杂粮作物育种专题

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1. 基于主成分分析和隶属函数法的谷子营养品质综合评价

张爱琴, 郭斌, 柳利龙, 李旭华, 王青, 徐瑞, 张环

河南农业科学 2025, 54 (1): 28-39. DOI: 10.15933/j.cnki.1004-3268.2025.01.004

摘要（1631）

PDF （4001KB）（126）

为了探究甘肃省中部地区不同谷子品种营养成分含量特征，建立谷子营养品质评价体系，筛选营养品质优良的谷子品种，以甘肃省白银市会宁县种植的10个谷子品种为研究对象，测定基本营养成分（水分、灰分、碳水化合物、蛋白质、粗脂肪、淀粉、直链淀粉、支链淀粉含量及直链淀粉/支链淀粉）、功能营养成分（黄酮、总酚和粗多糖含量）和矿物元素（Zn、Mn、Cu、Fe、Ca、Mg、Se含量）等19个营养品质指标，采用主成分分析和隶属函数法对谷子营养品质进行综合评价。结果表明，10个谷子品种中，除水分含量外，其他18个营养成分含量存在显著差异，变异系数介于1.58%~103.46%，说明不同谷子品种单一营养品质指标间的差异较大。通过主成分分析、相关性分析和聚类分析确定了蛋白质、直链淀粉、粗多糖、镁（Mg）、硒（Se）和锌（Zn）含量可作为评价谷子营养品质的核心指标。基于主成分分析建立了谷子营养品质评价模型，并依据营养品质综合得分获得排名前3位的谷子品种分别为陇谷23（M-8）、陇谷029（M-10）、陇谷032（M-9），与隶属函数法评价结果一致，说明这3个谷子品种营养品质较好；聚类分析将10个谷子品种分为3类，其中第Ⅱ类包括M-8和M-9，营养品质表现优异。

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2. 谷子品种光合性能综合评价及高光效品种筛选

闫锋, 董扬, 赵富阳, 侯晓敏, 李清泉, 王立达, 李青超, 刘洋, 张磊, 刘凯

河南农业科学 2024, 53 (5): 40-48. DOI: 10.15933/j.cnki.1004-3268.2024.05.005

摘要（1458）

PDF （1323KB）（353）

采用大田试验，对37个谷子品种的光合指标［胞间CO₂浓度(X₁)、蒸腾速率(X₂)、气孔导度(X₃)、净光合速率(X₄)、瞬时水分利用效率(X₅)]、叶片形态指标［叶面积(X₆)、叶干质量(X₇)、比叶质量(X₈)]进行测定，运用模糊隶属函数、主成分分析、相关分析和聚类分析对谷子品种的光合性能进行综合评价，筛选高光效品种，并采用逐步回归分析建立光合性能预测回归方程，为高光效谷子种质筛选及利用提供参考。结果表明，37个谷子品种的光合指标和叶片形态指标在品种间存在较大差异，CV 在3.41%~33.94%，气孔导度的CV 最大（33.94%），比叶质量的CV 最小（3.41%）。相关分析结果表明，胞间CO₂浓度与蒸腾速率、净光合速率均呈极显著负相关；蒸腾速率与净光合速率呈极显著正相关；瞬时水分利用效率与蒸腾速率呈极显著负相关，与净光合速率呈显著负相关；叶面积与叶干质量呈极显著正相关。利用主成分分析将8个指标转化为3个独立的综合指标，蒸腾速率、净光合速率可作为谷子光合性能鉴定的评价指标。通过聚类分析，将37个谷子品种划分为3类（高光效、中等光效、低光效），筛选出嫩选22、大同25、公谷88、燕谷18、晋谷20、蒙丰7号、陇谷13、公谷75等8个高光效品种，可作为高光效育种亲本材料加以利用。利用逐步回归分析方法建立了谷子光合性能评估回归模型(D=-1.391 984 196+0.000 619 787 003 4X₁+0.051 519 289 48X₂+0.674 399 672 2X₃+0.013 844 082 338X₄+0.058 230 284 78X₅+0.003 403 878 541X₆+0.051 881 997 92X₈）。

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3. 磷肥施用深度对谷子根系分布、氮素吸收利用和产量的影响

朱灿灿, 付森杰, 秦娜, 王春义, 代书桃, 宋迎辉, 魏昕, 李君霞

河南农业科学 2023, 52 (12): 22-30. DOI: 10.15933/j.cnki.1004-3268.2023.12.003

摘要（1563）

PDF （1455KB）（467）

采用大田试验，设置5 cm(P5)、10 cm(P10)、15 cm(P15)和20 cm(P20)4个磷肥施用深度，以不施磷肥为对照(CK)，研究磷肥施用深度对谷子根系分布、干物质积累和转运、氮素吸收利用、产量的影响，以期为谷子生产上磷肥的高效利用提供理论基础。结果表明，适当的磷肥施用深度能促进谷子根系生长，提高根长、根表面积和根干质量，整体表现为P15>P10>P5>P20>CK；随着磷肥施用深度的增加，深层土壤中谷子的根长、根表面积和根干质量增加，在20~40 cm土层表现为P20>P15>P10>P5>CK。适当的磷肥深施可以促进谷子干物质积累和转运，相较于P5处理，P10、P15和P20处理成熟期干物质积累量分别提高4.60%、10.29%和0.92%，干物质转移率分别提高6.49%、10.06%和- 20.13%。磷肥深施提高了根系对深层土壤中氮素的吸收和利用，深层土壤尤其是20~40 cm土层中的有效氮含量较P5处理显著降低，P10、P15、P20处理成熟期谷子总氮积累量分别较P5处理提高3.91%、17.85%、5.31%，氮素吸收效率分别提高5.88%、19.12%、7.35%，氮肥偏生产力分别提高18.95%、32.88%、-1.26%。适当的磷肥深施可以提高穗粒质量、产量和收获指数，均表现为P15>P10>P5>P20>CK，P10、P15处理产量分别较P5处理提高18.98%、32.86%，P20处理较P5处理减产1.27%。综上，15 cm为最优磷肥施用深度，可促进谷子根系生长及下扎，提高根系对土壤中氮素的吸收和利用，促进干物质积累及转运，相较于磷肥5 cm浅施增产32.86%。

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4. 不同基因型甘薯块根自然富集元素能力的差异性

陈涵, 胡慧云, 程建峰, 黄英金, 毛晓嵘, 徐小明, 曾研华

河南农业科学 2023, 52 (7): 24-39. DOI: 10.15933/j.cnki.1004-3268.2023.07.003

摘要（1207）

PDF （1286KB）（582）

分析了16个不同用途甘薯基因型块根中的铁、锌、硒、镁、镉、铬、铅、汞和砷元素含量，并利用模糊隶属函数法、熵权优劣解距离法和模糊综合评判法对不同基因型甘薯块根的自然富集元素能力进行综合评价，从而阐明不同基因型甘薯块根自然富集元素能力的差异，明确高富集有益元素和低富集有害元素的甘薯基因型，为高产优质营养安全甘薯品种的遗传改良和生产种植提供理论依据及实践指导。结果表明，不同基因型甘薯的块根产量存在巨大差异，鲜食型和淀粉型甘薯基因型间均存在显著或极显著差异，且淀粉型甘薯基因型间的产量差异大于鲜食型甘薯。无论是相同基因型甘薯块根中的不同有益和有害元素含量及累积量间还是不同基因型甘薯块根中的相同有益和有害元素含量及累积量间均存在显著或极显著差异。有益元素中，以镁含量及累积量最高，其次为铁，锌和硒较低；基因型间硒含量及累积量的差异最大，铁次之，锌和镁较小。有害元素中，以铬含量及累积量最高且基因型间差异最大，镉和砷次之。甘薯用途类型与元素含量及积累量存在一定的关系，鲜食型甘薯中的镁和镉含量及累积量普遍比淀粉型高，铁、硒和砷含量及累积量普遍比淀粉型低，而锌和铬含量及累积量基本无差异。不同基因型甘薯块根自然富集元素能力（含量及累积量）存在明显差异，与评价指标及其权重有关。综合分析显示，不同甘薯块根富集元素能力可分为高、中和低3类，高富集能力的2个基因型依次是赣薯203和赣K06，中富集能力的4个基因型依次是普薯32、赣薯3号、济薯25、湛薯16，其他10个基因型为低富集能力基因型。

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5. 基于主成分、灰色关联和DTOPSIS 分析的176份糯高粱种质资源综合评价

吴国江, 周伟, 余忠浩, 李岩, 吕静波, 王振国, 周亚星

河南农业科学 2023, 52 (5): 40-51. DOI: 10.15933/j.cnki.1004-3268.2023.05.006

摘要（1503）

PDF （1325KB）（274）

为筛选出适宜在西辽河平原推广利用的优质糯高粱种质资源，对176份糯高粱种质资源的16个主要农艺性状进行分析，并采用主成分分析法、灰色关联度法和DTOPSIS法3种分析方法相结合进行综合评价。结果表明，176份糯高粱种质资源主要农艺性状的变异系数介于6.69%~47.84%，各性状指标间总体上存在显著或极显著相关性。通过主成分分析，将176份糯高粱种质资源的16个主要农艺性状综合成为了9个相互独立的综合指标（主成分），这9个主成分的累计贡献率达87.169%。基于主成分分析法求出的综合评价得分、根据灰色关联度法求出的加权关联度、根据DTOPSIS法求出的相对贴近度分别筛选出排名前30的种质资源，并结合这3种方法进行综合评价，从176份参试种质资源中选出了10份综合性状优良的种质资源，分别为QNR、9705、2011-30、忻粱52、102A、护脖矬P4、Jan-88、9701、0657、4126，为西辽河平原地区糯高粱品种选育奠定了基础。

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6. 基于原生质体的谷子CRISPR/Cas9 基因编辑系统优化

刘光宇, 徐晓静, 夏科科, 孙海汐, 陶月如, 崔震, 顾颖

河南农业科学 2022, 51 (1): 34-42. DOI: 10.15933/j.cnki.1004-3268.2022.01.005

摘要（1728）

PDF （1847KB）（1220）

为了优化和筛选谷子中高效的CRISPR/Cas9（Clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISRP‐associated nuclease 9）基因编辑系统，针对谷子八氢番茄红素脱氢酶基因（SiPDS）设计6种gRNA（gRNA1—gRNA2针对外显子1，gRNA3—gRNA6针对外显子12），构建多种CRISPR/Cas9基因编辑系统，通过聚乙二醇（PEG）介导的方法转入谷子原生质体中，然后利用开发的大规模平行测序技术快速检测它们对SiPDS 的突变效率。结果表明，采用7 d谷子黄化苗幼茎建立的原生质体转化系统的转化效率较高，为50.44%～57.36%。将Super启动子（SP）、谷子内源的泛素启动子（Ubi）分别驱动Cas9 基因的基因编辑系统转入谷子原生质体中，发现两者对SiPDS 基因的突变效率分别为0.5%、5.5%。随后采用Ubi启动子驱动Cas9 基因，比较单一gRNA、双gRNA和tRNA结构的基因编辑系统对SiPDS 基因的突变效率，发现双gRNA 基因编辑系统Ubi-dgRNAE1和Ubi-dgRNAE12的突变效率分别较单一gRNA基因编辑系统提高了1.66倍和1.11倍；tRNA基因编辑系统Ubi-tRNA的突变效率较单一gRNA基因编辑系统提高了5.87倍，为51.24%，且Ubi-tRNA 可同时针对多个位点进行编辑，其多位点突变频率为3.23%。比较gRNA3、gRNA4、gRNA5体外转录产物分别与Cas9蛋白混合制成的核糖核蛋白（RNP）复合物的体外切割活性，发现RNP-gRNA5复合物体外切割活性最高，其对SiPDS 基因的突变效率是2.0%，并且引起的突变类型主要为小于3 bp的缺失。

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7. 利用WGCNA鉴定甘薯耐盐相关共表达网络及核心基因

张毅, 吴万亿, 刘霞宇, 张洁, 唐锐敏, 贾小云

河南农业科学 2021, 50 (6): 16-27. DOI: 10.15933/j.cnki.1004-3268.2021.06.003

摘要（1681）

PDF （6924KB）（577）

为了挖掘甘薯耐盐基因，利用不同盐胁迫时间甘薯根系的转录组数据，选取在样本间表达量变异最大的前50%基因(共32 147个)，进行加权基因共表达网络分析（Weighted gene co-expression network analysis,WGCNA）。结果表明，共构建了20个基因共表达模块，从中筛选出6个与甘薯盐胁迫相关的特异性基因共表达模块。其中，Green模块和Red模块与盐胁迫48 h正相关，Black模块和Yellow模块与盐胁迫12 h正相关；Midnightblue模块和Magenta模块与盐胁迫 48 h负相关。选取4个与盐胁迫正相关的特异性模块进行深入分析，GO功能富集分析结果表明，4个与盐胁迫正相关的特异性模块主要显著富集到跨膜运输、水杨酸刺激的细胞反应、非生物刺激的反应及高渗响应等多个耐盐相关条目。分别计算模块内基因的模块关系值，发现bHLH115（Basic helix-loop-helix 115）、HAK5（High affinity K⁺transporter 5）、NAGS2（N-acetyl-L-glutamate synthase 2）、DUF699（GNAT acetyltransferase）、TLP5（Tubby like protein 5）等是模块的核心基因，功能预测发现这些基因可能在逆境胁迫响应中发挥重要作用。通过构建核心基因的互作网络，发现FAR1(Far-red-impairedresponse 1)、NAC［NAM（no apical meristem），ATAF1（Arabidopsis transcription activation factor 1），ATAF2，CUC2（cup-shaped cotyledon 2）］基因家族NAC2、HsfB2a（Heat shock transcription factor B2a）等基因与核心基因互作关系较强，为进一步研究甘薯耐盐的分子机制提供了新思路。

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