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2020年 第46卷 第4期 刊出日期：2020-04-12

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作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

转基因玉米MIR604基体标准物质研制

李俊,李亮,李夏莹,宋贵文,沈平,张丽,翟杉杉,柳方方,吴刚,张秀杰,武玉花

作物学报. 2020, (4):  473-483.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.93047

摘要 ( 684 )   HTML ( 30 )   PDF (741KB) ( 420 )  

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转基因生物安全监管是生物技术产业健康发展的保障, 而转基因检测标准物质是进行转基因监管检测的物质基础, 缺少标准物质就难以保证检测数据的准确性、可靠性和可比性。转基因玉米MIR604是我国批准进口用作加工原料的转基因品种, 对其安全监管亟须制备标准物质。本项目通过对转基因玉米MIR604种子进行原材料鉴定、研磨、过筛、含水量测定等步骤, 制备出转基因玉米MIR604纯品基体标准物质。均匀性检验和稳定性检验结果表明, 本批标准物质在瓶内和瓶间均具有良好的均匀性, 可在常温下运输1个月, 长期稳定性达到6个月, 量值稳定。本批标准物质的特性量值为转基因DNA与总DNA的拷贝数比值, 由9家实验室采用MIR604/Adh1二重数字PCR联合定值, 量值为0.50。充分评估了标准物质定值结果的各个不确定度分量, 合成扩展不确定度为0.06 (copy/copy)。本批标准物质规格为1 g 瓶 ^-1, 使用时最小取样量为100 mg, 可用于转基因玉米MIR604的安全监管和定量标识、以及实验室质量控制等领域。

抗青枯病兼大果和高出仁率的花生新种质创制

李威涛,徐志军,蔡岩,郭建斌,喻博伦,黄莉,陈玉宁,周小静,罗怀勇,刘念,陈伟刚,任小平,姜慧芳

作物学报. 2020, (4):  484-490.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.94112

摘要 ( 496 )   HTML ( 10 )   PDF (305KB) ( 153 )  

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青枯病是影响花生产量和品质的重要土传性细菌病害, 百果重和出仁率是与花生产量相关的重要性状。本研究利用远杂9102和徐州68-4杂交构建的RIL群体, 在B02染色体上定位到青枯病抗性主效QTL qBWRB02。结合前期对百果重和出仁率QTL的定位结果发现, 所涉及的3个性状的主效QTL分布在不同的染色体上。以RIL群体基因型数据和多个环境的青枯病抗性、百果重和出仁率表型数据为基础, 利用与主效QTL紧密连锁分子标记筛选出6份聚合抗青枯病、荚果大、出仁率高3种优良性状的新种质, 可以作为育种中间材料或亲本培育高产抗病新品种。本研究利用分子标记辅助选择和表型鉴定相结合有效筛选抗病高产种质, 为未来花生育种提供了新思路。

江苏省优质软麦品种品质特性与饼干加工品质的关系

张平平,姚金保,王化敦,宋桂成,姜朋,张鹏,马鸿翔

作物学报. 2020, (4):  491-502.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.91050

摘要 ( 736 )   HTML ( 14 )   PDF (645KB) ( 511 )  

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明确软麦品种在大田生产中的品质表现和品质育种筛选指标, 对于优质生产及提高育种效率具有重要意义。选用江苏淮南麦区15份优质软麦品种(系), 鉴定其高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)组成, 开展3个试验点次的大田种植, 分析了小麦样本的籽粒硬度、灰分含量、蛋白质含量和质量参数、粉质仪参数、揉面仪参数、溶剂保持力、贮藏蛋白组分含量参数、黏度仪参数等品质性状和饼干加工品质。结果表明, 不同类型的品质参数受基因型和环境的影响不同。所有样本的蛋白质含量、湿面筋含量、稳定时间均不达国标(GB/T 17320-2013、GB/T 17893-1999), 部分品种(系)的沉淀值达标, 所有样本的籽粒硬度和吸水率全部达标。相关性分析表明, 籽粒硬度、灰分含量和黏度仪参数与饼干加工品质无显著相关性。沉淀值、粉质仪吸水率、粉质仪稳定时间、揉面仪峰值时间、揉面仪衰落角、水溶剂保持力、碳酸钠溶剂保持力、乳酸溶剂保持力、谷蛋白/醇溶蛋白比、不溶性谷蛋白含量和不溶性谷蛋白百分含量与饼干直径呈显著(r ≤ -0.520)或极显著(r ≤ -0.652)负相关, 相关系数分别为-0.657、-0.601、-0.617、-0.659、-0.676、-0.857、-0.726、-0.616、-0.546、-0.541和-0.637。多元回归方程显示, 水溶剂保持力可解释饼干直径变异的73.76%, 与籽粒蛋白共同可解释饼干直径变异的83.90%。在籽粒硬度和蛋白含量选择的基础上, 降低面筋强度和面粉综合吸水特性是软麦育种的主要目标, 水溶剂保持力、乳酸溶剂保持力和揉面仪参数是软麦育种最重要的筛选指标。

费尔干猪毛菜病程相关蛋白SfPR1a基因的异源表达增强了烟草对干旱、盐及叶斑病的抗性

衡友强,游西龙,王艳

作物学报. 2020, (4):  503-512.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.94082

摘要 ( 450 )   HTML ( 10 )   PDF (3929KB) ( 343 )  

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为明确一年生草本盐生植物费尔干猪毛菜(Salsola ferganica Drob.)病程相关蛋白基因SfPR1a (GenBank登录号为JQ670917)是否参与了植物对逆境胁迫的响应, 采用qRT-PCR检测了该基因在不同组织部位和脱落酸(ABA)、茉莉酸(JAs)、乙烯合成直接前体(ACC)等相关激素胁迫及NaCl处理下的表达规律, 同时对转基因烟草在盐、旱及丁香假单胞菌等胁迫下的抗性进行了鉴定。结果显示, SfPR1a基因在费尔干猪毛菜根中的表达量显著高于茎叶中, 且受到ABA、JAs、ACC、NaCl的积极诱导; 干旱胁迫下, 转基因烟草的丙二醛(MDA)含量显著低于野生型烟草, 显示出较强的抗旱表型; 盐胁迫下, 异源表达SfPR1a的转基因烟草幼苗生长显著优于野生型烟草; 丁香假单胞菌攻毒后的转基因烟草叶片呈现严重的坏死反应, 但植株的整体抗性表型显著优于野生型烟草; 亚细胞定位结果显示该蛋白定位于植物细胞质外体空间。以上结果表明, 费尔干猪毛菜病程相关蛋白SfPR1a基因参与了植物对非生物及生物胁迫的抗性。

小麦-黑麦6RS/6AL易位染色体的遗传稳定性及其在配子中的传递

李庆成,黄磊,李亚洲,范超兰,谢蝶,赵来宾,张舒洁,陈雪姣,甯顺腙,袁中伟,张连全,刘登才,郝明

作物学报. 2020, (4):  513-519.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.91051

摘要 ( 937 )   HTML ( 22 )   PDF (1915KB) ( 303 )  

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小麦-黑麦6RS/6AL易位系HM812-41携带抗白粉病基因Pm56。为评价其育种利用潜力, 以HM812-41为亲本分别与推广品种蜀麦580、蜀麦830和蜀麦969杂交, 杂种F₁与中国春进行正反交, 研究6RS/6AL易位染色体在不同背景中的遗传稳定性及其通过雌雄配子的传递规律。同时, 利用“双顶交”法改良易位系的综合农艺性状。基因组原位杂交结果表明, 6RS/6AL易位染色体在传递过程中结构稳定。6RS/6AL易位染色体可以高频率地通过雌、雄配子传递, 其传递率分别为45.05%~53.33%和43.94%~53.04%。初步分析“双顶交”F₂分离群体表明, 6RS/6AL易位染色体对主要农艺性状如株高、穗长、小穗数和自交结实率没有明显的不利影响。用“双顶交”法可以快速地改良易位系的综合农艺性状。

基于表型性状构建中国花生地方品种骨干种质

闫彩霞,王娟,张浩,李春娟,宋秀霞,孙全喜,苑翠玲,赵小波,单世华

作物学报. 2020, (4):  520-531.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.94101

摘要 ( 724 )   HTML ( 4 )   PDF (2315KB) ( 268 )  

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中国花生地方品种遗传多样性丰富, 是花生新品种选育的重要亲本来源。本研究以种质库保存的2741份地方种质为材料, 基于种植区划和植物学类型分组, 平方根法确定取样量, 组内按13个表型数据进行UPGMA聚类分析, 类内随机取样, 构建骨干种质。利用t检验、F测验、卡方测验、极差、表型保留比例、表型相关性等对骨干种质代表性进行检验和评价; 并利用主成分分析和直方图对骨干种质进行确认。结果表明, 构建了包含259份种质的中国花生地方品种骨干种质, 占全部种质的9.4%, 包括多粒型14份、珍珠豆型85份、龙生型42份、普通型103份、中间型15份。在P < 0.05概率条件下, 骨干种质13个性状的均值、方差、变异系数、香农指数与全部种质无显著差异, 且保留了全部种质的分布范围、表型保留比例和表型相关性; 二者的植物学类型组成和生态分布是一致的, 具有相似的遗传结构和分布频率。建立的骨干种质很好地代表了全部种质的遗传变异和群体结构, 可为花生种质创新和优异等位基因发掘奠定良好的基础。

玉米HD-ZIP I亚家族基因鉴定及表达分析

梁思维,姜昊梁,翟立红,万小荣,李小琴,蒋锋,孙伟

作物学报. 2020, (4):  532-543.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.93040

摘要 ( 853 )   HTML ( 29 )   PDF (2133KB) ( 605 )  

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转录因子是植物响应逆境胁迫的重要调节因子, 在其整个生长发育过程中发挥着重要的作用。HD-ZIP家族蛋白是植物中特有的一大类转录因子, 包含4个亚家族(HD-ZIP I~IV), 其中HD-ZIP I亚家族成员主要参与干旱、渗透压等极端环境和ABA及乙烯等激素处理的响应过程。本文采用隐马可夫模型(HMM)在玉米参考基因组中鉴定到17个HD-ZIP I亚家族成员, 这些基因不均匀分布于玉米6条染色体上, 与水稻的亲缘关系要近于拟南芥。玉米HD- ZIP I 亚家族基因在玉米7种组织中表现出多种表达模式, 具有明显的组织表达特异性。另外, HD-ZIP I亚家族基因对高盐、淹水及冷害等不同的逆境胁迫处理呈现出不同的响应模式及响应程度差异。5种不同激素处理后, 玉米HD-ZIP I亚家族基因也表现出复杂的响应模式。这些结果为进一步解析玉米HD-ZIP I亚家族基因的生物学功能和作用机理提供了一定的参考价值。

耕作栽培·生理生化

稻茬小麦氮高效品种产量构成和群体质量特征

丁永刚,李福建,王亚华,汤小庆,杜同庆,朱敏,李春燕,朱新开,丁锦峰,郭文善

作物学报. 2020, (4):  544-556.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.91041

摘要 ( 635 )   HTML ( 26 )   PDF (721KB) ( 632 )  

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在稻麦两熟条件下, 将2016—2017和2017—2018年江苏扬州参试的24个和江苏睢宁参试的23个小麦品种按氮肥表观利用率(NUR)划分为高效(NUR≥50%)、中效(NUR 40%~50%)和低效(NUR≤40%)品种类型, 比较其产量、产量构成因素和群体质量指标的差异, 为稻茬小麦品种选用和大面积高产高效生产提供参考。结果表明, 两年度在扬州均表现出高效的品种为扬麦25和宁麦21, 在睢宁为淮麦35。扬州和睢宁氮高效品种产量分别高于6500 kg hm ^-2和7000 kg hm ^-2, 均显著高于其他类型。与氮中效和氮低效品种相比, 氮高效品种具有较高的穗数, 穗粒数和千粒重品种类型间差异不显著。不同品种间产量和穗数与NUR均呈线性正相关。氮高效品种具有较高的孕穗期和开花期茎蘖数, 分蘖成穗率, 乳熟期叶面积指数, 孕穗期、开花期和成熟期干物质积累量, 花后干物质积累量和成熟期各营养器官干物质积累量。不同氮效率品种类型间花前干物质转运量和收获指数差异不显著。相关性分析表明, 两地不同品种类型间孕穗期和开花期茎蘖数、乳熟期LAI、主要生育时期干物质积累量、花后和成熟期各营养器官干物质积累量均与氮肥表观利用率呈极显著线性正相关。表明稻茬小麦氮高效品种生育早期表现出较强分蘖能力, 且生育后期具有较高叶面积指数和光合生产能力, 可用于灌浆的花后同化物质较多。本研究初步提出成熟期干物质积累量16,000~20,000 kg hm ^-2和花后干物质积量4100~6700 kg hm ^-2可作为稻茬小麦高产高效品种的筛选指标。

基于高光谱数据的滴灌甜菜叶片全氮含量估算

李宗飞,苏继霞,费聪,李阳阳,刘宁宁,戴宇祥,张开祥,王开勇,樊华,陈兵

作物学报. 2020, (4):  557-570.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.94045

摘要 ( 562 )   HTML ( 7 )   PDF (653KB) ( 430 )  

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本文旨在明确甜菜叶片全氮含量与高光谱地面植被遥感的定量关系, 建立干旱区甜菜叶片全氮含量精确估测模型, 及时监测甜菜生长状况。本研究选取新疆滴灌甜菜(Beta356)为材料, 利用ASD野外高光谱仪在甜菜叶丛快速生长期、块根膨大期与糖分积累期采集各处理反射光谱, 并同时测定全氮含量, 分析原始光谱反射率及一阶微分光谱反射率与全氮含量的相关性, 并进一步建立光谱特征参数与敏感波段植被指数全氮含量估算模型。结果表明, 光谱特征参数Dr762幂函数下估算模型具有较好估算甜菜叶片全氮含量的能力, 其决定系数R ² = 0.747, 验证相对误差RE(%)为21.635, 验证均方根误差RMSE为4.914; 通过植被指数与叶片全氮含量建立多种函数估测模型, 其中差值植被指数Dr762-Dr496下一元线性函数具有较好估算甜菜叶片全氮含量的能力, 其决定系数R ² = 0.794, 验证相对误差RE(%)为23.008, 验证均方根误差为5.372。

安徽沿淮地区优质高产常规粳稻品种筛选及特征特性

卫平洋,裘实,唐健,肖丹丹,朱盈,刘国栋,邢志鹏,胡雅杰,郭保卫,高尚勤,魏海燕,张洪程

作物学报. 2020, (4):  571-585.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.92044

摘要 ( 849 )   HTML ( 5 )   PDF (317KB) ( 348 )  

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以74个常规粳稻品种(品系)为材料, 根据产量和食味值分为高产优质、高产不优质、中产优质和中产不优质4种类型。选用高产优质、高产不优质和中产优质3种类型共9个品种, 研究其产量、品质差异及其高产优质形成的特征特性, 以期为安徽沿淮地区适宜品种的筛选、种植推广提供科学依据和理论支撑。结果表明, 中产类型与高产类型粳稻在产量上有极显著差异, 2017年和2018年, 中产优质类型产量比高产优质类型、高产不优质类型分别低16.95%、16.76%和16.52%、16.33%。2017年, 与高产不优质类型相比, 高产优质类型和中产优质类型的直链淀粉含量分别低39.31%、42.63%; 胶稠度分别长22.06%、19.12%; 蛋白质含量分别低11.60%、17.78%。这些高产优质粳稻品种特征特性主要表现为, 产量在8.35~9.16 t hm ^-2, 单位面积穗数在310×10 ⁴~320×10 ⁴ hm ^-2之间, 每穗粒数在140左右, 千粒重在25 g以上; 食味值评分在60~74, 胶稠度长度在80~90 mm, 蛋白质含量在6%~8%。

种植密度对2个青稞品种抗倒伏及秸秆饲用特性的影响

赵小红,白羿雄,王凯,姚有华,姚晓华,吴昆仑

作物学报. 2020, (4):  586-595.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.91038

摘要 ( 588 )   HTML ( 11 )   PDF (776KB) ( 400 )  

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种植密度是影响青稞抗倒伏和秸秆饲用特性的重要因子。以抗倒伏品种昆仑14号和倒伏品种门源亮蓝为试验材料, 比较研究种植密度对这2个品种生长发育、抗倒伏特性和秸秆饲用特性的影响。结果表明, 种植密度对2个品种的抗倒伏和秸秆饲用特性的影响存在差异。随着种植密度的增加, 昆仑14号根长、根体积、根数和根干重先增后降, 茎粗和壁厚依次下降; 门源亮蓝根系和茎秆相关指标则随种植密度增大而下降。昆仑14号抗倒伏相关指标先增后降, 但整个生育期未发生倒伏; 门源亮蓝各指标均显著降低, 诱发倒伏现象提前发生, 致使倒伏率增大、倒伏程度加剧。昆仑14号茎秆中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、半纤维素、纤维素和木质素等化学成分含量随密度增加先增后降, 门源亮蓝各成分含量呈下降趋势, 相对饲喂价值随密度增加呈现增高的趋势。综合抗倒伏特性与秸秆饲用特性, 昆仑14号最佳种植密度为375×10 ⁴株 hm ^-2, 门源亮蓝粮饲兼用时适宜密度为300×10 ⁴~375×10 ⁴株 hm ^-2。

不同土壤改良措施对机械压实酸化蔗地土壤理化性质及微生物群落结构的影响

罗俊,林兆里,李诗燕,阙友雄,张才芳,杨仔奇,姚坤存,冯景芳,陈建峰,张华

作物学报. 2020, (4):  596-613.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.94102

摘要 ( 808 )   HTML ( 14 )   PDF (637KB) ( 499 )  

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探讨不同土壤改良措施对土壤物理性质、养分、微生物和甘蔗产量的影响, 对机械压实后酸性土壤改良策略的制定具有较为重要的意义。本研究设置添加松土精(B₂)、添加生物菌肥(B₃)、添加有机肥(B₄)、添加生石灰(B₅) 4种土壤改良处理, 以不添加土壤改良剂作为对照(B₁), 连续2个作物季对蔗地土壤物理性质、养分、微生物和甘蔗产量构成等指标进行研究。结果表明, B₄处理可显著降低土壤容重、紧实度、贯入阻力和抗剪强度, 提高土壤总孔隙度、通气孔隙度和毛孔孔隙度, 其固相容积率显著低于对照, 液相容积率显著高于对照, 土壤有机质含量、全氮含量得到显著提升, B₂、B₃处理紧实度和总孔隙度降低, 土壤物理性状得到一定改善, B₅处理土壤pH值显著提升, 土壤酸性得到改善, B₃、B₅处理土壤有效磷含量得到显著提升。4种土壤改良措施土壤细菌和真菌Shannon指数、Chao1指数和ACE指数均高于对照, 均能提升土壤耕层细菌和真菌的物种多样性和物种丰富度, 降低土壤细菌中Proteobacteria (变形菌门)和Acidobacteria (酸杆菌门)的相对丰度、真菌中Basidiomycota (担子菌门)的相对丰度, 增加细菌中Actinobacteria (放线菌)和Chloroflexi (绿弯菌门)的相对丰度、真菌中Ascomycota (子囊菌门)的相对丰度, 并改变其他真菌群落组成。4种土壤改良措施均可不同程度地提高成熟期甘蔗有效茎数和单茎重, 从而增加甘蔗产量; 效果以添加有机肥最好, 生物菌肥其次。本研究为筛选适合改良和培肥机械压实酸性土壤措施, 提高甘蔗产量提供了科学依据。

密度和株行距配置对川中丘区夏玉米群体光分布及雌雄穗分化的影响

金容,李钟,杨云,周芳,杜伦静,李小龙,孔凡磊,袁继超

作物学报. 2020, (4):  614-630.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.93034

摘要 ( 755 )   HTML ( 9 )   PDF (4468KB) ( 496 )  

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为了便于全程机械化生产, 四川中部部分地区玉米生产已逐渐由套作春播转变为净作夏播。为了明确本区域净作夏玉米高产、宜机的群体结构, 采用两因素裂区试验设计, 研究了种植密度和株行距配置对夏玉米群体光分布及雌雄穗分化和产量的影响。结果表明, 随种植密度增加, 玉米有效穗数增加, 但因空秆和倒伏增加导致有效穗数增幅逐渐减少甚至最终降低; 密度增加使玉米叶片茎叶夹角和开张角降低, 叶向值增加, 群体透光率明显降低, 消光系数增大, 雌雄穗小穗分化期和小花分化期幼穗长度和中部直径、吐丝期雄穗主轴长度和成对小穗数以及雌穗总小花数、吐丝小花数、受精小花数和单株果穗受精率均降低, 而退化小花数、败育花数和花败育率均增加, 最终导致玉米秃尖变长, 穗粒数和百粒重显著降低。产量随种植密度增加而先增后降, 以67,500株 hm ^-2最高, 2年平均较45,000株 hm ^-2和90,000株 hm ^-2密度分别显著增加17.00%和14.03%。此外, 2年在45,000株 hm ^-2和67,500株 hm ^-2密度下, 等行距均优于相应宽窄行, 60 cm等行距处理下玉米株型紧凑, 能改善群体受光条件, 提高玉米单株果穗受精率, 降低小花败育率, 籽粒产量较高; 在2018年90,000株 hm ^-2密度下, (110+50) cm宽窄行处理更能改善田间通风透光条件, 促进雌雄穗分化, 提高玉米籽粒产量。因此, 川中丘区夏玉米高产栽培应适当缩行增密, 宜采用67,500株 hm ^-2密度搭配60 cm等行距种植。

研究简报

甘蔗栽培种单倍体基因组SSR位点的发掘与应用

王恒波,祁舒婷,陈姝琦,郭晋隆,阙友雄

作物学报. 2020, (4):  631-642.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.94135

摘要 ( 732 )   HTML ( 5 )   PDF (1819KB) ( 313 )  

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甘蔗是世界上最重要的糖料作物之一, 由于尚未完全破译栽培种基因组, 导致SSR标记匮乏, 难以覆盖全基因组, 限制了甘蔗遗传研究的进展。本研究以栽培种R570的4660个BAC文库片段序列(累计总长为382 Mb, 预测到25,316个编码蛋白基因)组装成的一套甘蔗单倍体基因组的模板, 利用MISA (Microsatellite identification tool)软件, 发掘SSR位点; 并综合分析其与4种禾本科植物(高粱、玉米、水稻和二岁短柄草)SSR位点的分布特征; 选取50对以TG和AG重复基序的SSR引物, 分别利用4个甘蔗属材料(R570、ROC1、LA purple和SES208)和24个重要甘蔗亲本, 对SSR引物进行扩增效率验证和多态性分析。共发掘到27,241个SSR位点, 平均每个BAC片段有6.29个SSR位点, 平均密度为71.33个SSR Mb ^-1, 远低于高粱的平均密度(350.00个SSR Mb ^-1)。在重复基序中, 占比前2位的分别为单核苷酸基序(11,079个)和三核苷酸重复基序(6447个), 合计占总SSR位点数的64.33%。与甘蔗不同的是, 4种禾本科植物中的三核苷酸基序类型数量最多、占比最大。此外, 在单核苷酸重复基序中, A/T所占比例最高, 为84.8%, C/G所占比例最低, 为15.2%; 在三核苷酸重复基序中, TGT/ACA所占比例最高, 为16.04%。总之, 禾本科植物基因组富含A/T的基序。在50对SSR引物(TG基序41对和AG基序9对)的多态性验证中, 共有45对(90%)能够扩增出清晰的条带, 其中35对(70%)在4个甘蔗材料上呈现多态性。进一步利用20对多态性较高的SSR引物对24个甘蔗重要亲本材料进行分析, 共扩增到95个等位基因, 平均每对引物扩增4.75个, 验证了这些引物应用于甘蔗遗传多样性研究的可行性。本研究鉴定的甘蔗栽培种单倍体基因组SSR标记, 有效增加了甘蔗遗传研究中可用的分子标记数量, 可直接用于甘蔗群体遗传多样性分析和重要性状遗传机制的解析, 为甘蔗分子育种的深入研究奠定了基础。