利用重組自交系群體研究大豆產量與生物量動態(tài)特征、莖葉性狀間的關系和產量相關性狀的QTL分析.pdf

1、產量是大豆育種最重要的性狀。大豆產量是一個綜合性狀，其遺傳基礎復雜.研究產量密切相關的性狀或產量因素，是揭示產量性狀遺傳基礎的有效途徑。大豆產量主要影響因素可歸為3類：(1)光合生理有關性狀：生物量累積與分配、葉部性狀等；(2)產量因子：收獲指數(shù)、百粒重、莢數(shù)、節(jié)數(shù)以及分枝性狀等；(3)倒伏性，前2者是產量決定因素，后者是高產限制因素。目前對這3類產量主要影響因素的遺傳研究還比較薄弱。因此，本文以科豐1號和南農1138-2組建的大豆重組

2、自交家系NJRIKY為材料，在遺傳背景相對控制下，通過2年田間試驗的表型評價，研究高產家系生物量累積與分配動態(tài)特征；產量與這3類性狀之間的關系，并定位相關性狀的QTL.與美國Florida大學合作發(fā)展出2套新的遺傳統(tǒng)計模型，分別用于大豆株高生長QTL與環(huán)境互作、莖桿和全株生物量異速生長性狀QTL的檢測。本研究結果為分子標記改良大豆產量性狀，較全面地揭示NJRIKY群體產量遺傳基礎，提供分子標記信息. 1.通過測定出苗后25 d至

3、鼓粒期生物量累積和分配數(shù)據，獲得大豆高、中、低產家系生物量積累與分配的動態(tài)特征： (1)地下部、地上部生物量與產量具極顯著的相關動態(tài)，隨生長進程，相關系數(shù)逐漸增加，至鼓粒期(R5～R6期)相關系數(shù)達到最大； (2)大田條件2500～2800 kg hm-2以上的高產家系，在約19萬株/ha的情況下，地下部、地上部生物量累積顯著高于中、低產家系，其地下部累積量為300-330 kghm-2(R1)、500 kg hm-2(

4、R3)和650 kg hm-2(R5)，最大值660-700 kg hm-2，地上部累積量為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，最大累積值均出現(xiàn)在鼓粒期； (3)高產家系各器官生物量分配動態(tài)特征是，莖稈、葉柄占同時期全生物量的比例兩年平均分別為29.4％(R1)，32.0％(R3)，30.8％

5、(R5)、27.1％(R6)和10.5％(R1)、11.7％(R3)、10.6％(R5)8.2％(R6)，顯著高于中、低產家系；葉、根比例分別為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)，顯著低于中，低產家系。 2.在NJRIKY群體目標性狀較寬的變異范圍內，進一步研究了R5期生物量、收獲期生物量、收獲指數(shù)、R1和R5期葉

6、面積指數(shù)與產量，以及收獲指數(shù)與生物量的回歸關系。結果表明，R5期生物量與產量呈指數(shù)回歸關系，R5期生物量累積在5500～6500kg hm-2時，產量不再隨生物量增加而增加，進一步驗證了上述高產家系R5期生物量累積標準具有普適性； 收獲期生物量與產量具直線關系，試驗范圍內未發(fā)現(xiàn)生物量上限；R1、R5期葉面積指數(shù)與產量具直線關系，但同一產量水平對應的葉面積指數(shù)變幅較寬； 表現(xiàn)收獲指數(shù)與產量呈指數(shù)曲線相關，小于0.42時與產

7、量具正變關系，大于0.42時與產量具負變關系.收獲期生物量與表觀收獲指數(shù)呈負向的指數(shù)曲線相關，說明當生物量累積不再是高產品種的限制因素時，產量的進一步突破途徑是提高收獲指數(shù)。 產量因子與產量的相關研究結果是，除有效分枝和分枝莢數(shù)外，產量與根重、冠層寬和冠層高、莢數(shù)、莢粒數(shù)、百粒重、主莖莢數(shù)，分枝莢數(shù)、主莖節(jié)數(shù)等均呈極顯著相關；其中，根重、冠層寬和冠層高與產量的相關系數(shù)相對較高。 3.NJRIKY群體產量及產量相關性狀QT

8、L的檢測結果： (1)檢測到9個產量QTL，貢獻率6％～17％.其中q YDB1-1和qYDD1a-2是兩年均能穩(wěn)定表達的產量QTL，累積解釋產量變異的29％；另外2個產量QTL，qYDD2-1和qYDD2-2，貢獻率分別是13％和16％，也歸為主效產量QTL；其余的5個產量QTL貢獻率均在10％以下。說明產量性狀存在主效QTL控制的同時，也受效應較小的QTL位點的影響，表現(xiàn)出主效基因和微效基因共同決定的遺傳體系. (2

9、)檢測到R1、R3和R5期生物量累積有關的QTL分別有6、9和6個，其中C2連鎖群的2個標記區(qū)間，GMKF059a～satt319和O連鎖群GMKF082b～satt3313，同時檢測到這3個時期的生物量QTL，且相應QTL貢獻率均較大，是控制生物量累積的主效QTL。檢測到10個收獲期生物量QTL，其中，qBMB1-2、qBMC2-1和qBMO-1，是主效QTL。 (3)兩年共檢測到10個表觀收獲指數(shù)QTL，貢獻率6％～22％.

10、其中qHIB1-2、qHIO-1和qHIO-2貢獻率較大且具有年份穩(wěn)定性，是控制表觀收獲指數(shù)的主效QTL。 (4)發(fā)現(xiàn)9個根重QTL，貢獻率在5.1％～21.1％之間.B1連鎖群的qRTB1-1兩年能穩(wěn)定表達，貢獻率在10％以上，是根重有關的主效QTL. (5)檢測到5個R1期葉面積指數(shù)QTL，貢獻率在6.4％～17.2％之間，2年未檢測到穩(wěn)定表達的QTL. R5期檢測到6個葉面積指數(shù)QTL，貢獻率7.3％～26.2％.

11、位于B1連鎖群的qLAIR381-1具有年份穩(wěn)定性，且貢獻率較大，是葉面積指數(shù)主效QTL；兩年共檢測到4個冠層寬有關的QTL，貢獻率在6.3％～13.1％之間.冠層高有關的QTL兩年共檢測到12個，貢獻率為5.2％～9.2‰其中的O連鎖群標記區(qū)間satt262-satt173，是冠層高和寬共同的QTL位點. (6)百粒重、莢粒數(shù)和單株莢數(shù)分別被檢出6、2和1個QTL，解釋相應的表型變異在6.9～15.7％之間.主效QTL是qSW

12、B1-1、qSNPPO-2和qPPB1，發(fā)現(xiàn)分枝莢數(shù)、主莖莢數(shù)、主莖節(jié)數(shù)和有效分枝QTL分別為5、3、8和3個，貢獻率6.3％～13.7％. (7)比較產量及產量相關的性狀QTL定位結果發(fā)現(xiàn)，(1)在9個產量QTL中，有5個QTL位點，同時發(fā)現(xiàn)有多個產量相關性狀QTL，以產量主效QTL之一的qYDB1-1所在的B1連鎖群上分布的各性狀QTL最多.(2)產量及產量相關性狀，多數(shù)QTL成簇分布在B1、C2和O連鎖群.這一方面解釋了這

13、些性狀間相關的遺傳原因，也說明產量與其相關的性狀既存在共同的遺傳基礎，也有各自自身遺傳控制體系.將產量主效QTL和產量密切相關性狀QTL位點結合起來，共同作為產量的遺傳控制體系，對深入揭示產量的遺傳控制基礎將是有意義的. 4.對倒伏性評價指標的遴選研究結果是：在設計的4種倒伏性評價指標中，根據指標與倒伏程度的相關程度、物理意義、測度簡便性和環(huán)境穩(wěn)定性等4個判斷標準，遴選出鮮重力矩(PF)的綜合表現(xiàn)最優(yōu)，并對PF和倒伏程度進行QT

14、L分析。在NJRIKY群體共檢測到7個倒伏程度相關的QTL，2年未檢測到相同的QTL；檢測出7個倒伏勢有關的QTL，分別解釋表型變異的5％～12％，其中qPFC2-2，2年均能穩(wěn)定表達，貢獻值較大，是倒伏勢主效QTL. 5.在原有功能作圖的框架下，擴展建立了2套遺傳模型，分別用于檢測株高生長QTL與環(huán)境互作效應和控制莖桿和全株生物量異速生長QTL的定位，結果，在C2和O連鎖群發(fā)現(xiàn)2個控制株高生長的QTL。通過互作檢驗，發(fā)現(xiàn)這些Q