烟草品种（系）富钾能力的遗传差异研究

摘要

为筛选出富钾基因型烟草品种（系），探讨钾营养性状的遗传特征，比较遗传和环境两大因素在对其富钾能力上的影响差异，和不同品种（系）、不同外界钾环境之间钾吸收关键基因表达量的差异。本研究采用大田试验和盆栽试验，对不同类型烟草亲本及其杂交的F1代叶片钾含量、钾累积量以及与钾吸收相关的5个基因的表达量进行了探究，主要结果如下：
　　1.试验选用的4种烟草类型中，从钾含量看白肋烟的最高，为2.66％，烤烟次之，含量在1.34%—2.09%之间；从整体烟叶钾累积量来看可能也是白肋烟会表现出较高的水平，本试验中白肋烟TN90的叶片钾累积量为1.46g/株，烤烟是在0.99g/株—2.92g/株之间，但是叶片钾累积量处于较高水平的品种较少。所以白肋烟可优先作为富钾烤烟的选育材料。
　　参试品种中，含钾量TN90最高，其次是马里兰烟、K326和G80，叶片钾累积量南江三号最高，其次是G80、K326、GDHO2和马里兰烟。从综合表现来看K326、G80和马里兰烟不仅叶片钾含量较高，叶片钾累积量在亲本中也属于较高的水平，同时在成熟期还有较高的钾累积速度，所以可以作为品种改良的优势亲本。
　　大田烟叶钾营养特征与参试基因表达量相关分析显示，在马里兰烟、K326、G80中，钾离子通道的相关基因NKT1和NtHAK的相对表达量与其叶片钾营养特征的呈正相关，这两种基因的表达量可能对烟草叶片钾营养有较好的正向影响作用，通过基因工程手段在烟草中导入这两种基因，并使其表达可能会促进烟草对钾的吸收。
　　2.对F1代的分析显示，烤烟与晾晒烟、烤烟杂交获得钾含量较高的杂交组合可能性高于其他杂交类型，烤烟与烤烟杂交76.19%的F1代叶片钾含量处于中等的水平，并且在叶片钾含量处于较低水平里的组合概率较低，所以烤烟与烤烟杂交的F1代叶片钾含量分布较集中。其中G80×GDH02、红大×GDH02、K326×青梗和Va116×马里兰烟为叶片钾含量较高的杂交组合。同样烤烟与烤烟杂交的F1代在叶片钾累积量方面较其他杂交类型也有优势，有76.19%的杂交F1代的叶片钾累积量在较高水平；50%的烤烟与白肋烟杂交的F1代叶片钾累积量处于钾累积量分类的第一类，50%处于第二类。H80A×TN90、Va116×TN90、红大×GDH02和K326×青梗在叶片钾累积量方面属于优势组合。成熟期烤烟与烤烟杂交的F1代中钾累积速度为正值的组合率高于其他杂交类型，在参试的57个杂交组合中Va116×青梗、H80A×TN90、G80×GDH02、K326×GDH02和G80×红大的钾累积速度较高。GDH02和红大为获得高钾累积速度的F1代的优势亲本。
　　杂交组合叶片钾含量的遗传力分析表明烟草钾含量性状主要受到基因显性效应和上位效应的影响，要想获得叶片钾含量较高的F1代，双亲的钾遗传因素都很重要。
　　参试的5个基因中NtHAK的表达量与烟叶钾含量、杂交组合叶片钾含量正向超亲优势和中亲优势的正向相关关系最明显，由此推断在参试的5个基因中，叶片中NtHAK的表达量对烟叶中钾含量的正影响作用可能最大。
　　3.随着环境中钾浓度的升高，烟草叶片的钾含量和累积量都呈上升的趋势，外界钾浓度超过一定范围其上升趋势会减缓。K326和马里兰烟在大田成熟期和盆栽试验低钾条件下叶片钾含量处于较高的水平，但是随着外界钾浓度的上升，其叶片钾含量的增长幅度不高，属于耐低钾的品种，叶片内以钾吸收低亲和系统为主；K326*马里兰烟和Va116*马里兰烟无论在低钾还是高钾环境下，叶片都有较高的钾含量，所以其叶片内可能钾的高亲和和低亲和吸收系统对钾的吸收同等重要；H80A和青梗在低钾条件下，叶片的钾含量不高，但是随着外界钾浓度的上升，其叶片钾含量上升幅度较大，这两个品种叶片内相较于参试的其他品种（系）主要存在钾的低亲和吸收系统。
　　不同钾胁迫下烟草品种（系）叶片钾含量、累积量与参试基因表达量特征分析结果显示NKT1在四种钾浓度胁迫下的表达量与烟叶钾含量的变化趋势一致性较好，NtKC1在中钾和高钾条件下与烟叶钾含量变化一致性较好，NtTPK1和NtHAK在对照和低钾条件下与烟叶钾含量变化一致性较好，NTORK1在四种钾浓度条件下与烟叶钾含量无相关性。所以NtKC1可能属于钾吸收低亲和系统， NtTPK1和NtHAK属于高亲和系统。所有品种（系）NKT1的表达量随着烟叶内钾含量的升高呈现上升的趋势，但是叶片钾含量变化趋势与NtTPK1和NtHAK的表达量变化趋势呈现负相关的品种（系）较多，也有一部分品种（系）叶片钾含量变化趋势与NTORK1、NtKC1的表达量变化趋势呈负相关，但是品种（系）数量较少，可能是它们属于不同的钾吸收系统，NKT1属于低亲和吸收系统， NtTPK1和NtHAK属于高亲和吸收系统。

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1前言

1.1烟草的经济和生物学价值

1.2烟草钾素营养

1.3烟草钾高效基因的选育方法

1.4烟草钾营养的遗传特征

1.5烟草钾吸收相关基因的差异表达

1.6本研究的目的和意义

2材料与方法

2.1试验材料

2.2试验设计与方法

2.3技术路线

3结果与分析

3.1烟草总RNA提取与反转录结果分析

3.2不同烟草类型间叶片钾相关特征分析

3.3不同杂交组合间叶片钾相关特征分析

3.4不同钾胁迫处理下烟叶钾相关特征分析

4结论与讨论

4.1不同烟草类型亲本材料间叶片钾相关特征分析

4.2不同杂交组合间叶片钾相关特征分析

4.3不同钾胁迫处理下烟叶钾含量特征分析

致谢

参考文献

附录