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玉米穗发芽突变体vp2的基因克隆及功能研究

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作物学报 2024年第11期50卷 2712-2719页

作者：张馨月秦阳李瑞黄全生王逸茹郑军青岛农业大学农学院山东青岛266109 中国农业科学院作物科学研究所北京100081 甘肃农业大学农学院甘肃兰州730070 新疆农业科学院核技术生物技术研究所新疆乌鲁木齐830091

玉米穗发芽是指籽粒在果穗上未脱离母体时胚芽便开始萌发生长,穗发芽会严重影响玉米的产量和品质。因此高效挖掘和利用优良基因,培育抗穗发芽玉米品种对我国农业生产非常重要。本研究中的玉米穗发芽突变体vp2具有明显的穗发芽表型且性... 详细信息

玉米穗发芽是指籽粒在果穗上未脱离母体时胚芽便开始萌发生长,穗发芽会严重影响玉米的产量和品质。因此高效挖掘和利用优良基因,培育抗穗发芽玉米品种对我国农业生产非常重要。本研究中的玉米穗发芽突变体vp2具有明显的穗发芽表型且性状能稳定遗传,受隐性单基因控制。通过分析vp2突变体基因组序列发现突变体中2个编码基因(Zm00001d015355和Zm00001d015356)存在缺失,Zm00001d015356编码对羟基苯丙酮酸双加氧酶(ZmHPPD1)。hppd1突变体表现穗发芽表型,且与vp2杂交后代中正常与穗发芽籽粒符合3∶1遗传分离比,结果表明Vp2编码ZmHPPD1基因。为进一步分析ZmHPPD1调控籽粒穗发芽的机制,我们检测了突变体中内源激素和ABA合成通路代谢物含量的变化,发现与正常籽粒相比,穗发芽籽粒中ABA含量显著下降,八氢番茄红素显著积累,且紫黄质、玉米黄质和叶黄素含量显著降低。这表明ZmHPPD1通过影响八氢番茄红素向番茄红素的转化,使ABA合成受阻,导致玉米籽粒打破休眠提前萌发。以上研究结果为解析玉米穗发芽的机制提供了基因资源。

关键词：玉米穗发芽植物激素脱落酸

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种子萌发与穗发芽

中国农业科学 2024年第7期57卷 1215-1219页

作者：董慧雪王际睿四川农业大学西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室四川农业大学小麦研究所四川农业大学农学院四川农业大学西南作物基因资源与遗传改良教育部重点实验室

种子的萌发是指种子胚由相对静止状态变为活跃状态，并逐步生长成幼苗的过程。正常的种子萌发是作物健康生长和高产的基础，标志着种子内部生物化学的变化和生长物质合成的开始，为植物提供所需的能量和养分。种子萌发的过程复杂而精密... 详细信息

种子的萌发是指种子胚由相对静止状态变为活跃状态，并逐步生长成幼苗的过程。正常的种子萌发是作物健康生长和高产的基础，标志着种子内部生物化学的变化和生长物质合成的开始，为植物提供所需的能量和养分。种子萌发的过程复杂而精密，受基因、种子贮藏物质代谢、

关键词：种子萌发穗发芽

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小麦抗穗发芽种质鉴评及其初步应用

植物遗传资源学报 2024年第8期25卷 1268-1282页

作者：潘丽媛王永军李海军侯富李菁李丽丽孙苏阳江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心生物育种钟山实验室

小麦穗发芽会造成小麦产量和品质的显著降低，近年来在黄淮地区逐渐加重，威胁我国、特别是黄淮区域小麦生产安全，抗性种质及功能分子标记的筛选和利用是减轻穗发芽危害的根本途径。本研究以多年田间自然鉴定的77份抗穗发芽种质及128... 详细信息

小麦穗发芽会造成小麦产量和品质的显著降低，近年来在黄淮地区逐渐加重，威胁我国、特别是黄淮区域小麦生产安全，抗性种质及功能分子标记的筛选和利用是减轻穗发芽危害的根本途径。本研究以多年田间自然鉴定的77份抗穗发芽种质及128份导入了6个抗穗发芽种质的轮回群体创制的高代品系为材料，采用整穗发芽法和籽粒发芽法对穗发芽抗性进行鉴定和评价，明确穗发芽功能标记Vp1B3、Dorm-B1和PM19在抗性种质中的分布并评估其育种效果。结果表明种质资源中49.35%(38份)达到中抗水平，其中仅57.89%(22份)含有Vp1Ba或（和）Dorm-B1b抗性位点，西农172、Kalango、淮麦40、豫农186同时含有2个抗性位点；高代品系中36.72%(47份)达到中抗以上，其中87.23%含有抗性位点，17.02%(8份)同时含有2个抗性位点。抗性位点的累加可提升抗性水平。种质资源中不含有抗性位点的穗发芽率和发芽指数分别为36.65%和34.99%，而含有2个抗性位点的分别为18.17%和23.87%，高代材料也呈现相同的趋势。高代材料中达到中抗及以上水平的材料与其他材料之间含有的抗性位点数目存在显著差异，其中17.02%的中抗水平材料含有2个抗性位点，而未达到中抗水平的其他材料中仅有4.94%含有2个抗性位点，表明利用优异等位变异可显著改良抗性。本研究结合分子标记和表型鉴定进行抗穗发芽种质筛选，通过轮回选择进行种质创新，有望提升黄淮麦区的小麦穗发芽抗性水平。

关键词：小麦穗发芽种质资源轮回选择

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小麦种质资源穗发芽抗性鉴定和分子标记分析

植物遗传资源学报 2024年第9期25卷 1493-1503页

作者：龚承儒袁雨豪刘振郑继周田志成刘胜利沈庆花黄振朴董纯豪高艳李巧云唐建卫焦竹青殷贵鸿河南农业大学农学院/省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室/河南粮食作物协同创新中心/国家小麦工程技术研究中心河南丰德康种业股份有限公司河南省焦作市种子站

为了鉴定小麦种质资源的穗发芽抗性，筛选出有效的抗穗发芽分子标记，进而挖掘优异白粒小麦抗穗发芽种质资源，本研究通过整穗发芽试验对222份小麦种质资源进行穗发芽抗性鉴定，并利用myb10D、DFR-B、Vp1B3、PM19-A1、MFT-3A、MFT-A2、M... 详细信息

为了鉴定小麦种质资源的穗发芽抗性，筛选出有效的抗穗发芽分子标记，进而挖掘优异白粒小麦抗穗发芽种质资源，本研究通过整穗发芽试验对222份小麦种质资源进行穗发芽抗性鉴定，并利用myb10D、DFR-B、Vp1B3、PM19-A1、MFT-3A、MFT-A2、MKK3-A和QSD1等8个抗穗发芽基因的功能分子标记对供试材料进行基因型检测。表型鉴定结果表明，222份小麦种质资源材料的相对穗发芽率存在显著差异，相对穗发芽率变化范围为0～1.15，平均相对穗发芽率为0.73，鉴定出抗穗发芽小麦材料38份，其中包括白粒小麦9份、红粒小麦27份、黑粒小麦2份。等位基因类型与相对穗发芽率相关性分析表明，相对穗发芽率与功能标记myb10D、DFR-B、Vp1B3、MFT-3A和MFT-A2呈极显著相关，而与PM19-A1、MKK3-A和QSD1相关性不显著，说明myb10D、DFR-B、Vp1B3、MFT-3A和MFT-A2等分子标记可用作小麦抗穗发芽基因型检测和分子标记辅助育种。综合表现型和基因型结果，筛选出豫农914、豫农946、丰德存麦30、泛麦5号、徐麦029、连麦1901、保丰1903、郑麦829、13网27-8等9份抗穗发芽白粒小麦种质资源，可用于小麦抗穗发芽遗传育种和抗穗发芽品种布局。

关键词：小麦种质资源穗发芽分子标记

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田间穗发芽对四川盆地中籼稻稻米品质的影响

四川农业大学学报 2024年第3期42卷 490-498,522页

作者：刘佳影苏治源李秋萍刘泽茜徐嘉欣刘婷婷刘睿刘钰婷何宇欣邓飞任万军四川农业大学农学院/西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室/农业农村部西南作物生理生态与耕作重点实验室成都611130

【目的】明确田间穗发芽对四川盆地稻米品质的影响,为四川盆地水稻优质生产提供指导。【方法】以桂朝Ⅱ号和西科恢768这2个品种为试验材料,于成熟期收集田间穗发芽和未发芽籽粒,分析穗发芽对稻米加工品质、外观品质、组分及淀粉RVA谱特... 详细信息

【目的】明确田间穗发芽对四川盆地稻米品质的影响,为四川盆地水稻优质生产提供指导。【方法】以桂朝Ⅱ号和西科恢768这2个品种为试验材料,于成熟期收集田间穗发芽和未发芽籽粒,分析穗发芽对稻米加工品质、外观品质、组分及淀粉RVA谱特性的影响。【结果】对于加工外观品质而言,穗发芽导致西科恢768的糙米率、精米率、整精米率分别显著降低4.44%、7.48%、3.83%,桂朝Ⅱ号则分别显著降低13.88%、8.90%、34.94%,穗发芽同时导致西科恢768和桂朝Ⅱ号整精米粒重分别降低10.99%和3.57%。穗发芽导致西科恢768的垩白粒率和垩白度显著增加了23.71%和22.6%,桂朝Ⅱ号则分别显著增加了23.19%和9.98%。较未发芽籽粒(对照),穗发芽导致西科恢768的蛋白质和脂肪含量显著降低0.9%和1.43%;桂朝Ⅱ号则分别显著降低0.35%和0.33%。穗发芽导致西科恢768的淀粉峰值黏度、热浆黏度和冷胶黏度显著降低82.72%、96.68%和95.66%,进而导致消减值和回复值分别显著降低127.71%和95.27%;桂朝Ⅱ号则显著降低56.55%、72.63%和57.66%,其消减值和回复值分别显著降低61.18%和31.83%。相关分析结果表明,淀粉RVA谱特性与加工外观品质和稻米组分密切相关,峰值黏度、热浆黏度和冷胶黏度与糙米率(r=0.752、0.805、0.695)、精米率(r=0.853、0.904、0.801)、整精米率(r=0.651、0.752、0.584)、整精米粒重(r=0.696、0.731、0.709)、蛋白质含量(r=0.708、0.626、0.728)和脂肪含量(r=0.915、0.861、0.946)呈显著或极显著正相关关系,与垩白粒率(r=-0.966、-0.963、-0.945)和垩白度(r=-0.812、-0.834、-0.819)则呈极显著负相关关系。【结论】田间穗发芽严重影响四川盆地中籼稻稻米的加工品质、外观品质与蒸煮食味品质,且不同品种间存在差异。

关键词：水稻穗发芽加工品质外观品质稻米组分糊化特性

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水稻穗发芽鉴定方法优化及穗发芽突变体筛选

江苏农业科学 2024年第17期52卷 101-107页

作者：朱小品徐婷婷孟珊杨欣狄佳春郭春滨朱银王宁颜伟江苏省农业科学院江苏南京210014

穗发芽是水稻农业生产上的重要危害,严重影响了稻米的产量和品质,通过遗传改良培育抗穗发芽品种是解决穗发芽问题的有效途径。穗发芽由多基因位点调控并易受环境影响,由于国内外在水稻穗发芽鉴定评价方法方面还缺乏统一标准,导致穗发芽... 详细信息

穗发芽是水稻农业生产上的重要危害,严重影响了稻米的产量和品质,通过遗传改良培育抗穗发芽品种是解决穗发芽问题的有效途径。穗发芽由多基因位点调控并易受环境影响,由于国内外在水稻穗发芽鉴定评价方法方面还缺乏统一标准,导致穗发芽表型难以精准鉴定,严重制约了水稻抗穗发芽资源的挖掘及抗穗发芽育种改良进程。现有水稻的穗发芽鉴定主要由籽粒培养皿发芽法、室内整穗发芽法以及田间自然鉴定法等,现有方法难以精准、稳定地鉴定穗发芽的真实抗性水平。针对现有方法存在的不足,对水稻穗发芽鉴定评价方法进行了优化改进,建立了模拟自然状态的整穗直立穗发芽鉴定方法。该方法模拟了田间自然状态,与常规穗发芽方法比较,试验条件更均一,鉴定结果重复性更稳,可作为水稻穗发芽快速鉴定方法。利用该方法,对5000份化学诱变的M 2代水稻突变体进行鉴定,筛选到7份穗发芽突变体,为后续穗发芽相关基因的挖掘及功能解析提供了材料基础。

关键词：水稻穗发芽整穗发芽鉴定评价

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内蒙古小麦种质资源穗发芽抗性评价及相关分子标记检测分析

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分子植物育种 2024年

作者：张海斌刘娟叶君赵轩微邵盈吴晓华李元清崔国惠王小兵内蒙古自治区农牧业科学院河北农业大学农学院

内蒙古自治区地域辽阔，横跨西北春麦区与东北春麦区。西北春麦区干旱少雨，东北春麦区高寒湿润，两地区降水时间多为小麦成熟收获前后，穗发芽危害最为严重。本研究利用籽粒发芽指数法(GI)和整穗发芽率法(SGR)对184份内蒙古小麦种质资... 详细信息

内蒙古自治区地域辽阔，横跨西北春麦区与东北春麦区。西北春麦区干旱少雨，东北春麦区高寒湿润，两地区降水时间多为小麦成熟收获前后，穗发芽危害最为严重。本研究利用籽粒发芽指数法(GI)和整穗发芽率法(SGR)对184份内蒙古小麦种质资源进行穗发芽抗性评价；并利用4个KASP标记引物对77份骨干亲本资源材料中的抗穗发芽基因(Vp1B1， TaMFT， TaPHS)进行SNP标记检测，结果表明：在184份材料中，根据GI和SGR划定标准共筛选出高抗资源材料6份，分别是：21GR198、克春120832、6-19(蓝粒)、克涝6、克旱15和龙麦96；在77份骨干亲本材料中，共有40份材料含有TaPHS的Rio Blanceo type，分布频率为51.95%，有69份材料含有TaVp-1Bc type，分布频率为89.61%，10份材料含有TaMFT的Jagger type，分布频率为12.98%；同时，对77份材料的抗穗发芽指数、整穗发芽指数及相关基因进行进一步分析发现，含有Rio Blanco type+TaVp-1Bc type的平均GI值和平均SGR值较低。本研究利用籽粒发芽指数法(GI)和整穗发芽率法(SGR)对184份内蒙古小麦种质资源进行穗发芽抗性评价，并从中选出77份内蒙古小麦育种骨干亲本资源，利用4个KASP功能标记进行分子标记有效性验证研究，以期了解184份种质资源穗发芽抗性状况，为内蒙古小麦抗穗发芽育种提供优质亲本，并筛选出在该生态条件下能有效评价小麦穗发芽抗性的分子标记，为培育高抗穗发芽品种提供理论依据。

关键词：小麦穗发芽发芽指数(GI) 穗发芽率(SGR) KASP

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香豆素抑制藜麦籽粒及穗发芽的作用研究

香豆素抑制藜麦籽粒及穗发芽的作用研究

作者：潘鑫成都大学

学位级别：硕士

藜麦含有丰富的营养物质且具有降血压、降血糖、降血脂等多种生物活性,在世界范围内备受关注,拥有“粮食之母”的美誉。藜麦产业的发展有利于缓解世界粮食安全问题,但穗发芽会严重影响藜麦的营养与经济价值,解决藜麦穗发芽对提高藜麦的... 详细信息

藜麦含有丰富的营养物质且具有降血压、降血糖、降血脂等多种生物活性,在世界范围内备受关注,拥有“粮食之母”的美誉。藜麦产业的发展有利于缓解世界粮食安全问题,但穗发芽会严重影响藜麦的营养与经济价值,解决藜麦穗发芽对提高藜麦的加工品质和经济效益具有重要意义。本文使用成藜2号新鲜、干燥花被水提液和清水（对照）分别进行籽粒萌发试验,并分别对新鲜与干燥花被水提液进行非靶向代谢组学分析,以期寻找有效的穗发芽抑制剂。通过差异代谢物的筛选、鉴定、可视化分析等,表明香豆素可能是抑制藜麦穗发芽的有效代谢物。随后,探究香豆素抑制成藜2号种子萌发的最适浓度,分别测定最适浓度香豆素与清水处理24h下种子萌发过程中的淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白、α-淀粉酶、氨基酸和矿质元素等的变化。再分别对两种处理下种子萌发4h与12h的转录组学进行分析,寻找香豆素抑制藜麦种子萌发的潜在作用途径。最后,通过室内模拟与室外试验,采用清水和最适浓度香豆素对成熟期藜麦穗部进行喷施,验证香豆素抑制藜麦穗发芽的作用效果。本研究主要得出以下结论:1、藜麦新鲜与干燥花被水提液对藜麦种子萌发均具有抑制效果,并且干燥花被水提液对种子发芽的抑制效果略强于新鲜花被水提液。24h萌发处理内,新鲜与干燥花被水提液处理下种子发芽率分别为:76.33%和64.00%。复水处理24h后,两种处理的种子发芽率均达到100.00%。结果表明,藜麦干燥与新鲜花被水提液对藜麦种子有抑制发芽效果但不会对种子发芽活性产生不利影响。2、通过对成藜2号花被水提液进行代谢组学分析,从中筛选得到9种对种子萌发具有抑制作用的差异代谢物,分别为2-羟基肉桂酸、4-羟基苯甲醛、香豆素、香叶木素、3-吲哚乙酸、L-苯丙氨酸、芥子酸、反式肉桂酸和3-吲哚羧酸。其中L-苯丙氨酸和反式肉桂酸是香豆素生物合成途径中的前体物质,经一系列生物活性反应,能最终转化为天然次生代谢产物香豆素。因此,选用香豆素作为穗发芽抑制剂进行深入研究。3、抑制藜麦种子萌发的香豆素最适浓度为5.0mmol/L。萌发处理24h内,种子的发芽率仅为44.44%。而复水24h后,种子的发芽率达到100%,表明该浓度不会对种子活力造成损伤。4、香豆素对种子萌发过程中的相关物质具有不同的调控作用,其作用机制包括加快可溶性蛋白、淀粉和蔗糖的消耗（清水处理与香豆素相比最大减少量2.979±0.238mg/g,106.212±2.177mg/g和0.397±0.005mg/g）,增加可溶性糖和葡萄糖含量及α-淀粉酶活性（清水处理与香豆素相比最大增加量,18.377±2.874mg/g,0.261±0.003mg/g和0.006±0.001U/g）。香豆素处理下,果糖与麦芽糖含量在4h时达到最大值（0.473±0.003mg/g,3.191±0.002mg/g）。而清水处理则在8h时达到最大值（0.356±0.002mg/g,3.474±0.005mg/g）。而萌发至8h时,清水处理中所有氨基酸含量均高于香豆素处理,表明种子萌发过程中氨基酸组分含量能被香豆素处理而改变。前0-12h内,清水处理下K、Mg、Mn、Na和Zn含量均高于香豆素处理,而12-24h内则相反。整个萌发过程中,两种处理下Ca的变化趋势与α-淀粉酶类似,香豆素处理中Fe含量均低于清水处理,Cu含量变化则无明显规律。推断干扰萌发过程中金属离子的含量变化可能会诱发氧化应激反应,同时,两种处理下,ABA与GA含量比例失衡同样是引发种子延迟萌发的重要原因。香豆素处理下,种子在第8h时香豆素含量急剧降低而后期持续上升,表明种子在萌发8h时可清除外源香豆素的胁迫,从而保障种子维持高的发芽活力。5、将香豆素与清水处理4h和12h下的种子进行转录组学对比分析。不同方式处理下,萌发4h时,共鉴定到受香豆素促进的DEG,共有23个。受到香豆素抑制的DEG,共有50个。萌发12h时,受到香豆素促进的DEG,共有332个。受到香豆素抑制的DEG,共有756个。表明这些基因均参与到香豆素抑制种子发芽相关的调控中。主要涉及到碳水化合物代谢、氨基酸代谢、半乳糖代谢、植物次级代谢产物的生物合成以及植物激素信号传导等代谢通路。不同时段下,受到香豆素影响而导致基因表达量下调的关键酶为已糖激酶（HK）和β-葡萄糖甘酶,两者是氨基酸代谢和糖代谢中重要的限速酶。本研究中,外源香豆素处理下,藜麦种子萌发过程中糖代谢与氨基酸代谢均会受到显著影响,因此抑制萌发过程中氨基酸代谢和糖代谢可能是抑制藜麦种子萌发的基本机制。6、通过室内与田间试验对比,结果表明,外源香豆素对藜麦穗发芽具有良好的抑制作用。室内处理72h后,与空白组相比,籽粒与花被中香豆素含量分别提高到89.677±1.703mg/g和111.551±1.274mg/g,穗发芽抑制率

关键词：藜麦花被香豆素穗发芽

穗发芽程度对粳稻稻米品质和蛋白质组分的影响

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江苏农业学报 2019年第3期35卷 523-530页

作者：裘实卫平洋魏海燕葛佳琳韩超郭保卫徐栋胡蕾吴培张军贺文畅张洪程扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室/扬州大学农业部长江流域稻作技术创新中心/粮食作物现代产业技术协同创新中心江苏扬州225000 江苏省淮安市农业技术推广中心江苏淮安223000 安徽省凤台县农业技术推广中心安徽淮南232100

本研究以南粳9108、金粳818和常软06-2为试验材料,人工模拟水稻生育后期穗发芽条件,设置了破胸露白(处理一)和芽长3~5cm(处理二)2个发芽水平,以3个粳稻品种未作处理的样品作为对照(CK),研究穗发芽对稻米品质相关指标的影响。结果表明:(1... 详细信息

本研究以南粳9108、金粳818和常软06-2为试验材料,人工模拟水稻生育后期穗发芽条件,设置了破胸露白(处理一)和芽长3~5cm(处理二)2个发芽水平,以3个粳稻品种未作处理的样品作为对照(CK),研究穗发芽对稻米品质相关指标的影响。结果表明:(1)稻谷发芽显著影响稻米品质,特别是软米品种南粳9108,容易穗发芽且发芽后稻米品质劣变严重,其中,稻米加工品质随穗发芽程度加深显著下降。(2)外观品质随着穗发芽程度加深而显著变劣,同时,粒长、粒宽和长宽比均显著下降。(3)蒸煮食味品质和营养品质随穗发芽程度加深而降低,稻米直链淀粉含量和蛋白质含量呈下降趋势而胶稠度呈现破胸前先上升而后下降的趋势。食味值随稻谷发芽程度加深而降低,这与加工品质和外观品质的变化趋势一致。各处理的RVA谱特征值中,峰值黏度、热浆黏度、崩解值和最终黏度均呈下降趋势。(4)各处理蛋白质组分中,随着穗发芽程度的增加,谷蛋白含量降低,醇溶蛋白含量增加,籽粒谷醇比呈现下降趋势。这说明穗发芽对籽粒淀粉结构和蛋白质结构的劣化破坏,大幅度降低了优质食味稻米的稻米品质,对稻米的优质生产造成了严重的危害。

关键词：穗发芽优质稻米稻米品质 RVA 蛋白组分分析

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