Development of SSR primers from EST sequences and their application in germplasm identification of Porphyra lines (Rhodophyta)

This paper reports the development of SSR markers from EST data and their utilization in germplasm identification of Porphyra. The publicly available EST (expressed sequence tag) sequences of Porphyra were searched from the Internet (www.kazura.or.jp/en/plant/porphyra/EST/). From a total of 20,779 obtained EST sequences, 391 SSRs (simple sequence repeats) were analysed with SSRIT software (www.gramene.org/db/searches/ssrtool). From those, 48 SSR primer-pairs were designed and tested by commonly used SSR reaction conditions using 22 Porphyra DNA samples as templates. Results showed that 41 SSR primer-pairs gave good amplification patterns. These were used to conduct SSR analyses of genetic diversity and variety identification of the 22 Porphyra lines. A dendrogram and the DNA fingerprints of the Porphyra lines were developed based on the obtained SSR data.

Genetic transformation in Kappaphycus alvarezii using micro-particle bombardment: a potential strategy for germplasm improvement

This study investigated the delivery of a SV40 promoter driving lacZ gene into cells of Kappaphycus alvarezii using particle bombardment. Thallus pieces 0.5-0.8 mm in diameter and 1 cm in length were prepared as gene recipients. Bombardment parameters of 450 psi (rupture pressures) x 6 cm (particle travel distances), 650 psi x 6 cm, 1,100 psi x 6 cm and 1,100 psi x 9 cm were used. A significant increase in transformation efficiency from about 33% under the rupture pressure of 450 psi to 87% at 650 psi was observed in transformed thalli. Most of the positive cells appeared in epidermal cells bombarded at 450 psi, whereas positive signals were seen in both epidermal and medullary cells at 650 psi. No positive transient expression was detected at a bombardment of 1,100 psi, or in negative or blank controls. For the conditions tested, the best parameter was obtained at 650 psi at a distance of 6 cm. Thus, the strategy of taking vegetative thalli as recipients, using particle bombardment, and combining this with micro-propagation, together with developing an in vivo selectable marker, is a viable way to produce stable transformants, to eliminate chimeric expression, and to achieve transgenic breeding in K. alvarezii.

The genetic analysis and germplasm identification of the gametophytes of Undaria pinnatifida (Phaeophyceae) with RAPD method

Eleven pairs of Undaria pinnatifida (Harv.) Suringar gametophytes were identified with random amplified polymorphic DNA (RAPD) technique. After screening 100 primers, 20 ten-base primers were determined for the RAPD analysis. A total of 312 polymorphic loci were obtained, of which 97.7% were polymorphic. The primer S198 was found to distinguish all the selected Undaria pinnatifida gametophytes. The genetic distances between each two of the twenty-two U. pinnatifida gametophytes ranged from 0.080 to 0.428, while the distances to the Laminaria was 0.497 on average. After reexamination, two sequences characterized amplification region (SCAR) markers were successfully converted, which could be applied to U. pinnatifida germplasm identification. All these results demonstrated the feasibility of applying RAPD markers to germplasm characterization and identification of U. pinnatifida gametophytes, and to provide a molecular basis for Undaria breeding.

Cytological and Molecular Identification of Alien Chromatin in Giant Spike Wheat Germplasm

Alien chromosomes of twelve giant spike wheat germplasm lines were identified by C-banding, genomic in situ hybridization (GISH), sequence characterized amplified region (SCAR), and random amplified polymorphic DNA (RAPD). All lines showed a chromosome number of 2n = 42, five of them carried both a pair of wheat-rye (Triticum aestivum-Secale cereal) 1BL/1RS translocation chromosomes and a pair of Agropyron intermedium (Ai) chromosomes, three carried a pair of Ai chromosomes only, three others carried a pair of 1BL/1RS chromosomes only, and one carried neither 1BL/1BS nor Ai chromosome. Further identification revealed that the identical Ai chromosome in these germplasm lines substituted the chromosome 2D of common wheat (Triticum aestivum L.), designated as 2Ai. The genetic implication and further utilization of 2Ai in wheat improvement were also discussed.

在异倍性水平多胚苗水稻的特征特性研究

通过无融合生殖方式固定水稻杂种优势是水稻育种中极具诱惑力的研究内容之一。自从1979年以来，我国水稻无融合生殖充种研究主要集中在筛选和鉴定水稻多胚苗材料。根据前人的研究结果，具有无融合生殖特性的植物大多数为多倍体。本试验以多胚苗水稻APIV及其衍生系为研究材料，在二倍体[APIV_((2))]、同源三倍体[APIV_((3))]和同源四倍体[APIV_((4))]水平，对其多个世代中的特征特性，其中包括形态学特征，遗传学和胚胎学特性进行了研究，旨在探讨在多倍性水平筛选水稻无融合生殖种质的可能性，获得如下主要研究结果： 1.在二倍体APIV_((2))的多个世代中，只发现单胚苗、双胚苗和三胚苗植株，多胚苗频率比较低(4.67～5.14%)，多胚苗性状的表达在一定程度上受到环境因素的影响，并且，多胚苗植株的成活率比较低(11.70～17.39%)，大部分多胚苗植株在三叶期之前死亡，这很可能与其胚乳的营养供应有关。根据APIV_((2))的多胚苗性状在多个自交世代和杂交世代中的表达特点，多胚苗性状不是显性性状，也不是隐性性状，而是一种比较特殊的数量性状。 2.胚胎学的研究结果表明，在APIV_((2))的2857个子房的胚囊中没有观察到与不定胚生殖有关的特异生殖现象;APIV_((2))在发生受精之前的胚囊构型包括正常蓼型胚囊（76.5%）、退化型胚囊（16.0%）和变异型胚囊（7.5%），在变异型胚囊中包括双卵卵器胚囊（86.7%）和三卵卵器胚囊（13.3%）;APIV_((2))的双受精与前人在正常二倍体水稻中所观察到的结果大致相符;在不同季节的颖花和同一季节同一稻穗的不同颖花内多卵和多胚苗频率存在着明显差异。 3.在同源四倍体水稻的诱导中对种芽进行预处理，促使其胚芽鞘明显伸长后再进行诱导处理是诱导成功的关键技术。在同源四倍体APIV_((4))的同一稻穗中强势颖花的多卵频率要明显地高于弱势颖花的多卵频率。在APIV_((4))去雄后的颖花中意外地观察到了单胚和双胚现象。同源四倍体水稻APIV_((4))的有性生殖能力明显变弱，在花药内正常花粉粒少而败育花粉粒多;在受精前正常胚囊数少而退化胚囊数比较多（36.0%）;花粉管进入胚囊的时间比较晚;双受精频率低而单受精频率高。 4.异倍性水稻间具有一定的可交配性，但其结实率比较低（0.20～-1.64%），通过常规杂交方法所获得的同源三倍体成活植株的频率更低（0.07%）。在湖南湘潭的秋季条件下同源三倍体水稻植株雄性完全败育，但有部分稻穗能结实（0.59%～7.71%)，由此可获得饱满种子和不饱满种子。 5.通过子房培养可以获得异倍性水稻间杂种植株。在APIV_((4))/APIV_((2))杂交组合的子房培养中出现了一株双胚苗;同源三倍体成活植株的获得率仍然比较低（0.78%），但比通过常规杂交法首先获得种子，进而获得同源三倍体成活植株的效率要倍出11.14倍。根据试验结果，提出了6个问题进行讨论。认为在杂交后代中有可能筛选到多胚苗发生频率更高的单株;多胚苗性状是比较复杂的数量性状;同源四倍体水稻的有性生殖能力明显变弱;通过合理配组和复重授粉可以提高异倍性水稻间的杂并结实率;通过子房培养可以明显提高获得同源三倍体成活植株的效率;在多倍体水稻中筛选无融合生殖种质在比二倍体水稻中筛选可能更容易成功。

抗盐、耐海水蔬菜的生物技术培育与海水无土栽培应用

本研究是以植物起源于海洋的系统进化理论和植物细胞的全能性理论为依据的。 对芹菜(Apium graveolensL．)、油菜(B. rapa, chinese group)、叶用甜菜(Beta vulgaris(L.)Koch, Cicla group)、甘蓝(B. oleraceae, acephala group)、豆瓣菜(A'asturtiumofficinale R．Br*.）、番杏（Tetragonla expansa Ait.)、菠菜(Spinacia oleracea　L．)等蔬菜种类进行大规模种质资源筛选和鉴定， 从芹菜、油菜、叶用甜菜等植物中筛选出20多种能够耐受l%NaCI或1/3海水盐度的蔬菜品系。在耐盐蔬菜品种资源筛选的基础上，为了证明用生物技术提高盐敏感蔬菜耐盐性的可行性，本研究以植物体外培养细胞体系为操作平台，对盐敏感的蔬菜一一豆瓣菜进行了生物技术改造。一方面，筛选豆瓣菜的耐盐细胞变异体并使得耐盐细胞再生植株，获得了耐1/3海水的豆瓣菜变异体;另一方面，通过将盐生植物山菠菜(Atriplex hortensisL)的耐盐相关基因，甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因转入豆瓣菜，使得BADH基因在豆瓣菜中过量表达和积累甜菜碱，提高了豆瓣菜的渗透调节能力，从而提高了豆瓣菜的耐盐性。同时，本研究还将所获得的多种抗盐、耐海水蔬菜材料以海水无土栽培的方式进行生产和应用， 取得了很好的效果。 本文的结果证明了在陆地淡水栽培的蔬菜和野生蔬菜资源中，存在着部分耐盐性较强的蔬菜种质;通过生物技术改造能够提高盐敏感蔬菜的耐盐性，并获得抗盐、耐海水的蔬菜新品系。对这些抗盐、耐海水蔬菜材料进行1/3海水无土栽培应用的成功结果表明，某些陆地蔬菜具有重新适应海洋生境的潜能。

Ⅰ应用高通量技术筛选松树抗微生物分子的研究;Ⅱ向日葵种质资源相关基础研究

一．应用高通量技术筛选松树抗微生物分子的研究 我们提出一种对纯化组分的抗菌活力进行高通量技术筛选的比色方法。该方法利用一种新型四氮唑盐MTS（methyl tetrazolium salt）在电子偶联剂PMS( phenazine methosulfate)的辅助下对供试样品进行比色分析，其原理是MTS能穿透进完整活性细胞，在接受电子偶联剂PMS提供的电子后，被其中细胞器膜或质膜上的脱氢酶还原成一种水溶性的显色甲替（formazan）化合物。甲替在490nm波长的吸收值能直接用96孔酶标板读取，无须通过额外的溶解步骤。甲替的产生量（吸收值）和基质中的活细胞数成正比。因此，抗菌成分作用于供试细菌后，其抗菌活力大小可通过对照孔（未加抗菌成分）和试验孔吸收值的差异反映出来。借助该技术和对影响MTS转化的各种因素标准化，定量研究6种细菌菌株包括革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的生长。通过反相C18柱浓缩、凝胶过滤层析和亲和层等技术，从受马尾松毛虫危害的马尾松针内分离和纯化出几种增强的抗微生物活力，证实了。该方法对临床供试菌株的可行性和应用潜力;同时，对植物宿主受害后的诱导生理和功能意义亦进行了探讨。 二．向日葵种质资源相关基础研究中文摘要 1) 维生素E的天然产物有八种类型，分别为α、β、γ、δ一生育酚( tocopherol)和α、β、γ、δ一生育三烯酚( tocotrienol)，对植物、动物和人类都具有十分重要的生理作用。绿色植物是人类和动物VE的基本来源。本文对有关植物中VE生物合成途径和相关酶基因克隆研究现状，以及VE在植物体内的作用和功能研究进展进行了综述，以期为VE的机理探寻和功能开发提供进一步的思路。 2) 以20份向日葵种质资源为实验材料，通过对维生素E含量、含油率、皮壳率以及百粒重的测定及统计分析，试图了解向日葵种质资源中维生素E含量变异及相关数据。结果表明，在20份向日葵种质资源中，油葵的维生素E含量和含油率明显高于食葵：含油率与维生素E含量在0.01水平呈极显著正相关，含油率与百粒重在0,05水平呈显著负相关;百粒重与皮壳率在0.01水平呈极显著负相关。通过初步评价，发现3份富含天然维生素E的向日葵种质。 3) 由自由基介导的脂过氧化、酶失活或蛋白降解、胞膜破裂和遗传完整性（核酸）的损害是种子衰老的主要原因。种子在高温和高含水量情况下曝露数天诱发的加速衰老比一般衰老引起更多的生化分解;另一方面，在长期贮存条件下的低温贮存环境和种子低含水量可能使种子处于玻璃态。种子胞质的极高粘度和低分子运动能够阻止或抑制很多有害过程。尽管种子衰老的生理机制已有大量研究，但衰老过程中的主要过程和相互作用仍未完全清楚。本文报道向日葵种子在宽范围的含水量和温度条件下的脂过氧化、非酶蛋白糖基化对种子衰老的影响;同时，对种子玻璃态在长期贮存中对生化分解的阻滞作用并由此延长种子存活力也进行了探讨。