大豆重組自交系群體抗旱性形態(tài)生理產(chǎn)量特征及其QTL定位研究.pdf

1、全球水資源短缺,干旱已成為大豆生產(chǎn)發(fā)展的主要限制因素,開(kāi)展抗旱性研究特別是抗旱形態(tài)、生理性狀的分析、借助分子生物學(xué)手段進(jìn)行基因定位研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本研究利用科豐1號(hào)和南農(nóng)1138-2雜交產(chǎn)生的包含184個(gè)株系的RIL群體及其構(gòu)建的含275標(biāo)記的遺傳圖譜為材料,多年(或多點(diǎn))對(duì)群體進(jìn)行了抗旱性直接鑒定,探討了農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀、生理性狀與抗旱性的關(guān)系,分析了正常供水、旱脅迫條件下這些性狀QTL表達(dá)的特點(diǎn),研究了性狀之間相關(guān)的原因,

2、定位了一些穩(wěn)定表達(dá)的主效QTL位點(diǎn)。主要結(jié)果如下:
　　 1、對(duì)群體抗旱性直接鑒定結(jié)果表明:苗期的反復(fù)干旱存活率、永久萎蔫系數(shù)、旱處理苗重、水旱苗重比值以及后期的水旱產(chǎn)量比值、目測(cè)分級(jí)在多年(或多點(diǎn))鑒定結(jié)果之間顯著或極顯著正相關(guān),是較直觀、實(shí)用和可靠的抗旱性鑒定指標(biāo)。對(duì)苗期和后期抗旱性直接鑒定指標(biāo)定位結(jié)果表明,在第3、4、6、8、9、10和15染色體上分布著與大豆抗旱性相關(guān)的年份間穩(wěn)定表達(dá)的QTL位點(diǎn)。
　　 2、苗期

3、大豆抗旱材料表現(xiàn)為根冠干重大、二級(jí)側(cè)根數(shù)多等特點(diǎn),主根長(zhǎng)、根干重和根冠比與各抗旱指標(biāo)之間均為正相關(guān)關(guān)系,在抗旱育種中具有重要作用。生殖生長(zhǎng)期抗旱材料具有子葉節(jié)較粗、側(cè)根數(shù)多、根干重、冠干重和根冠比大等特點(diǎn)；在旱脅迫下子葉節(jié)粗和側(cè)根數(shù)與水旱產(chǎn)量比值顯著或極顯著相關(guān),特別是子葉節(jié)粗對(duì)水旱產(chǎn)量比值的直接作用較大。苗期、后期兩種水分條件下根系特征分別定位到9、11個(gè)效應(yīng)較大的QTL。在兩種環(huán)境條件下檢測(cè)到的QTL有較大的差異,說(shuō)明干旱環(huán)境對(duì)控制

4、根系性狀基因的表達(dá)有較大的影響。檢測(cè)到控制根系相關(guān)性狀的QTL位于相同或相近的區(qū)間。在第6、8和10等染色體上存在控制根系性狀和抗旱指標(biāo)的一因多效或緊密連鎖位點(diǎn)。
　　 3、開(kāi)花期旱脅迫條件下對(duì)群體三個(gè)水分性狀和茸毛密度的研究表明:萎蔫指數(shù)和相對(duì)含水量相關(guān)極顯著；大田和溫室旱脅迫條件下定位到14個(gè)控制大豆水分相關(guān)性狀的QTL,其中控制萎蔫指數(shù)的QTL qWC8-2、qWC8-2和控制離體葉片失水率的QTL qELW12在兩種環(huán)境

5、條件下均被檢測(cè)到,較穩(wěn)定；葉片正面、背面茸毛密度共檢測(cè)到13個(gè)QTL,其中qpu12-1和qpd12-1為主效基因,其余為微效基因；檢測(cè)到控制葉片正面、背面茸毛密度與花葉病毒病抗性、水分性狀和抗旱指標(biāo)的一因多效或緊密連鎖位點(diǎn)。
　　 4、不同時(shí)期葉片萎蔫指數(shù)、黃化脫落葉節(jié)位的動(dòng)態(tài)分析表明:開(kāi)花結(jié)莢期的萎蔫指數(shù)與單株水旱產(chǎn)量比值極顯著負(fù)相關(guān),與目測(cè)分級(jí)顯著正相關(guān)；花芽分化期和結(jié)莢鼓粒期的葉片黃化脫落葉節(jié)位與溫室水旱產(chǎn)量比值也極顯著

6、負(fù)相關(guān),這些抗旱性指標(biāo)具有直觀、方便、簡(jiǎn)單和實(shí)用等特點(diǎn)。不同時(shí)期萎蔫指數(shù)共檢測(cè)到18個(gè)相關(guān)的QTL,其中前三個(gè)時(shí)期檢測(cè)到的qWC8-2、qWC8-4和qWC8-5與后三個(gè)時(shí)期檢測(cè)到的qWC18-15、qWC18-12、qWC18—14和qWC18-16分別位于第8和18條染色體的相鄰標(biāo)記區(qū)間,說(shuō)明8和18染色體分別與前期和后期的萎蔫指數(shù)相關(guān)程度較高。黃化脫落葉節(jié)位三個(gè)時(shí)期共檢測(cè)到17個(gè)QTL,其中qLY6-10和qLY10-1在花芽分化

7、期和結(jié)莢鼓粒期同時(shí)檢測(cè)到。對(duì)離體葉片失水率的非條件QTL定位表明,QTL qELW8-3、qELW1、qELW9、qELW8-1在多個(gè)時(shí)間段的離體葉片失水率動(dòng)態(tài)分析中被重復(fù)檢測(cè)到；在條件QTL定位分析中,qELW8-1、qELW18-3在多個(gè)時(shí)間段凈增量定位分析中被同時(shí)檢測(cè)到,而qELW1和ELW9僅在一個(gè)時(shí)間段凈增加量中被檢測(cè)到。
　　 5、幼苗期旱脅迫條件下RIL群體的株高、葉長(zhǎng)、葉寬和葉面積與旱處理苗重極顯著正相關(guān)；葉面積

8、降低率與水旱株高比值、旱處理苗重和水旱苗重比值極顯著負(fù)相關(guān),進(jìn)一步證明了干旱條件下植株地上部發(fā)育良好,植株高,葉面積大,生長(zhǎng)繁茂,其抗旱性較強(qiáng)。在正常供水和旱脅迫條件下,第6條染色體從satt322到sat_312標(biāo)記區(qū)間均可檢測(cè)出幼苗期株高、葉長(zhǎng)、葉寬和葉面積相關(guān)的QTL。
　　 6、在不同時(shí)期對(duì)輕度、中度旱脅迫和正常供水條件下的株高及其(旱/水)比值進(jìn)行了研究。所定位的19個(gè)控制三個(gè)時(shí)期不同水分處理?xiàng)l件下株高的非條件QTL,

9、主要分布于除第5、7、9、11和18染色體外的15條染色體上。不同時(shí)期均發(fā)現(xiàn)有旱脅迫條件下特異表達(dá)的QTL,如qPH113-1和qPH13-2與苗期、qPH2-2、qPH3-1和qPH16-1與花芽分化期、qPH2-2、qPH8-4和qPH8-5與花莢期輕度、中度旱脅迫條件下株高有關(guān)。
　　 7、利用RIL群體多年多點(diǎn)的數(shù)據(jù),對(duì)產(chǎn)量相關(guān)性狀與產(chǎn)量間進(jìn)行的遺傳相關(guān)分析表明,水、旱條件下株粒數(shù)、株莢數(shù)、株重和二粒莢與產(chǎn)量的相關(guān)程度均

10、較大。通徑分析表明,正常供水條件下的株粒數(shù)和二粒莢數(shù),旱脅迫條件下的株粒數(shù)、株重、株莢數(shù)、百粒重是影響大豆產(chǎn)量高低的決定性因素。
　　 正常供水、旱脅迫條件下產(chǎn)量相關(guān)性狀對(duì)單株水旱產(chǎn)量比值的相關(guān)分析表明,在正常供水條件下株高、二粒莢、三粒莢、株粒數(shù)和單株產(chǎn)量與水旱產(chǎn)量比值的相關(guān)不顯著,但在旱脅迫條件下它們與水旱產(chǎn)量比值間的相關(guān)達(dá)到顯著或極顯著水平。通徑分析表明,旱脅迫條件下單株產(chǎn)量、一粒莢、二粒莢,正常供水條件下株莢數(shù)對(duì)水旱產(chǎn)量

11、比值的直接作用較大。
　　 對(duì)產(chǎn)量相關(guān)性狀水旱比值間及其與水旱產(chǎn)量比值(旱/水,簡(jiǎn)稱產(chǎn)量比)間進(jìn)行了遺傳相關(guān)分析。結(jié)果表明,單株產(chǎn)量比與二粒莢比、株莢數(shù)比、株粒數(shù)比的相關(guān)程度較大。通徑分析表明二粒莢比對(duì)水旱產(chǎn)量比值的直接作用最大,其次是株重比、株粒數(shù)比和百粒重比,粒長(zhǎng)比對(duì)上述指標(biāo)及產(chǎn)量比有負(fù)向效應(yīng)。
　　 對(duì)太谷2004大田、溫室以及運(yùn)城2004、2005兩年小區(qū)產(chǎn)量的定位結(jié)果表明,兩地兩年共定位到30個(gè)QTL,分布在除

12、1、13、14、15、17和19以外的其余14條染色體上。其中,qSY6-10在兩年兩點(diǎn)正常供水、旱脅迫條件下都可以檢測(cè)到,表現(xiàn)較穩(wěn)定。此外,在該QTL區(qū)間附近,在不同地點(diǎn)和年份水旱條件下還定位到幾個(gè)與小區(qū)產(chǎn)量相關(guān)的QTL,表明染色體6上與qSY6-10相鄰的幾個(gè)區(qū)間是產(chǎn)量QTL富集區(qū)；qSY10-1和qSY3-6分別在運(yùn)城兩年正常供水條件、旱脅迫條件下被檢測(cè)到。
　　 在運(yùn)城兩年正常供水和旱脅迫條件下,對(duì)產(chǎn)量性狀及單株產(chǎn)量的Q

13、TL定位表明,在第3、4、6、7、8、10、11、13、16和17條染色體存在控制分枝數(shù)、株高、株重、百粒重、株粒數(shù)、株莢數(shù)和單株產(chǎn)量穩(wěn)定表達(dá)的QTL。同時(shí)這些染色體上也分布著控制產(chǎn)量性狀的一因多效或緊密連鎖區(qū)域。
　　 總之,比較抗旱相關(guān)性狀的QTL定位結(jié)果,發(fā)現(xiàn)了一些控制產(chǎn)量性狀、形態(tài)性狀、生理性狀和抗旱指標(biāo)的一因多效或緊密連鎖的位點(diǎn)。如,第6條染色體相鄰的標(biāo)記區(qū)間存在控制根系特征、葉片表型特征、產(chǎn)量、水旱產(chǎn)量比值、黃化脫落