和CaTPP6在多种逆境下的表达变化显著,推测其可能在辣椒抗逆过程中发挥关键作用。
为探究马铃薯(Solanum tuberosum L.)Trihelix基因在低温响应中的功能,通过在拟南芥中过表达前期已鉴定马铃薯低温响应基因StTrihelix30,并测定过表达株系的抗低温生理指标。结果表明: StTrihelix30不具备毒性,具有自激活活性;过表达StTrihelix30的转基因拟南芥株系在低温胁迫下表现出更高的抗寒性,相对电导率较野生型降低27.3%,MDA含量减少34.5%,抗氧化酶活性显著提升,SOD、POD和CAT活性分别增加至野生型的1.8、2.1和1.5倍,清除活性氧(ROS)的能力明显增强。综上所述,StTrihelix30能够通过提高植物的抗氧化能力来增强其在低温胁迫下的适应性。
DREB(dehydration responsive element binding protein)是植物中特有的一类转录因子,参与植物生长发育、代谢和非生物胁迫应答等过程,然而甜瓜中的CmDREB基因尚未被系统研究。以‘新密3号’甜瓜为试材,通过全基因组序列分析,鉴定出10个甜瓜CmDREB转录因子并进行了克隆与表达分析。结果表明,10个甜瓜CmDREB蛋白结构稳定,其主要二级结构为α-螺旋和无规则卷曲,氨基酸数量为179 ~ 428,分子量为44.1 ~ 104.2 kD;除CmDREB2C定位于叶绿体外,其余成员均定位于细胞核。启动子分析显示,10个CmDREB基因的启动子区域均含有响应低温、水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)和脱落酸(ABA)等的顺式作用元件,但各基因响应特点不同。其中CmDREB2C和CmDREB4C在低温下表达量较高,而CmDREB4A和CmDREB4D受SA、MeJA和ABA诱导处理表达强烈。
花色是桂花重要的观赏性状之一,花瓣类胡萝卜素的组成和含量直接影响桂花花色,其积累受到转录因子的调控。本研究中,从桂花品种‘金球桂’中克隆转录因子OfbHLH105,多序列比对和系统进化树分析结果显示,OfbHLH105具有典型的bHLH保守结构域,且与拟南芥中AtbHLH105亲缘关系最近。亚细胞定位结果显示,OfbHLH105为核定位转录因子。对OfbHLH105在‘金球桂’开花过程中的表达模式进行分析,结果显示其在顶壳期表达量最高。对异源过表达OfbHLH105烟草株系的分析发现,其叶片中类胡萝卜素含量上升,同时类胡萝卜素合成通路基因NtLCYB的表达上调,多个类胡萝卜素合成途径下游基因和降解基因的表达下调。酵母双杂交结果显示,OfbHLH105能形成同源二聚体。基于以上结果推测,OfbHLH105可能通过同源二聚体的形式参与类胡萝卜素的代谢调控。
山桐子(Idesia polycarpa)的叶绿体基因组结构及进化变异机制尚不明确。以41份山桐子为样本,通过国家基因组科学数据中心(NGDC)获得山桐子叶绿体基因组全序列,进行叶绿体基因组结构分析和种内变异研究等。结果显示,山桐子叶绿体基因组全长为155 177 ~ 157 133 bp,共注释129 ~ 130个基因,包括85个蛋白编码基因,36 ~ 37个tRNA,8个rRNA,总GC含量在36.7% ~ 36.84%。共发现3 397个SSR位点,长重复序列共2 215条。山桐子叶绿体基因组非编码区变异程度要高于编码区,筛选出7个高变区。系统发育分析显示,四川北部种群单倍型丰富,可能为山桐子的起源中心。
利用数量分类与全基因组重测序技术对108个映山红亚属品种进行了品种群鉴定。以102个映山红亚属品种为试验材料,基于37个表型性状的数量分类研究表明,夏鹃品种群可通过花期与其他品种群区分开;花萼瓣化和双套花型结构可作为鉴别东鹃与其他品种群的关键性状;然而,西鹃与毛鹃品种群因表型性状较为相似,分类界限模糊。选取57个具有市场代表性的映山红亚属品种进行全基因组重测序,基于检测获得的SNP位点,对其进行聚类、PCA和群体结构分析,结果表明57个映山红亚属品种可被分为4个类群,支持现有4大品种群分类体系。同时,通过分析映山红亚属品种的遗传背景,结果显示毛鹃和东鹃品种群具有独立的遗传背景,不支持将毛鹃与东鹃合称为春鹃。结合形态学与基因组学研究支持将映山红亚属品种分为毛鹃、东鹃、西鹃和夏鹃4个品种群,但在东鹃、毛鹃与西鹃品种群中存在离群个体,建议将东鹃品种‘御代之荣’重新归类至西鹃品种群,将毛鹃‘双季桃红’作为东鹃‘状元红’的异名处理。
为系统评价不同李品种果实品质,筛选核心指标及特征香气标记物,以新疆地区种植的8个品种为试材,包括当地主栽的欧洲李(‘风味皇后’‘味帝’‘红布林’)及引种栽培的中国李与杂交类型(‘蜂糖李’‘青脆李’‘油奈李’‘茵红李’‘苹果李’)。系统测定了外观品质、质地特性、糖酸组分、酚类物质、抗氧化活性及香气成分。采用傅里叶变换红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)分析特征光谱峰,顶空固相微萃取―气相色谱―质谱联用(headspace solid-phase microextraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)结合OPLS-DA(orthogonal partial least squares discriminant analysis)鉴定特征香气成分,并通过多元统计分析进行综合评价。结果表明:8个李品种在单果质量、硬度、脆性、糖酸比、总酚及抗氧化活性上均存在显著差异。其中,‘蜂糖李’和‘味帝’糖酸比较高(分别为13.65和12.69),风味浓郁;‘茵红李’和‘风味皇后’总酚含量较高。对电子鼻响应值进行主成分分析(principal component analysis,PCA),能清晰区分‘青脆李’与‘风味皇后’。聚类分析将8个品种划分为高多酚深色型与高糖酸比富酯香型两种类型。基于变量投影重要性(variable importance in projection,VIP)> 1筛选出12个关键指标,其中果形指数(1.24)与总黄酮(1.19)贡献最大,可为李种质资源评价和品种选育提供依据。
以‘新郁’葡萄10年果园为对象,设化肥减施梯度(减施10%、20%、30%),并冲施微生物菌剂(贝莱雅农用微生物菌剂,含贝莱斯芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌,有效活菌数100.00亿 · mL-1),测定土壤基本理化性质和果实品质,同时采用高通量测序技术分析各处理根际土壤细菌群落结构多样性,研究化肥减施配施微生物菌剂对葡萄园土壤微细菌群落结构和果实品质的影响。结果表明,化肥减施配施菌剂处理没有改变土壤细菌门的种类和优势菌群,有益菌变形菌门为优势菌门,但化肥减施配施菌剂改变了菌群的相对丰度,化肥减施20%和30%土壤中的变形菌门相对丰度高于对照,化肥减施20%配施菌剂的相对丰度最高是35.90%。化肥减施10%、20%、30%配施菌剂后土壤酸杆菌门相对丰度(7.67%、11.64%、13.59%)均低于对照(15.64%)。适当的化肥减施配施微生物菌剂可以增加土壤Chao1指数和香农指数,提高土壤细菌群落丰富度和多样性。化肥减施配施菌剂可不同程度降低土壤pH值、速效氮、全钾、全磷、速效磷含量,提高了土壤全氮含量;改善果实着色,提升果实品质。化肥减施20%配施300倍液贝莱雅菌剂的果实色泽指数、可溶性固形物含量、产量均最高,分别是4.20、18.54 °Brix、52.59 kg · hm-2,整体效果较好。
以71份枣种质半红期果实为材料,测定不同种质的口感质地特性、水溶性果胶、离子型果胶、共价型果胶、纤维素、半纤维素等细胞壁组分含量,并进行相关性、主成分分析和综合评价,解析枣果质地差异的形成原因。结果表明,离子型果胶和共价型果胶变异系数较高,果肉致密指数变异系数最低。相关性分析表明,口感评价指标与水溶性果胶、离子型果胶、总果胶、果肉致密指数相关性最高。通过主成分分析,得出水溶性果胶、共价果胶共价型果胶、离子型果胶/共价型果胶、总果胶/(半纤维素 + 纤维素)为影响果实质地的重要因素。71份种质的口感总分范围为3 ~ 10分,综合评价H值在-1.18 ~ 1.10之间,总体上,综合评分能反映果实的口感品质;鲜食种质细胞壁含量显著低于兼用和制干种质,兼用种质与制干种质差异不显著。
以‘香妃3号’樱桃番茄为试验材料,设置4个NaCl浓度梯度:0(对照)、1、2、3 g · L-1,探究低盐胁迫对番茄植株生长和根叶果抗氧化酶活性的影响。结果表明,与对照相比,3 g · L-1处理下茎粗、叶宽、叶绿素含量、单果质量、果实纵横径、根长、根表面积、根鲜样物质与干样物质均显著降低;番茄叶片的蒸腾速率和净光合速率显著提高,而最大光化学效率和初始荧光显著降低。在不同时期番茄果实过氧化氢酶(CAT)活性为2 g · L-1处理最高,过氧化物酶(POD)活性为3 g · L-1处理下最高,第4、5穗果实的超氧化物歧化酶(SOD)活性为2 g · L-1处理下最高,均比对照显著提高。番茄根系POD活性3 g · L-1处理最高,SOD与CAT活性 2 g · L-1处理最高,均比对照显著提高。番茄第3穗果实的POD与第4穗果实的POD极显著相关,第4穗果实的CAT与第5穗果实CAT极显著相关。
花药发育过程中营养物质的积累和分布对花粉的发育具有重要作用。为揭示马蔺(Iris lactea)花药发育及多糖和脂滴动态变化规律,以不同发育时期的马蔺花药为试验材料,利用压片法和半薄切片技术对花药壁及小孢子的发育特征进行研究;采用组织化学染色法对多糖和脂滴的动态变化特征进行分析。结果表明,马蔺小孢子母细胞减数分裂胞质分裂存在多种方式,可产生正四面体、左右对称和不规则型多种类型的四分体。小孢子母细胞、四分小孢子及单核小孢子细胞质中均富含小液泡,单核小孢子形状不规则。成熟花粉粒为二胞型,绝大多数椭圆形,极少数三角形,花粉外壁有网状纹饰,一个长条形萌发沟,为远极单沟。马蔺花药壁含3 ~ 4层中层细胞,发育后期中层细胞和药室内壁细胞壁均出现纤维素加厚现象,绒毡层细胞在原位解体退化,属于分泌型绒毡层。成熟花药的绒毡层和中层均解体消失,仅留表皮和纤维层。马蔺小孢子在发育过程中含较多脂滴,成熟花粉粒中兼有大量淀粉粒和脂滴,属于混合型花粉粒。花药绒毡层细胞在小孢子母细胞时期已积累大量脂滴,并向药室中转运以供小孢子发育,营养物质的积累呈现出时空特异性变化。
为明确宁夏地区酿酒葡萄溃疡病的病原种类、致病力及生物学特性,采集银川、永宁、青铜峡等5个县(市)罹病的‘赤霞珠’‘西拉’‘贵人香’‘霞多丽’‘美乐’‘马瑟兰’和‘维欧尼’等7个酿酒葡萄品种植株样品,采用组织分离法进行病原分离并纯化,用烫伤法和灌根法对所分离的纯化菌株进行致病力测定。通过形态学观察和多基因(ITS-TEF1-TUB2)联合系统发育分析,确定病原菌种类。通过测定病原菌菌丝生长和产孢量,确定病原菌最优碳源、氮源、pH值及致死温度。研究结果表明,引起宁夏酿酒葡萄溃疡病的菌株均为可可毛色二孢(Lasiodiplodia theobromae),其中致病力最强的菌株为FR2。致病菌株对酿酒葡萄枝条、果梗和根系均具有致病力。生物学特性研究显示,该菌在以草酸铵和乙酸铵为氮源、葡萄糖和蔗糖为碳源、pH 5 ~ 7时生长和产孢较好,致死温度为55 ℃。
利用宏病毒组测序技术从陕西安康栽培的魔芋(Amorphophallus rivieri)中检测到了芋花叶病毒(dasheen mosaic virus,DsMV)。为明确该地区DsMV发生情况及其遗传多样性,从陕南魔芋产区采集207份花魔芋(Amorphophallus konjac)叶片和种球样品进行RT-PCR检测,DsMV平均检出率为37.7%。根据已公布的DsMV全基因组序列和宏病毒组测序结果,基于病毒保守序列设计特异性引物,采用长链RT-PCR和RACE技术获得9个DsMV陕南魔芋分离物全基因组序列,其核苷酸一致性为77.6% ~ 98.9%,与已公布的DsMV基因组核苷酸一致性为76.1% ~ 98.8%。序列分析表明DsMV的P1、P3、VPg和CP基因变异较大。基于34个DsMV全基因组序列构建系统发育树,结果显示DsMV不同分离物之间的变异与寄主种类和地理分布均没有明显相关性。重组分析发现,本研究中获得的9个DsMV魔芋分离物共参与19个重组事件,研究结果表明侵染魔芋的DsMV具有遗传多样性,基因重组可能是导致其多样性的主要因素。
园艺作物的颜色不仅是重要的农艺性状和品质指标,还在植物的生长、发育、繁殖及生态适应中发挥关键作用。MYB转录因子在园艺作物颜色形成的调控中发挥着关键作用。综述了MYB转录因子的结构特征、分类及其在不同园艺作物中的功能差异,深入剖析了其在花青素、类胡萝卜素和叶绿素代谢中的调控机制,探讨了MYB转录因子与其他转录因子的协同或抑制作用、环境因素对其活性的影响,以及其在分子标记辅助选择和基因工程改良中的应用,并展望了未来研究方向,为深入理解园艺作物颜色形成机制及相关研究提供参考。
硫代葡萄糖苷(glucosinolates,GSL)简称硫苷,是十字花科蔬菜的一类重要次生代谢产物,在十字花科蔬菜的营养品质、抗逆性和加工利用价值中发挥核心作用。本研究中系统综述了十字花科蔬菜硫苷的代谢调控、遗传定位及基因工程改良研究进展,涵盖(1)硫苷的生物学功能、种类与合成途径;(2)硫苷合成、转运、水解的关键调控因子及其调控机制;(3)硫苷的遗传定位研究与基因工程改良的重要成果,以期为十字花科蔬菜硫苷性状的遗传改良提供参考。
‘中油蟠味帝’是以‘美秋’为母本,‘97-3-9’为父本,通过人工杂交选育而成。花铃形,自然坐果率高。果实扁平形,单果质量190 ~ 260 g,成熟时深红色,套袋后呈金黄色。果肉黄色,硬溶质,风味浓甜,香气浓郁,可溶性固形物含量15.0 % ~ 17.0 %,粘核。在郑州地区,果实8月上旬成熟,果实发育期125 d左右。盛果期产量32 752 ~ 37 740 kg · hm-2。适宜在河南、河北、山东、江苏、安徽、山西等黄淮、华北南部桃产区种植推广。
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