论文部分内容阅读
棉花是重要的经济作物,四个栽培种中,陆地棉种植面积约占全球棉花种植面积的95%。棉花属于耐盐作物,但盐胁迫尤其是高浓度长时间的盐胁迫,显著影响棉花生长发育及棉纤维产量品质。合理评价不同来源棉花资源的耐盐性,筛选与耐盐相关性状紧密连锁/共分离的分子标记,将大大加速棉花耐盐新品种选育的进程。本研究从我国1930～2010年育成或引进的陆地棉品种(品系)中选取有代表性的304份作为供试材料,通过对该陆地棉品种群体进行盐胁迫处理,综合评价并筛选一批优异耐盐种质材料;利用覆盖陆地棉全基因组的145对SSR引物对陆地棉的遗传多样性、群体结构和连锁不平衡进行分析,并通过棉花10个耐盐相关性状和SSR标记间的关联分析,进行了优异等位变异的挖掘及分子设计育种模拟。主要研究结果如下:陆地棉耐盐性评价1.耐盐鉴定与分类。按照生态区来源划分,304份材料可分为黄河流域(177个)、长江流域(78个)、西北内陆(23个)和北部特早熟棉区(16个)品种,另有10个引自美国的材料。通过梯度分析,明确150mMNaCl作为陆地棉萌发期和苗期耐盐性鉴定的适宜浓度。对耐盐相关的相对叶绿素含量、相对苗高、相对地下部干重、相对地上部干重、相对SOD酶活、相对POD酶活、相对CAT酶活、相对MDA含量、相对发芽势和相对发芽率等10个性状进行因子分析和聚类分析,依据耐盐性强弱将304份材料分为4类:豫棉15号等43个材料为耐盐材料;中植棉8号等114个材料为中等耐盐材料;豫棉112等116个品种为低等耐盐材料;科抗棉2号等31个材料为盐敏材料。2.各生态区陆地棉品种耐盐性特点。在实验材料耐盐性鉴定分类的基础上,探究了耐盐材料在各生态区分布情况。结果显示,在5个生态区中,除来源于美国的10个基础种质群体外,黄河流域、长江流域、西北内陆和北部特早熟棉区所属的陆地棉品种其平均耐盐性依次降低;耐盐材料比例依次减少、盐敏材料比例依次升高。陆地棉耐盐相关性状与SSR标记的关联分析3.遗传多样性分析。145个SSR标记在304份陆地棉材料中共检测到514个等位变异,等位变异数均值为3.5,幅度为2-11。其中等位变异数为2-4的SSR标记有117个,占比80.69%,说明陆地棉品种资源的等位变异数普遍较少,遗传多样性较低。多样性指数平均为0.365,变幅为0.007-0.781。PIC值平均为0.319,变幅为0.007-0.747。4.群体结构和连锁不平衡分析。对304份陆地棉材料组成的自然群体,使用STRUCTURE2.3软件的H-W平衡模型分析法和基于Nei’s遗传距离的Neighbor-Joining聚类分析法分析群体结构,供试群体被划分为7个亚群。为了探究亚群数目的生物学意义,运用卡方检测,进行了 SSR标记数字模型聚类亚群体和地理生态群体类型的相关性分析,发现陆地棉品种群体遗传上的分化与地理生态分化存在关联。连锁不平衡分析结果显示,陆地棉基因组内的连锁不平衡水平整体较高,但分布不均,较高水平LD (D’>0.5)相对集中在A7、D7、D8、D10、A11和A12等连锁群上。群体LD衰减所延伸的平均遗传距离为54.99cM,个别位点间可延伸至150～160 cM。5.关联分析。检测到与10个耐盐相关性状显著关联(P<0.05)的QTL位点95个,涉及到60个SSR标记,这些标记分布在陆地棉除D4染色体外的其他25条染色体上。60个SSR标记中,NAU483、NAU1369、BNL1231及NAU1042标记位点与棉花耐盐性状连锁已有相关报道。20个SSR标记同时与2个或2个以上性状相关联,且这些性状之间相关性较高。与相对叶绿素含量、相对苗高、相对地下干物重、相对地上干物重、相对SOD酶活、相对POD酶活、相对CAT酶活、相对MDA含量、相对发芽势和相对发芽率显著关联的SSR标记分别有9、12、12、8、8、11、1、17、8和9个,分别分布在8、9、10、7、7、7、1、13、7和7条染色体上。6.耐盐材料和盐敏材料中特有等位变异。结合因子分析得到的43个耐盐材料和31个盐敏材料,在耐盐材料中发现6个特有的增效等位变异和4个特有的减效等位变异;在盐敏材料中发现9个特有的减效等位变异和2个特有的增效等位变异。其中存在于耐盐材料中的增效等位变异NAU483-B、NAU1042-B和减效等位变异NAU1369-G,以及存在于盐敏材料中的减效等位变异BNL1231-C和NAU1042-G与前人研究结果一致。优异等位变异挖掘和育种利用7.优异等位变异挖掘。与10个耐盐相关性状关联的60个SSR标记中,总共挖掘到了 117个优异等位变异,其中相对叶绿素含量、相对苗高、相对地下部干重、相对地上部干重、相对SOD酶活、相对POD酶活、相对CAT酶活、相对MDA含量、相对发芽势和相对发芽率相关联的优异等位变异分别有16、16、18、12、11、18、1、35、16和19个。综合考虑表型效应值大小、关联性状多少,对优异等位变异进行了评价,并以17个优异等位变异为例对其特征进行了分析。8.分子设计育种模拟。优良品种一般都积累了大量的优异等位变异,为了选择优良品种作为分子设计育种的受体材料,本研究统计了每个实验材料含有的优异等位变异数,并在此基础上选择含优异位点数最多的13个受体材料:洞庭1号、鄂荆92、鄂棉14、鲁458、苏棉20号、苏棉8号、新80477、徐州58、盐1113、豫棉17号、中棉所3号、中棉所43号和中棉所44号进行耐盐分子设计育种,通过单交、三交和四交等耐盐杂交育种方式下的最优供体和最优组合分析,选择聚合优异位点数最多的组合,为棉花耐盐育种提供指导。单交组合中,最优供体是盐1113,最优组合为(洞庭1号/中棉所44号×盐1113),能聚合的优异等位变异数为53;三交组合中,最优供体是苏棉8号和盐1113,最优组合为(洞庭1号×苏棉8号)×盐1113,能聚合的优异等位变异数为56;四交组合中,最优供体是中棉所40号、宛棉3号和盐1113,最优组合为[(新80477×中棉所40号)×宛棉3号]×盐1113,能聚合的优异等位变异数为59。