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不同区域小麦种质资源遗传多样性研究

作　者: 程西永
导　师: 崔党群
学　校: 河南农业大学
专　业: 作物遗传育种
关键词: 小麦种质资源农艺性状品质性状高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS) 低分子量麦谷蛋白亚基(LMW-GS) 遗传多样性
分类号: S512.1
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

小麦种质资源是小麦品种改良的重要物质基础,种质资源遗传多样性的高低直接影响品种改良的效果。由于不同区域的自然环境、品种改良目标和人们对产品的要求等方面存较大差异,小麦在不同区域内经过长期演变形成了相对独特的遗传特点。研究不同区域间小麦种质资源的遗传特点和遗传差异,有针对性地从不同区域引进所需材料,是改良本区域小麦品种和拓宽本区域种质资源遗传基础的有效途径。不同时期的种质资源由于育种目标和创造变异方法的改变及定向选择的影响,种质资源的性状特点及遗传基础也会发生不同变化,探明影响种质资源遗传多样性的因素,有利于制定相应育种策略,并拓宽现有种质资源的遗传基础。本研究对中国、澳大利亚、俄罗斯、荷兰、墨西哥、智利及中国黄淮麦区不同年代种质资源的农艺性状、品质性状、高、低分子量麦谷蛋白亚基的遗传特点及遗传变异进行了分析,并探讨了高、低分子量麦谷蛋白亚基对品质性状的效应及1BL/1RS易位对小麦品质性状的影响。主要研究结果如下。1不同区域小麦种质资源的主要性状具有明显差异。中国小麦的生育期短、植株低、粒重高、单株成穗数较少、旗叶较宽、穗子较小且不育小麦数多、面团形成时间和稳定时间短;澳大利亚小麦的生育期较短、植株较低、面团形成时间和稳定时间长、单株成穗数较少、旗叶窄、粒重和蛋白质含量低;俄罗斯小麦的生育期较长、植株高、穗粒数少、粒重低、单株成穗数多、旗叶窄、面团形成时间和稳定时间长;荷兰小麦的生育期较长、植株较低、单株成穗数多、面团形成时间和稳定时间较长、小穗数少、粒重偏低;墨西哥小麦的生育期短、粒数较多、粒重较高、面团形成时间和稳定时间较长、单株成穗数和小穗数少;智利小麦的生育期长、植株较高、叶面积大、穗大、成穗数较多、蛋白质和湿面筋含量高、面团形成时间和稳定时间较长单株穗数和小穗数多但粒重低。2不同区域种质资源的遗传基础及高、低分子量麦谷蛋白亚基的等位变异数量、类型和各亚基出现的频率存在明显差异。6个国家种质资源的22个性状多样性指数平均值的大小顺序为:中国(1.968)>墨西哥(1.963)>俄罗斯(1.914) >智利(1.901)>澳大利亚(1.899)>荷兰(1.861)。聚类分析表明,区域间种质资源的遗传差异明显大于区域内种质资源的遗传差异。Glu-A1、Glu-B1、Glu-D1、Glu-A3和Glu-B3 5个变异位点上,中国种质资源分别有3、9、5、5和7种等位变异,主导亚基分别为1、7+8、2+12、GluA3a、GluA3d和GluB3j,对品质性状具有较大正向效应的1、14+15和7+8亚基出现的频率较高;澳大利亚小麦分别有3、7、3、5和6种等位变异,主导亚基分别为1、7+8、2+12、GluA3c和GluB3b,对品质性状具有较大正向效应的亚基1、17+18、7+8和GluB3b出现的频率较高;俄罗斯小麦分别有3、6、4、5和6种等位变异,主导亚基分别为1、7+9、5+10、GluA3f和GluB3g,对品质性状具有较大正向效应的5+10、GluA3f、GluB3b和GluB3g亚基出现的频率较高;荷兰小麦的5个变异位点上分别有3、7、2、5、6种等位变异,主导亚基分别为N、7+9、5+10、GluA3c和GluB3g,对品质性状具有较大正向效应的亚基5+10、GluA3f、GluB3f和GluB3g出现的频率较高;墨西哥小麦分别有3、6、4、5和6种等位变异,主导亚基分别为1、7+9、5+10、GluA3d和GluB3j,对品质性状具有较大正向效应的亚基1、5+10和GluB3f出现的频率较高;智利小麦分别有3、7、2、5和6种等位变异,主导亚基分别为N、1、17+18、2+12、GluA3d和GluB3g,对品质性状具有较大正向效应的亚基17+18、GluA3f和GluB3g出现的频率较高。3各位点上不同等位变异对品质性状的效应存在显著差异,对品质性具有较大正向效应的亚基分别为1、17+18、7+8、14+15、5+10、GluA3f、GluA3c、GluB3g、GluB3f和GluB3b,对品质性状正向效应较小的亚基分别为6+8、13+16、2.2+12、GluA3a和GluB3j。高分子量麦谷蛋白亚基组合1、17+18、2+12,1、17+18、5+10和低分子量麦谷蛋白亚基组合GluA3c、GluB3g,GluA3d、GluB3g和GluA3f、GluB3b对品质性状的正向效应显著优于其它亚基组合,而含有亚基组合N、14+15、2+12或GluA3b、GluB3j品种的品质性状明显偏差。高、低分子量麦谷蛋白亚基组合为1、7+8、5+10、GluA3d、GluB3d,1、7+9、5+10、GluA3c、GluB3f,1、7+9、5+10、GluA3c、GluB3g,2~*、7+9、2+12、GluA3c、GluB3j,1、17+18、5+10、GluA3c、GluB3j品种的品质性状较优,而含有1、7+9、5+10、GluA3b、GluB3d,2~*、7+9、5+10、GluA3f、GluB3j,2~*、7+9、5+10、GluA3f、GluB3g亚基组合品种的品质性状较差。4 1BL/1RS易位显著降低了面筋含量和面团稳定时间。1BL/1RS易位和非1BL/1RS易位条件下各亚基对品质性状的相对效应发生了明显变化,相对而言,2~*亚基对蛋白质含量、17+18亚基对湿面筋含量、7+9亚基对湿面筋含量和面团形成时间、GluA3b亚基对面团稳定时间以及GluA3c和GluA3f亚基对品质性状的综合效应在1BL/1RS易位系中所起的作用大于非1BL/1RS易位系;而1亚基对面团稳定时间、GluA3b亚基对蛋白质含量和湿面筋含量在非1BL/1RS易位系所起的作用明显大于1BL/1RS易位系。总的来说,各亚基在非1BL/1RS易位系中对品质性状能发挥更大的正向效应。5中国黄淮麦区小麦种质资源随着品种改良的进展,旗叶宽、小穗数、不育小穗数、穗粒数、千粒重、单穗粒重和单株粒重的平均值呈增加趋势,株高、倒一节长、旗叶长和单株成穗数的平均值呈降低趋势,生育期、旗叶面积、穗长、蛋白质含、湿面筋含量、面团形成时间和稳定时间呈先降低后增加趋势。农艺性状和品质性状的多样性指数及高、低分子量麦谷蛋白亚基的等位变异数均呈波动性变化。在地方品种和蒲头的GluB-1位点,检测到一种新的连锁亚基20/8。

全文目录

致谢  4-9
摘要  9-11
Abstract  11-13
第一章文献综述  13-31
  1 小麦种质资源  13-14
    1.1 种质资源概况  13-14
    1.2 中国小麦种质资源的特点  14
  2 影响种质资源遗传多样性的因素  14-17
    2.1 种质资源的搜集和保存  14-15
    2.2 区域环境对遗传多样性的影响  15
    2.3 作物遗传改良对遗传多样性的影响  15-17
  3 小麦种质资源遗传多样性研究方法及其进展  17-29
    3.1 基于形态标记的遗传多样性研究  17
    3.2 基于细胞标记的遗传多样性研究  17-18
    3.3 基于生化标记的遗传多样性  18-26
      3.3.1 高分子量麦谷蛋白亚基  18-21
        3.3.1.1 高分子量麦谷蛋白亚基的多态性  18-19
        3.3.1.2 高分子量麦谷蛋白亚基及其编码基因的分子结构  19
        3.3.1.3 高分子量麦谷蛋白亚基与品质性状的关系  19-20
        3.3.1.4 高分子量麦谷蛋白亚的遗传变异  20-21
      3.3.2 低分子量麦谷蛋白亚基  21-24
        3.3.2.1 低分子量麦谷蛋白亚基的多态性和命名  21-22
        3.3.2.2 低分子量麦谷蛋白亚基及其编码基因的结构  22
        3.3.2.3 低分子量麦谷蛋白亚基与品种性状的关系  22-23
        3.3.2.4 低分子量麦谷蛋白亚的遗传变异  23-24
      3.3.3 醇溶蛋白  24-26
        3.3.3.1 编码醇溶蛋白基因位点及其等位变异的多态性  24
        3.3.3.2 醇溶蛋白的结构  24-25
        3.3.3.3 醇溶蛋白与品质性状的关系  25-26
        3.3.3.4 醇溶蛋白控制位点等位基因的遗传变异  26
    3.4 基于分子标记的遗传多样性  26-29
      3.4.1 分子标记的类型  26-29
        3.4.1.1 RFLP 标记  27
        3.4.1.2 AFLP 标记  27-28
        3.4.1.3 SSR 标记  28-29
  4 本研究的目的和意义  29-31
第二章主要性状的遗传多样性  31-39
  1 材料与方法  31-32
    1.1 材料  31
    1.2 农艺性状调查方法  31-32
    1.3 品质分析  32
    1.4 统计分析方法  32
      1.4.1 多样性指数的计算  32
      1.4.2 聚类分析  32
  2 结果与分析  32-37
    2.1 植株性状的遗传多样性  32-34
    2.2 穗部性状和产量性状的遗传多样性  34-35
    2.3 品质性状的遗传多样性  35-36
    2.4 聚类分析  36-37
  3 讨论  37-39
第三章高、低分子量麦谷蛋白亚基的遗传构成及其与品质性状的关系  39-57
  1 材料与方法  39-41
    1.1 试验材料  39-40
    1.2 SDS-PAGE 分析  40-41
      1.2.1 麦谷蛋白的提取  40
      1.2.2 醇溶蛋白的提取  40
      1.2.3 SDS-PAGE 电泳分析  40-41
        1.2.3.1 制胶  40
        1.2.3.2 电泳  40-41
        1.2.3.3 染色与脱色  41
        1.2.3.4 记录结果  41
    1.3 品质分析  41
  2 结果与分析  41-53
    2.1 高、低分子量麦谷蛋白亚基对品质性状的影响  41-45
      2.1.1 单个亚基对品质性状的影响  41-43
      2.1.2 高分子量麦谷蛋白亚基组合对品质性状的影响  43
      2.1.3 低分子量麦谷蛋白亚基组合对品质性状的影响  43-44
      2.1.4 高、低分子量麦谷蛋白亚基组合对品质性状影响  44-45
    2.2 1BL/1RS 易位对品质性状的影响  45-47
      2.2.1 1BL/1RS 易位系与非1BL/1RS 易位系品质性状间的差异  45
      2.2.2 单个亚基在1BL/1RS 易位系与非1BL/1RS 易位系中对品质性状的相对效应  45-47
      2.2.3 各亚基对1BL/1RS 易位系和非1BL/1RS 易位系品质性状的影响  47
    2.3 高、低分子量麦谷蛋白亚的组成与分布  47-53
      2.3.1 高、低分子量麦谷蛋白亚的等位变异  47-50
      2.3.2 高分子量麦谷蛋白亚基组成类型及其分布  50-52
      2.3.3 低分子量麦谷蛋白亚基组成类型及其分布  52-53
  3 讨论  53-57
第四章黄淮麦区小麦种质资源的演变  57-67
  1 材料与方法  58
    1.1 试验材料  58
    1.2 实验方法  58
  2 结果与分析  58-64
    2.1 农艺性状的遗传演变  58-59
    2.2 品质性状的遗传演变  59-60
    2.3 高、低分子量麦谷蛋白亚组成的遗传演变  60-63
      2.3.1 亚基位点的遗传变异  60-62
      2.3.2 亚基组合的构成及其分布  62-63
    2.4 种质资源的利用  63-64
  3 讨论  64-67
第五章全文结论  67-69
参考文献  69-81
附表1 试验材名称、料来源及高、低分子量麦蛋白亚基  81-91
附表2 黄淮麦区不同年代小麦种质资源选育年代、系谱及高、低麦谷蛋白亚基  91-98
附表3 高、低分子量麦谷蛋白亚基组合对品质性状的效应  98-99

不同区域小麦种质资源遗传多样性研究

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