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甜高粱种质资源的遗传多样性与高光效种质生理机制的研究

作　者: 冯国郡
导　师: 章建新
学　校: 新疆农业大学
专　业: 作物遗传育种
关键词: 甜高粱种质资源遗传多样性 SSR 净光合速率生理机制光合特性高光效
分类号: S566.5
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本研究对72份甜高粱种质资源从表型和分子水平上进行遗传多样性评价，并对其光合生理生化特性、高光效种质的生理机制等进行研究，以期为甜高粱新品种选育和栽培生理提供理论依据和参考指标，主要结果如下：1、表型性状分析表明，14个质量性状中粒色的遗传多样性指数最高为1.6333，幼苗色和结实形式的遗传多样性指数最低为0，平均为0.7460；10个数量性状中穗长、茎粗、锤度、单穗粒重、单株杆重、出汁率、千粒重、株高、穗重、生育期都存在较大的变异，变异系数幅度为7.85％-53.01％，各性状多样性指数均较大，平均2.0061；穗长的多样性指数最大，为2.1383，生育期多样性指数最小，为1.7331,表明新疆现有甜高粱资源拥有丰富的表型遗传多样性。聚类分析将72份资源划分为四大类。相关分析结果表明选育高产高糖甜高粱品种时，注意选择植株高大、节数多，茎杆粗壮的品种，同时也要兼顾生育期和锤度，而籽粒性状和籽粒产量与产量关系不大，无需过多关注。2、从50对SSR引物中筛选20对条带清晰、重复性良好的引物。共检测到91个等位基因，每对引物可检测到的等位基因数目为2-5个，平均为3.45个。多态性信息量（PIC）的变动范围为0.2859-0.6652，平均为0.5057。72份甜高粱种质间的遗传相似系数变化范围为0.2001-1.000，平均值为0.5599。UPGMA聚类分析将72份材料划分为A、B两大群，A群包括69份材料，而A群又被分成从Ⅰ到Ⅺ共11个亚群，B群包括3份材料，农艺性状近似的大多被聚到同一类群。3、甜高粱生物产量与灌浆期净光合速率（Pn）达极显著相关（R=0.933），与PEP羧化酶活性（PEP）、叶面积指数（LAI）达显著相关（R=0.775，0.743），与其他性状未达到显著相关；含糖锤度与Pn、蒸腾速率（Tr）、PEP、LAI达显著相关（R=0.685,0.679,0.747,0.691），与其他性状未达到显著相关；籽粒产量与各性状间的相关性均未达到显著水平。筛选出“LT05”、“LT02”、“新高粱3号”、“MN-94”为高产、高糖、高光效甜高粱种质。可以将甜高粱灌浆期叶片Pn作为选择高光效种质的一个有效指标。4、甜高粱种质Pn、Tr、Gs、胞间CO2浓度（Ci）呈极显著差异，变异系数在29.98%-66.21%间；相关分析表明，生物产量与抽穗期Pn、Gs达极显著相关，与Tr达显著相关。早中晚熟高光效种质基本表现出Chla、Chlb、Chl、氮含量（LNCa）、总蛋白含量（TP）、PEP、LAI显著高于低光效对照。抽穗期净光合速率与Chl呈极显著相关，与Chla、Chlb呈显著相关。新疆甜高粱种质具有丰富的光合生理多样性。除继续将抽穗期叶片Pn作为选择指标外, Gs、Tr、Chl、Chla、Chlb、 PEP、LNCa、TP可作为甜高粱高光效育种的生理生化指标。5、新高粱3号与TLF-1灌浆期净光合速率的日变化均呈“双峰”曲线，具有明显的光合“午休”现象，新高粱3号Pn日均值高于TLF-1，且经历“午休”时间较短；甜高粱Pn控制因子在不同时段表现不同，上午影响Pn变化的原因主要是由非气孔因素造成，下午影响Pn降低主要原因为气孔因素影响。相对空气湿度（RH）、叶片温度（Tleaf）、Tr、Ci、Gs与Pn的日变化呈显著相关，对净光合速率起直接主要作用。新高粱3号灌浆期光合“午休”持续时间短，净光合速率高，是其高产高糖的重要原因之一。6、新高粱3号生育期间净光合速率的变化呈“抛物线”曲线，在抽穗期达到最高值。对新高粱3号生育期间的Pn直接影响的顺序为大气CO₂浓度（Ca）>光合有效辐射（PAR）>Ci。Ca和PAR为起直接作用的生态因子，Ci为主要生理抑制因子，通过间接作用影响生理因子Gs、Tr的变化，从而影响Pn的变化。7、盐碱地甜高粱生育期间Pn、Tr、Gs、Ci、水分利用效率（WUE）、叶绿素SPAD值的均值均低于正常地，差异达极显著水平，生育后期更为显著。盐碱地新高粱3号、新高粱9号的生物产量分别低于正常地57.8%和76.5%，含糖锤度分别低于正常地38.5%和100.0%。盐碱条件下，2品种的Pn与PAR、Ta、Ca达极显著和显著相关，与其它因子间相关不显著。新高粱3号耐盐碱能力强于新高粱9号。在中度盐碱地种植甜高粱，其光合性能、生物产量及品质与正常壤土地相比显著下降。利用盐碱地种植甜高粱除选择合适的耐盐碱品种外，还应注重种植效益和土地质量保护等生态效益。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-14
第1章概述  14-33
  1.1 论文研究的目的和意义  14-15
  1.2 国内外研究现状  15-30
    1.2.1 植物遗传多样性研究进展及现状  15-22
    1.2.2 高粱（甜高粱）种质资源及多样性研究现状  22-28
    1.2.3 高光效育种研究进展  28-30
  1.3 论文的研究内容  30-33
    1.3.1 甜高粱种质资源表型性状的遗传多样性研究  30
    1.3.2 SSR 引物的筛选  30
    1.3.3 应用 SSR 分子标记分析甜高粱种质资源的遗传多样性  30-31
    1.3.4 根据表型分析和 SSR 标记聚类分析的结果明确遗传关系  31
    1.3.5 甜高粱种质资源的光合生理参数研究及数据库建立  31
    1.3.6 筛选甜高粱高光效种质资源  31
    1.3.7 高光效与非高光效种质的形态、生理特征比较  31
    1.3.8 中度盐碱地甜高粱光合特性等研究  31-33
第2章甜高粱种质资源在新疆的多样性表现及聚类分析  33-49
  2.1 材料与方法  33-34
    2.1.1 供试材料  33
    2.1.2 试验设计  33
    2.1.3 试验方法  33-34
    2.1.4 统计分析  34
  2.2 结果与分析  34-43
    2.2.1 甜高粱种质资源质量性状的遗传多样性分析  34-40
    2.2.2 数量性状的遗传多样性分析  40-42
    2.2.3 主要农艺性状的相关分析  42
    2.2.4 主成分分析  42
    2.2.5 农艺性状的聚类分析  42-43
  2.3 讨论  43-49
第3章新疆甜高粱种质资源遗传多样性的 SSR 分析  49-63
  3.1 材料与方法  49-53
    3.1.1 供试材料  49-51
    3.1.2 试验方法  51-53
    3.1.3 数据统计与分析  53
  3.2 结果与分析  53-57
    3.2.1 引物筛选  53-54
    3.2.2 种质间的遗传相似系数  54-55
    3.2.3 72 份甜高粱种质的 UPGMA 聚类分析  55-57
    3.2.4 甜高粱核心种质及其杂交组配方案  57
  3.3 讨论  57-63
    3.3.1 SSR 分子标记等位基因信息  57-58
    3.3.2 分子水平聚类结果与基于农艺性状分类的关系  58-59
    3.3.3 聚类结果的利用  59-63
第4章甜高粱种质资源的光合特性多样性  63-75
  4.1 材料与方法  63-64
    4.1.1 试验材料与田间设计  63
    4.1.2 测定项目与方法  63-64
  4.2 结果与分析  64-73
    4.2.1 甜高粱种质的光合生理特征参数多样性分析  64-69
    4.2.2 不同熟期材料的光合生理参数分析  69-73
  4.3 讨论  73-75
第5章甜高粱光合生理特性及其与产量的关系研究  75-90
  5.1 材料与方法  75-81
    5.1.1 供试材料与试验设计  75
    5.1.2 测定指标及方法  75-76
    5.1.3 生理生化指标的测定  76-81
    5.1.4 数据处理  81
  5.2 结果与分析  81-87
    5.2.1 不同甜高粱品系叶片光合生理参数的比较  81-82
    5.2.2 不同甜高粱品系叶片生理特性的比较  82-84
    5.2.3 9个甜高粱品系的产量、含糖锤度及形态性状差异  84-85
    5.2.4 甜高粱品系的生物产量、籽粒产量、含糖锤度与光合生理生化指标的相关性  85-87
  5.3 讨论  87-90
    5.3.1 甜高粱生物产量与净光合速率之间的关系  87-88
    5.3.2 甜高粱含糖锤度与净光合速率之间的关系  88-89
    5.3.3 高光效与叶绿素含量的关系  89-90
第6章高光效甜高粱抽穗期生理生化指标的比较  90-102
  6.1 材料与方法  90-92
    6.1.1 试验材料与田间设计  90-91
    6.1.2 测定指标及方法  91-92
    6.1.3 数据处理  92
  6.2 结果与分析  92-100
    6.2.1 甜高粱种质的光合生理参数多样性  92-94
    6.2.2 甜高粱生物产量、锤度与抽穗期净光合速率等相关关系  94-95
    6.2.3 不同熟期种质的主要光合生理指标  95-98
    6.2.4 高光效种质形态和农艺性状  98-99
    6.2.5 抽穗期净光合速率与叶片生理生化指标相关关系  99-100
  6.3 讨论  100-102
第7章甜高粱净光合速率等光合指标日变化及其影响因子分析  102-110
  7.1 材料与方法  102-103
    7.1.1 试验材料与设计  102
    7.1.2 测定指标及方法  102
    7.1.3 数据处理  102-103
  7.2 结果与分析  103-108
    7.2.1 主要环境因子日变化  103
    7.2.2 甜高粱灌浆期叶片光合作用特征参数日变化  103-106
    7.2.3 甜高粱净光合速率与影响因子的相关分析  106-107
    7.2.4 甜高粱净光合速率与影响因子的偏相关及通径分析  107-108
  7.3 讨论  108-110
第8章新高粱 3 号净光合速率与生理生态因子的关系  110-116
  8.1 材料与方法  110
    8.1.1 试验材料与设计  110
    8.1.2 测定指标及方法  110
    8.1.3 数据处理  110
  8.2 结果与分析  110-115
    8.2.1 新高粱 3 号生育期间主要环境因子变化  110-111
    8.2.2 新高粱 3 号生长期间光合生理因子的变化  111-113
    8.2.3 新高粱 3 号净光合速率与生理生态因子的主成分分析  113-114
    8.2.4 新高粱 3 号净光合速率与生理生态因子的通径分析  114-115
  8.3 讨论  115-116
第9章盐碱地甜高粱光合特性及农艺性状变化的研究  116-125
  9.1 材料与方法  116-117
    9.1.1 试验材料与设计  116
    9.1.2 叶片光合特性的测定  116-117
    9.1.3 数据处理  117
  9.2 结果与分析  117-123
    9.2.1 2种类型下田间微气象因子  117-118
    9.2.2 净光合速率（Pn）的变化  118-119
    9.2.3 蒸腾速率(TR)的变化  119
    9.2.4 气孔导度(GS)的变化  119-120
    9.2.5 胞间 CO2 浓度(CI)的变化  120
    9.2.6 水分利用效率（WUE）的变化  120-121
    9.2.7 叶片叶绿素 SPAD 值的变化  121
    9.2.8 物候期及产量等农艺性状变化  121-123
    9.2.9 甜高粱净光合速率与影响因子的相关分析  123
  9.3 讨论  123-125
第10章结论  125-128
参考文献  128-139
致谢  139-140
作者简历  140-141
攻读学位期间发表论文  141

甜高粱种质资源的遗传多样性与高光效种质生理机制的研究

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