大麥耐鹽機理及部分耐鹽相關性狀的QTL定位.pdf

1、土壤鹽漬化是影響干旱半干旱地區(qū)耕地作物產量的主要非生物因子之一，并且已經逐漸成為一個嚴重的世界性農業(yè)問題。全世界灌溉耕地的三分之一以及干旱地區(qū)的很大面積已經鹽漬化。鹽害降低作物產量，威脅農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。解決這個問題的有效途徑是培育耐鹽的作物品種以提高鹽土的利用效率。然而，耐鹽性狀的遺傳復雜性、缺乏良好的耐鹽種質以及適宜的鑒定和篩選技術制約了耐鹽育種的進展。同時，我國大約有9.91×10<'7>公頃的鹽土和潛鹽土，由于長期施用鎘含量較高

2、的磷肥，引起土壤中Cd的積累。因此，這些鹽土區(qū)的作物同時受到鹽和鎘的雙重脅迫。 大麥(Hordeum vulgare L．)是耐鹽性較強的作物，在鹽土地區(qū)有較大的應用前景。然而，鹽脅迫對大麥的生長發(fā)育和產量形成仍有很大的影響。在鹽脅迫條件下大麥發(fā)生很多的生理生化變化，大麥耐鹽性是多個性狀的綜合。闡明大麥對鹽脅迫的生理生化反應，對于明確耐鹽機理進而通過農藝、遺傳或基因工程技術提高耐鹽性具有重要的意義。本研究的目的在于闡明大麥耐鹽的

3、機理，并定位、分析大麥苗期耐鹽相關性狀的QTLs。 1．大麥若干生理生化特性對鹽脅迫反應的基因型差異 研究了不同鹽處理水平下16個大麥基因型的一些生理生化特性的變化。結果表明，50 mM NaCl處理提高所有參試基因型的Na<'+>/K<'+>、丙二醛(MDA)含量和脯氨酸含量，降低細胞膜穩(wěn)定指數(CMSI)和地上部鮮生物量(FSB)，也降低大部分基因型的葉綠素(Ch1)含量和凈光合速率(Pn)。在更高的鹽脅迫處理(30

4、0 mMNaCl)下，所有基因型的Na<'+>/L<'+>、MDA和脯氨酸含量顯著提高，而其它參數則明顯下降。鹽脅迫對這些生理生化特性的影響程度在基因型之間差異很大。鹽脅迫下大麥脯氨酸含量與其受害程度呈正相關，顯示出脯氨酸的積累可能是鹽害的結果，而不是對鹽脅迫的一種保護性反應。在高鹽脅迫下， K<'+>含量影響較小，而Na<'+>急劇升高，表明高鹽脅迫下導致異常高Na<'+>/K<'+>的主要原因是積累過多的Na<'+>，而不是K<'+

5、>吸收的明顯下降。相關分析結果表明，地上部鮮重(FSB)與MDA、游離脯氨酸、Na<'+>濃度及Ng<'+>/K<'+>呈顯著負相關，而與CMSI、P<,n>和葉綠素含量呈顯著正相關。另外，還發(fā)現Na<'+>含量、Na<'+>/K<'+>與MDA含量、游離脯氨酸含量呈顯著正相關，而與CMSI、P<,n>、葉綠素含量呈顯著負相關。 2．鹽脅迫下大麥過氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)同工酶表達的基因型差異 在水培

6、試驗條件下，設置0、50、100和200 mM NaCl四種鹽處理濃度，研究大麥耐鹽基因型戈貝納和鹽敏感基因型衢州I裸麥過氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性及其同工酶的變化差異。結果表明，在鹽脅迫條件下，兩個大麥基因型的POD和SOD活性都顯著提高，且各種鹽處理水平下均為耐鹽基因型的活性高于鹽敏感基因型。 POD和SOD同工酶的變化與大麥基因型、鹽處理水平及鹽脅迫時間有關。大麥鹽脅迫處理1d和10d時，耐鹽基因型戈

7、貝納合成新的POD同工酶Rm0.19和R<,m>0.23(R<,m>-酶與染色劑的遷移比率)，而在鹽敏感基因型衢州裸麥中未發(fā)現同樣的結果，表明這兩種新合成的POD同工酶可能與耐鹽性有關，但仍需進一步的研究證實。在鹽處理10d時，耐鹽基因型戈貝納在50和100 mM NaCl處理中誘導新的SOD同工酶R<,m<0.80，而鹽敏感基因型無此新的同工酶，說明誘導合成的SOD同工酶是SOD活性在鹽脅迫下提高的原因。在200 mM NaCl處理時

8、，戈貝納出現一條新的SOD同工酶帶R<,m>0.72，而衢州裸麥則發(fā)現三條新的同工酶帶，即R<,m>0.64、R<,m>0.72和R<,m>0.80。另外，戈貝納的SOD活性顯著高于衢州裸麥，并且同工酶R<,m>0.72的條帶顏色也比衢州裸麥的深，說明同工酶R<,m>0.72合成的增強與SOD酶活性的提高密切相關。相反，同工酶R<,m>0.64和R<,m>0.80對SOD活性沒有很大的影響。 3．大麥鈉、鎘和礦質元素積累對鎘鈉復

9、合脅迫反應的基因型差異 在水培條件下研究了鈉(Na)和鎘(Cd)復合脅迫對4個大麥基因型的生長以及鈉、鎘和礦質養(yǎng)分積累的影響。與對照相比，Cd、Na及二者的復合脅迫都降低地上部和根系的Ca和Mg，降低地上部的K含量，提高根系的K和Cu含量，但對地上部的Cu、Fe和Mn等微量元素的含量沒有顯著影響。除Na和Na+Cd脅迫下耐鹽基因型的根系K積累量和地上部Cu積累量外，三種脅迫處理降低所有被測定的礦質養(yǎng)分的積累量。在Na脅迫下，耐鹽

10、基因型的礦質養(yǎng)分含量和積累量比鹽敏感基因型高，而在Cd脅迫下沒有發(fā)現同樣的規(guī)律。上述結果表明，Cd脅迫影響礦質養(yǎng)分吸收和積累的模式與鹽脅迫有所不同，并且Cd+Na脅迫也不等于單一Cd和Na脅迫之和，即兩種脅迫同時存在時有復雜的互作效應，這可能與Na<'+>和Cd<'2+>的不同離子電價以及不同的競爭位點有關。在Cd處理中加入NaCl，導致大麥根系和地上部的Cd含量和積累量急劇下降，而下降的幅度也與基因型有關。耐鹽基因型的Na含量和積累量

11、低于鹽敏感基因型。 4．大麥SSR連鎖圖譜的構建和若干耐鹽性狀的QTL定位 利用耐鹽品種CM72和鹽敏感品種Gairdner為親本，雜交F1代經花藥培養(yǎng)獲得加倍單倍體(DH群體)，通過SSR標記構建連鎖圖譜，并對部分耐鹽相關的性狀進行QTL定位。在0.05的顯著水平下，位于大麥第3條染色體上的HVM62-GBM1285區(qū)間檢測到1個控制株高(PH)性狀的QTL；檢測到控制單株分蘗數(TPP)的QTL共2個，分別位于第2(

12、qtpp2.2)和第4(qtpp4.12)條染色體上；分別在第2和第7條染色體上檢測到控制根系生物量(RB)的QTL共2個，即qrb2.1和qrb7.6。沒有檢測到控制根長(RL)和地上部生物量(SB)的QTL。 在兩個環(huán)境下，于第7條染色體上檢測到1個控制丙二醛(MDA)含量的加性QTL。分別在第1和第2條染色體上檢測到控制丙二醛含量的加性×加性QTL共2個，即qmdac1.6和qmdac2.2。在第4條染色體上檢測到1個控制

13、脯氨酸含量的加性QTL。在第2條染色體上GMS002-GBMl462區(qū)間檢測到一個加性×加性QTL-gproc2.8。單一鹽脅迫環(huán)境下，在第1條染色體上的BMAC0032-EBMAC0656區(qū)間檢測到一個控制K<'+>/Na<'+>的加性×加性QTL-qknal.2。 大麥耐鹽相關的QTLs存在一因多效和基因連鎖現象。控制株高的qph3.10、控制單株分蘗數的qtpp4.12、控制MDA含量的qmdac1.6和控制K<'+>/N