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

1、產(chǎn)量是大豆育種最重要的性狀。大豆產(chǎn)量是一個(gè)綜合性狀，其遺傳基礎(chǔ)復(fù)雜.研究產(chǎn)量密切相關(guān)的性狀或產(chǎn)量因素，是揭示產(chǎn)量性狀遺傳基礎(chǔ)的有效途徑。大豆產(chǎn)量主要影響因素可歸為3類(lèi)：(1)光合生理有關(guān)性狀：生物量累積與分配、葉部性狀等；(2)產(chǎn)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(chǎn)量決定因素，后者是高產(chǎn)限制因素。目前對(duì)這3類(lèi)產(chǎn)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(hào)和南農(nóng)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(duì)控制下，通過(guò)2年田間試驗(yàn)的表型評(píng)價(jià)，研究高產(chǎn)家系生物量累積與分配動(dòng)態(tài)特征；產(chǎn)量與這3類(lèi)性狀之間的關(guān)系，并定位相關(guān)性狀的QTL.與美國(guó)Florida大學(xué)合作發(fā)展出2套新的遺傳統(tǒng)計(jì)模型，分別用于大豆株高生長(zhǎng)QTL與環(huán)境互作、莖桿和全株生物量異速生長(zhǎng)性狀QTL的檢測(cè)。本研究結(jié)果為分子標(biāo)記改良大豆產(chǎn)量性狀，較全面地揭示NJRIKY群體產(chǎn)量遺傳基礎(chǔ)，提供分子標(biāo)記信息. 1.通過(guò)測(cè)定出苗后25 d至

3、鼓粒期生物量累積和分配數(shù)據(jù)，獲得大豆高、中、低產(chǎn)家系生物量積累與分配的動(dòng)態(tài)特征： (1)地下部、地上部生物量與產(chǎn)量具極顯著的相關(guān)動(dòng)態(tài)，隨生長(zhǎng)進(jìn)程，相關(guān)系數(shù)逐漸增加，至鼓粒期(R5～R6期)相關(guān)系數(shù)達(dá)到最大； (2)大田條件2500～2800 kg hm-2以上的高產(chǎn)家系，在約19萬(wàn)株/ha的情況下，地下部、地上部生物量累積顯著高于中、低產(chǎn)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(chǎn)家系各器官生物量分配動(dòng)態(tài)特征是，莖稈、葉柄占同時(shí)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(chǎn)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(chǎn)家系。 2.在NJRIKY群體目標(biāo)性狀較寬的變異范圍內(nèi)，進(jìn)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(chǎn)量，以及收獲指數(shù)與生物量的回歸關(guān)系。結(jié)果表明，R5期生物量與產(chǎn)量呈指數(shù)回歸關(guān)系，R5期生物量累積在5500～6500kg hm-2時(shí)，產(chǎn)量不再隨生物量增加而增加，進(jìn)一步驗(yàn)證了上述高產(chǎn)家系R5期生物量累積標(biāo)準(zhǔn)具有普適性； 收獲期生物量與產(chǎn)量具直線關(guān)系，試驗(yàn)范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)生物量上限；R1、R5期葉面積指數(shù)與產(chǎn)量具直線關(guān)系，但同一產(chǎn)量水平對(duì)應(yīng)的葉面積指數(shù)變幅較寬； 表現(xiàn)收獲指數(shù)與產(chǎn)量呈指數(shù)曲線相關(guān)，小于0.42時(shí)與產(chǎn)

7、量具正變關(guān)系，大于0.42時(shí)與產(chǎn)量具負(fù)變關(guān)系.收獲期生物量與表觀收獲指數(shù)呈負(fù)向的指數(shù)曲線相關(guān)，說(shuō)明當(dāng)生物量累積不再是高產(chǎn)品種的限制因素時(shí)，產(chǎn)量的進(jìn)一步突破途徑是提高收獲指數(shù)。 產(chǎn)量因子與產(chǎn)量的相關(guān)研究結(jié)果是，除有效分枝和分枝莢數(shù)外，產(chǎn)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(guān)；其中，根重、冠層寬和冠層高與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)相對(duì)較高。 3.NJRIKY群體產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)性狀QT

8、L的檢測(cè)結(jié)果： (1)檢測(cè)到9個(gè)產(chǎn)量QTL，貢獻(xiàn)率6％～17％.其中q YDB1-1和qYDD1a-2是兩年均能穩(wěn)定表達(dá)的產(chǎn)量QTL，累積解釋產(chǎn)量變異的29％；另外2個(gè)產(chǎn)量QTL，qYDD2-1和qYDD2-2，貢獻(xiàn)率分別是13％和16％，也歸為主效產(chǎn)量QTL；其余的5個(gè)產(chǎn)量QTL貢獻(xiàn)率均在10％以下。說(shuō)明產(chǎn)量性狀存在主效QTL控制的同時(shí)，也受效應(yīng)較小的QTL位點(diǎn)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(cè)到R1、R3和R5期生物量累積有關(guān)的QTL分別有6、9和6個(gè)，其中C2連鎖群的2個(gè)標(biāo)記區(qū)間，GMKF059a～satt319和O連鎖群GMKF082b～satt3313，同時(shí)檢測(cè)到這3個(gè)時(shí)期的生物量QTL，且相應(yīng)QTL貢獻(xiàn)率均較大，是控制生物量累積的主效QTL。檢測(cè)到10個(gè)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(cè)到10個(gè)表觀收獲指數(shù)QTL，貢獻(xiàn)率6％～22％.

10、其中qHIB1-2、qHIO-1和qHIO-2貢獻(xiàn)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(gè)根重QTL，貢獻(xiàn)率在5.1％～21.1％之間.B1連鎖群的qRTB1-1兩年能穩(wěn)定表達(dá)，貢獻(xiàn)率在10％以上，是根重有關(guān)的主效QTL. (5)檢測(cè)到5個(gè)R1期葉面積指數(shù)QTL，貢獻(xiàn)率在6.4％～17.2％之間，2年未檢測(cè)到穩(wěn)定表達(dá)的QTL. R5期檢測(cè)到6個(gè)葉面積指數(shù)QTL，貢獻(xiàn)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(xiàn)率較大，是葉面積指數(shù)主效QTL；兩年共檢測(cè)到4個(gè)冠層寬有關(guān)的QTL，貢獻(xiàn)率在6.3％～13.1％之間.冠層高有關(guān)的QTL兩年共檢測(cè)到12個(gè)，貢獻(xiàn)率為5.2％～9.2‰其中的O連鎖群標(biāo)記區(qū)間satt262-satt173，是冠層高和寬共同的QTL位點(diǎn). (6)百粒重、莢粒數(shù)和單株莢數(shù)分別被檢出6、2和1個(gè)QTL，解釋相應(yīng)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(gè)，貢獻(xiàn)率6.3％～13.7％. (7)比較產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)的性狀QTL定位結(jié)果發(fā)現(xiàn)，(1)在9個(gè)產(chǎn)量QTL中，有5個(gè)QTL位點(diǎn)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)有多個(gè)產(chǎn)量相關(guān)性狀QTL，以產(chǎn)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(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)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(guān)的遺傳原因，也說(shuō)明產(chǎn)量與其相關(guān)的性狀既存在共同的遺傳基礎(chǔ)，也有各自自身遺傳控制體系.將產(chǎn)量主效QTL和產(chǎn)量密切相關(guān)性狀QTL位點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，共同作為產(chǎn)量的遺傳控制體系，對(duì)深入揭示產(chǎn)量的遺傳控制基礎(chǔ)將是有意義的. 4.對(duì)倒伏性評(píng)價(jià)指標(biāo)的遴選研究結(jié)果是：在設(shè)計(jì)的4種倒伏性評(píng)價(jià)指標(biāo)中，根據(jù)指標(biāo)與倒伏程度的相關(guān)程度、物理意義、測(cè)度簡(jiǎn)便性和環(huán)境穩(wěn)定性等4個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)，遴選出鮮重力矩(PF)的綜合表現(xiàn)最優(yōu)，并對(duì)PF和倒伏程度進(jìn)行QT

14、L分析。在NJRIKY群體共檢測(cè)到7個(gè)倒伏程度相關(guān)的QTL，2年未檢測(cè)到相同的QTL；檢測(cè)出7個(gè)倒伏勢(shì)有關(guān)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(dá)，貢獻(xiàn)值較大，是倒伏勢(shì)主效QTL. 5.在原有功能作圖的框架下，擴(kuò)展建立了2套遺傳模型，分別用于檢測(cè)株高生長(zhǎng)QTL與環(huán)境互作效應(yīng)和控制莖桿和全株生物量異速生長(zhǎng)QTL的定位，結(jié)果，在C2和O連鎖群發(fā)現(xiàn)2個(gè)控制株高生長(zhǎng)的QTL。通過(guò)互作檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這些Q