野生大豆耐盐基因定位及GmSALT3对大豆产量的影响

摘要

土壤盐渍化是威胁农业生产的重要非生物胁迫之一。研究大豆资源的耐盐基因对培育高度耐盐的大豆品种具有重要理论及实践意义。本研究利用耐盐野生大豆与盐敏感栽培大豆构建的F2∶3分离群体，对野生大豆苗期耐盐基因进行了定位。我们前期从高度耐盐大豆品种铁丰8号中克隆了苗期耐盐主效基因GmSALT3，为进一步研究其在不同遗传背景下的功能以及对产量可能的影响，本研究利用分子标记辅助选择方法在85-140×铁丰8号的分离群体中分离出了3对近等基因系材料，分别携带GmSALT3（耐盐）或Gmsalt3（盐敏感）等位变异。利用这些近等基因系材料检测Na+、K+和Cl-的转运、芽期耐盐性和产量性状进行研究。主要结果如下：
　　1.野生大豆苗期耐盐基因定位
　　利用耐盐野生大豆NY36-87分别与盐敏感栽培大豆中黄39和中黄35构建F2∶3分离群体。对中黄39×NY36-87182个F2∶3家系进行耐盐性鉴定，发现耐盐∶分离∶敏感家系比例符合1∶2∶1的分离比，说明耐盐基因受一对显性基因控制。利用BSA法在大豆3号染色体上检测到与耐盐基因连锁的SSR标记，利用这些SSR标记将耐盐基因定位于ssr31303和ssr_31319之间。在467个F2单株中检测到31个交换个体，结合表型将耐盐基因定位在两个SSR标记ssr31307和ssr_3_1313之间约98 kb的区间内，利用中黄35×NY36-87 F2∶3分离群体也将耐盐基因定位到相同区间，说明NY36-87也携带GmSAL T3。
　　2.GmSAL T3在盐胁迫条件下可调控大豆地上部组织Na+和Cl-积累
　　利用与耐盐基因紧密连锁的SSR标记ssr_3_1310，从85-140×铁丰8号杂交F4代检测杂合个体，通过连续3个世代选择，在3个F7株行中分别选择携带耐盐基因GmSALT3和Gmsalt3等位变异的3对NIL（782-T/782-S，820-T/820-S和860-T/860-S）。从342个SSR标记中筛选出147个在亲本间有多态性的SSR标记，检测发现成对NIL-T和NIL-S的遗传背景相似性为95.6％-99.3％。盐处理条件下，3个NIL-T均表现为耐盐，NIL-S皆表现盐敏感。NIL-T叶、茎Na+含量显著低于相对应的NIL-S，但在根、下胚轴中Na+含量差异不显著。NIL-T和NIL-S各组织K+含量无显著差异，NIL-T地上部各组织Na+/K+值都显著低于与其对应的NIL-S，与Na+含量变化趋势一致。782-T茎和叶中Na+含量高于820-T和860-T，说明NIL-T材料中GmSAL T3对地上部Na+的调控受遗传背景的影响。此外，利用820和860组材料进一步研究离子的积累，结果发现地上部组织Na+的积累迟于Cl-。盐处理3天后，NIL-S茎和叶中Cl-显著高于NIL-T，而在盐处理5天后，NIL-S叶和茎Na+才显著高于NIL-T。说明GmSAL T3可同时调控地上部组织Na+和Cl-积累，但对二者的调控模式不同。
　　3.GmSALT3不能增强大豆芽期耐盐性
　　比较100和200 mmol L-1 NaCl处理后NIL材料的相对发芽率，发现成对NIL-T和NIL-S之间的相对发芽率无显著差异;播种15天后，盐处理和对照条件下成对材料的生长势及单株鲜重无显著差异。说明成对NIL-T和NIL-S的芽期耐盐性无显著差别，即GmSALT3对大豆芽期耐盐性影响很小。200 mmol L-1 NaCl处理后NIL-820相对发芽率显著高于NIL-782和NIL-860，说明NIL-820中可能存在芽期耐盐基因。
　　4.GmSAL T3在正常条件下对产量无不利影响，盐碱地条件下可提高大豆的产量
　　盆栽实验中，对照条件下成对NIL-T和NIL-S荚数和粒数无显著差异，100 mM NaCl处理条件下，3个NIL-T的荚数和粒数显著高于其对应的NIL-S。在正常大田条件下，成对NIL-T和NIL-S的株高、荚数、粒数、单株粒重和百粒重无显著差异;在唐海盐碱地条件下，NIL-T的百粒重和单株粒重都显著高于与其对应的NIL-S。说明耐盐基因GmSALT3的在正常条件下对产量无不利影响，而在盐碱地条件下可增加大豆产量。

目录

声明

摘要

英文缩略表

第一章 引言

1．1 研究意义

1．2 大豆重要性状功能基因发掘进展

1．2．1 大豆产量、品质性状相关QTLs／基因研究进展

1．2．2 大豆抗逆、养分高效利用相关QTLs／基因

1．2．3 大豆发育、进化等性状相关QTLs／基因研究进展

1．3 大豆耐盐性基因发掘

1．3．1 大豆耐盐机制研究

1．3．2 不同生长时期大豆耐盐性研究

1．3．3 大豆耐盐基因定位与克隆

1．4 野生大豆资源利用与耐盐基因发掘

1．4．1 野生大豆资源利用

1．4．2 野生大豆耐盐基因定位

第二章 野生大豆苗期耐盐基因定位

2．1 材料与方法

2．2 结果与分析

2．2．1 亲本材料在已知位点GmSALT3位点的基因型检测

2．2．2 分离群体耐盐性鉴定与耐盐基因定位

2．3 讨论

第三章 近等基因系材料的创制及GmSALT3对大豆离子转运的作用

3．1 材料与方法

3．1．1 实验材料

3．1．2 大豆苗期盐处理及大豆组织样品的处理

3．1．3 Na+含量与K+含量测定

3．1．4 Cl-含量测定

3．1．5 统计分析

3．2 结果与分析

3．2．1 近等基因系的构建及遗传背景分析

3．2．2 盐胁迫下NIL表型变化

3．2．3 NIL不同组织中Na+积累的变化

3．2．4 NIL不同组织中K+积累的变化

3．2．5 NIL不同组织中Na+／K+tL的变化

3．2．6 2对NIL材料不同组织中Na+及Clˉ积累的变化

3．3 讨论

第四章 大豆耐盐基因GmSALT3与芽期耐盐性的关系

4．1 材料与方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 大豆芽期盐处理

4．1．3 发芽率、生长势与单株鲜重调查

4．1．4 统计分析

4．2 结果与分析

4．2．1 盐胁迫下NIL发芽率的变化

4．2．2 盐胁迫下NIL生长势及鲜重的变化

4．3 讨论

第五章 GmSALT3对大豆产量的影响

5．1 材料与方法

5．1．1 实验材料

5．1．2 盆栽条件下全生育期生长实验

5．1．3 大田条件下全生育期生长实验

5．2 结果与分析

5．2．1 盆栽条件下NIL生育期变化

5．2．2 盆栽条件下材料产量相关性状变化

5．2．3 大田条件下材料产量相关性状变化

5．3 讨论

第六章 全文结论

参考文献

附录 原子吸收光谱仪Na+含量测定操作过程

致谢

作者简历