绑定机构
扫描成功 请在APP上操作
打开万方数据APP,点击右上角"扫一扫",扫描二维码即可将您登录的个人账号与机构账号绑定,绑定后您可在APP上享有机构权限,如需更换机构账号,可到个人中心解绑。
欢迎的朋友
万方知识发现服务平台
获取范围
  • 1 / 100
  (已选择0条) 清除 结果分析
找到 25826 条结果
[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。
[硕士论文] 刘晓斐
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:倒伏是影响水稻高产稳产优质的重要因素之一,倒伏的发生严重限制了水稻机械化收割的推广。白叶枯病是水稻生产中最为严重的细菌性病害,该病侵染源复杂且危害严重,而化学防治效果甚微,培育抗白叶枯病水稻品种是目前最经济有效的途径。稻瘟病已经成为我国六大稻区的共性病害,目前大面积应用的光温敏核不育系的稻瘟病抗性水平低。因此,培育既抗倒伏抗、抗白叶枯病和稻瘟病的光温敏核不育系对我国水稻生产有着极其重要的意义。
  本研究对“华1015S”与抗倒伏材料“XJ12200-1”杂交后代中选育的7份不育系新材料进行抗倒伏性、白叶枯病和稻瘟病抗性、育性转换特性、主要农艺性状和配合力的评价,为后续的育种应用提供了有实用价值的依据。主要研究结果是:
  1、通过育性转换特性、生育特性、主要农艺性状和开花习性的鉴定表明,华5091S、华5124S、华5306S、华5310S和华5325S育性转换的起点温度约为23℃、自然条件下稳定不育期55-80天,基本符合水稻光温敏核不育系的育性要求,可以对其他性状做进一步的评价。其中,华5325S的生育期与华1015S一致,平均播始历期82天左右,其他4个新不育系比华1015S迟1~4天。华5325S的植株较矮、穗大粒多、但分蘖较少。华5306S的植株最高,达到98.3cm,比华1015S高9.6cm,其他3个不育系的株高比华1015S稍矮。5个新不育系的每穗总粒数均多于华1015S。但是柱头总外露率都比华1015S低。
  2、通过抗倒伏性相关参数的测量结果表明,与亲本华1015S相比,华5124S、华5306S和华5325S的倒三节节间直径大,长度短,抗折力明显提高,而华5091S和5310S与亲本相当。其中,华5306S的抗折力最大。
  3、白叶枯病和稻瘟病抗性鉴定结果表明,华5091S、华5124S、华5306S、华5310S和华5325S的白叶枯病鉴定表现抗至高抗,分别比亲本华1015S提高1到2个抗级。华5091S、华5124S、华5306S、华5310S和华5325S的叶瘟1-3级,与华1015S相似。除华5124S的穗颈瘟发病率达到47%,明显高于华1015S以外,其他4个不育系的穗颈瘟发病率都在4.0%-13.0%,与华1015S相似。用35个稻瘟病菌株人工接种鉴定叶瘟表明,除华5306S的抗性频率为94.3%以外,其他4个新不育系的抗性频率均为100%。
  4、配合力分析表明,华5325S的产量一般配合力最强。并且容易配制出早熟、植株较矮、产量较高的组合,但直链淀粉含量较低。通过优势鉴定,筛选出2个早熟、高产、米质优的组合华5325S/华润2号和华5325S/五山丝苗,可以进一步进行试制种和比产试验。
[硕士论文] 靳宏沛
生理学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:水稻是重要的单子叶模式作物,也是我国主要的粮食作物之一。水稻在生长发育中,低温冷害是常见的问题。研究水稻耐冷性的分子生理机制对我国水稻高产高效生产和粮食安全具有重要意义。为了研究低温在水稻中的作用机制,最直接有效的工具就是构建水稻突变体,基因敲除是实现该目标的最有效方法。本研究从水稻低温表达芯片中挑选了11个受低温胁迫诱导表达的基因,利用CRISPR/Cas9技术创制了8个基因的功能缺失突变体,以及3个购自RISD(Rice T-DNA Insertion Sequence Database)的T-DNA突变体,研究这些基因与耐冷性的关系,主要结果如下:
  1.水稻低温响应基因的筛选:根据日本晴幼苗低温芯片基因表达谱筛选出11个低温响应基因(Metall、UL、WRKY45、WI12、ADT、RBP、OS2、POT、PRP、CP12和RCI2-6)。qRT-PCR检测了这11个基因在4℃条件下诱导表达水平,发现PRP基因的表达受诱导最为显著;WRKY45和WI12基因在4℃诱导表达也明显;ADT、RBP、OS2和POT基因受低温诱导水平较低;而Metall、UL、CP12和RCI2-6基因在4℃低温条件下有一定变化。初步说明这些基因与低温有一定的关系。
  2.CRISPR/Cas9缺失突变体的创建:利用CRISPR/Cas9技术构建了WI12、ADT、RBP、OS2、POT和PRP基因的CRISPR/Cas9双靶位点载体。另外,CP12和RCI2-6基因各选取一个靶位点,构建了这两个基因的共同双靶位点载体。利用农杆菌遗传转化法获得了52株基因编辑突变体。其中,WI12、RBP、OS2、POT和PRP基因转基因株系已筛选到纯合突变体,ADT基因已筛选到杂合突变体,而CP12和RCI2-6基因已筛选到杂合双突变体。其中,POT基因转基因株系P-56,编辑比较特殊,发生了不在靶位点(在两个靶位点之外)编辑的大片段缺失。
  3.Metall、UL和WRKY45蛋白的亚细胞定位:构建了3个基因(Metall、UL和WRKY45)的亚细胞定位表达载体,分别转化到水稻原生质体。激光共聚焦显微镜观察发现,Metall定位在细胞质中,UL定位在叶绿体中,WRKY45定位在细胞核中。
  4.Metall、UL和WRKY45基因T-DNA纯合突变体株系农艺性状调查:共分离检测筛选获得了3个T-DNA纯合突变体,qRT-PCR检测T-DNA纯合突变体目的基因表达均比野生型低。Metall、UL和WRKY45T-DNA纯合突变体株系的结实率、穗长、1-4级节间长度、株高和有效分蘖数等指标均比野生型DJ显著下降,说明这3个基因缺失影响了水稻的生长发育。
  5.T-DNA纯合突变体耐冷性鉴定:水稻纯合突变体和野生型株系的三叶期幼苗4℃胁迫处理。Metall纯合突变体4℃处理4d,UL和WRKY45纯合突变体4℃处理5d,恢复生长后发现Metall、UL和WRKY45基因的T-DNA突变体株系均对低温比较敏感,这3个基因可能正调控水稻的耐冷性。
[硕士论文] 孙梦丹
生物质能 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:纤维素是植物细胞壁的主要成分,影响细胞壁的理化特性和生物质利用。纤维素是由纤维素合酶(Cellulose synthase,CesA)复合体催化合成。纤维素合酶基因家族已分为初生和次生细胞壁纤维素合酶两类。其中次生壁纤维素合酶基因在细胞壁合成和植物生长发育中的一些功能业已研究,但初生壁纤维素合酶基因的相关功能报道较少。本研究分析了水稻和拟南芥初生壁合成相关基因在水稻中的功能,初步解析了初生壁对水稻生长发育的影响,测定了木质纤维素的产糖效率。其主要结果如下:
  1.鉴定了水稻OsCesA5基因T-DNA插入突变体,纯合水稻突变体株高和茎秆各节间长度均显著降低。水稻超表达OsCesA5基因可以促进转基因水稻幼苗和倒1节节间伸长。
  2.基于Q-PCR基因表达量定量分析,突变体Oscesa5-3材料中与初生壁合成相关的OsCesA3、5、6基因表达量显著下降,与次生壁相关的OsCesA4、9表达量升高,而超表达p35S::OsCesA5水稻转基因材料植株相关基因表达量呈相反的趋势。
  3.透射电镜观察细胞壁厚度,突变体初生壁变薄而次生壁厚度不变;超表达植株初生壁加厚,次生壁变薄。
  4.测定成熟茎秆纤维素的聚合度(DP)和结晶度(CrI),突变体纤维素的DP和CrI均显著降低,而超表达植株则显著升高。
  5.分析成熟茎秆细胞壁成分,突变体中纤维素、半纤维、木质素含量显著降低,超表达植株中均显著升高。
  6.突变体中半纤维素合成相关基因GT43和木质素合成相关基因4CL1、4CL3、4CL4表达量均显著下降,超表达植株中相关基因表达量均显著上升。
  7.在1%NaOH预处理条件下,突变体木质纤维素酶解产糖效率显著提高,乙醇产量高达21%(%干重)。
  8.在水稻中异源超表达拟南芥AtCesA3、6、7、9,其转基因植株株高均显著降低。
[硕士论文] 范玲玲
农业遥感 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:粮食安全是直接关系人民生活、社会稳定和国民经济发展的重大战略问题。特别是对于拥有十几亿人口的中国来说,粮食安全更是成为了国内外广泛研究的热点。农作物空间格局时空动态演变信息反映了人类在空间上对农业土地资源的利用状况,是研究农田生态系统对生物地球化学循环贡献、全球变化对粮食生产系统影响的重要基础,对于保障国家粮食安全和优化土地利用格局具有十分重要的意义。小麦是我国北方地区居民的主要口粮,统计数据显示,2014年我国小麦播种面积达到2406万公顷,占当年全国粮食总播种面积的21.35%。除海南省,我国其余省市均有小麦种植。主要包括西南麦区、长江中下游麦区、黄淮海麦区和西北麦区,集中主产区位于黄淮海地区。近年来我国小麦单产和总产水平稳定发展,全国总量基本可以满足小麦供需平衡,然而由于各地气候条件、土壤类型、种植制度、品种类型、生产水平和管理技术存在差异,全国区域间的小麦生产存在明显的失衡现象。明晰长时间序列、大区域尺度我国小麦种植格局的变化特征,研究影响小麦种植区域变化的驱动因素,对于小麦安全生产具有重要意义。
  本文以小麦为研究对象,以省为研究单元,首先利用统计方法刻画了1949-2014年小麦种植空间格局的基础变化信息,然后结合农业经济数据以及气候数据,采用面板回归模型评估了促使小麦空间格局变化的驱动因素,尤其是气候因素。全文主要结论如下:
  (1)我国小麦生产具有明显的“波动中增长”的特征,波动性随着时间的推移被“熨平”,河南和安徽两省的小麦产量波动以及小麦单产因素对全国小麦总产波动的影响最大。同时,小麦种植空间分布省际分异性明显,20世纪80年代是其集散分布特征发生方向性变化的重要转折点。1949-1980年小麦种植面积分布总体上呈中部减少边缘增加的扩散趋势,同时这种发散的显著程度随时间变化是逐渐减弱的,1981-2014年小麦种植面积分布明显呈中部优势大省增加边缘省市减少的集中趋势,这种集中趋势使得小麦种植分布的不均衡性更加明显。
  (2)1949-2014年中国小麦种植重心分布在山西和河南交界线附近,65年间小麦种植重心沿西北方向迁移的直线距离为104km。1949-2014年中国冬小麦种植重心全部分布在河南境内,65年间冬小麦种植重心沿西北方向迁移的直线距离为31km。20世纪70年代之前,全国冬小麦种植面积以0.89×104ha/year的速率减少,冬小麦种植面积增加主要发生在四川、云南和河北,而缩减主要出现在河南、安徽和江苏。因此,该阶段冬小麦种植重心向西南迁移89km,70年代之后,全国冬小麦种植面积以1.99×104ha/year的速率减少,冬小麦种植面积缩减主要出现在四川、陕西和山西等北部地区,而增加仅出现在河南、江苏和安徽。因此,该阶段冬小麦种植重心向东北迁移66km。春小麦种植重心分布在内蒙古北部边境地区,其沿西南方向迁移的直线距离为692km。20世纪70年代之前,全国春小麦年增长面积绝对值为8.17×104ha,其年增长面积绝对值最高的省出现在黑龙江;70年代之后,种植面积以8.46×104ha/year的速率减少,其种植面积缩减主要出现在黑龙江、甘肃和新疆等地区。
  (3)小麦种植面积主要受社会经济因素的影响,同时气候因素的影响作用也较为显著。冬小麦面积主要受灌溉面积、城市化水平、每公顷耕地的耗电量、小麦纯收益以及农业总产值等社会经济因素的影响,其中65年间农业总产值变化对冬小麦面积变化的贡献率最高,达到了1938%,而温度和降水变化对冬小麦面积变化的贡献率分别为9.69%和11.05%。研究发现,温度对冬小麦面积重心迁移具有正效应且空间驱动作用明显,冬小麦生长季温度每上升1%,同期冬小麦面积增加0.09%,降水每增加1%,同期冬小麦面积减少0.56%。春小麦面积同样主要受城市化水平、小麦纯收益、每公顷耕地的耗电量、灌溉面积以及研发投入等社会经济因素的影响,65年间城市化水平的变化对春小麦面积变化的贡献率最高,达到了18.93%,而温度和降水变化对春小麦面积变化的贡献率分别为14.12%和13.19%。同时,温度对春小麦面积重心迁移具有负效应且空间驱动作用较为明显,春小麦生长季温度每上升1%,同期春小麦种植面积减少641%,降水每增加1%,同期春小麦种植面积减少1.95%。
[硕士论文] 柴凯斌
生态学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:为了评估秸秆还田对稻麦系统净生态系统经济效益(NEEB)的影响,本试验研究了不同秸秆还田量水平对稻麦系统土壤还原性状态、功能微生物丰度、温室气体排放、作物产量试验的影响。试验采用随机区组设计,包括4个处理,分别为上季作物秸秆不还田、1/3秸秆还田、2/3秸秆还田和秸秆全还田。主要研究结果如下:
  (1)随秸秆还田量增加,稻田土壤还原性物质总量和活性还原性物质随之增加;全量还田处理还原性物质总量和活性还原性物质总量较秸秆不还田、1/3还田和2/3还田处理分别提高了43%、17%、23%和48%、49%、18%;秸秆还田显著降低土壤氧化还原电位(Eh)。
  (2)秸秆还田显著影响土壤甲烷和氧化亚氮相关微生物基因丰度。秸秆还田增加了土壤中产甲烷菌基因(mcrA)丰度,较之秸秆不还田、1/3还田和2/3还田处理分别增加了27%、29%和15%,但对甲烷氧化菌(pmoA)丰度影响不显著。秸秆还田显著减少了氧化亚氮相关功能基因丰度,较之秸秆不还田、1/3还田和2/3还田处理,秸秆全量还田处理AOA丰度分别降低了8%、15%和5%;AOB丰度分别降低了18%、11%和4%;nirK丰度分别降低了13%、12%和7%;nirS丰度分别降低了20%、5%和6%。
  (3)甲烷(CH4)排放主要发生在稻季,其峰值出现在返青期和幼穗分化期。秸秆还田显著提高了CH4排放。与不还田处理相比,1/3秸秆还田、2/3秸秆还田和秸秆全还田处理CH4排放量分别提高了26%、21%和60%;氧化亚氮(N2O)排放主要发生在每次施肥后,秸秆还田量显著降低了氧化亚氮的排放。与不还田处理相比,1/3秸秆还田、2/3秸秆还田和秸秆全还田处理N2O排放量分别降低了18%、39%和38%;
  (4)秸秆还田显著增加作物产量,不还田处理下作物产量较之其他三个处理分别低了6.7%~9.4%,但还田量间的作物产量无显著性差异;
  (5)秸秆还田显著影响NEEB,表现为不还田处理<全量还田处理<1/3还田和2/3还田处理;1/3还田和2/3还田处理较全量还田处理分别提高了12.5%和3.5%;
  综上所述,1/3上季作物秸秆还田具有较高作物产量、较低温室气体排放量和较高NEEB,是目前较好的一种秸秆还田方式。其不仅增加了农业经济收益、缓解了全球变暖趋势,还增加了土壤肥力、保护了土壤微生物多样性,有助于农业生态可持续发展,值得推广。
[硕士论文] 钱可
生理学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:株高作为水稻重要的农艺性状之一,与产量关系密切。株高过高容易倒伏,株高过矮会导致生物质积累不够,影响水稻产量潜力,所以适宜的株高对于保障水稻产量十分重要,因此对水稻株高的研究具有重要的科学意义及应用前景。目前对于植物激素脱落酸(abscisic acid,ABA)的研究主要集中在响应逆境方面,而对其调控水稻株高的机理研究还不够,本实验利用野生型水稻(Dongjin)、过量表达OsSAPK10(OsSAPK10是水稻脱落酸信号转导途径中正向调控因子)和RNA干扰OsSAPK10的转基因株系作为实验材料,研究了OsSAPK10影响水稻抽穗期和节间伸长生长来调控株高的机理。主要实验结果如下:
  1.OsSAPK10的表达水平与水稻株高呈负相关趋势。与野生型相比,过量表达OsSAPK10的转基因株系显著变矮,且OsSAPK10表达量越高,株高越矮;与野生型相比,RNA干扰OsSAPK10的转基因株系显著变高,且OsSAPK10表达量越低,株高越高。
  2.OsSAPK10上调早穗基因表达水平,下调晚穗基因表达水平,导致水稻抽穗期提前,降低可伸长节间数目和穗长,最终降低水稻株高。与野生型相比,过量表达OsSAPK10的转基因株系中早穗基因(如OsFKF1,Ehd1等)表达水平上调,晚穗基因(如Ghd7,DTH7等)表达水平下调,抽穗期显著提前,节间数减少1个,穗长分别缩短了21.01%和24.54%;与野生型相比,RNA干扰OsSAPK10的转基因株系中早穗基因(如OsFKF1,Ehd1等)表达水平下调,晚穗基因(如Ghd7,DTH7等)表达水平上调,抽穗期显著延后,穗长分别增长了14.12%和16.02%。
  3.OsSAPK10下调节间中GA合成基因表达水平,降低内源活性GA含量,下调信号转导途径中正向调控基因表达水平,下调节间中细胞分裂及伸长相关基因表达水平,抑制节间生长,降低株高。与野生型相比,过量表达OsSAPK10的转基因株系中GA合成基因OsGA20ox3等表达水平显著下调,GA钝化基因OsGA2ox5等表达水平显著上调,活性GA4含量显著降低,GA信号转导正向调控基因d1、OsGID1、OsGRF1等表达水平显著下调,细胞分裂相关基因OscycB:1等表达水平显著下调,细胞伸长相关基因OsXTH8、OsXET、OsEXP1等表达水平显著下调,最上部节间长分别缩短了5.95%和18.38%;与野生型相比,RNA干扰OsSAPK10的转基因株系中GA合成基因OsGA20ox3等表达水平显著上调,GA钝化基因OsGA2ox5等表达水平显著下调,活性GA4含量显著升高,GA信号转导正向调控基因d1、OsGRF1等表达水平显著上调,细胞分裂相关基因OscycB:1等表达水平显著下调,细胞伸长相关基因OsXTH8、OsXET、OsEXP1等表达水平显著上调。
  4.OsSAPK10降低单株产量。与野生型相比,过量表达OsSAPK10的转基因株系穗粒数显著降低;与野生型相比,RNA干扰OsSAPK10的转基因株系穗粒数显著增多。
  综上所述OsSAPK10上调早穗基因表达水平并下调晚穗基因表达水平,促进抽穗期提前,使得植株营养生长过早向生殖生长转变,缩短了营养生长的时间,降低节间数和穗长,同时减少穗粒数,降低水稻单株产量;在节间伸长生长过程中,OsSAPK10下调节间中GA合成基因表达水平,降低活性GA4含量,下调GA信号转导正向调控基因表达水平,下调节间中细胞分裂及伸长相关基因表达水平,抑制节间生长,降低水稻株高。
[硕士论文] 任晓凤
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:作为20世纪小麦育种学上的新发现,小麦光温敏雄性不育为小麦杂种优势利用、全球小麦生产的提高提供了新的突破口。研究小麦光温敏雄性不育相关基因的调控及不育遗传机制已成为当前小麦雄性不育研究领域的热点。本研究在本实验室前期研究的基础上,从小麦光温敏雄性不育系337S中获得了众多与生殖发育相关的基因,从中筛选出差异表达显著的基因并对其进行克隆,作为本研究的候选基因。利用Gateway技术实现对候选基因TaMS337S-1、TaMS337S-3和TaMS337S-4的超量表达载体的构建,借助基因枪轰击和农杆菌介导两种转基因手段,将候选基因导入到不同小麦品种中对其进行基因功能验证,旨在探究3个候选基因的表达对小麦育性的影响及在不育调控过程中所发挥的作用,以期为小麦光温敏雄性不育系337S的不育机理解析提供帮助。主要研究结果如下:
  1.农杆菌介导幼胚的遗传转化:以BobWhite为受体材料的TaMS337S-3基因的转化实验中,共获得4株抗性苗,经PCR检测均为阴性。以华麦2566、华麦2152、华麦1168、华麦1223和陇春23为受体材料的TaMS337S-1基因的转化实验,共获得17株抗性苗,经PCR检测,初步断定有6株阳性苗:2株华麦2566,1株华麦2152,1株华麦1168,2株陇春23,华麦1223并未获得抗性苗。
  2.基因枪介导幼胚的遗传转化:共获得转TaMS337S-1基因抗性苗54株,分别为:7株陇春23(阳性苗有3株);40株华麦2566(阳性苗有12株);7株BobWhite(阳性苗有2株)。获得转TaMS337S-3基因抗性苗40株,其中华麦2566有5株,但只有1株经PCR检测为阳性,BobWhite有19株,5株为阳性苗,科农199有16株,3株为阳性苗。在TaMS337S-4基因的转化实验中,所获得的转基因抗性苗与阳性苗的比例分别为:科农19913:4,BobWhite7:3。
  3.基因枪介导的成熟胚的遗传转化:以金粉直径:0.6μm,轰击压:900psi/650psi,轰击距离:9cm的轰击参数轰击华麦1223和华麦1168成熟胚,比较发现900psi的轰击压下两个受试品种愈伤组织的分化及再生能力均较650psi强,且在900psi下最初获得了4株转TaMS337S-4基因的华麦1168抗性苗,但最终未能获得阳性苗。
  4.转基因阳性苗的表型特征:与相应受体亲本材料相比,转TaMS337S-4基因的阳性苗普遍矮小,长势较弱,多数植株仅抽出一个麦穗,且穗子瘦小,部分穗子还出现灌浆不充分现象。转TaMS337S-3基因的阳性苗出现营养生长旺盛,生殖生长推迟的现象。表现为:小麦植株不断分蘖,抽穗时间推迟约40d,抽穗数随着分蘖数的增加也相应增多。
[硕士论文] 张桑里
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:水稻是我国的主要粮食作物之一。利用两系法杂交水稻是人们更好地实现水稻杂种优势利用的重要途径。稻瘟病和白叶枯是目前导致水稻减产的主要病害,而过量施用农药会污染环境、降低稻米品质。因而,培育抗稻瘟病和抗白叶枯病的两系杂交水稻品种,将有利于提高产量和保护环境。广占63-4S是两系杂交水稻育种中的优良不育系之一。本研究的主要内容如下:(1)以本实验室前期选育的抗稻瘟病、抗白叶枯病不育系华1015S为供体、广占63-4S为受体,通过杂交和分子标记辅助选择培育新的抗稻瘟病、抗白叶枯病不育系;(2)华1015S为供体、广占63-4S为受体,通过连续回交、自交,分子标记进行前景选择和背景选择,创建具有广占63-4S遗传背景的Xa23单片段渗入系和Pi2、Xa23双基因渗入系;(3)以华1201S为供体、广占63-4S为受体,通过连续回交、自交,分子标记进行前景选择和背景选择,创建具有广占63-4S遗传背景的Pi2单片段渗入系。主要研究结果如下:
  1.从‘广占63-4S/华1015S’后代中选出3个携带Pi2、Xa23基因的新不育系,分别命名为华3222S、华4821S和华5111S。
  2.抗性鉴定结果表明,华3222S、华4821S和华5111S抗稻瘟病和白叶枯病,抗性水平与供体亲本华1015S相当。3个新不育系的生育期和主要农艺性状介于两个亲本之间,与华1015S相比,株高明显降低。稻米品质与广占63-4S相似,但产量配合力不如广占63-4S。华5111S的综合性状表现较好,建议在后期的育种计划中重点使用。
  3.创建了Pi2基因单片段(约1.22Mb)渗入广占63-4S背景的株系三个,编号是SL16024-27、SL16024-95和SL16024-115,背景回复率99.68%,初步观察表型与广占63-4S相似,稻瘟病抗性明显提高。创建了Xa23基因单片段(约4.77Mb)渗入广占63-4S背景的株系一个,编号为SL16025-15,背景回复率98.72%,初步观察农艺性状与广占63-4S有一定差异,白叶枯病抗性明显提高。创建了Pi2、Xa23双基因渗入系1个,编号是SL16026-111,其中Pi2基因在6号染色体插入片段0.80Mb,Xa23基因在11号染色体插入片段3.34Mb,在10号染色体上有非目标基因插入片段10.88Mb,背景回复率达到95.96%,稻瘟病和白叶枯病抗性都有明显提高,但是农艺性状与广占63-4S也有一定差异。后期需要对这些基因渗入系进一步进行性状鉴定和基因聚合。
[博士论文] 衡月芹
作物遗传育种 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:水稻是重要的粮食作物,为全球大约一半的人口提供主食。水稻每穗粒数是构成产量的重要因素之一。穗大粒多一直是世界水稻育种的主要目标,然而水稻穗顶部颖花退化现象在水稻育种中普遍发生,造成穗子体积减小每穗粒数显著减少,严重影响水稻单产。目前,关于水稻穗顶部小穗退化的遗传和分子机制还知之甚少。本研究以水稻组织培养过程中获得的穗顶部退化突变体paa1为材料,并对顶部颖花发生退化的整个过程进行了详细的观察,通过图位克隆的方法分离并鉴定了一个影响水稻穗顶部退化的关键因子PAA1,并对该基因的功能进行深入的研究,揭示了paa1发生穗顶部颖花退化的分子机制。本文主要研究结果如下
  1、与野生型相比,突变体paa1在营养生长时期没有出现明显的表型差异,抽穗以后,突变体的穗顶部小穗发生严重退化,并且穗一直保持直立的形态。籽粒成熟之后,突变体paa1顶部退化的小穗几乎都脱落,导致穗长、穗粒数、千粒重以及株高显著降低,最终对paa1的单株产量造成影响。
  2、不同发育阶段幼穗形态的观察结果表明paa1的顶部小穗在幼穗伸长后期出现生长停滞,然后逐渐表现为干瘪和发白。细胞学观察表明paa1项部退化小穗表现为细胞皱缩、细胞器降解以及染色体DNA断裂。paa1顶部小穗中过氧化氢和丙二醛含量均显著升高,诱发细胞程序性死亡的基因Os VPE2和OsVPE3的表达水平显著上调,说明paa1顶部小穗的退化是由于过氧化氢积累引发的细胞程序性死亡造成的。
  3、利用图位克隆的方法将PAA1精细定位在第2号染色体长臂端的标记C1和H-4之间82kb的范围内,含9个ORFs,测序发现第6个ORF(LOC_Os02g45160)的第2个内含子与第3个外显子的剪切位点上发生了碱基A→G的替换,结果导致mRNA的剪切发生改变,从而形成了两种异常的转录本,都会造成蛋白质翻译时发生移码并提前终止。转基因互补和干扰实验都可以确定LOC_Os02g45160是引起穗顶部退化的目标基因PAA1。PAA1基因编码一个铝激活的苹果酸转运蛋白,属于水稻ALMT家族的成员。PAA1定位在细胞质膜上,在水稻的根、茎、叶、叶鞘和穗等各个组织中都有不同程度的表达。
  4、PAA1在二羧酸转运缺陷型菌株中表达可以吸收苹果酸,说明PAA1在大肠杆菌中具有苹果酸转运功能。利用双电极电压钳技术可以在表达PAA1的卵母细胞中检测到明显的苹果酸电流,A1处理后对电流没有影响,说明PAA1在卵母细胞中是一个不依赖于A1的苹果酸通道。外源苹果酸处理水稻幼苗后,PAA1的表达水平显著上调,paa1地上部的苹果酸含量显著降低。孕穗时期,苹果酸含量测足结果表明paa1顶部小穗中的苹果酸积累量显著减少,外源苹果酸注射突变体幼穗能显著减弱顶部退化表明突变体顶部小穗的退化是由苹果酸含量降低引起的。
  5、水稻幼穗中NAD(H)和NADP(H)含量测定结果显示,paa1顶部小穗细胞内的NADPH、NADP+和NAD+含量与野生型相比都显著降低,同时,NADPH/NADP+比率显著降低,而NADH/NAD+比率显著升高。这些结果说明突变体顶部小穗细胞内苹果酸含量的降低会引发细胞内的氧化还原平衡遭到破坏,从而有可能导致活性氧(ROS)爆发,引起顶部穗细胞发生死亡。
[博士论文] 刘莉
生理学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:据联合国粮农组织(FAO)报道,全世界约8亿多公顷的土地受盐胁迫的影响,并且越来越多的农业用地受盐胁迫影响,因此盐胁迫是当前限制农业可持续发展的主要因素之一。水稻是一种对盐胁迫比较敏感的作物。可见,研究水稻响应盐胁迫的机理具有重要的科学意义和应用前景。
  前期研究表明盐胁迫能抑制植物种子萌发,但盐胁迫抑制种子萌发的机理还不清楚。植物激素赤霉素(gibberellin,GA)能促进种子萌发,并且能缓解盐胁迫对种子萌发的抑制作用,但赤霉素在水稻种子萌发过程响应盐胁迫的机理还不清楚。本课题第一部分研究内容(论文第二章)探究了赤霉素对盐胁迫下水稻种子萌发的调控作用及机理,结果表明,盐胁迫通过促进活性GA钝化,降低种子活性GA含量,降低α-淀粉酶活性,进而抑制种子萌发。
  根系是植物最重要的器官之一,与土壤直接接触,容易受环境影响。很多研究表明盐胁迫能抑制根系生长;乙烯和茉莉酸(jasmonic acid,JA)是植物体内很重要的逆境激素,它们不仅能调控植物正常的生长发育,还可以调控植物对非生物胁迫的响应。但是,目前乙烯和茉莉酸对盐胁迫下水稻幼苗根系生长的调控作用及机理还不清楚。本课题第二部分研究内容(论文第三章)探究了乙烯和茉莉酸在盐胁迫下对水稻种子根生长的调控作用及机理,结果表明,乙烯和茉莉酸参与盐胁迫对水稻种子根生长的抑制作用,盐胁迫通过乙烯依赖及乙烯不依赖途径促进茉莉酸合成,进而抑制细胞分裂及伸长,导致水稻种子根生长受阻。
  本课题第一部分研究内容(论文第二章)的主要实验结果如下:
  1.盐胁迫通过降低种子中内源活性GA的含量,进而抑制水稻种子萌发。本研究结果表明,NaCl处理导致种子胚中活性GA1和GA4的含量分别降低了24%和60%,进而导致种子发芽率降低了27%,外源GA3能缓解NaCl对种子萌发的抑制作用。
  2.盐胁迫通过促进种子中活性GA的钝化,进而降低活性GA含量。本研究结果表明,NaCl能够诱导GA钝化基因的表达,促进活性GA钝化,进而显著降低活性GA(GA1和GA4)含量。
  3.盐胁迫导致活性GA含量降低,抑制α-淀粉酶基因表达,降低α-淀粉酶活性。本研究结果表明,NaCl能够抑制α-淀粉酶基因OsAmy1A、OsA my1C、OsAmy3C、OsAmy3E的表达并降低α-淀粉酶活性,外源GA3能缓解NaCl对α-淀粉酶基因表达及活性的抑制作用。
  本课题第二部分研究内容(论文第三章)的主要实验结果如下:
  1.乙烯和茉莉酸都参与盐胁迫对水稻种子根生长的抑制作用。NaCl抑制水稻幼苗种子根的生长,抑制程度与NaCl浓度呈正相关,NaCl促进乙烯和茉莉酸合成基因表达,增加乙烯和茉莉酸含量。乙烯合成抑制剂(AVG)和乙烯作用抑制剂(Ag+)以及茉莉酸合成抑制剂(IBU)能缓解NaCl对水稻种子根生长的抑制作用。
  2.乙烯和茉莉酸在盐胁迫抑制水稻种子根生长过程中存在互作。NaCl对种子根生长的抑制作用能被单独施加AVG和Ag+部分缓解,能被单独施加IBU完全缓解;单独施加一种激素(茉莉酸)合成抑制剂IBU与同时施加两种激素(乙烯和茉莉酸)抑制剂(AVG+IBU、Ag++IBU)对NaCl抑制种子根生长的缓解效应相同;这些结果表明乙烯和茉莉酸在盐胁迫抑制水稻种子根生长过程中有上下游关系。进一步研究表明,IBU能缓解乙烯对种子根生长的抑制作用,而AVG和Ag+不能缓解茉莉酸对种子根生长的抑制作用,乙烯能够促进茉莉酸合成基因的表达,增加茉莉酸含量,可见,盐胁迫下,乙烯是通过茉莉酸抑制水稻种子根生长。同时由于NaCl对种子根生长的抑制作用能被乙烯合成及作用抑制剂部分缓解,被茉莉酸合成抑制剂完全缓解,说明盐胁迫还可以通过乙烯不依赖的途径促进茉莉酸合成抑制根系生长。由此可见,盐胁迫通过乙烯依赖及乙烯不依赖途径促进茉莉酸的合成,进而抑制种子根的生长。
  3.盐胁迫通过茉莉酸抑制细胞分裂及伸长相关基因的表达,抑制分生区细胞分裂及伸长区细胞伸长,从而抑制水稻幼苗种子根的生长。本研究利用RNA-seq和qRT-PCR证实了NaCl与茉莉酸处理均能抑制细胞分裂(如PCNA)及伸长相关基因(如EXP和XTH)的表达,导致分生区细胞数目变少及成熟区细胞的长度变短,从而抑制种子根生长;IBU能缓解NaCl对PCNA、EXP和XTH等基因表达的抑制作用,恢复分生区细胞数目及成熟区细胞的长度,缓解NaCl对种子根生长的抑制作用。这些结果表明,盐胁迫通过茉莉酸抑制分生区细胞的分裂及伸长区细胞的伸长,进而抑制种子根的生长。
  综上所述,盐胁迫通过促进水稻种子活性GA的钝化,降低活性GA含量,从而抑制α-淀粉酶基因的表达,导致α-淀粉酶活性降低,最终抑制水稻种子萌发。乙烯和茉莉酸参与盐胁迫对水稻种子根生长的抑制作用,盐胁迫通过乙烯依赖及乙烯不依赖途径促进茉莉酸合成,进而抑制细胞分裂及伸长,导致水稻种子根生长受阻。
[硕士论文] 古风
作物栽培学与耕作学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:了解作物气候适宜度及产量差对当前玉米生产具有重要意义。本文拟对湖北省主要玉米生产区包括,中部低丘陵平原玉米产区(HP),北部岗地夏玉米生产区(NH),西部山区玉米生产区(WM),进行玉米气候适宜度及产量潜力评估,以期为湖北省玉米合理生产布局及种植管理,了解气候变化对湖北玉米生产的影响提供参考依据。本文以当地推广的中熟玉米品种郑单958为例,基于2012-2013年该品种每年8个播期试验获取气候适宜度模型中一些参数,利用湖北省26个基准气象站1967-2016年气象数据,分析了不同产区春玉米(SpM),夏玉米(SuM),秋玉米(AuM)不同生育阶段的温度适宜度、降水适宜度、光照适宜度及综合气候适宜度。继而利用Hybrid-maize模型湖北省玉米产量潜力及产量差进行了分析。主要研究结果如下:
  1.湖北省不同玉米产区玉米不同生产阶段气候资源与气象胁迫均有差异。中南部低丘平原区(3136AAT℃.d)玉米全生育期内的有效积温最多。而鄂北岗地(2943AAT℃.d)及鄂西山区(2939AAT℃.d)玉米生长期内有效积温在近50年内的年际趋势变化显著,表明该区域玉米有效积温有增加趋势明显,且播种始期有明显提前的趋势。三个玉米生产区以夏玉米的伤害积温(KDD)最高,其次是春玉米(219KDD),秋玉米KDD最少。全生育期降水量以HP生产区春玉米最多。三个玉米生产区玉米吐丝.乳熟期干旱发生频率最高,而播种至拔节期渍害发生频率最高。低丘平原区秋玉米生育期内日照时数最多。
  2.从温度适宜度看,以夏玉米(S(T)0.87:CV4.6%:Tr0)温度适宜度最高,其次是秋玉米。春玉米降水适宜度明显高于夏玉米与秋玉米(R587:CV23.8%:-13.73)。而三季玉米中,秋玉米具有最高的光照适宜度,且在低丘平原区玉米光照适宜度要优于其他2个玉米产区。从气候适宜度看,三大玉米产区中均以春玉米与夏玉米气候适宜度较高,而秋玉米气候适宜度较差。
  3.研究结果表明低丘平原区玉米产量潜力(3.65mg.ha-1)要高于鄂西山地(4.23mg.ha-1)与鄂北岗地玉米区(6.03mg.ha-1)。低丘平原区玉米试验产量与农户产量也较高,分别达到8.62t ha-1与6.27t ha-1。鄂北岗地玉米试验产量最低(7.94mg.ha-1),但农户玉米产量水平(5.09mg.ha-1)在三大玉米产区中居于第2位。低丘平原区玉米产量差最小,且与鄂北岗地产量差差异不大。鄂西山地玉米区玉米产量差最大。三个玉米产区中,模拟产量与试验产量之间的产量差(YGM)5.86mg.ha-1最高,农户产量与雨养产量潜力之间的产量差(YGE)5.04mg.ha-1次之,试验产量与农户产量之间的产量差(YGR)3.01mg.ha-1最低。三大生产区域之间的玉米产量差较小。
  该研究表明低丘平原区玉米具有较好气候适宜度与产量潜力.导致玉米产量差的原因主要是气候适宜度的变化及管理措施。在湖北省不同玉米产区应针对不同种植季玉米气候资源特点,采取适当的措施,以缩小产量差。
[博士论文] 张丹
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:植物的形态建成是由细胞的不确定性与细胞命运的决定性之间的平衡来决定。分生组织和有多向分化功能的干细胞都具有不确定性,是侧生器官产生的基础。本研究鉴定到一个分生组织确定性与不确定性平衡上存在缺陷的玉米突变体,在叶片和茎细胞中不确定性细胞减少,突变体的花序分生组织顶端扁化,失去对侧生分生组织不确定性的控制。通过图位克隆的方法确定一个生长调节共转录激活因子GROWTH REGULATING FACTOR-INTERACTING FACTOR1(GIF1),是引起突变体表型变化的基因。本研究的主要结果如下:
  1.突变体gif1植株及细胞学表型变异
  与野生型相比,突变体gif1植株矮化且叶片窄;雄穗长分支数目减少但雌穗基部有额外的分支发生且顶端呈现扁平化现象;突变体表现雌雄败育,与其它自交系正反交均不能结实,通过杂合基因型植株自交获得突变体。细胞学研究表明突变体gif1雌雄花序分生组织顶端扁平化且不确定性异常,突变体雄穗分支数减少且分生组织发育滞后,雌穗的分支数增加;雄花序小花分生组织中颖片原基发育受到抑制,雌花序的下位花和雄蕊原基的退化进程相对滞后。
  2.图位克隆鉴定突变基因为ZmGIF1
  遗传分析表明该突变体表型受一对隐性单基因控制。图位克隆结果显示候选基因位于玉米第1号染色体的长臂,编码一个GIF1的转录因子(GRMZM2G180246,是拟南芥AtGIF1/ANGUSTIFOLIA3(AN3)和水稻OsGIF1的同源基因。对GRMZM2G180246基因进行重测序分析发现,野生型和gif1突变体中植株该基因存在显著差异,其中第3外显子上一个51bp的序列插入是主要的变异位点,包括一个43bp的Popin转座子和一个8bp的正向重复序列,转座子插入到蛋白结构域中,引起转录终止,是导致该基因的转录效率显著降低的直接原因。
  gif1-mum1转座子Mu7插入到GIF1基因的5'端非编码区(5'-UTR)的突变体,通过gif1-mum1表达分析及单株及与W22的回交后代群体表型的鉴定,证明GIF1是所克隆到的基因。GIF1基因组全长3656bp,CDS全长686bp,编码227个氨基酸;GIF1属于GIFs家族,是共转录激活因子,编码高度保守的SNH结构域蛋白和GRFs-N端保守结构域QLQ特异识别,形成不同形式的互作复合物。
  3.GIF1基因的特异性表达
  GIF1在分生能力较强的组织中表达量较高,主要包括茎顶端分生组织和幼嫩的雌雄穗分生组织;GIFs和GRFs的表达模式分析表明,ZmGIF1在花序发育中具有明显的特异性,且在花序发育早期高于晚期;GRFs的表达在不同组织间存在一定的差异。原位杂交表明GIF1在SAM中除了顶端部位外不仅在幼嫩的叶原基中强烈表达,而且在SAM的基部即未来发育为节间的部位表达;gif1突变体中,SAM和叶片无表达。在花序分生组织中,GIF1在除去顶点的IM中及在SPM和SM都是高水平表达的,而且在花序分生组织周围尤其是内外稃原基中特异富集,突变体中未检测到表达。另外,GIF1在SM及SPM分生组织中的表达方式与ramosa2(ra2)有重叠,同时ra2在突变体中的表达显著减少,说明二者可能在功能上存在部分重叠。
  4.GIF1基因的调控与互作
  利用未成熟雄穗RNA-seq分析共鉴定出1468个差异表达基因(DEGs)(q<0.05),其中在突变体gif1中上调的基因有350个,1118个为下调基因。GO聚类分析表明差异表达基因主要集中于生物过程及分子功能等转录调节相关途径。在gif1中,几个重要的花序发育相关基因ub3、ra2、te1、zfl1/2、vt2等显著下调,它们是腋生分生组织身份决定性和确定性(identity and determinacy)的重要调节因子,与细胞周期、生长素合成及响应相关的基因在gif1中显著下调。GRFs中GRF3上调,GRF7和GRF17显著下调,GIF2和GIF3的表达未受影响。
  染色质免疫共沉淀分析发现GIF1以32.4%的比例结合在基因区,以12.0%结合在转录起始位点TSS上游的1.0kb的启动子区;peak附近10Kb以内共检测到1275个GIF1可能的靶基因,包括一些已知的转录调节因子。通过ChIP-seq与RNA-seq数据比较分析共发现差异表达基因在gif1突变体中有50个基因与GIF1直接结合,37个基因表现下调,13个基因上调。
  GIF1蛋白与16个GRFs中除了GRF7、GRF11和GRF20外的13个蛋白互作,GIF1能够在转录水平上自我调节丰度,并通过直接结合UB3影响玉米雄穗的分支发育。
  5.候选基因的关联位点
  通过对具有丰富的自然变异且来源于不同亚群的玉米自交系进行重测序,检测到最小等位基因频率(MAF)大于0.05的多态性位点22个,其中5个位点与植株和花序发育显著相关。主要集中在转录起始位点上游1.0Kb左右的位置和5'-UTR区,说明该基因的遗传变异主要分布在转录调控区域,GIF1可能是在表达水平的调控,而不是功能上出现变异;表型数据与GIF1的遗传变异进行候选基因关联分析,位于exon1的A/G和intron2C/G两个SNP位点与雄穗分支数紧密关联。
[硕士论文] 夏亦涛
植物营养学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:镉是一种有毒元素,我国耕地土壤镉超标点位数达7.0%,同时小麦是中国的第二大粮食作物,因此筛选小麦镉低积累品种并探明其镉低积累的生理及分子机制具有重要理论与实践意义。本文以全国范围内收集的小麦主栽品种为材料,分析不同品种籽粒镉含量差异的基础上,探讨小麦高低积累品种分子标记特征及离子组特征,进一步分析典型小麦籽粒镉高、低积累品种在镉吸收、转运之间的差异机制,取得的主要结果如下:
  1.小麦籽粒镉高低积累品种筛选。通过2年多点的大田试验,以成熟期籽粒镉含量为主要指标,从134个中国小麦品种(系)中筛选出籽粒镉、低积累品种各15个,并初步发现小麦籽粒镉含量与苗期地下部至地上部的镉迁移系数呈显著正相关。
  2.小麦籽粒镉高、低积累品种的分子标记特征。分析了镉积累相关分子标记Usw47、Scopc20与小麦籽粒镉含量之间的关系。结果表明,单独使用Usw47或Scopc20分子标记对小麦镉高、低积累品种的鉴别率不高,但应用Usw47标记结合苗期镉迁移系数的方法,可以将小麦籽粒镉高、低积累品种的鉴别率由原来的66.7%和46.7%,提高到88.9%和85.7%。
  3.小麦籽粒镉高、低积累品种离子指纹特征。聚类分析结果表明,小麦籽粒镉高积累品种可分为颖壳镉高积累和颖壳镉低积累两类,小麦籽粒低积累品种可分为颖壳镉高积累和茎秆镉高积累两类;小麦籽粒、颖壳和茎秆的镉累积与锌、钙、镁、锰关系密切,小麦籽粒镉含量与锌、钙、镁、铁、锰含量呈显著正相关,叶片镉含量与锌含量呈负相关,茎秆镉含量与钙、锰含量呈负相关;小麦籽粒镉与锌存在共富集现象,且两者符合一元二次方程(R=0.765,P<0.05)。
  4.小麦籽粒镉高、低积累品种吸收转运的差异机制。品种H86具有更加发达的根系以及更高的根系TaIRT1表达量,而品种L15具有较低叶片、根系镉含量,其叶片至茎秆、籽粒至颖壳的镉迁移系数低于品种H86,同时镉在品种L15的根系细胞壁和叶片液泡中分配比更高,品种L15各部位TaHMA3基因表达量均显著高于品种H86;推测籽粒镉低积累品种L15较弱的镉吸收转运能力弱,并将更多的镉区隔化在根系细胞壁和叶片液泡中,是导致其籽粒镉低积累的主要原因。
[硕士论文] 张学峰
作物栽培学与耕作学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:作为植物体遗传信息的重要组成部分,叶绿体基因组和线粒体基因组在系统进化、物种鉴定、核质互作、基因工程等研究中均发挥重要作用。非洲栽培稻(Oryza glaberrima Steud)是水稻种质资源利用的重要材料,对其细胞器基因组进行组装和分析,对拓宽水稻种质资源的遗传背景,开创水稻育种新途径具有重要意义。迄今,已经完成测序的水稻品种包括普通栽培稻和部分野生稻种,但尚无关于非洲栽培稻RAM3线粒体基因组序列的报道。
  本研究以非洲栽培稻RAM3构建的多个基因组文库为数据基础,拟分别完成其线粒体基因组和叶绿体基因组的组装,并对其进行初步分析,主要研究结果如下:
  1.叶绿体基因组的组装及分析:利用Miseq PE2500双末端测序数据,以NCBI收录的27条叶绿体基因组序列为参考,通过BWA比对提取水稻叶绿体基因组序列,并用Discovar Denovo软件进行初步组装并分别获得其LSC、SSC和IR序列片段,进一步连接完成后得到完整的RAM3叶绿体基因组。非洲栽培稻RAM3的叶绿体基因组全长134582bp,呈典型的四段式结构,编码117个基因,包含83个蛋白编码基因、4个rRNA和30个tRNA;其基因组结构、基因顺序、含量和密码子使用情况与其它已发表水稻的叶绿体基因组相似。在非洲栽培稻RAM3的叶绿体基因组中共检测到32个散在重复序列和32个串联重复序列。对非洲栽培稻RAM3叶绿体基因组的16个简单重复序列(SSR)分析发现:SSR都是多聚A或多聚T,在叶绿体基因组内呈不均一分布。
  2.比较基因组研究:非洲栽培稻与稻属其他五个AA物种(Japocin、Indica、Nivara、Rufipogon、Barthii)的叶绿体基因组整体相似性较好,但基因间区的变异较大;非洲栽培稻RAM3与五个AA稻属叶绿体基因组的IR边界基因都是一样,只有距离远近稍有偏差;基于31种植物7种不同的叶绿体基因数据集构建了系统进化树,进行了系统发育研究,发现叶绿体基因组的LSC、CDS、全序列、IGS数据集在进化分析中的支持率较高,结果更为可靠。并筛选出5个非洲栽培稻叶绿体特异标记,验证了本实验室自主选育的非洲栽培稻基因渗入系均具有非洲栽培稻细胞质。
  3.线粒体基因组的组装及分析:同时利用三个软件对非洲栽培稻RAM3线粒体基因组进行拼接组装,组装结果序列全长为495258bp,共编码84个基因,其中包含64个蛋白编码基因、3个rRNA和28个tRNA,整条线粒体含有16个内含子,分布在9个蛋白编码基因中。在非洲栽培稻RAM3的线粒体基因组中共检测到94个散在重复序列和29个串联重复序列。对非洲栽培稻RAM3线粒体基因组的37个简单重复序列(SSR)分析发现:SSR都是多聚A或多聚T,与叶绿体基因组相似,它们在线粒体基因组内呈不均一分布。对密码子使用偏性分析发现:亮氨酸的使用概率最高,色氨酸和蛋氨酸最少。
  4.非洲栽培稻RAM3线粒体基因组间序列分析,共发现75个AT富集区,A+T最大差异可以达到35.19%;预测RAM3线粒体基因组中28个tRNA的二级结构,共发现58个错配和1个缺失;对基因的选择压力分析,发现:受正向选择的基因nad6选择压力最大,基因nad2受到的选择压力最小,受中性选择的是基因cob。
  5.非洲栽培稻RAM3细胞器基因组间序列迁移分析:由叶绿体往线粒体的序列迁移,片段总长22311bp,约为非洲栽培稻RAM3线粒体基因组总长的4.5%。共有21个迁移片段长度大于或等于100bp,其中最长的片段长度为6752bp。
[硕士论文] 于义溟
基础组学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:水稻是人类最主要的粮食作物之一。随着世界人口数量的不断增多、耕地面积的逐年减少以及环境问题的日益严峻,提高粮食产量已经迫在眉睫。杂种优势是一种广泛存在的自然现象,其分子基础仍然是未解之谜。水稻的基因组结构比较简单,而且具有广泛的功能基因组相关的研究,使得水稻成为杂种优势研究的主要模型。为了提高粮食作物的产量,解析杂种优势的生物学机理势在必行。基于优良杂交稻汕优63的两亲本珍汕97和明恢63高质量的参考基因组序列,以及覆盖水稻36个组织/时期的全生育期的表达谱数据,我们对水稻产量的杂种优势分子机理进行了探索。
  通过比较两个籼稻品种的基因组序列,研究人员在珍汕97基因组鉴定到3,984个特异存在的基因,在明恢63基因组发现4,308个特异存在基因。对亲本特异存在基因的富集分析表明这些基因涉及产量、生长和发育、抗逆性和抗病性等多种不同的生物学功能,并且具有一定的功能互补性。进一步分析发现了15个重要功能的亲本特异存在基因,包括只存在于珍汕97基因组中的细胞周期和植株发育相关的基因RAD23,稻瘟病抗性基因Pikp-2,以及只存在于明恢63基因组中的生长发育相关的基因Os WOX3A,产量相关的基因GHD7,磷耐受性基因PSTOL1。此外,还发现涉及产量、稻米的品质等性状的重要功能基因在珍汕97和明恢63之间的变异位点和影响该基因功能的关键变异位点完全一致。这些基因赋予了杂种基因组更多的基因和序列多样性。
  基于包括36个组织/时期的水稻全生育期的表达谱数据,鉴定到了216个珍汕97的特异表达基因和230个明恢63的特异表达基因,这些基因大部分在杂种中都是表达的,说明杂种中具有更多的表达基因。通过分析特异表达基因中的重要功能基因,发现胁迫响应基因OsANS和稻瘟病抗性基因Pikm2-TS等在珍汕97中特异表达,而调控细胞分裂和光周期的基因OsHAL3以及脱落酸生物合成和信号通路相关的基因OsDET1等在明恢63中特异表达。此外,基于Gramene数据库的相关数据,对珍汕97和明恢63基因组的特异存在基因和转录组的特异表达基因所参与的生物学通路进行了分析,鉴定到两个分别参与分支酸合成通路和叶绿素a合成通路的亲本特异存在基因和一个参与光呼吸通路的明恢63的特异表达基因。
  为了更方便有效地对珍汕97和明恢63基因组和表达谱进行比较分析,我们制作了一款交互式绘制Circos图的界面化操作工具shinyCircos。用户可以将其安装在个人电脑或公共服务器上进行使用,也可以直接在线使用。用户只需要点击鼠标就可以轻松绘制不同类型的Circos图,包括散点图、线图、柱状图、矩形图、热图、染色体示意图和关系线图等。用户可以通过绘制不同类型的图来展示多样的组学数据,例如:使用线图或散点图展示QTL或GWAS分析的结果,热图展示表达谱或转录组的数据,矩形图展示全基因组不同的基因结构以及关系线图展示基因组结构中的易位变异或遗传分析中的两位点互作。使用该软件对两个亲本的基因组序列分析结果进行展示,明显地发现两个基因组之间存在的大量易位变异,而且这些易位变异在不同染色体之间发生的频率不同,例如在4号、11号和12号染色体中频率较高。
  利用h测验的方法,分析了二次枝梗原基分化期,杂种幼穗(panicle1)组织中基因表达的非加性模式,即杂种表达量显著偏离中亲水平的表达模式。鉴定得到的503个非加性表达基因中,发现下调表达的基因294个和上调表达的基因209个。为了阐明非加性表达基因对杂种优势的贡献,分别对下调表达基因和上调表达基因进行了GO富集分析,发现下调表达基因富集到36个术语,主要集中在基础生物学过程,包括“蛋白质加工过程”、“翻译后修饰过程”、“转运”、“定位”以及一些代谢和生物合成相关的过程。而上调表达基因富集到23个功能调控相关的通路,约占所有上调基因富集结果的68%,包括“细胞过程调控”,“代谢过程调控”和“基因表达调控”等。这些结果表明杂种中基础生物学过程下调,而对其调控进一步加强,使得杂种更有效地利用能量,表现出杂种优势的表型。研究还发现一些具有重要功能的已克隆基因表现出非加性表达模式,包括水稻产量和生物量相关的基因OsD WARF4和OsAt10,以及调节植株高度的基因OsPH1等,对杂种的生长和发育具有贡献。
  利用36个不同组织/时期的表达谱数据,分别构建了珍汕97、明恢63及其杂种的基因共表达网络。通过比较杂种和亲本之间的共表达网络,鉴定到了6个杂种中特异存在的共表达网络,其中一个网络和内稃/外稃(palea/lemma)组织显著相关,另一个网络和三期幼穗(panicle1)组织/时期显著相关。此外,还鉴定到了3个杂种和珍汕97共有的共表达网络,1个杂种和明恢63共有的共表达网络。研究结果表明杂种中基因共表达网络的聚集可能对杂种优势具有贡献。
  本研究通过对两个亲本基因组中的特异存在基因和特异表达基因进行分析,发现这些基因涉及生长发育、产量和抗性等多种重要的生物学功能。还发现涉及产量、稻米的品质、种子休眠等重要过程的功能基因在两亲本基因组之间具有关键的序列变异。同时,鉴定了杂种中基因的表达模式,发现上调表达基因和下调表达基因参与不同的生物学通路,导致杂种中的基础生物学功能被下调,对其调控进一步加强。此外,挖掘了对杂种生长和发育具有贡献的非加性表达基因。研究结果表明不论从特异存在基因对杂种基因数目和种类的补充还是优势基因在杂种中的表达,都对杂种优势现象的产生有贡献。研究结果将为水稻产量杂种优势分子机制的进一步解析提供新的线索。
[硕士论文] 谢勇军
生物化学与分子生物学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:水稻是世界上最重要的作物之一,同时也是一种单子叶模式植物。在生长发育的过程中,水稻会遭到许多非生物逆境的胁迫,这给水稻产量造成了重大损失。因此,培育出具有抗逆性的水稻新品种具有十分重要的意义。现有的研究虽然已经报道了许多逆境相关基因,但这距离人们全面了解水稻的抗逆机制还有很长的一段距离。
  为了更进一步地了解水稻的抗逆机制,本研究从公共数据库和本实验室中共搜集得到了491张与水稻非生物逆境相关的基因芯片。计算得到了各个非生物逆境下的差异表达基因之后,我们对这些差异表达基因行了GO富集分析以及启动子区顺式作用元件分析。最后,我们构建了各个非生物逆境下的基因共表达网络。研究的主要结果如下:
  1.计算得到了各个非生物逆境下的的差异表达基因。其中干旱胁迫下的差异表达基因有2506个,低温胁迫下的差异表达基因有2936个,高温胁迫下的差异表达基因有2259个,盐胁迫下的差异表达基因有2463个,且有174个基因在四种非生物逆境下都差异表达。
  2.提取各个逆境下的差异表达基因转录起始位点上游1.5kb的序列作为启动子区,对这些启动子区进行顺式作用元件分析。在干旱胁迫条件下,我们鉴定到了26个顺式作用元件,其中有20个顺式作用元件与数据库中已知的顺式作用元件具有较高的相似性,其余6个则是功能未知的。在低温胁迫条件下,我们鉴定到了16个顺式作用元件,其中有12个顺式作用元件与数据库中已知的顺式作用元件具有较高的相似性,其余4个则是功能未知的。在高温胁迫条件下,我们鉴定到了17个顺式作用元件,其中有13个顺式作用元件与数据库中已知的顺式作用元件具有较高的相似性,其余4个则是功能未知的。在盐胁迫条件下,我们鉴定到了24个顺式作用元件,其中有18个顺式作用元件与数据库中已知的顺式作用元件具有较高的相似度,其余6个则是功能未知的。
  3.计算得到基因的表达量之后,我们构建了各个非生物逆境下的的基因共表达网络,并鉴定到了相应的基因模块。通过对基因显著性以及模块关系进行筛选,我们得到了与各个非生物逆境相关的候选基因。在干旱胁迫条件下,我们鉴定到了13个基因模块和200个与干旱胁相关的候选基因。在低温胁迫条件下,我们鉴定到了17个基因模块和441个与低温胁迫相关的候选基因。在高温胁迫条件下,我们鉴定到了22个基因模块和139个与高温胁迫相关的候选基因。在盐胁迫条件下,我们鉴定到了11个基因模块和57个与盐胁迫相关的候选基因。
[硕士论文] 张秀青
植物营养 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:植物细胞壁上通常含有各种无机矿质元素,例如硅(Si),铁(Fe)和锌(Zn)等。大量植株和器官水平研究表明Si肥的施用能够提高水稻(Oryza sativa)抵抗镉(Cd)的胁迫,而根表面的铁膜能够减少水稻对砷(As)的吸收。为理解这些宏观现象,我们培养了水稻悬浮细胞,借助物理化学手段分析硅在微量元素Zn的存在下如何协同抵抗水稻单细胞对镉的吸收。此外,利用溶液化学方法将水稻单细胞表面包覆了铁膜,以模拟根细胞表面铁膜是如何减少对五价砷的吸收。得到的主要结论如下:
  1、锌离子优先和细胞壁上的[Si-半纤维素]配体形成[Si-半纤维素]-Zn复合物,从而抑制细胞对镉离子吸收,减轻镉对细胞毒害。
  营养元素之间的协同作用可提高植物对于重金属镉胁迫的抗性。在细胞培养液中存在锌时,水稻悬浮细胞壁上有硅修饰的细胞能够减轻镉离子毒害。借助非损伤微测技术(NMT),电感耦合等离子质谱法(ICP-MS),原子力显微镜(AFM)和聚合酶链式反应(PCR)等手段揭示了Zn2+口Cd2+竞争吸附后,细胞壁上的[Si-半纤维素]配体和Zn2+作用形成[Si-半纤维素]-Zn复合物;在Zn2+浓度深入增加后此复合物可转化为表面沉淀,可有效抑制细胞对镉离子的吸收。伴随镉离子吸收的减少进而引起与镉相关转运蛋白细胞表达的下降。此研究表明硅和锌元素的协同作用对于细胞在镉胁迫下存活起着一定作用。
  2、水稻单细胞表面铁膜除了能提高细胞表面的力学性能,还可显著提高细胞表面电势。通过静电作用抑制细胞对As5+吸收。
  为了模拟水稻根表铁膜,将水稻悬浮细胞置于氢氧化铁胶体溶液中,在酸性条件下细胞表面发生吸附反应,从而将纳米厚度的铁膜包裹在水稻单细胞表面。AFM力学模式测量表明,该铁膜可显著提高细胞表面的力学强度。结合场发射扫描电镜(FE-SEM)和原子力显微镜-KPFM分析发现带正电铁膜由约为12nm纳米颗粒组成。铁膜通过静电作用显著地吸收带负电的砷酸根离子(AsO43-)。透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析发现铁膜晶相为弱结晶的三氧化二铁(Fe2O3),结合砷离子后转化形成二水合砷酸铁(FeAsO4·2H2O)的表面沉淀,进而抑制了AsO43-离子吸收进入细胞。
[博士论文] 李国辉
作物栽培学与耕作学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:茎鞘非结构性碳水化合物(NSC)是水稻籽粒灌浆的同化物来源之一,对产量形成有重要贡献。促进茎鞘NSC的积累和转运,改善弱势粒灌浆是挖掘水稻产量潜力和提高产量的重要途径。然而,不同水稻品种茎鞘NSC积累和转运存在显著差异,生产上部分品种茎鞘NSC转运低,籽粒灌浆结实不良,并且高氮条件下水稻茎鞘NSC转运低;此外,水稻弱势粒灌浆差,限制了产量潜力的发挥。因此,本试验主要研究了不同氮水平下水稻茎鞘NSC积累和转运特征及蔗糖-淀粉转化相关酶活性、强弱势粒灌浆特征和籽粒韧皮部卸载特征,目的在于阐明茎鞘NSC积累和转运差异、强弱势粒灌浆差异和籽粒同化物卸载的生理和分子机理,为高产栽培和育种提供理论依据,对保证我国粮食安全具有十分重要的意义。
  基于上述研究目的,本研究的主要内容是:(1)水稻叶片蔗糖磷酸合成酶(SPS)基因表达和活性与植株同化物积累和产量形成的关系;(2)氮对水稻茎鞘蔗糖-淀粉转化相关酶活性的影响及其与茎鞘NSC积累和转运的关系;(3)水稻穗颈大、小维管束特征的基因型差异及其与茎鞘NSC转运的关系;(4)水稻茎鞘NSC转运与籽粒同化物卸载的基因型差异及其生理和分子机理;(5)水稻强弱势粒灌浆差异及其生理和分子机理。主要结果和结论如下:
  1.水稻品种两优培九(LYPJ)、汕优63(SY63)和黄华占(HHZ)幼穗分化至抽穗不同阶段叶片所有SPS基因(OsSPS1、OsSPS2、OsSPS6、OsSPS8和OsSPS11)的相对表达量均随植株生育进程推进而下降;SPS活性的变化趋势与其基因表达的一致。与高氮处理相比,低氮处理下SPS基因表达和活性增加。相关分析表明,SPS基因的相对表达量和SPS活性均与叶片NSC浓度显著正相关;叶片OsSPS1表达和SPS活性状态均与每穗颖花数和籽粒产量显著正相关;叶片OsSPS2、OsSPS6和OsSPS8的表达均与结实率和千粒重显著正相关。因此,适当减少氮肥施用有利于提高SPS基因表达和活性,进而增加植株NSC积累和促进产量形成。
  2.水稻茎鞘NSC积累和转运表现出基因型差异且受到氮供应水平的影响,低氮处理增加了抽穗前茎鞘淀粉和NSC浓度,加速了抽穗后茎鞘淀粉水解,促进了茎鞘NSC转运。同时,低氮处理缩短了强势粒有效灌浆期,提高了其灌浆速率。进一步分析表明,低氮处理增加了花前茎鞘淀粉合成相关的腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶、淀粉合成酶和淀粉分支酶的活性以及花后茎鞘淀粉向蔗糖转化相关的α-淀粉酶、β-淀粉酶和SPS的活性,并且这些淀粉合成相关酶活性与茎鞘NSC浓度的增加显著正相关,淀粉向蔗糖转化相关酶活性与茎鞘淀粉和NSC转运显著正相关。与LYPJ相比,SY63的茎鞘淀粉和NSC的积累与转运高,并且上述淀粉合成和淀粉-蔗糖转化相关酶的活性均高于LYPJ。由此可见,高的茎鞘NSC积累与转运主要归因于较高的茎鞘淀粉-蔗糖转化相关酶活性。在生产上适当降低氮肥用量,有利于茎鞘NSC转运进而促进籽粒灌浆。
  3.源于珍汕97和明恢63重组自交系的4家系材料R46、R94、R118和R232穗颈大、小维管束数量和总横截面积表现出基因型差异。维管束特征的基因型差异主要表现在大、小维管束数量上,不同材料穗颈大、小维管束的平均横截面积及其韧皮部面积分别占其横截面积的比值均没有差异。不同氮处理对穗颈大、小维管束数量、平均横截面积、总横截面积和总韧皮部面积没有影响。穗颈维管束数量与茎鞘NSC转运、结实率、千粒重和产量正相关,相关系数表明小维管束与茎鞘NSC转运更加密切,大、小维管束韧皮部的功能差异可能是造成他们对产量贡献差异的原因。因此,在育种上选择穗颈维管束多且小维管束多的品种或采用栽培管理技术增加穗颈维管束的数量有利于促进茎鞘NSC转运和产量形成。
  4.源于珍汕97和明恢63的重组自交系家系R91、R156和R201的茎鞘NSC转运具有显著差异。R201的茎鞘NSC转运显著低于R91和R156,并且R201的结实率、收获指数和产量均显著低于R91和R156。从源-流-库相关性状分析表明,三个家系具有相同的叶面积指数、比叶重、抽穗期茎鞘NSC浓度、生物量、单位面积穗数、每穗颖花数、茎鞘NSC活化能力、库容量、库活性、穗颈小维管束数量和横截面积,而R201具有较高的叶片SPAD、穗颈大维管束数量和横截面积。另外,R201成熟期茎鞘和枝梗NSC浓度显著高于R91和R156。这些结果表明,源-流-库相关性状不是导致R201茎鞘NSC转运低的原因,籽粒NSC卸载过程存在障碍可能是主要原因。
  5.进一步研究发现R201灌浆期籽粒背部韧皮部筛管、伴胞与其周围薄壁细胞间的胞间连丝密度低于R91和R156,同时利用羧基荧光素二乙酸(CFDA)染料模拟韧皮部共质体运输发现R201籽粒韧皮部共质体卸载较弱。对三个材料灌浆期籽粒蔗糖转运蛋白(SUT)和细胞壁转化酶(CWI)的免疫印迹、免疫组化和基因表达分析表明,R201籽粒SUT和CWI基因和蛋白的表达低于R91和R156,同时R201籽粒CWI酶活性较低,表明其质外体卸载较弱。由此可见,灌浆期R201籽粒蔗糖卸载障碍导致其茎鞘NSC转运低,进而造成其结实率、收获指数和产量低。
  6.杂交稻LYPJ和SY63强、弱势粒灌浆差异显著,弱势粒灌浆启动慢、有效灌浆期长、平均灌浆速率低,最终导致其粒重和结实率显著低于强势粒。不同氮处理对强、弱势粒的粒重和结实率没有影响。高氮处理延长了强势粒和弱势粒有效灌浆期,同时降低了其灌浆速率。进一步研究表明,一方面强势粒枝梗的横截面积、总维管束面积和总韧皮部面积大于弱势粒。另一方面,强势粒背部韧皮部细胞间胞间连丝密度、CFDA模拟的共质体卸载速率、SUT和CWI基因和蛋白表达和CWI活性高于弱势粒,表明强势粒韧皮部蔗糖卸载能力强于弱势粒。此外,籽粒转录组测序分析表明与粒型、粒重和籽粒灌浆及蔗糖水解和淀粉合成相关的基因、脱落酸合成相关的基因在强势粒中的表达均高于弱势粒,乙烯合成相关的基因在强势粒中的表达低于弱势粒。由此可见,强势粒具有较大的枝梗维管束面积、较强的韧皮部卸载和蔗糖-淀粉转化能力等是导致其灌浆强于弱势粒的原因。
[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。
  (已选择0条) 清除
公   告

北京万方数据股份有限公司在天猫、京东开具唯一官方授权的直营店铺:

1、天猫--万方数据教育专营店

2、京东--万方数据官方旗舰店

敬请广大用户关注、支持!查看详情

手机版

万方数据知识服务平台 扫码关注微信公众号

学术圈
实名学术社交
订阅
收藏
快速查看收藏过的文献
客服
服务
回到
顶部