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林木超低温保存研究进展

世界林业研究 2024年

作者：蒲籽言胡继文王军辉许洋安三平王丽芳许娜朱天擎北京林业大学林学院中国林业科学研究院林业研究所国家林业和草原局林木培育重点实验室国家林木种质资源平台林木遗传育种全国重点实验室中国林业科学研究院甘肃省小陇山林业科学研究所甘肃省次生林培育重点实验室

林木超低温保存是长期高效储存林木种质资源的重要技术，能使细胞代谢和分裂处于停滞状态，有效减少遗传变异风险，利于保持遗传特性。在林木遗传育种中，超低温保存与体细胞胚胎发生技术相结合能有效缩短育种周期。因此，深入了解影响... 详细信息

林木超低温保存是长期高效储存林木种质资源的重要技术，能使细胞代谢和分裂处于停滞状态，有效减少遗传变异风险，利于保持遗传特性。在林木遗传育种中，超低温保存与体细胞胚胎发生技术相结合能有效缩短育种周期。因此，深入了解影响林木超低温保存效率的因素及其机理具有重要意义。文中基于国内外林木超低温保存研究，阐述了外植体类型、基因型、预处理、超低温保存方法和解冻温度对超低温保存效率的影响，分析了植物细胞在超低温保存过程中涉及的渗透胁迫、毒性伤害、氧化胁迫、冰晶形成、低温胁迫和甲基化表观遗传修饰，并对未来林木超低温保存深入研究进行展望，以期为林木超低温保存方法改良和机理研究提供参考和借鉴。

关键词：林木超低温保存研究进展

杨属派间5个种特异性InDel引物及在派间杂交子代鉴别中的应用

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林业科学 2024年第2期60卷 78-86页

作者：戴晓港韩峭子尹佟明林木遗传育种全国重点实验室、南方现代林业协同创新中心、林木遗传与生物技术教育部重点实验室、江苏省林木遗传和高效培育重点实验室、南京林业大学林学院南京210037

【目的】远缘杂交可以实现有利基因的聚合,是种质创新的重要手段。杨属有些派间杂交困难,且杂交子代从形态学难以区分,本研究开发杨属不同派间的特异性引物,为派间杂交创制新种质的真实性鉴定提供技术支撑。【方法】利用在美洲黑杨和小... 详细信息

【目的】远缘杂交可以实现有利基因的聚合,是种质创新的重要手段。杨属有些派间杂交困难,且杂交子代从形态学难以区分,本研究开发杨属不同派间的特异性引物,为派间杂交创制新种质的真实性鉴定提供技术支撑。【方法】利用在美洲黑杨和小叶杨中种特异性InDel位点设计引物,并利用SeqHunter2依次比对胡杨、山杨、小叶杨和大叶杨基因组,再用杨属5个派的自然群体材料进行种内保守及种间多态引物的试验验证,筛选出杨属不同派的特异性引物序列,对杨属不同派间杂交子代进行真实性鉴别。【结果】将从美洲黑杨基因组设计的5000对InDel引物依次分别比对胡杨、山杨、小叶杨和大叶杨基因组,最后筛选出341对引物在上述5个种中是通用的。从不同染色体上共选取48对引物并合成,利用5个树种各1个DNA检测得到43对引物是通用的,其中19对引物在不同种中扩增条带单一且存在差异。利用自然群体混合DNA对试验验证的19对通用引物进行种间多态性和种内保守性检测,初步获得4对多态性引物。最后再用自然群体DNA对这4对引物进行扩增检测,发现引物Chr12_4341229和Chr13_10582756在美洲黑杨、小叶杨、山杨、大叶杨和胡杨中均只能扩增出一个位点,引物Chr12_4341229扩增条带分别为148、152、113、152和159 bp,引物Chr13_10582756扩增条带分别为140、144、116、140和159 bp。利用上述2对引物对小胡杨2号、黑胡杨和黑小杨进行鉴定,发现所有杂交子代个体均能检测它们2个亲本的特征带。引物Chr12_4341229和Chr13_10582756一起使用,可以用于美洲黑杨、小叶杨、山杨、大叶杨和胡杨任意组合杂交子代的真实性鉴别。【结论】本研究获得了杨属5个派间的5个种的特异性InDel引物2对,可以有效地进行杨属不同派5个种之间任意组合种间杂交子代的真实性鉴别,为进一步开展杨树派间杂交创制新种质提供了技术支持。

关键词：杨属远缘杂交物种特异性引物种间杂交分子鉴别

簸箕柳×三蕊柳种特异性KASP标记开发及种间杂交子代鉴别

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林业科学 2024年第4期60卷 119-126页

作者：戴晓港魏铭辰林木遗传育种全国重点实验室、南方现代林业协同创新中心、林木遗传与生物技术教育部重点实验室、江苏省林木遗传和高效培育重点实验室、南京林业大学林学院南京210037

【目的】开发簸箕柳和三蕊柳种特异性KASP引物,为开展簸箕柳和三蕊柳杂交选育速生、抗虫新种质的真实性鉴定提供参考。【方法】利用簸箕柳和三蕊柳重测序数据,开展全基因组SNP位点分析,筛选出种特异性的SNP位点并设计KASP引物,利用SeqHu... 详细信息

【目的】开发簸箕柳和三蕊柳种特异性KASP引物,为开展簸箕柳和三蕊柳杂交选育速生、抗虫新种质的真实性鉴定提供参考。【方法】利用簸箕柳和三蕊柳重测序数据,开展全基因组SNP位点分析,筛选出种特异性的SNP位点并设计KASP引物,利用SeqHunter2检测设计引物在簸箕柳中的通用性,并利用簸箕柳和三蕊柳自然群体材料对合成的引物进行实验验证,筛选出簸箕柳和三蕊柳种特异性KASP引物,并对它们的杂交子代进行真实性鉴别。【结果】将三蕊柳和簸箕柳重测序的数据比对到三蕊柳基因组,共获得个6598144个SNPs。经过筛选,最终在簸箕柳中检测到674144个和三蕊柳相比为纯合突变的位点。从每条染色体上随机选取100个位点用于KASP引物设计,在1900个SNPs位点中,750个SNP位点可以成功设计出KASP引物。从每条染色体上选取2组,共选取38组引物,通过SeqHunter2检测得到11组引物在簸箕柳中是通用的。利用簸箕柳和三蕊柳自然群体DNA对合成的10组通用引物进行种内保守和种间差异性检测,获得4组在簸箕柳、三蕊柳和种间杂交子代中聚类明显的引物。引物Stri08_82809、Stri14_11602、Stri14_12274和Stri17_10731在簸箕柳自然群体中分别扩增出纯合G/G、T/T、A/A和T/T位点,在三蕊柳自然群体分别扩增出纯合A/A、C/C、G/G和C/C位点,而在真实杂交子代中分别扩增出G/A、T/C、A/G和T/C杂合位点。利用上述4组引物对簸箕柳×三蕊柳的杂交子代进行鉴定,发现在31个杂交子代中,29个个体扩增出杂合位点,说明同时遗传了2个亲本的特征位点,为真实的种间杂交子代。有2个个体扩增的位点为纯合且和母本相同,说明这2个子代为簸箕柳花粉污染的子代。【结论】本研究获得了簸箕柳和三蕊柳种间特异性KASP标记4组,可以准确快速的开展簸箕柳和三蕊柳种间杂交子代的真实性鉴别,为进一步簸箕柳和三蕊柳种间杂交及回交创制抗虫新品种提供了技术支持。

关键词：簸箕柳三蕊柳种间杂交物种特异性KASP引物种间杂交分子鉴别

洋葱伯克霍尔德菌菌株JLS17对Cd^(2+)胁迫的生长及代谢响应机制

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林业科学 2024年第8期60卷 152-163页

作者：李仰龙魏书蒙陈详腾董玉红厚凌宇焦如珍林木资源高效生产全国重点实验室、国家林业和草原局林木培育重点实验室、中国林业科学研究院林业研究所北京100091

【目的】探究1株植物促生菌洋葱伯克霍尔德菌菌株JLS17对Cd^(2+)的耐受与去除能力以及在Cd^(2+)胁迫下的代谢响应,以期为菌株在土壤镉污染修复的应用提供基础理论依据,并为阐明具有抗镉功能分子与代谢途径的挖掘及微生物Cd^(2+)耐受机... 详细信息

【目的】探究1株植物促生菌洋葱伯克霍尔德菌菌株JLS17对Cd^(2+)的耐受与去除能力以及在Cd^(2+)胁迫下的代谢响应,以期为菌株在土壤镉污染修复的应用提供基础理论依据,并为阐明具有抗镉功能分子与代谢途径的挖掘及微生物Cd^(2+)耐受机制提供数据支撑。【方法】通过测定含不同Cd^(2+)浓度培养液的吸光度(OD600)值评价菌株对Cd^(2+)的耐受性,利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定菌株对LB培养基中Cd^(2+)的去除效果,采用非靶向代谢组学技术(LC-MS)分析菌株在Cd^(2+)胁迫下的差异代谢物与代谢途径。【结果】1)不同程度的Cd^(2+)胁迫(50~800 mg·L^(−1))均对菌株JLS17的生长速率及生物量增长(OD600)有明显的抑制作用,且抑制作用随Cd^(2+)浓度的升高而不断加剧。2)菌株JLS17对LB培养基中Cd^(2+)的去除量随Cd^(2+)浓度的提高(10~100 mg·L^(−1))而增加,最高去除量可达55.90 mg·L^(−1),但去除率受Cd^(2+)浓度影响相对较小,维持在41.9%~66.0%。3)LC-MS分析结果表明,菌株JLS17在50 mg·L^(−1)和300 mg·L^(−1)的Cd^(2+)浓度胁迫处理下,共有147种差异代谢物表达趋势一致,其中92种共性上调,55种共性下调,主要涉及氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、脂质、有机酸及其衍生物、萜类、酮类、生物碱等。KEGG富集分析结果表明,菌株JLS17在50 mg·L^(−1)和300 mg·L^(−1)的Cd^(2+)浓度胁迫处理下显著富集的共有代谢通路为嘧啶代谢、氨基苯甲酸酯降解、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、色氨酸代谢、β-丙氨酸代谢、叶酸的生物合成与磷酸戊糖途径,其中嘧啶代谢、色氨酸代谢、磷酸戊糖途径共性下调,叶酸的生物合成共性上调。【结论】1)菌株JLS17对Cd^(2+)胁迫具有极强的适应性,并能有效去除LB培养基中的Cd^(2+),在镉污染修复中具有良好的应用潜力。2)菌株JLS17在Cd^(2+)胁迫下可通过氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、脂质等代谢物含量变化影响体内的代谢途径,其中色氨酸代谢、β-丙氨酸代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、嘧啶代谢、磷酸戊糖途径、叶酸的生物合成等代谢途径与JLS17的Cd^(2+)耐受性密切相关。

关键词：镉污染植物促生菌耐受机理重金属吸附代谢组

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基于树冠重叠面积的天然混交林林木竞争指数

生态学报 2024年第5期44卷 2057-2068页

作者：廉琪张弓乔萨日娜卢彦磊刘文桢胡艳波赵中华中国林业科学研究院林业研究所林木资源高效生产全国重点实验室国家林业和草原局林木培育重点实验室北京100091 甘肃省小陇山林业试验局林业科学研究所甘肃省栎类次生林生态系统重点实验室天水741022

构建基于树冠重叠面积和林木混交关系的竞争指数,探究天然混交林林分及主要树种竞争的表达方法,并以甘肃省小陇山林区锐齿槲栎天然混交林为研究对象,采用胸径、树高、冠幅、距离等信息的2期调查数据,对新构建的基于树冠重叠面积的天然... 详细信息

构建基于树冠重叠面积和林木混交关系的竞争指数,探究天然混交林林分及主要树种竞争的表达方法,并以甘肃省小陇山林区锐齿槲栎天然混交林为研究对象,采用胸径、树高、冠幅、距离等信息的2期调查数据,对新构建的基于树冠重叠面积的天然混交林林木竞争(CIM)指数进行验证,并选取Spearman系数,对CIM竞争指数和传统竞争指数进行相关性分析。结果表明,采用树冠投影重叠和考虑树高关系确定竞争木的方法能有效避免竞争木多选或漏选;CIM1、CIM2、CIM3能够表达出混交林竞争压力变化,表现出竞争压力越大林木蓄积生长量越小的趋势,将树种混交因子引入竞争指数能够提高蓄积生长量与竞争指数的相关性,更加客观的描述林分中竞争状况。竞争指数与蓄积生长量相关性由大到小排序为CIM2>CIM3>CIM1>Bella竞争指数(CIO)>简单竞争指数(CI)>CIO_(2)>CIO1,表明竞争指数CIM2对混交林竞争表达更具参考意义。林分中主要树种锐齿槲栎由于相邻木中同树种相邻木增加,导致竞争压力增大。天然混交林中树种组成复杂多样,林木分布不均匀,在竞争指数中引入树种混交因子能够较为真实的反映林木竞争状况。

关键词：竞争指数锐齿槲栎天然混交林树冠重叠面积

关于我国林木育种向智能分子设计育种发展的思考

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北京林业大学学报 2024年第3期46卷 1-7页

作者：康向阳林木遗传育种全国重点实验室林木花卉遗传育种教育部重点实验室城乡生态环境北京实验室北京林业大学生物科学与技术学院北京 100083

“作物育种4.0”的提出,为我国林木遗传育种指明了向智能分子设计育种发展的前进方向。本文提出了理想品种的概念及其智能设计实现条件,简要综述了我国林木遗传育种研究历史以及存在的问题,并提出了推动我国林木智能分子设计育种的发展... 详细信息

“作物育种4.0”的提出,为我国林木遗传育种指明了向智能分子设计育种发展的前进方向。本文提出了理想品种的概念及其智能设计实现条件,简要综述了我国林木遗传育种研究历史以及存在的问题,并提出了推动我国林木智能分子设计育种的发展对策等。林木遗传育种应该瞄准国家林业重大需求,有组织地选择重要树种系统布局,在推动树种高世代遗传改良及其利用的同时,准备系谱关系清晰的育种资源群体,做到等位变异有迹可循;解析重要性状遗传变异规律及其调控网络,实现基因调控有据可查;建立高效的多组学大数据整合分析以及育种群体构建、亲本选配和后代选择等分子设计育种技术方法体系,保证智能育种有“法”可依等。逐步解决我国林木遗传育种中存在的问题,为实施林木智能设计育种创造理想条件。在每一育种世代品种向理想品种选育的推进过程中,尽可能将智能分子设计育种的最新理论和技术成果应用于育种实践,选育出高产、优质、高抗的当前世代理想品种,满足国家林业发展的现实需要。

关键词：林木育种理想品种常规育种智能分子设计育种育种发展对策

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盐胁迫对核桃幼苗解剖结构和营养元素的影响

生态学报 2024年第15期44卷 6795-6810页

作者：唐佳莉姬新颖李敖郑旭张俊佩林木遗传育种全国重点实验室国家林业和草原局林木培育重点实验室中国林业科学研究院林业研究所北京100091

为揭示盐胁迫下不同核桃基因型的适应机制及耐盐性差异,筛选耐盐性较强的种资资源,研究了盐胁迫下3种不同基因型核桃幼苗叶、根解剖结构和营养元素的变化。以北加州黑核桃(J1)、杂种核桃‘中宁异’(J2)、‘新新2号’核桃(J3)一年生实生... 详细信息

为揭示盐胁迫下不同核桃基因型的适应机制及耐盐性差异,筛选耐盐性较强的种资资源,研究了盐胁迫下3种不同基因型核桃幼苗叶、根解剖结构和营养元素的变化。以北加州黑核桃(J1)、杂种核桃‘中宁异’(J2)、‘新新2号’核桃(J3)一年生实生幼苗为材料,在盆栽条件下进行NaCl胁迫(0、50、100、200 mmol/L),研究幼苗叶、根解剖结构和Na、K、Ca、Mg、Fe、Cu、Zn含量的变化及其吸收、运输和分配特征。结果表明:盐胁迫下,J1的叶片、上表皮、下表皮、栅栏组织和海绵组织的厚度、根维管束直径下降;J2的叶片、上表皮、下表皮、栅栏组织、海绵组织和皮层的厚度、栅海比、组织紧密度、维管束和导管的直径、皮层厚度占径比随盐浓度的增加呈先增加后降低趋势;盐处理下,J3的叶片、下表皮、栅栏组织的厚度、栅海比、皮层厚度占径比下降。随盐浓度的增加,Na含量呈上升趋势,在200 mmol/L下大幅度增加,J1、J2、J3叶中Na增幅为412.00%、130.05%、577.08%;K、Ca、Mg、Fe、Cu、Zn的吸收受到盐胁迫影响,K/Na、Ca/Na、Mg/Na降低,其中J2叶的K/Na、Mg/Na降幅最小,营养元素转运能力高于J1和J3。核桃幼苗通过加强根输导组织对K、Ca、Mg的选择性吸收和运输能力,维持叶片的基本结构与功能,从而抵御盐胁迫。主成分分析与隶属函数相结合得出耐盐强弱依次为杂种核桃‘中宁异’>‘新新2号’核桃>北加州黑核桃。

关键词：盐胁迫核桃解剖结构营养元素 K/Na

盐胁迫下东部黑核桃生理生化与营养器官结构的动态响应

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果树学报 2024年第2期41卷 294-313页

作者：唐佳莉姬新颖郑旭李敖张俊佩林木遗传育种全国重点实验室·国家林业和草原局林木培育重点实验室·中国林业科学研究院林业研究所北京100091

【目的】研究盐胁迫下东部黑核桃生理生化与解剖结构的动态响应,探索适应盐胁迫的变化机制。【方法】以东部黑核桃实生幼苗为材料进行42 d的盆栽试验,对4个盐分梯度(0、50、100、200 mmol·L^(-1))下的生理生化与营养器官解剖结构的动... 详细信息

【目的】研究盐胁迫下东部黑核桃生理生化与解剖结构的动态响应,探索适应盐胁迫的变化机制。【方法】以东部黑核桃实生幼苗为材料进行42 d的盆栽试验,对4个盐分梯度(0、50、100、200 mmol·L^(-1))下的生理生化与营养器官解剖结构的动态变化特征进行比较,通过相关性和主成分分析明确幼苗的耐盐评价指标。【结果】盐胁迫下,相对含水量呈下降趋势,丙二醛、脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖、总黄酮、总多酚的含量以及超氧化物歧化酶、抗坏血酸过氧化物酶的活性总体上呈上升趋势;随着盐浓度和胁迫时间的增加,栅栏组织、根皮层、茎周皮、海绵组织、叶片的厚度呈先增加后降低的趋势;叶表皮、茎韧皮部、茎木质部、根周皮、根皮层的厚度,维管束、叶主脉、根的直径,组织结构疏松度,组织结构紧密度,栅海比,叶脉凸起度在不同的胁迫浓度和时间下呈不同的变化模式。盐胁迫下的解剖特征的主成分有差异,生理生化指标与解剖特征之间具有一定的相关性。【结论】东部黑核桃在盐胁迫下通过改变营养器官结构特征、提升渗透调节物质含量和抗活性氧物质活性等方式应对盐胁迫;栅海比、茎周皮、茎木质部、根粗可作为幼苗耐盐品种筛选的参考指标。

关键词：东部黑核桃盐胁迫营养器官解剖结构生理生化综合分析

NaCl胁迫下‘心文41号’核桃的生理响应及耐盐基因表达

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林业科学研究 2024年第5期37卷 105-115页

作者：郑旭李敖姬新颖聂瑞宁吴承勖唐佳莉张俊佩林木遗传育种全国重点实验室、国家林业和草原局林木培育重点实验室、中国林业科学研究院林业研究所北京100091

[目的]旨在研究不同NaCl胁迫条件下‘心文41号’(Juglans cordiformis‘Xinwen No.41’)核桃幼苗的生理特性及离子转运、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联信号基因表达的响应差异。[方法]采取盆栽控盐的方法,选择长势一致的‘心文41号’核... 详细信息

[目的]旨在研究不同NaCl胁迫条件下‘心文41号’(Juglans cordiformis‘Xinwen No.41’)核桃幼苗的生理特性及离子转运、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联信号基因表达的响应差异。[方法]采取盆栽控盐的方法,选择长势一致的‘心文41号’核桃幼苗作为试验对象,设置100、150、200 mmol·L^(-1)3个NaCl浓度进行处理,同时以清水作为对照组(CK)。经过20 d的胁迫处理,对幼苗的表型、光合等指标进行了测定,通过非损伤微测技术(NMT)评估了根系Na^(+)、K^(+)、H^(+)通量。提取叶片和根部的RNA测定MAPK级联信号传导和离子转运相关基因的表达。通过冗余分析(RDA)探究了生理指标与基因表达之间的相关性,旨在揭示心形核桃幼苗对盐胁迫调节机制的反应特征。[结果]随着NaCl浓度增加,心形核桃幼苗的根系体积和总生物量显著减少,叶片出现枯黄和萎蔫现象。光合生理参数(净光合速率、蒸腾速率和气孔导度)呈下降趋势,胞间CO_(2)浓度逐渐增加。叶片和根系中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性,脯氨酸(Pro),丙二醛(MDA)和过氧化氢(Hydrogen peroxide,H_(2)O_(2))含量均出现不同程度的增加,根系中Na^(+)含量显著积累,随盐浓度增加其外排趋势明显,叶片中K^(+)外排和H^(+)内流以维持胞内渗透势的稳态。耐盐相关基因质膜Na^(+)/H^(+)逆向转运体(Salt Overly Sensitive,SOS1)在叶片表达量高于根系,液泡膜Na^(+)/H^(+)逆向转运体1(NHX1)呈先上调后下调的趋势,且液泡H^(+)-ATPase c亚基(VHA-C1)在根系中显著上调。在100 mmol·L^(-1)NaCl浓度胁迫下,WRKY65(WRKY transcription factor 65)、MKK9(Mitogen-activated protein kinase kinase 9)和MPK3(Mitogen-activated protein kinase 3)基因的表达呈上升趋势,且叶片中的表达量显著高于根系。[结论]NaCl胁迫条件下,心形核桃根系受胁迫影响大于叶片,JrSOS1、JrNHX1、JrNHX2与抗盐能力密切相关,是作为抵御盐胁迫的关键基因。

关键词：心形核桃 NaCl胁迫基因表达非损伤微测技术冗余分析

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