《悬铃木种质资源收集、保存及新品种培育》

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悬铃木树干通直、冠大荫浓、耐修剪,具有良好的净化空气、滞尘减噪、吸收有害气体的作用,是中国大部分区域重要的行道树和庭荫树。然而,悬铃木老果脱落产生的果毛和新生雄花序散落的花粉极易造成环境污染,严重影响人们的生活及身体健康。因此,在国家林业公益性行业科研专项等项目资助下,课题组经过艰苦工作,在悬铃木新品种培育等方面取得了以下主要创新性成果。

1、国内外首次建立了悬铃木的种质资源库,为新品种选育奠定了基础。在河南、山东、河北、山西、江苏等9省区域内共收集到悬铃木(一球、二球、三球)优质种源2308个,从美国引进悬铃木新品种3个、优良种源10个。通过种子育苗、扦插育苗等措施建设了高规格的悬铃木种质资源圃和悬铃木良种繁育基地,并创建了国内外首个含2568份悬铃木种质的资源库,扩大了其遗传背景,为林木育种提供了技术支撑。

2、阐释了非生物胁迫下悬铃木的转录组和miRNA及其靶基因的表达变化关系,为探讨悬铃木在非生物胁迫中的分子调控模式奠定了基础。(1)利用高通量测序技术对悬铃木进行转录组测序研究,COG分类显示18084条序列分为碳水化合物的运输和代谢、翻译、核糖体结构和生物起源等25类,KEGG代谢通路分析表明34,556条基因参与了128个代谢途径。(2)筛选出16,246条差异表达unigene,找到了356个响应铅胁迫的主要涉及叶绿素合成、光合作用等代谢途径的关键unigene。(3)分别鉴定出165个和185个与非生物胁迫相关的已知miRNA和新miRNA,找到了105个与铅胁迫相关的miRNA。(4)鉴定出Ca2+逆向运输交换器、植物促分裂原活化蛋白激酶基因、MYB转录因子和丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶等miRNA对应的靶基因,这些基因通过调控蛋白质磷酸化和去磷酸化来调节信号传导途径并以此参与其抵御逆境胁迫的过程。

3、国内外首次培育出了四倍体三球悬铃木新品种,扩大了悬铃木的遗传背景,丰富了悬铃木种质资源。通过秋水仙素化学诱变方法获得了三球悬铃木的四倍体植株,通过芽诱导和根诱导途径建立起四倍体三球悬铃木的高效体外植株再生体系。研究发现诱变出的四倍体植株与二倍体相比,具有生长慢,茎变粗,叶片变宽,节间变短,单个气孔面积增大,气孔密度减少等特征。

4、培育出少球悬铃木新品种,制定了悬铃木苗木繁育技术规程,推动了悬铃木产业的快速发展。通过对悬铃木优株选择及无性繁殖、无性系结球情况调查等研究培育出‘少球1号’悬铃木等2个悬铃木新品种;在区域性试验和苗木繁育研究的基础上编制了河南省地方标准《悬铃木苗木繁育技术规程》,加快了悬铃木科学和规范化种植进程;2011年以来,少球悬铃木新品种已在河南、湖北、山东等省大面积推广应用,近3年来累计推广少球悬铃木苗木258余万株,产值达到1800余万元。

该成果获得省级审定悬铃木优良新品种2个,制定发布河南省地方标准1项,在国内外学术期刊上发表论文9篇,培养博士和硕士研究生7名及大批实用技术人员。由河南省农业科学研究院和河南省林业科学研究院等单位专家评价该成果居国内同类研究领先水平。

成果说明

该成果属应用基础研究。针对悬铃木果毛易造成环境污染的问题,开展了悬铃木种质资源收集、保存及新品种培育研究和悬铃木的非生物胁迫的响应机制研究,培育出了2个少球悬铃木新品种,制定了悬铃木苗木繁育技术规程,成果具有重大推广价值。该项目的研究过程中得到了国家和地方多个推广项目的资助,先后承担了国家林业公益性行业科研专项项目“悬铃木种质资源创制与新品种培育研究”(项目编号:201004022)和河南省科技成果转化项目“少球悬铃木新品种中试及高效栽培技术示范”(项目编号:122201610004)的资助,在这些项目的

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