第一章資源與育種研究進(jìn)展
一苧麻
20142015年，緊跟苧麻資源與育種領(lǐng)域的國際前沿，開展了苧麻遺傳改良基礎(chǔ)研究、優(yōu)質(zhì)苧麻新品種選育與示范、苧麻工廠化繁育技術(shù)研究與示范、苧麻資源篩選與飼料化應(yīng)用研究等工作。培育出抗倒抗病性強(qiáng)、細(xì)度高、豐產(chǎn)性好、韌皮果膠含量低的苧麻新品種中苧3號，創(chuàng)制、篩選出具有高產(chǎn)、高細(xì)度、耐寒等性狀的優(yōu)異資源23份。開展了苧麻谷氨酰胺合成酶基因遺傳轉(zhuǎn)化、苧麻自交純合進(jìn)度、纖維細(xì)度優(yōu)異等位基因挖掘等遺傳改良基礎(chǔ)研究。在苧麻資源全面評價基礎(chǔ)上，實(shí)施苧麻與草食動物種養(yǎng)結(jié)合研究，創(chuàng)新了一批高苧麻含量飼料產(chǎn)品，建立了苧麻飼料化技術(shù)應(yīng)用基地，取得了顯著的社會、經(jīng)濟(jì)效益。
（一）優(yōu)質(zhì)苧麻新品種選育與示范
1�眱�(yōu)質(zhì)苧麻新品種中苧3號選育
中苧3號由厚皮種S2玉山麻S2雜交選育獲得，該品種葉片橢圓形，葉色深綠，主葉脈紅色，葉面皺紋多，葉柄紅色，有托葉，微紅，夾角小，葉片分布均勻，冠層結(jié)構(gòu)合理。該品種群體結(jié)構(gòu)整齊協(xié)調(diào)，分株能力中等，無效分株少，植株挺拔，莖稈粗壯，上下均勻一致，抗逆性強(qiáng)。株高185～205cm，莖粗1��0～1��3cm。雌花紅色，果穗長10～15cm，瘦果即種子黃褐色，千粒重0��052g，結(jié)果量較少。全年3季合計(jì)工藝成熟期185d，其中頭麻70d、二麻50d、三麻65d。麻骨微紅色；原麻青白色，手感柔軟，銹腳少，含膠量低，品質(zhì)優(yōu)良。根據(jù)多點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果，中苧3號平均產(chǎn)量為191��51kg/畝，與對照圓葉青沒有顯著差異；年均纖維支數(shù)2 443公支，比對照高573公支，提高30��64%，達(dá)極顯著差異。頭麻單纖維細(xì)度一般在2 700支以上，單纖維強(qiáng)力為34��75cN�？蛊r麻花葉病、中抗根腐線蟲病，抗風(fēng)抗倒性強(qiáng)；耐旱耐肥能力強(qiáng)，豐產(chǎn)性好，適應(yīng)性強(qiáng)，能在全國苧麻產(chǎn)區(qū)推廣應(yīng)用。
該品種2014年在湖南省進(jìn)行品種登記。2013年開始進(jìn)行全國區(qū)域試驗(yàn)和生產(chǎn)示范，2015年完成全國區(qū)試。根據(jù)各試驗(yàn)點(diǎn)的結(jié)果，中苧3號產(chǎn)量與對照中苧1號相當(dāng)，無顯著差異，纖維細(xì)度較高。
2�边m于山坡地種植苧麻品種篩選
中苧1號、中苧2號、中苧3號在張家界完成了品種比較試驗(yàn)，結(jié)果見表1-1。從兩年的測定結(jié)果來看，中苧1號和中苧2號在山坡地都表現(xiàn)了較好的適應(yīng)性，它們的原麻產(chǎn)量分別為222kg/畝（注：1畝667m2，全書同）和227kg/畝，而中苧3號為165��5kg/畝，低于中苧1號和中苧2號。從植株總產(chǎn)量看，從高到低依次為：中苧1號、中苧2號、中苧3號。中苧1號、中苧2號可以作為高產(chǎn)苧麻品種在山坡地推廣種植。中苧3號雖然在產(chǎn)量上低于中苧1號和中苧2號，但以其優(yōu)異的纖維品質(zhì)，相對于其他優(yōu)質(zhì)品種產(chǎn)量上有較大優(yōu)勢，因此可以作為山坡地優(yōu)質(zhì)苧麻品種推廣種植。表1-12014年、2015年兩年山坡地苧麻品種篩選測定結(jié)果


項(xiàng)目中苧1號中苧2號中苧3號
株高（cm）201��3197��32175��03莖粗（mm）12��4811��9511��24皮厚（mm）1��020��970��93鮮莖出麻率（%）6��106��945��33每蔸有效株數(shù)5��125��244��72有效株率（%）88��0289��5687��55全株產(chǎn)量（kg/畝）2 239��52 1501 820原麻產(chǎn)量（kg/畝）222227165��5
3�逼r麻種質(zhì)創(chuàng)新與篩選
篩選出株型好、纖維品質(zhì)優(yōu)異的Z0663-2、Z0664、96-19、CZ0601等單蔸8個。篩選出原麻產(chǎn)量2 000kg/hm2的種質(zhì)2份，其中資興綠麻為2 700kg/hm2、大田苧麻2號為2 480kg/hm2；篩選出纖維細(xì)度2 000m/g的優(yōu)質(zhì)種質(zhì)2份，家麻為2 097m/g、紅皮1號為2 086m/g；篩選出耐寒苧麻種質(zhì)青麻苧，苗期低溫脅迫研究發(fā)現(xiàn)，在0℃脅迫1～2d情況下，植株全部成活，死亡率為0，在脅迫3d情況下植株死亡率僅14��7%。
采用射線（劑量為90Gy）誘變處理剛生根的扦插苗（中苧1號），獲得頭麻開花和分株力顯著提高的突變體2份。篩選出鮮皮出麻率12��5%和原麻產(chǎn)量2 000kg/hm2的優(yōu)異種質(zhì)4份（751、752、叢江青麻、小白麻）；篩選出纖維細(xì)度2 000m/g的優(yōu)質(zhì)種質(zhì)5份（如黃麻1號、黃麻4號、青場白麻等），其中特優(yōu)質(zhì)種質(zhì)西灑家麻高達(dá)2 560m/g。
（二）苧麻繁育技術(shù)研究與示范
建立了450m2的苧麻水培工廠化育苗平臺，發(fā)明了一種苧麻深液流水培技術(shù)，利用工廠化設(shè)備集中保護(hù)育苗過程，規(guī)避苧麻育苗過程中出現(xiàn)的不良?xì)夂蚝筒焕麠l件，整個育苗過程在現(xiàn)代化溫室、塑料或磚墻大棚中進(jìn)行。項(xiàng)目組深入研究了適用于苧麻嫩梢水培工廠化育苗條件下的消毒措施、營養(yǎng)液配制、光溫環(huán)境控制、品種特性與扦插密度、水培模式、育苗過程標(biāo)準(zhǔn)化管理、培養(yǎng)液處理與再利用技術(shù)、定植煉苗措施和移栽技術(shù)，形成了一套完整的苧麻嫩梢水培養(yǎng)技術(shù)參數(shù)體系，實(shí)現(xiàn)育苗技術(shù)體系、成本控制體系和環(huán)境保護(hù)體系的融合。
苧麻深液流水培技術(shù)包括制備插穗、插穗消毒、插穗扦插、光照補(bǔ)充、營養(yǎng)元素補(bǔ)充、加土定植等一系列技術(shù)措施。
該技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：大大縮短了育苗周期，經(jīng)過7～12d的培育和管理即可長成適合移栽的新植株；成苗率達(dá)93%以上，大田移栽成活率在92%以上；操作簡單，節(jié)省空間與勞力，清潔衛(wèi)生，不受外界環(huán)境影響，四季可行，利于推廣；很好地解決了苧麻快速繁殖的技術(shù)難題，可實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，每批次可生產(chǎn)3萬株麻苗。
實(shí)現(xiàn)種苗繁殖系數(shù)倍增，縮短育苗時間。育苗過程節(jié)省10d/批，土地利用率增加35%，并且無須人工挖苗所以用工量減少50%，從而大大降低了苧麻育苗成本；同時利用該技術(shù)生產(chǎn)的種苗大田移栽期間不傷根，成活率高于92%，且緩苗時間短，以同批次種苗相比，深液流水培技術(shù)生產(chǎn)的種苗相對土壤扦插苗生長較快。
（三）苧麻遺傳改良基礎(chǔ)研究
1�逼r麻GS基因轉(zhuǎn)化煙草研究
利用同源重組技術(shù)將苧麻BnGS1-2基因轉(zhuǎn)入pBI121植物表達(dá)載體特定位點(diǎn)，構(gòu)建了能超量表達(dá)BnGS1-2基因的植物表達(dá)載體。在農(nóng)桿菌（Agrobacterium tumefaciens）LB4404的介導(dǎo)下，通過葉盤法將構(gòu)建的超量表達(dá)載體轉(zhuǎn)入煙草中。通過Kana篩選和基因組DNA PCR驗(yàn)證，獲得轉(zhuǎn)基因煙草植株（圖1-1）。利用Q-PCR對轉(zhuǎn)基因植株進(jìn)行分析，結(jié)果顯示BnGS1-2在轉(zhuǎn)基因植株中檢測到表達(dá)，轉(zhuǎn)基因煙草中GS酶活性是野生型的3～5倍（圖1-2）。超量表達(dá)BnGS1-2基因能顯著增加轉(zhuǎn)基因煙草植株的株高、鮮重和葉面積（表1-2），因此，超量表達(dá)BnGS1-2基因能促進(jìn)煙草植株的生長；另外，轉(zhuǎn)基因植株體內(nèi)水溶性蛋白與野生型煙草相比呈現(xiàn)極顯著升高（圖1-3），增長率達(dá)92��02%，總氮含量有所提高，但并沒有達(dá)到顯著性水平，同時，轉(zhuǎn)基因植株體內(nèi)游離NH4 含量顯著下降，而游離NO3-含量與野生型相一致，因此，超量表達(dá)BnGS1-2基因，能夠促進(jìn)轉(zhuǎn)基因煙草植株對氮素的吸收和利用，提高氮代謝效率，從而能夠保證植株快速生長對氮素營養(yǎng)的需求。本研究為苧麻GS基因功能的研究和應(yīng)用提供了理論和物質(zhì)基礎(chǔ)。
圖1-1轉(zhuǎn)基因和野生型煙草的生長表現(xiàn)
表1-2轉(zhuǎn)基因和野生型植株株高、鮮重和葉片數(shù)

株高（cm）鮮重（g）葉片數(shù)（張）
BnGS1-2-TR17��73±1��62a13��36±1��98a6��5±0��58aWild type14��12±1��22b9��58±0��92b6±0��82a
圖1-2轉(zhuǎn)基因植株和野生型葉片中GS酶的活性圖1-3轉(zhuǎn)基因植株和野生型水溶性蛋白的含量
2�逼r麻自交純合進(jìn)度研究
以中苧1號為材料，篩選多態(tài)性高的31對SSR引物和48對SRAP引物對3個自交后代群體的基因組DNA進(jìn)行擴(kuò)增。根據(jù)DNA位點(diǎn)純合率和遺傳多樣性參數(shù)分析群體的遺傳多樣性，用Structure、NTSYS和AMOVA軟件對群體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并用標(biāo)記指數(shù)來比較SSR和SRAP標(biāo)記方法的標(biāo)記效率。SSR和SRAP標(biāo)記得到的多樣性指標(biāo)變化明顯，從S3代到S5代，平均擴(kuò)增出57 條和157條多態(tài)性條帶，DNA位點(diǎn)純合率上升了5��2%和4��61%，多態(tài)性位點(diǎn)減少了13個和44個，有效等位基因數(shù)降低了0��788 3個和2��162 9個，基因多樣性下降了0��114 3和0��068 4，多樣性指數(shù)降低了0��046 5和0��120 7。用Structure軟件對群體結(jié)構(gòu)分析表明S5代群體中藍(lán)色組分最多，均在65%以上。主成分分析表明，S3群體的分散程度最高，S4和S5群體比較集中，而且S3 群體包含了S4和S5群體的大部分。兩種標(biāo)記方法得到的群體結(jié)構(gòu)和主成分分析表明，經(jīng)過連續(xù)自交，后代群體的一致性越來越好。用AMOVA軟件對群體內(nèi)和群體間的分子變異情況分析表明兩種標(biāo)記方法都顯示群體內(nèi)變異（94��69%和99��02%）明顯大于群體間變異（5��31%和0��98%），均達(dá)到整體變異的94%以上。SSR標(biāo)記得到的位點(diǎn)平均信息量（Hav=0��468 9）高于SRAP 的估計(jì)值（Hav=0��419 7），而平均有效復(fù)合指數(shù)（EMR=3��278 1）SRAP 標(biāo)記大于SSR標(biāo)記（EMR=1��856 2），標(biāo)記效率值SRAP標(biāo)記（MI=1��375 8）大于SSR標(biāo)記（MI=0��870 4）。SSR和SRAP兩種分子標(biāo)記適于苧麻資源的遺傳多樣性和群體結(jié)構(gòu)分析。隨著自交代數(shù)的增多，后代群體的一致性不斷提高，雜合度逐漸降低。
3�被�于核心種質(zhì)的苧麻纖維細(xì)度優(yōu)異等位基因分析
為了挖掘苧麻纖維細(xì)度QTL，利用93對SSR引物和104份苧麻核心種質(zhì)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。結(jié)合分子標(biāo)記數(shù)據(jù)和纖維細(xì)度數(shù)據(jù)，通過K=2和K=6的Q K MLM和PCA K MLM分析模型共同定位，消除假陽性關(guān)聯(lián)。在P<0��05的顯著性水平下，最終得到RAM0298、b38和b64等3個與纖維細(xì)度顯著相關(guān)的分子標(biāo)記，并且3個關(guān)聯(lián)標(biāo)記對表型變異解釋率都在5%以上，其中RAM0298在3個分析模型中對表型變異解釋率都達(dá)到了20%。