水稻灌漿期相關(guān)性狀的動(dòng)態(tài)遺傳及環(huán)境互作研究.pdf

1、近年來,水稻灌漿己成為生理生態(tài)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題之一。對(duì)水稻灌漿特性及其影響因子的探討對(duì)指導(dǎo)水稻高效生產(chǎn)意義重大。目前,對(duì)水稻灌漿過程的研究大多集中在生理生化機(jī)理、栽培措施調(diào)控等手段上,在基因水平上的研究相對(duì)較少。為揭示水稻灌漿過程灌漿相關(guān)數(shù)量性狀的動(dòng)態(tài)變化及其環(huán)境互作,本研究利用課題組由小穗小粒型品種密陽46和大穗大粒型品種FJCD建立的一個(gè)包含130個(gè)家系F10的重組自交系群體,在水稻開花后6d、12d、18d、24d和30d五個(gè)時(shí)

2、期分別記為水稻灌漿始期,灌漿前期,灌漿中期,灌漿后期和灌漿末期(分別記為第一、二、三、四、五期),測定武夷山和莆田環(huán)境下水稻的源性狀、庫性狀、凈光合速率及灌漿速率的動(dòng)態(tài)變化,進(jìn)行灌漿相關(guān)QTL的定位及環(huán)境互作研究,并探討了源庫QTL互作關(guān)系。主要研究結(jié)果如下：
　　 ⑴考察水稻灌漿源相關(guān)的11個(gè)性狀,包括旗葉長、旗葉寬、旗葉面積、倒二葉長、倒二葉寬、倒二葉面積、倒三葉長、倒三葉寬、倒三葉長、倒三葉面積、抽穗期和株高,結(jié)果表明：各

3、性狀的頻率分布均呈正態(tài)或偏正態(tài)分布,表明這些性狀為數(shù)量性狀,可以用于QTL定位研究。在武夷山環(huán)境下,對(duì)11個(gè)與源相關(guān)的性狀進(jìn)行了QTL定位,共檢測到22個(gè)加性QTL位點(diǎn),分布于水稻第1、2、6、11號(hào)染色體上,解釋了大部分的遺傳變異。這些QTL的貢獻(xiàn)率介于1.79％-44.55％之間,其中大于10％的位點(diǎn)有15個(gè),效應(yīng)值小于5％的微效QTL也檢測到有3個(gè)。單個(gè)性狀的QTL位點(diǎn)數(shù)為1-4個(gè)。檢測到與抽穗期有關(guān)的QTL1個(gè),位于6號(hào)染色體上

4、,解釋了25.63％的變異,該QTL的正加性效應(yīng)由親本FJCD的等位基因提供。莆田種植的RIL群體,進(jìn)行源相關(guān)的11個(gè)性狀的QTL分析,共檢測到20個(gè)加性QTL位點(diǎn),分布于水稻第2、5、6、7、12號(hào)染色體上,解釋了大部分的遺傳變異。這些QTL的遺傳效應(yīng)值介于0.66％-56.75％之間,其中效應(yīng)值大于10％的位點(diǎn)有7個(gè),效應(yīng)值小于5％的微效QTL也檢測到有8個(gè)。單個(gè)性狀的QTL位點(diǎn)數(shù)為0-5個(gè),沒有檢測到與抽穗期、旗葉長、旗葉葉面積相

5、關(guān)的QTL,其余8個(gè)性狀均檢測到相應(yīng)的QTL位點(diǎn)。GE互作分析,共檢測到20個(gè)QTL,分布在水稻1、2、6、11、12號(hào)染色體上,均與環(huán)境存在互作效應(yīng)。20個(gè)QTL中,加性效應(yīng)對(duì)表型變異貢獻(xiàn)率1.37％-34.98％,4個(gè)加性QTL貢獻(xiàn)率較大,大于10％,10個(gè)表型變異小于5％的加性QTL,GE互作效應(yīng)對(duì)表型貢獻(xiàn)率0％-15.16％,4個(gè)貢獻(xiàn)率大于10％,12個(gè)小于5％的微效GE互作。
　　 ⑵考察水稻灌漿庫相關(guān)的5個(gè)性狀,包括

6、穗長、穗重、粒長、粒重、粒寬等,結(jié)果表明:各性狀的頻數(shù)分布均呈正態(tài)或偏正態(tài)分布,表明這些性狀為數(shù)量性狀,可以用于QTL定位研究。武夷山環(huán)境下定位灌漿期五個(gè)時(shí)段的穗長、穗重的QTL:結(jié)果共得到21個(gè)相關(guān)QTL,分布在水稻第1、3、5、6、7、8、11號(hào)染色體上,加性效應(yīng)表型貢獻(xiàn)率0.61％-31.63％,大于10％的加性效應(yīng)QTL8個(gè),小于5％的微效QTL6個(gè)。其中,qPL-7-5和qP L-7-6兩個(gè)QTL在灌漿第一、四階段重復(fù)出現(xiàn),分

7、別在兩個(gè)階段對(duì)表型變異的貢獻(xiàn)也差異很大。定位控制灌漿期五個(gè)階段千粒重的QTL:結(jié)果共得到9個(gè)相關(guān)QTL,分布在水稻第1、2、3、5、7號(hào)染色體上,加性效應(yīng)表型貢獻(xiàn)率3.03％-11.9％,大于10％的加性效應(yīng)QTL1個(gè),小于5％的微效QTL3個(gè)。其中,qGW-7-7在灌漿第四、五階段重復(fù)出現(xiàn),分別在兩個(gè)階段對(duì)表型變異的貢獻(xiàn)為7.64％、3.82％。定位控制灌漿期粒長的QTL:結(jié)果共得到7個(gè)與粒長相關(guān)的QTL,分布在水稻第4、6、7、10

8、、12號(hào)染色體上,加性效應(yīng)分別為-0.03、-0.03、-0.03、-0.03、0.02、-0.05、0.03,表型貢獻(xiàn)率分別為5.69％、5.69％、8.22％、5.69％、2.53％、15.82％、5.69％。定位控制灌漿期粒寬的QTL:結(jié)果共得到相關(guān)加性QTL7個(gè),分別位于2、2、5、5、6、6、7號(hào)染色體上,加性效應(yīng)分別為0.02、0.01、0.01、0.01、-0.02、-0.02、0.02,表型貢獻(xiàn)率分別為5.72％、0.4

9、4％、0.44％、0.44％、1.77％、1.77％、1.77％。莆田環(huán)境下定位灌漿期五個(gè)時(shí)段的穗長、穗重的QTL:結(jié)果共得到41個(gè)相關(guān)QTL,分布在水稻第1、2、3、4、5、6、8、9、10號(hào)染色體上,加性效應(yīng)表型貢獻(xiàn)率0.32％-16.52％,大于10％的加性效應(yīng)QTL11個(gè),小于5％的微效QTL26個(gè)。其中,控制穗長的qPL-2.11、qPL-2-12、qPL-2-13、qPL-4-2、qPL-4-3、qPL-8-3、qPL,-8

10、-4、qPL-9-4等QTL均在一個(gè)以上的階段重復(fù)出現(xiàn);控制穗重的qPW-10-3、qPW-3.2、qPW-3.3、qPW-8.8等QTL均在一個(gè)以上的階段重復(fù)出現(xiàn),說明QTL加性效應(yīng)是穗長形成過程中的主要力量。定位控制灌漿期五個(gè)階段千粒重的QTL:結(jié)果共得到13個(gè)相關(guān)QTL,分布在水稻第1、2、4、6、7號(hào)染色體上,加性效應(yīng)表型貢獻(xiàn)率1.9％-24.78％,大于10％的加性效應(yīng)QTL5個(gè),小于5％的微效QTL1個(gè)。其中,qGW-6-7

11、、qGW-2-1、qGW-6-8分別在灌漿第四、二、三階段出現(xiàn),又全部在灌漿第五階段重復(fù)出現(xiàn),說明QTL加性效應(yīng)對(duì)水稻灌漿后期產(chǎn)量的形成有極其重要的作用。定位控制灌漿期粒長的QTL:結(jié)果共得到9個(gè)與粒長相關(guān)的QTL,分布在水稻第1、2、4、5、7、10、11、12號(hào)染色體上,加性效應(yīng)分別為-0.02、0.02、-0.02、-0.02、-0.03、-0.04、-0.03、0.02、-0.02,表型貢獻(xiàn)率分別為3.58％、3.58％、3.5

12、8％、3.58％、8.06％、16.12％、8.06％、3.58％、3.58％。定位控制灌漿期粒寬的QTL:對(duì)控制籽粒寬的QTL進(jìn)行定位分析,得到相關(guān)加性QTL3個(gè),分別位于5、5、6號(hào)染色體上,加性效應(yīng)分別為0.0136、0.0061、-0.0159,表型貢獻(xiàn)率分別為14.99％、3.02％、20.49％。
　　 ⑶武夷山環(huán)境下定位灌漿期五個(gè)時(shí)段的凈光合速率的QTL:只在灌漿期第一、四階段檢測到7加性QTL位點(diǎn),分布于水稻第2

13、、4、10、11號(hào)染色體上,解釋了大部分的表型變異。這些QTL的遺傳效應(yīng)值介于0.34％-22.71％之間,除了兩個(gè)QTL為貢獻(xiàn)率小于5％的微效QTL外,其他QTL的效應(yīng)值均在10％左右。莆田環(huán)境下定位灌漿期五個(gè)時(shí)段的凈光合速率QTL:灌漿期第五階段仍然沒有定位到相關(guān)QTL,但在第二、三階段各定位到一個(gè)顯著的加性QTL。莆田環(huán)境下共檢測到15與凈光合速率相關(guān)的QTL位點(diǎn),分布于水稻第1、2、4、7、9、10號(hào)染色體上,解釋了大部分的表型

14、變異。這些QTL的遺傳效應(yīng)值介于0.36％-17.85％之間,2個(gè)QTL為貢獻(xiàn)率小于5％的微效QTL,只有1個(gè)QTL對(duì)表型變異的貢獻(xiàn)率大于10％。GE互作分析,聯(lián)合該群體兩地的灌漿期五個(gè)階段的凈光合速率,共檢測到灌漿期第一、二、四階段的7個(gè)GE互作位點(diǎn),分布在水稻2、4、9、11號(hào)染色體上,均與環(huán)境存在顯著的互作效應(yīng)。7個(gè)QTL中,加性效應(yīng)對(duì)表型變異貢獻(xiàn)率3.51％-16.05％,加性效應(yīng)的大于10％的主效QTL1個(gè),小于5％的微效QT

15、L2個(gè),GE互作效應(yīng)對(duì)表型貢獻(xiàn)率0％-20.91％,大于10％的主效QTL3個(gè),小于5％的微效QTL3個(gè)。
　　 ⑷武夷山環(huán)境下定位灌漿期五個(gè)時(shí)段的灌漿速率的QTL:在灌漿期第一、二、四、五階段及灌漿期平均灌漿速率檢測到11個(gè)加性QTL位點(diǎn),分布于水稻第1、2、4、5、7、10號(hào)染色體上,解釋了大部分的表型變異。這些QTL的遺傳效應(yīng)值介于0.92％-17.39％之間,6個(gè)QTL為貢獻(xiàn)率小于5％的微效QTL,只有1個(gè)QTL的貢獻(xiàn)率

16、大于10％。莆田環(huán)境下定位灌漿期五個(gè)時(shí)段的灌漿速率的QTL:在灌漿期第二、三、四階段及平均灌漿速率檢測到9個(gè)加性QTL位點(diǎn),分布于水稻第1、2、5、6、8號(hào)染色體上,解釋了大部分的表型變異。這些QTL的遺傳效應(yīng)值介于1.99％-24.41％之間,2個(gè)QTL為貢獻(xiàn)率小于5％的微效QTL,3個(gè)QTL的貢獻(xiàn)率大于10％。GE互作分析:聯(lián)合該群體兩地的灌漿期五個(gè)階段的灌漿速率及平均灌漿,共檢測到灌漿期第二、四、五階段及平均灌漿速率的7個(gè)GE互作

17、QTL,分布在水稻1、2、4、5、6、10號(hào)染色體上,均與環(huán)境存在顯著的互作效應(yīng)。8個(gè)GE互作位點(diǎn)中,加性效應(yīng)對(duì)表型變異貢獻(xiàn)率1.1％-4.54％,均為加性效應(yīng)為小于5％的微效位點(diǎn),GE互作效應(yīng)對(duì)表型貢獻(xiàn)率0％-10.29％,加性效應(yīng)對(duì)表型貢獻(xiàn)率不大。
　　 ⑸運(yùn)用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析:源性狀與灌漿速率的相關(guān)性分析;凈光合速率與灌漿速率相關(guān)性分析;五個(gè)階段的灌漿速率及平均灌漿速率之間的相關(guān)性分析。結(jié)果表明,灌漿期相關(guān)性之間