川藏地區(qū)小麥耐鋁資源評(píng)價(jià)及澳洲硬粒小麥耐鋁遺傳改良.pdf

1、酸性土壤在世界上廣泛分布，由于營(yíng)養(yǎng)成分缺乏以及金屬離子毒害，限制了作物產(chǎn)量提高，已成為世界范圍內(nèi)影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最大限制因素之一。酸性土壤的毒害主要是由于高濃度的游離Al3+對(duì)作物根尖造成損害，導(dǎo)致根部短小膨大，再伸長(zhǎng)能力受到抑制，影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與水分吸收，最終導(dǎo)致減產(chǎn)。提高作物Al3+毒害的耐受性是在酸性土壤中增加產(chǎn)量的主要途徑之一。對(duì)現(xiàn)有材料進(jìn)行廣泛的耐鋁篩選、評(píng)價(jià)是培育耐鋁作物新品種的基礎(chǔ)。四川及周邊地區(qū)分布著面積較大的酸性土壤且擁有

2、豐富的小麥遺傳資源，對(duì)其進(jìn)行耐鋁篩選和評(píng)價(jià)，為培育耐鋁小麥品種奠定基礎(chǔ)。硬粒小麥對(duì)Al3+毒害極其敏感，嚴(yán)重限制其在酸性土壤中的產(chǎn)量。為了提高硬粒小麥的耐鋁能力，將六倍體普通小麥4D染色體上的TaALMT1和4B染色體上的TaMA TE1B耐鋁基因?qū)氚闹迌?yōu)質(zhì)硬粒小麥Jandaroi，并對(duì)其耐鋁能力進(jìn)行評(píng)估。主要結(jié)果如下:
　　1)通過(guò)土壤實(shí)驗(yàn)，TaALMT1基因上游序列分析以及蘋(píng)果酸分泌測(cè)試對(duì)40份四川小麥主栽品種和52份地方小

3、麥品種進(jìn)行耐鋁評(píng)價(jià)。以中等耐鋁材料中國(guó)春，澳洲耐鋁品種ET8及鋁敏感品種ES8為對(duì)照，從中篩選到部分與中國(guó)春耐鋁能力近似的材料，如主栽品種川麥44、川麥45、川麥32、川育16，地方品種As1596、As1572、As1576、As1580、As1592、As1589和成都光頭等。TaALMT1基因上游序列分析顯示主栽品種含有較地方品種更為豐富的上游序列類型。目前國(guó)內(nèi)外僅報(bào)道中國(guó)春具有TaALMT1基因Ⅲ型上游序列類型，而本研究發(fā)現(xiàn)除中

4、國(guó)春外的6份四川小麥品種(川麥35、川麥33、川麥41、川麥42，、川幅5號(hào)和綿陽(yáng)29)和2份地方小麥品種(As1635和As1641)具有Ⅲ型上游序列。Ⅲ型序列與有機(jī)酸分泌以及耐鋁的關(guān)系仍需進(jìn)一步研究。
　　2)通過(guò)土壤實(shí)驗(yàn)，TaALMT1耐鋁基因上游序列分析以及蘋(píng)果酸測(cè)試對(duì)西藏小麥耐鋁進(jìn)行了評(píng)價(jià)。從中篩選出部分耐鋁能力較強(qiáng)的西藏小麥，如AS1242等。以中國(guó)春為對(duì)照的土壤實(shí)驗(yàn)中，西藏小麥的根長(zhǎng)度指標(biāo)均未超過(guò)中國(guó)春，但部分材料與

5、之接近，顯示其具有一定耐鋁能力。西藏小麥上游序列類型較為單一，多為Ⅰ和Ⅱ型，僅兩個(gè)材料為Ⅳ和Ⅴ型。具有較強(qiáng)耐鋁能力的西藏小麥多為Ⅱ型上游序列，而Ⅰ型多分布于敏感型小麥。耐鋁西藏小麥均有蘋(píng)果酸分泌，而敏感材料均分泌較少或不分泌。
　　3)通過(guò)土壤實(shí)驗(yàn)，TaALMT1耐鋁基因上游序列分析及蘋(píng)果酸分泌測(cè)試，從27份來(lái)自滇、藏、新3地的中國(guó)特有小麥云南鐵殼麥、西藏半野生小麥和新疆稻麥中篩選出耐鋁能力較強(qiáng)的新疆稻麥AS360，其具有TaAL

6、MT1耐鋁基因Ⅰ型上游序列，在土壤實(shí)驗(yàn)中其根生長(zhǎng)情況較中國(guó)春稍差但最長(zhǎng)根長(zhǎng)于耐鋁對(duì)照ET8;有機(jī)酸測(cè)試顯示其分泌較多的蘋(píng)果酸。因此，AS360可以作為潛在耐鋁抗源進(jìn)行應(yīng)用。在3種特有小麥中，云南鐵殼麥的耐鋁能力相對(duì)較強(qiáng)，而除As360外的新疆稻麥的耐鋁較弱，與西藏半野生小麥的耐鋁能力相當(dāng)。
　　4)將Longdon4D(4B)代換系與半矮稈澳大利亞優(yōu)質(zhì)硬粒小麥品種Jandaroi雜交并以Jandaroi作為輪回親本進(jìn)行回交，得到B

7、C3F3的純合株系。測(cè)試表明，導(dǎo)入4D染色體增強(qiáng)了硬粒小麥耐鋁和耐鹽能力，尤其是主根的耐鋁能力得到增強(qiáng)，但側(cè)根的耐鋁能力仍然較差，不及六倍體小麥。在正常土壤的盆栽實(shí)驗(yàn)中，導(dǎo)入4D染色體后的Jandaroi導(dǎo)入系與Jandaroi相比，總產(chǎn)量無(wú)太大變化，但粒重降低。
　　5)將Longdon4D(4B)代換系與缺失ph1基因的硬粒小麥品種Cappelli雜交，回交2代，從中篩選到缺失phl基因的純合植株，通過(guò)分子標(biāo)記在其自交后代中篩

8、選到插入最小D染色體片段的植株，最終將該染色體片段導(dǎo)入優(yōu)質(zhì)硬粒小麥品種Jandaroi。通過(guò)對(duì)雜交F3的純合株系進(jìn)行基因組熒光原位雜交以及D基因組特異標(biāo)記Dgas的定量PCR鑒定，確認(rèn)插入的4D染色體片段遠(yuǎn)小于其親本之一的Longdon4D(4B)代換系。經(jīng)過(guò)水培和土壤試驗(yàn)證實(shí)該株系的耐鋁能力較Jandaroi大幅提高，對(duì)其F2進(jìn)行鑒定，其TaALMT1耐鋁基因分離符合孟德?tīng)枂位蜻z傳分離定律。
　　6)通過(guò)六倍體普通小麥與四倍體