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小麦水分和磷素高效利用遗传育种对小麦持续高产有重要意义。本研究以小麦中国春-埃及红代换系和其亲本为材料,一叶一心期至三叶一心期,设养分正常供应(WP)和低磷胁迫[W(-P)]两个处理,在三叶一心时进行氯化汞和PEG的短时间处理,研究植株叶片WUE(WUE1)在WP和W(-P)条件下染色体定位和不同的胁迫处理对WUE1的调控机理。三叶一心期至六叶一心期设WP、PEG胁迫(DP)、W(-P)、PEG和低磷双重胁迫[D(-P)]4个处理,对水分利用效率(WUE)和磷素利用效率(PUE)及相关性状进行染色体定位,根据所测指标对基因型进行分类,并进一步对这些性状的遗传参数进行分析,最后进行了WUE和PUE的分子标记研究。探讨了小麦水分和磷素高效利用的共同遗传机理。主要结果如下:
1.三叶一心期,染色体7A、7B代换系在氯化汞和PEG处理过程中都表现较高的WUE1,并且在氯化汞处理20min和PEG处理6h时都表现上升型,这些染色体上可能存在对WUE1起正效应的基因。
2.植株在氯化汞和PEG处理下调控WUE1的机制不同。三叶一心时,大部分基因型的水通道蛋白活性被氯化汞抑制后,WUE1的普遍降低;PEG胁迫后,WUE1普遍升高。W(-P)条件下的WUE1低于WP条件下的,缺磷的植株适应逆境的能力较差。
3.在六叶一心期,对WUE和PUE及相关性状在不同水分和磷素处理条件下的染色体定位结果表明,染色体1A、7A、7B和3A代换系在W(-P),D(-P)条件下表现较高的WUE1;在WP、W(-P)、D(-P)条件下,染色体7A、3D、2B、3B和4B代换系可能携带有对WUEp(单株WUE)起正效应的基因;在WP、W(-P)、DP条件下,染色体7A和7D代换系可能有促进PUE提高的基因。由此可知,染色体7A代换系可能携带有对WUE和PUE同时起正效应的基因,同时表明WUE和PUE可能具有共同的遗传背景。
4.六叶一心期,在四种处理条件下,染色体7A、7D、3D代换系都聚类在WUEp和PUE都较高的基因型类群。
5.通过三叶一心期和六叶一心期这两个不同时期的WUE1的定位结果的比较表明,染色体7A,7B代换系在两个时期都表达对WUE1时起正效应的基因。
6.染色体5A和7A代换系上能够同时检测出WUE和PUE的分子标记,在分子水平说明WUE和PUE可能存在着共同的遗传基础。
7.在四种处理条件下,通过对一般相关,表型相关和遗传相关的分析表明,WUE1和Tr(蒸腾速率)、PUT(磷素吸收量)和PUE存在着显著的相关关系,在WP、DP、W(-P)三种处理条件下,干重(DM)、WUEp、PUT之间的相关性达到显著或极显著水平。说明这些指标可以作为水分和磷素高效利用选择指标在育种中进行应用。
8.通过对性状的遗传参数分析表明,PUE、Tr和Pn表现较高的遗传力,遗传进度和相对遗传进度较大。而WUE1和DM的遗传变异力较低,遗传进度和相对遗传进度也较小。
9.从不同时期,不同处理,不同定位水平都证明染色体7A代换系可能携带有对WUE和PUE同时有关的基因,说明WUE和PUE的高效利用存在着共同遗传基础。