小麦氮高效材料筛选及氮效率相关性状QTL定位

发布时间：2017-09-25 23:24

  本文关键词：小麦氮高效材料筛选及氮效率相关性状QTL定位

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【摘要】：小麦是世界上三大粮食作物之一,同时也是食品、饲料及工业生产中最主要的原料。随着全球人口的不断增多,对小麦的需求量也越来越大,如何稳定提高其产量成为了农业生产最重要的任务之一。氮素作为小麦生长发育中不可或缺的营养元素,在小麦产量形成的过程中起到了不可替代的作用。为了满足日益增长的粮食需求,生产上一味追求提高作物单产,导致氮肥施用量逐年增加,对环境造成了严重破坏,同时还造成作物养分利用效率降低,生产成本提高等一系列问题。因此,如何提高小麦氮素利用效率,减少氮肥施入,成为了迫切需要解决的问题。大量研究表明,同一作物不同品种(系)对氮素的吸收利用能力不同,氮高效材料小麦能够在相对较低的氮供应条件下正常生长。可见,氮高效小麦品种的培育是提高小麦氮素利用效率的重要途径,而对具有较强氮效率的小麦种质资源的筛选则是培育氮高效小麦品种的基础。同时,对于氮效率相关基因的定位也被证明是提高小麦氮效率的另一重要方法。但是氮素利用效率属于多基因控制的数量性状,易受环境影响,用传统的遗传分析方法难以准确找到控制氮效率的相关基因,而QTL技术手段能够对氮效率相关基因进行快速与精准的挖掘,通过QTL定位研究可揭示小麦氮素利用效率的遗传控制,为小麦氮高效分子标记辅助育种奠定基础。因此,本研究以含171个株系的重组自交系群体(SHW-L1×川麦32)及其亲本为研究材料,设置正常施氮与低氮胁迫两种氮水平,通过连续两年的大田试验,对氮高效材料与氮效率相关性状进行筛选与QTL定位研究,以期从该重组自交系群体中筛选出氮素高效利用的小麦株系,寻找控制氮素利用的相关遗传位点,为氮高效分子标记辅助育种与遗传改良奠定基础,同时为优质资源的发掘与利用提供参考。主要结论如下：(1)以植株各部分含氮量、吸氮量以及植株氮素利用效率、氮素收获指数、氮素干物质生产效率、株高等13个性状的相对值作为筛选指标体系,通过主成分分析与系统聚类分析方法,成功地在171个小麦株系中筛选得到了23个具有较高氮素利用效率的材料。其中,2013年筛选到了12个株系,其材料编号分别为36、119、210、46、42、150、74、97、50、132、38以及39；2014年则筛选到了13个株系,其材料编号分别为65、30、109、144、171、63、59、166、38、51、223、53以及146,而编号为38与59的2个株系在2013与2014年中均被筛选得到。(2)在4种环境条件下共检测到了98个控制氮效率相关性状的QTL位点,分布于小麦所有21条染色体上,包括70个控制氮素指标与28个控制主要农艺性状的位点。其中,46个位点的正向加性效应来源于人工合成六倍体小麦SHW-L1,占所有QTL位点数的46.94%。在4种环境下同时检测到的位点数有5个,分别控制着小麦的单株分蘖数与单株有效穗数,分布在2A、4A、5A(2个)以及6A等4条染色体上。同时,控制同一性状,不在同一位点但区间位置却十分相近的位点共26个,分布在1B、1D、 2A、2D、4A、5A、6A、7A以及7D染色体上,控制了除秸秆吸氮量、籽粒吸氮量、植株吸氮量以及氮素干物质生产效率外的9个性状。此外,本研究还检测到了14个具有一因多效的QTL位点,分别分布在1B、2D、3A、3B、3D、4A、4D、5A、5D、6A、7A、7B以及7D等13条染色体上,其中,2D染色体上分布的一因多效位点最多；而所有该类位点中控制性状个数最多的位点则分别位于4A与5A染色体上,各控制了3个数量性状,分别涉及植株氮素利用效率、氮素收获指数与植株吸氮量以及株高、单株分蘖数与单株有效穗数。
【关键词】：小麦 氮高效 筛选 氮效率相关性状 QTL定位
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S512.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 研究背景及意义11-13
• 2 研究现状综述13-27
• 2.1 土壤中氮素存在形式及氮肥施用问题13-15
• 2.1.1 氮素在土壤中的存在形式13
• 2.1.2 作物对氮素的吸收利用13-14
• 2.1.3 氮肥施用现状及问题14-15
• 2.2 作物氮高效材料筛选研究15-20
• 2.2.1 氮效率的概念15-16
• 2.2.2 氮素利用效率的基因型差异16-17
• 2.2.3 氮高效材料筛选体系17-19
• 2.2.5 小麦氮高效材料筛选进展19-20
• 2.3 作物氮效率相关性状QTL定位研究进展20-27
• 2.3.1 QTL定位原理20-21
• 2.3.2 作图群体的选择21-22
• 2.3.3 遗传图谱的构建22-23
• 2.3.4 QTL定位方法23-26
• 2.3.5 QTL定位的应用26
• 2.3.6 小麦氮素利用效率相关性状的QTL定位26-27
• 3 研究目标、内容和技术路线27-30
• 3.1 研究目标27-28
• 3.2 研究内容28-29
• 3.3 技术路线29-30
• 4 小麦氮高效材料的筛选与评价30-48
• 4.1 材料与方法30-32
• 4.1.1 实验材料30
• 4.1.2 田间试验设计30-31
• 4.1.3 测定指标与方法31-32
• 4.1.4 数据统计32
• 4.2 结果与分析32-46
• 4.2.1 基本参数估计32-34
• 4.2.2 方差分析34-37
• 4.2.3 相关分析37-40
• 4.2.4 主成分分析及综合评价40-44
• 4.2.5 系统聚类分析及氮高效材料筛选44-46
• 4.3 讨论46-48
• 4.3.1 重组自交系是研究小麦氮高效特性的优良材料46-47
• 4.3.2 筛选方法探讨47-48
• 5 小麦氮效率相关性状QTL定位48-78
• 5.1 材料与方法48
• 5.1.1 实验材料48
• 5.1.2 田间试验设计48
• 5.1.3 测定指标与方法48
• 5.1.4 数据统计分析48
• 5.2 结果与分析48-75
• 5.2.1 氮效率相关性状的表型分布48-52
• 5.2.2 氮效率相关性状的方差分析52-53
• 5.2.3 氮效率相关性状的相关分析53-59
• 5.2.4 氮效率及相关性状的QTL位点分布59-68
• 5.2.5 氮效率相关性状的QTL加性分析68-73
• 5.2.6 不同环境氮效率相关性状的QTL差异表达73-75
• 5.3 讨论75-78
• 5.3.1 相关性状间的QTL分析75-76
• 5.3.2 不同研究群体定位结果的比较76-78
• 5.3.3 人工合成六倍体小麦在小麦氮高效育种中的应用78
• 6 结论78-80
• 参考文献80-90
• 致谢90

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