低香豆素草木樨遗传选育、种子扩繁及转录组研究

摘要

草木樨（Melilotus spp.）是一种广泛分布的豆科草本植物，具有较强的适应性和良好的抗旱、抗寒、耐贫瘠能力。黄花草木樨（M. officinalis）和白花草木樨（M. albus）是该属最常见的栽培种，具有优良的饲用潜质。但目前国内的草木樨品种含有较高香豆素，严重影响了其饲用价值。鉴于此，本研究以黄花草木樨和白花草木樨为材料，在系统评价草木樨种质引种适应性和香豆素含量基础上，研究了 F1代半同胞家系关键性状的数量遗传特性，分析了香豆素生物合成相关的差异表达基因，研究了种植株距和磷肥对种子产量的影响；以期为低香豆素草木樨遗传育种提供理论依据和材料支持，也为更好了解香豆素生物合成机理提供基础。主要研究结果如下：
　　1.在甘肃省榆中对国内外引进的101份草木樨种质的适应性评价结果表明，有95份种质可成功建植，株高、干重、叶茎比、香豆素含量、白粉病抗性和生长习性在种质间存在显著的基因型变异。进一步分析19份优异二年生种质的农艺和品质性状的结果表明，株高、干重、灰分、香豆素含量变异较大；主成分和聚类分析将19份种质分成5类。
　　2.在甘肃榆中和临泽两地对两种草木樨F1代半同胞家系进行了干重等产量相关性状以及香豆素含量的测定和数量遗传分析。用基于 REML的混合线性模型拟合的数据计算所测性状的遗传方差组分，所测性状都存在显著的基因型变异，其中，干重、株高、分枝数、茎粗和春季活力等性状受到显著的基因型×环境互作影响。进一步通过模式分析（pattern analysis）分别获得高产、低香豆素黄花草木樨11份和白花草木樨8份。使用Smith-Hazel选择指数对后代的干重、株高、分枝数和叶面积（在本研究中代替香豆素）预测显示，上述4个性状的在一个选择周期获得的预期遗传增益率分别为10.9％、3.5%、6.4%和-1.0%。
　　3.对香豆素含量存在显著差异的5份白花草木樨近等基因系（NILs）进行RNA Seq分析，共获得104358条unigenes，其中2095条为差异表达基因（DEGs）。香豆素含量相近的种质其差异基因表达趋势相似。通过 KEGG分析鉴定出与香豆素合成途径相关的候选unigenes共111个；与香豆素含量变化相关的unigenes，编码到己糖激酶、脱落酸受体、苯丙氨酸裂解酶和过氧化氢酶等。初步提出了白花草木樨香豆素生物合成的基因表达通路，并对相关基因进行了qRT-PCR验证。
　　4.在甘肃河西走廊地区连续两年研究了不同株距（30、45、60 cm）以及不同施磷肥量（0、40、80、120 kg/hm2P2O5）对黄花草木樨两个品种的种子产量及产量构成因素的影响。结果表明：株距和施肥以及二者的互作极显著影响供试品种的实际种子产量。两年平均种子产量，品种‘天水’在60 cm株距和80kg/hm2施磷肥条件下最高，为1234 kg/hm2；而品种‘Norgold’在45cm株距、80 kg/hm2施磷肥条件下的最高，为1520 kg/hm2。通径分析表明，对种子产量影响最大的种子产量构成因素为生殖枝数。

目录

声明

第一章 引言

第二章 国内外研究进展

2.1 豆科牧草表型多样性研究进展

2.2 植物天然香豆素的研究进展

2.3 豆科牧草种子生产研究进展

2.4 草木樨概述

第三章 草木樨种质资源引种评价与高产、低香豆素种质的筛选

3.1 前言

3.2 材料与方法

3.3 结果

3.4 讨论

第四章 草木樨半同胞家系基因型多样性研究

4.1 前言

4.2 材料与方法

4.3 结果

4.4 讨论

第五章 草木樨转录组及香豆素合成相关的差异表达分析

5.1 前言

5.2 材料与方法

5.3 结果

5.4 讨论

第六章 黄花草木樨种子扩繁关键技术研究

6.1 前言

6.2 材料与方法

6.3 结果与分析

6.4 讨论

第七章 结论与创新点

7.1 结论

7.2 创新点

7.3 研究展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢

附录