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        小麥DH群體抗旱系數(shù)的QTL分析

        2018-08-08 08:23:32李曉宇吳少輝馮偉森張學(xué)品郭軍偉
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2018年14期
        關(guān)鍵詞:產(chǎn)量

        李曉宇,吳少輝,馮偉森,張學(xué)品,郭軍偉

        (洛陽市農(nóng)林科學(xué)院,河南洛陽 471022)

        隨著CO2排放量的增加,全球氣候變暖趨勢極速加劇,干旱已經(jīng)成為限制農(nóng)作物產(chǎn)量的重要因素。雖然通過灌溉可在一定程度上緩解干旱帶來的危害,但灌溉會引起土壤鹽堿化、板結(jié)。因此,選育抗旱品種成為解決干旱脅迫的主要途徑之一。金善寶研究認(rèn)為,作物的抗旱性是一項復(fù)雜的生物性狀,主要反映在一系列生理和形態(tài)變化上以及生長發(fā)育的節(jié)奏與農(nóng)業(yè)氣候因素變化相配合的程度,但最終還是通過產(chǎn)量來體現(xiàn)[1]。張正斌提出,小麥抗旱育種的目標(biāo)不僅要求品種具有較好的穩(wěn)產(chǎn)性,而且要具有較大的增產(chǎn)潛力,達(dá)到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[2-3]。小麥品種的抗旱性是一個復(fù)雜的性狀,植株在干旱時通過本身的抗旱特性來抵抗干旱脅迫從而提高產(chǎn)量[1-6]。

        目前,國內(nèi)外學(xué)者對小麥抗旱性的鑒定方法已進(jìn)行了大量的研究,并提出了許多較好的鑒定方法[7-14]。王瑋等研究發(fā)現(xiàn),冬小麥在低水勢下萌發(fā)時,其胚芽鞘長度與抗旱性呈顯著正相關(guān)[15];楊子光等認(rèn)為,選育苗期抗旱性好的小麥品種是提高小麥抗旱性的重要手段,小麥苗期干旱脅迫—復(fù)水處理后,麥苗存活率可作為抗旱性鑒定的重要指標(biāo)[16];張燦軍等認(rèn)為,籽粒產(chǎn)量指標(biāo)是最重要的、最綜合的、最根本的小麥品種抗旱性鑒定指標(biāo)[17]。生物抗旱指標(biāo)對于鑒定小麥抗旱性具有直觀、簡單、容易測量的特點,為小麥抗旱種質(zhì)的鑒定和抗旱育種的選擇提供了一定的參考價值。農(nóng)業(yè)抗旱指標(biāo)(產(chǎn)量指標(biāo))是鑒定小麥抗旱性最主要的指標(biāo),是小麥區(qū)域試驗和生產(chǎn)試驗中抗旱性鑒定的最佳指標(biāo)[18],常見的主要有抗旱系數(shù)、干旱敏感指數(shù)、抗旱指數(shù)以及性狀抗旱指數(shù)。

        Groos等在2B染色體上定位了同時控制千粒質(zhì)量和抽穗期的數(shù)量性狀基因座(quantitative trait locus,簡稱QTL),表型變異貢獻(xiàn)值10.7%~19.7%[19];Miura等發(fā)現(xiàn),5BL染色體上的Nel基因?qū)Υ蠖鄶?shù)與籽粒產(chǎn)量有關(guān)的QTL有連鎖關(guān)系,定位出同時控制每穗小穗數(shù)和粒數(shù)的QTL[20]。目前關(guān)于小麥抗旱性狀的QTL定位都集中于小麥的生理性狀、農(nóng)藝性狀,對抗旱系數(shù)的研究少之又少,本研究采用DH群體作為遺傳材料,在干旱脅迫和正常灌溉條件下,對小麥抗旱系數(shù)的QTL定位和效應(yīng)分析,為小麥抗旱性的研究和品種的選擇提供依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗材料

        小麥加倍單倍體(DH)群體(旱選10號×魯麥14)是通過花藥培養(yǎng)創(chuàng)建的具有150個株系的小麥加倍單倍體群體,群體內(nèi)各株系間變異廣泛[21]。該群體的2個親本在抗旱性上的遺傳差異較大,母本旱選10號是優(yōu)異抗旱資源;父本魯麥14是山東省煙臺市農(nóng)科所育成的水地高產(chǎn)品種。

        1.2 遺傳圖譜

        DH群體的遺傳連鎖圖總長度為3 904 cM,395個標(biāo)記位點被定位在小麥的21條染色體上。平均每條染色體連鎖圖長185.9 cM,平均2個標(biāo)記的距離為9.9 cM。每個連鎖圖上平均有19個標(biāo)記,但是不同染色體上的標(biāo)記位點數(shù)目差異較大,其中,A基因組有161個標(biāo)記,B基因組有177個,D基因組只有57個,分別占標(biāo)記總數(shù)的40.8%、44.8%、14.4%。在遺傳多態(tài)性方面,B基因組的遺傳多態(tài)性最高,而D基因組的多態(tài)性最低。

        1.3 材料種植

        DH群體及其親本于2015年10月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)作站條播,行長2 m,每行40粒,雙行區(qū)。水分管理分為雨養(yǎng)即干旱脅迫(drought-stress,DS)和正常灌溉(well-watered,WW)2種處理。播種前統(tǒng)一澆底墑水,播種后雨養(yǎng)材料全生育期只依靠自然降水,小麥生育期內(nèi)降水量約為100 mm;灌溉處理的材料按正常的田間水分管理,分別在越冬前、拔節(jié)期和灌漿中期灌溉,每次灌溉量900 m3/hm2。

        1.4 抗旱相關(guān)農(nóng)藝性狀的測量

        在小麥成熟期,每個株系及親本隨機取10株(每行中間),晾干考種,統(tǒng)計單株籽粒產(chǎn)量(yield per plant,YPP),以10株平均值作為每個株系的觀測值。并根據(jù)每個株系的單株產(chǎn)量求出抗旱系數(shù):抗旱系數(shù)(DRC)=旱地單株產(chǎn)量/水地單株產(chǎn)量。

        1.5 數(shù)據(jù)處理及分析方法

        用DPS v7.05統(tǒng)計分析軟件對小麥DH群體的單株產(chǎn)量及抗旱系數(shù)進(jìn)行基本統(tǒng)計量分析。QTL定位分析采用巢式關(guān)聯(lián)分析群體的QTL作圖軟件IciMapping v3.2分析小麥抗旱系數(shù)的加性QTL、加性×加性上位性QTL。以LOD≥2.5作為閾值判斷QTL的存在與否。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 DH群體單株產(chǎn)量和抗旱系數(shù)的表型分析

        從表1中可知,DH群體中旱地單株產(chǎn)量的變幅在 0.677~8.05 g之間,平均值為3.30 g,變異系數(shù)為0.49;水地的單株產(chǎn)量的變幅在2.37~9.64 g之間,平均值為5.81 g,變異系數(shù)為0.31,比較這2組數(shù)據(jù)可知,水地單株產(chǎn)量普遍大于旱地,而且2組數(shù)據(jù)中的偏度、峰度絕對值都小于1,符合正態(tài)分布。母本旱選10號其抗旱系數(shù)是0.66,父本魯麥14的抗旱系數(shù)是0.92,其雜交出的后代中抗旱系數(shù)最大值為1.95,最小值為0.16,變幅在0.16~1.95之間,平均值為0.61,變異系數(shù)是0.56。

        表1 DH群體品種的水旱地單株產(chǎn)量和抗旱系數(shù)的表型變化

        當(dāng)抗旱系數(shù)小于1時,該品種對水分條件敏感,在水地條件下的表現(xiàn)值大于旱地;當(dāng)抗旱系數(shù)大于1時,該品種在水地條件下的表現(xiàn)值小于旱地;當(dāng)抗旱系數(shù)等于1時,說明該品種對水分條件不敏感,水、旱2種條件下的性狀相當(dāng)穩(wěn)定。DH群體抗旱系數(shù)平均值小于1,說明其對水分敏感,適宜水地種植。

        2.2 抗旱系數(shù)的變異分布

        從圖1可以看出,抗旱系數(shù)在0.5~0.6之間的頻次處于最高峰,其大部分品種的抗旱系數(shù)都小于1,說明DH群體對水分敏感,計算抗旱系數(shù)的峰度值為3.11,偏度值為1.56,其絕對值都大于1。

        2.3 抗旱系數(shù)加性效應(yīng)QTL

        從表2可以看出,在染色體2A上檢測到2個控制抗旱系數(shù)的QTL,定位區(qū)間分別位于Xgwm372~Xgwm448、Xgwm122~CWM138.2之間(圖2),2A染色體上的第1個QTL的峰值離Xgwm372距離為0.47 cM,與Xgwm448的距離為0 cM,貢獻(xiàn)率為22.54%; 第2個QTL與Xgwm122的距離為1.15 cM,與CWM138.2的距離為0.16 cM,貢獻(xiàn)率為53.66%。

        2.4 抗旱系數(shù)上位效應(yīng)QTL

        從表3可以看出,在7A染色體上檢測到1對上位效應(yīng)的QTL,在P2071~Xgwm260、WMC301~WMC9之間(圖2),貢獻(xiàn)率為30.6%。

        表2 抗旱系數(shù)的加性效應(yīng)QTL

        表3 抗旱系數(shù)的上位效應(yīng)QTL

        3 結(jié)論與討論

        本試驗通過分析DH群體的抗旱系數(shù)得出多數(shù)品種的抗旱系數(shù)小于1,說明其對水分敏感,但有些品種抗旱系數(shù)大于1,對水分不敏感,可以用于抗旱育種的研究。

        Huang等將產(chǎn)量的QTL定位于1A、1B、2A、2B、2D、3B、4D、5B染色體上,貢獻(xiàn)率在9.2%~21.6%之間[22];Borner等將其定位在7A、2B染色體上[23]。而抗旱系數(shù)是旱地單株產(chǎn)量與水地單株產(chǎn)量的比值,本試驗檢測到2個控制抗旱系數(shù)的加性效應(yīng)QTL,位于2A染色體上,定位區(qū)間分別位于Xgwm372~Xgwm448、Xgwm122~CWM138.2之間,貢獻(xiàn)率分別為22.54%、53.66%。在7A染色體上檢測到1對上位性效應(yīng)的互作,貢獻(xiàn)率為30.6%。所以抗旱系數(shù)的QTL定位與產(chǎn)量的定位一致,本試驗把抗旱系數(shù)定位于2A染色體上,與Huang等的研究結(jié)果[22]基本一致,這些位點屬于穩(wěn)定表達(dá)的QTL。

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