利用重组自交系群体研究大豆产量与生物量动态特征、茎叶性状间的关系和产量相关性状的QTL分析

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产量是大豆育种最重要的性状。大豆产量是一个综合性状，其遗传基础复杂.研究产量密切相关的性状或产量因素，是揭示产量性状遗传基础的有效途径。大豆产量主要影响因素可归为3类：(1)光合生理有关性状：生物量累积与分配、叶部性状等；(2)产量因子：收获指数、百粒重、荚数、节数以及分枝性状等；(3)倒伏性，前2者是产量决定因素，后者是高产限制因素。目前对这3类产量主要影响因素的遗传研究还比较薄弱。因此，本文以科丰1号和南农1138-2组建的大豆重组自交家系NJRIKY为材料，在遗传背景相对控制下，通过2年田间试验的表型评价，研究高产家系生物量累积与分配动态特征；产量与这3类性状之间的关系，并定位相关性状的QTL.与美国Florida大学合作发展出2套新的遗传统计模型，分别用于大豆株高生长QTL与环境互作、茎杆和全株生物量异速生长性状QTL的检测。本研究结果为分子标记改良大豆产量性状，较全面地揭示NJRIKY群体产量遗传基础，提供分子标记信息. 1.通过测定出苗后25 d至鼓粒期生物量累积和分配数据，获得大豆高、中、低产家系生物量积累与分配的动态特征： (1)地下部、地上部生物量与产量具极显著的相关动态，随生长进程，相关系数逐渐增加，至鼓粒期(R5～R6期)相关系数达到最大； (2)大田条件2500～2800 kg hm-2以上的高产家系，在约19万株/ha的情况下，地下部、地上部生物量累积显著高于中、低产家系，其地下部累积量为300-330 kghm-2(R1)、500 kg hm-2(R3)和650 kg hm-2(R5)，最大值660-700 kg hm-2，地上部累积量为1500～1600 kg hm-2(R1)、3100～3400 kg hm-2(R3)和5500～6500 kg hm-2(R5)，最高值7200～7800 kg hm-2，最大累积值均出现在鼓粒期； (3)高产家系各器官生物量分配动态特征是，茎秆、叶柄占同时期全生物量的比例两年平均分别为29.4％(R1)，32.0％(R3)，30.8％(R5)、27.1％(R6)和10.5％(R1)、11.7％(R3)、10.6％(R5)8.2％(R6)，显著高于中、低产家系；叶、根比例分别为46.0(R1)、41.2％(R3)、34.1％(R5)、25.4％(R6)和7.1％(R1)、12.6％(R3)、9.7％(R5)，7.9％(R6)，显著低于中，低产家系。 2.在NJRIKY群体目标性状较宽的变异范围内，进一步研究了R5期生物量、收获期生物量、收获指数、R1和R5期叶面积指数与产量，以及收获指数与生物量的回归关系。结果表明，R5期生物量与产量呈指数回归关系，R5期生物量累积在5500～6500kg hm-2时，产量不再随生物量增加而增加，进一步验证了上述高产家系R5期生物量累积标准具有普适性；收获期生物量与产量具直线关系，试验范围内未发现生物量上限；R1、R5期叶面积指数与产量具直线关系，但同一产量水平对应的叶面积指数变幅较宽；表现收获指数与产量呈指数曲线相关，小于0.42时与产量具正变关系，大于0.42时与产量具负变关系.收获期生物量与表观收获指数呈负向的指数曲线相关，说明当生物量累积不再是高产品种的限制因素时，产量的进一步突破途径是提高收获指数。产量因子与产量的相关研究结果是，除有效分枝和分枝荚数外，产量与根重、冠层宽和冠层高、荚数、荚粒数、百粒重、主茎荚数，分枝荚数、主茎节数等均呈极显著相关；其中，根重、冠层宽和冠层高与产量的相关系数相对较高。 3.NJRIKY群体产量及产量相关性状QTL的检测结果： (1)检测到9个产量QTL，贡献率6％～17％.其中q YDB1-1和qYDD1a-2是两年均能稳定表达的产量QTL，累积解释产量变异的29％；另外2个产量QTL，qYDD2-1和qYDD2-2，贡献率分别是13％和16％，也归为主效产量QTL；其余的5个产量QTL贡献率均在10％以下。说明产量性状存在主效QTL控制的同时，也受效应较小的QTL位点的影响，表现出主效基因和微效基因共同决定的遗传体系. (2)检测到R1、R3和R5期生物量累积有关的QTL分别有6、9和6个，其中C2连锁群的2个标记区间，GMKF059a～satt319和O连锁群GMKF082b～satt3313，同时检测到这3个时期的生物量QTL，且相应QTL贡献率均较大，是控制生物量累积的主效QTL。检测到10个收获期生物量QTL，其中，qBMB1-2、qBMC2-1和qBMO-1，是主效QTL。 (3)两年共检测到10个表观收获指数QTL，贡献率6％～22％.其中qHIB1-2、qHIO-1和qHIO-2贡献率较大且具有年份稳定性，是控制表观收获指数的主效QTL。 (4)发现9个根重QTL，贡献率在5.1％～21.1％之间.B1连锁群的qRTB1-1两年能稳定表达，贡献率在10％以上，是根重有关的主效QTL. (5)检测到5个R1期叶面积指数QTL，贡献率在6.4％～17.2％之间，2年未检测到稳定表达的QTL. R5期检测到6个叶面积指数QTL，贡献率7.3％～26.2％.位于B1连锁群的qLAIR381-1具有年份稳定性，且贡献率较大，是叶面积指数主效QTL；两年共检测到4个冠层宽有关的QTL，贡献率在6.3％～13.1％之间.冠层高有关的QTL两年共检测到12个，贡献率为5.2％～9.2‰其中的O连锁群标记区间satt262-satt173，是冠层高和宽共同的QTL位点. (6)百粒重、荚粒数和单株荚数分别被检出6、2和1个QTL，解释相应的表型变异在6.9～15.7％之间.主效QTL是qSWB1-1、qSNPPO-2和qPPB1，发现分枝荚数、主茎荚数、主茎节数和有效分枝QTL分别为5、3、8和3个，贡献率6.3％～13.7％. (7)比较产量及产量相关的性状QTL定位结果发现，(1)在9个产量QTL中，有5个QTL位点，同时发现有多个产量相关性状QTL，以产量主效QTL之一的qYDB1-1所在的B1连锁群上分布的各性状QTL最多.(2)产量及产量相关性状，多数QTL成簇分布在B1、C2和O连锁群.这一方面解释了这些性状间相关的遗传原因，也说明产量与其相关的性状既存在共同的遗传基础，也有各自自身遗传控制体系.将产量主效QTL和产量密切相关性状QTL位点结合起来，共同作为产量的遗传控制体系，对深入揭示产量的遗传控制基础将是有意义的. 4.对倒伏性评价指标的遴选研究结果是：在设计的4种倒伏性评价指标中，根据指标与倒伏程度的相关程度、物理意义、测度简便性和环境稳定性等4个判断标准，遴选出鲜重力矩(PF)的综合表现最优，并对PF和倒伏程度进行QTL分析。在NJRIKY群体共检测到7个倒伏程度相关的QTL，2年未检测到相同的QTL；检测出7个倒伏势有关的QTL，分别解释表型变异的5％～12％，其中qPFC2-2，2年均能稳定表达，贡献值较大，是倒伏势主效QTL. 5.在原有功能作图的框架下，扩展建立了2套遗传模型，分别用于检测株高生长QTL与环境互作效应和控制茎杆和全株生物量异速生长QTL的定位，结果，在C2和O连锁群发现2个控制株高生长的QTL。通过互作检验，发现这些QTL具有显著的基因型-环境互作效应，并估计了株高QTL在整个生长和发育阶段的时间序列效应，测验了不同环境下特定QTL基因型生长曲线的区别。利用异速生长模型，成功检测到4个控制茎杆和全株生物量异速生长的QTL.这2套模型，为破译任何生物性状的表达以适应生境和非生境中的遗传控制结构，研究复杂表型的遗传网络结构，以获得与性状的发育模式和进程的调节机制有关的重要信息，奠定了初步的遗产学研究思路和方法。

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作者
黄中文;
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作者单位

南京农业大学;

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授予单位南京农业大学;
学科作物遗传育种
授予学位博士
导师姓名盖钧镒;
年度 2008
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正文语种中文
中图分类大豆;
关键词
大豆; 生物量累积; 茎叶性状; 数量性状位点; QTL分析; 异速生长; 遗传模型;

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