野生种毛棉主要生育期抗旱和花铃期光合作用的QTL定位

摘要

中国是世界最大的棉花生产国、消费国、进口国和纺织品出口国，棉花在国民经济中起到不可替代的重要作用，也是我国出口创汇的重要商品。由于粮食安全问题，棉花种植区开始向东部沿海、西北内陆及内蒙古等盐碱、旱地转移。棉花属于耗水作物，干旱抑制棉花地上地下部分生长，对营养生长、生殖生长发育和光合作用等造成严重影响，最终导致棉花产量下降、品质降低。培育抗旱品种是解决旱地植棉的重要途径，由于栽培种资源遗传基础狭窄，难以挖掘到如野生棉具有的优异基因，加之传统育种难以聚合高产、优质和抗旱等优良性状，而利用相关基因检测及分子标记辅助选择为挖掘野生种优异基因提供了有效手段。因此，本研究采用四倍体野生种毛棉和我国黄河流域历史主栽品种中棉所12为亲本进行杂交，配制（中棉所12×毛棉）F2作图群体，并构建遗传连锁图谱，通过对F2:3家系苗期、蕾期、盛花期和盛铃期抗旱相关性状及盛花期的光合性状进行QTL定位，以期揭示毛棉抗旱和光合作用性状的遗传基础，检测稳定的主效QTL，为有效发掘利用毛棉的优异基因，开展抗旱及高光效分子标记辅助选择育种奠定基础。
　　1.苗期抗旱性状QTL定位
　　利用复合区间作图法，对干旱胁迫（W1）及正常灌水（W2）环境下 F2:3群体苗期形态和生理性状进行QTL定位，共检测到41个形态和生理性状QTL。其中，在干旱胁迫下，检测到21个控制形态和生理性状的QTL位点，包括2个宽高比、3个叶片数、2个叶面积、5个株高的形态性状QTL位点和2个叶绿素含量、2个脯氨酸、5个丙二醛的生理性状QTL位点，其中13个增效等位基因来自于毛棉，8个增效等位基因来自于中棉12，共检测到6个加性QTL，单个位点可解释6.93-16.93％的表型变异。在正常灌水下，共检测到20个控制形态和生理性状的QTL，包括2个株宽、6个宽高比、3个叶面积、4个株高的形态性状的QTL位点和4个丙二醛、1个脯氨酸的生理性状的QTL位点，其中12个增效等位基因来自于中棉所12，8个增效等位基因来自于毛棉，共检测到5个加性QTL，单个位点可解释6.61-15.19%的表型变异。共检测到16个控制苗期形态和生理性状抗旱系数 QTL位点，其中与株高、叶片数、叶绿素含量、脯氨酸含量和丙二醛含量抗旱系数的QTL位点分别有5个、1个、3个、3个和4个，其中10个增效等位基因来自于毛棉，6个增效等位基因来自于中棉所12，共检测到5个加性 QTL，单个位点可解释8.60-25.80%的表型变异。
　　2.蕾期、盛花期、盛铃期抗旱性状QTL定位
　　利用复合区间作图法，对2014-2015连续两年在干旱胁迫（W1）及正常灌水（W2）条件下F2:3群体蕾期、盛花期和盛铃期的13个形态和生理性状进行QTL定位，总共检测到166个QTL:W1环境下检测到71个控制形态及生理性状的QTL位点,其中蕾期包括8个叶绿素含量、5个叶面积、10个叶片数、7个株高的QTL位点，盛花期包括5个叶绿素含量、7个叶鲜重、7个叶干重、8个株高的QTL位点，盛铃期包括7个单铃重、8个果枝数、4个株高的QTL位点，其中31个增效等位基因来自于毛棉，40个增效等位基因来自于中棉所12，共检测到13个加性QTL，单个位点可解释6.07-13.34%的表型变异；正常灌水（W2）环境下检测到35个控制形态和生理性状的QTL，其中蕾期包括3个株高、1个叶片数、2个叶面积、4个叶绿素含量的QTL位点，盛花期包括4个叶鲜重、6个叶干重、2个叶绿素含量的QTL位点，盛铃期包括4个单铃重、5个果枝数、4个株高的QTL位点，其中20个增效等位基因来自于毛棉，15个增效等位基因来自于中棉所12，共检测到8个加性QTL，单个位点可解释9.2-19.88%的表型变异。
　　共检测到24个控制蕾期形态和生理性状抗旱系数QTL，包括控制8个叶绿素含量、5个叶面积、4个叶片数和7个株高的抗旱系数QTL位点，其中9个增效等位基因来自于毛棉，15个增效等位基因来自于中棉所12，检测到2个加性QTL，单个位点可解释10.93-15.8%的表型变异。共检测到9个控制盛花期形态和生理性状抗旱系数QTL，包括2个叶绿素含量、6个株高和1个叶鲜重的抗旱系数QTL位点，其中6个增效等位基因来自于毛棉，3个增效等位基因来自于中棉所12，检测到2个加性QTL，单个位点可解释29.73-16.18%的表型变异。共检测到27个控制盛铃期形态性状抗旱系数QTL，包括5个单铃重、5个果枝数，11个主茎粗、5个果枝始节和1个株高的抗旱系数QTL位点，其中10个增效等位基因来自于毛棉，17个增效等位基因来自于中棉所12，共检测到4个加性QTL，单个位点可解释8.41-11.97%的表型变异。
　　2014、2015连续两年在干旱胁迫环境下检测到6个稳定的抗旱性状QTL位点，包括1个控制蕾期叶面积（qBLA-Chr5-1）的QTL位点，单个位点可解释9.00-13.30%的表型变异；1个控制蕾期叶绿素含量（qBCC-Chr9-1）的 QTL位点，1个控制盛花期叶绿素含量（qFCC-Chr8-1）的QTL位点，单个位点可解释4.10-16.00%的表型变异；1个控制单铃重（qFBBW-Chr16-1）的QTL位点，单个位点可解释6.4-7.0%的表型变异、2个控制主茎粗（ qFBSD-Chr21-1和qFbsd-Chr21-2）的QTL位点，单个位点可解释0.8-2.3%的表型变异。11个QTL簇分布在Chr2、5、6、14、16和21染色体上，其中Chr16染色体上分布了4个QTL簇。
　　3.光合性状QTL定位
　　利用复合区间作图法（CIM），对2014年、2015年干旱胁迫（W1）及正常灌水（W2）两个环境下F2:3家系花铃期光合性状QTL进行定位，共检测到45个QTL。在干旱胁迫下，检测到27个控制光合性状的QTL位点，包括6个净光合速率、2个胞间CO2浓度、2个蒸腾速率、5个气孔导度、5个叶片温度和7个水分利用率的QTL位点，共检测到4个加性QTL，单个位点可解释为11.00-13.76%的表型变异。在正常灌水下，共检测到18个控制光合性状QTL位点，包括1个净光合速率、3个胞间CO2浓度、1个气孔导度、4个叶片温度和9个水分利用率（WUE）的QTL位点，共检测到4个加性QTL，单个位点可解释为11.00-13.76%的表型变异。qPn-Chr16-1是在2014、2015连续两年在干旱胁迫环境下检测到稳定的控制光合速率的QTL位点，位于Chr16染色体上，单个位点可解释9.44-18.61%的表型变异。qGs-Chr5-1在2015年干旱和正常灌水环境中检测到控制气孔导度的QTL位点，单个位点可解释0.66-0.67%的表型变异。

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第一章 文献综述

1.1棉种的分类和利用

1.2棉花抗旱研究进展

1.3分子标记技术的发展

1.4分子标记群体的类型与特点

1.5 QTL作图方法

1.6 棉花QTL定位研究进展

1.7研究的目的及意义

第二章 野生棉种毛棉苗期抗旱QTL定位

2.1实验材料与方法

2.2 结果

2.3 讨论

第三章 蕾期、盛花期、盛铃期抗旱性状QTL定位

3.1实验材料与方法

3.2结果分析

3.3 讨论

第四章 盛铃期光合性状QTL定位

4.1 实验材料与方法

4.2结果分析

4.3 讨论

第五章 全文结论及下一步研究展望

5.1 全文结论

5.2 下一步工作展望

参考文献

致谢

作者简历