越冬期小麦叶片抗氧化酶活性及丙二醛含量的QTL分析

摘要

普通小麦（Triticum aestivum L.）是世界上主要的粮食作物，抗逆、高产、优质是小麦育种的最终目标。近年来，冻害在冬小麦的种植区常有发生，成为小麦生产上最大的自然灾害之一。分析与小麦抗寒性有关的生理性状的QTL(Quantitative Trait Locus)位点，对小麦抗寒育种具有重要意义。
　　本研究以小麦品种花培3号和豫麦57为亲本杂交获得的168个DH(doubledhaploid)品系为材料，在2年(2014，2015)3点（保定，沧州，邢台）6个环境下，于越冬期取小麦长势一致的中间完全展开叶，测定超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性及丙二醛(MDA)含量。用分析软件ICIMapping3.3，对抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性及丙二醛含量进行QTL分析。主要结果如下:
　　1.在2年3点6个环境下DH群体各品系的抗氧化酶活性及丙二醛含量差异较大，变异范围广泛。SOD活性的平均值变化范围为17.35 OD/g·fw～47.96 OD/g·fw，极差的变化范围是24.53 OD/g·fw～58.47 OD/g·fw，变异系数的变化范围为12.27％～66.68％; POD活性的平均值变化范围为73.83 OD/g·fw～166.04 OD/g·fw，极差的变化范围是92.83 OD/g·fw～231.83 OD/g·fw，变异系数的变化范围为18.41％～42.54％; CAT活性的平均值变化范围为6.22△A240·g-1 fw·min-1～12.64△A240·g-1fw·min-1，极差的变化范围是6.00△A240·g-1 fw·min-1～13.900△A240·g-1 fw·min-1，变异系数的变化范围为12.45％～28.55％; MDA含量的平均值变化范围为11.20×10-3μmol·g-1fw～20.40×10-3μmol·g-1 fw，极差的变化范围是9.40×10-3μmol·g-1fw～39.700×10-3μmol·g-1fw，变异系数的变化范围为15.73％～37.81％。小麦抗寒性指标抗氧化酶活性和丙二醛含量在小麦品系间存在广泛变异，为抗寒性育种提供了可供选择的材料。
　　2.在6个环境下，抗氧化酶活性及丙二醛含量都符合正态分布，表明抗氧化酶活性及丙二醛含量由多基因控制，适合进行QTL定位。
　　3.定位了抗氧化酶活性及丙二醛含量的加性QTL。检测到26个控制抗氧化酶活性和丙二醛含量的加性QTL，分布在18条染色体上:1A、1B、1D、2A、2B、2D、3A、3B、-4B、4D、5A、5B、6A、6B、6D、7A、、7B和7D。其中超氧化物歧化酶(SOD)活性5个:QSOD-2A、QSOD-3B、QSOD-3B-1、QSOD-6B和QSOD-7A，可解释表型变异的11.80％、8.35％、8.49％、19.13％和9.31％;过氧化物酶(POD)活性7个:QPOD-1B、QPOD-2D、QPOD-2D-1、QPOD-5A.2、QPOD-6A、QPOD-7B和QPOD-7D，可解释表型变异的9.10％、7.55％、8.46％、10.58％、10.96％、7.97％、10.19％、6.87％和12.18％;过氧化氢酶(CAT)活性6个:QCAT-1D、QCAT-4D、QCAT-5A、QCAT-5A.2、QCAT-6D和QCAT-6D-1,可解释表型变异的9.30％、7.40％、7.50％、11.33％、7.56％和16.80％;丙二醛(MDA)含量8个:QMDA-1A、QMDA-1A-1、QMDA-2B、QMDA-3A、QMDA-4B、QMDA-5B.2、QMDA-6B和QMDA-7B，可解释表型变异的13.06％、6.35％、11.66％、8.96％、7.85％、9.61％、20.21％和7.49％。其中QPOD-1B和QPOD-2D-1在2个环境中被检测到，该2个QTL在环境间是稳定表达的。检测到10个控制抗氧化酶活性和丙二醛含量的主效QTL（表型贡献率大于10％）分别为:QSOD-2A、QSOD-6B、QPOD-2D-1、QPOD-6A、QPOD-7D、 QCAT-5A.2、 QCAT-6D-1、QMDA-1A、QMDA-2B和QMDA-6B，可解释的表型变异率为10.19％～20.21％。小麦抗寒性指标抗氧化酶活性和丙二醛含量是由微效基因和主效基因共同控制的，其中大部分是微效基因，小部分是主效基因，由主效基因控制的主效QTL可用于小麦抗寒性标记辅助选择育种。
　　4.定位了控制抗氧化酶活性和丙二醛含量的上位性QTL。检测到控制抗氧化酶活性和丙二醛含量的4对上位性QTL:QPOD-2B与QPOD-7D，QSOD-4B与QSOD-4D，QSOD-6B与QSOD-7D，QSOD-2A与QSOD-7B，能够解释表型变异的20.09％、18.22％、21.98％和18.16％。其中有一个加性主效QTL（QPOD-7D）参与了过氧化物酶(POD)活性上位性效应的形成过程。控制小麦抗寒性指标抗氧化酶活性和丙二醛含量的基因位点之间存在相互作用，通过互作增强或减弱了位点的效应。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 冬小麦抗寒性的影响因素

1．1．1 品种与抗寒性

1．1．2 温度与抗寒性

1．1．3 光照与抗寒性

1．1．4 土质及水分与抗寒性

1．1．5 播种时期，播种量及播种深度与抗寒性

1．1．6 肥水管理与抗寒性

1．1．7 其他因素与抗寒性

1．2 低温对冬小麦形态及生理生化特征的影响

1．2．1 低温对冬小麦形态结构的影响

1．2．2 低温对冬小麦生理生化特征的影响

1．3 抗氧化酶活性及丙二醛含量在小麦抗寒性鉴定中的重要性

1．4 植物性状的QTL定位

1．4．1 QTL定位的必要条件

1．4．2 作图群体的选择

1．4．3 构建遗传连锁图谱的分子标记

1．4．4 QTL定位方法

1．4．5 冬小麦抗寒性QTL定位研究进展

1．5 本研究的目的意义

2 材料与方法

2．1 供试材料

2．2 试验方法

2．2．1 田间试验及取样

2．2．2 抗氧化酶活性及丙二醛含量的测定方法

2．2．3 SSR标记检测

2．2．4 SSR连锁图谱的构建

2．3 数据统计分析

2．3．1 性状分析

2．3．3 QTL定位

3 结果与分析

3．1 DH群体及其亲本叶片抗氧化酶活性及丙二醛含量的表型分析

3．1．1 DH群体及其亲本叶片SOD活性的表型分析

3．1．2 DH群体及其亲本叶片POD活性的表型分析

3．1．3 DH群体及其亲本叶片CAT活性的表型分析

3．1．4 DH群体及其亲本叶片MDA含量的表型分析

3．2 小麦叶片抗氧化酶活性及丙二醛含量的QTL分析

3．2．1 超氧化物歧化酶(SOD)活性的加性QTL分析

3．2．2 过氧化物酶(POD)活性的加性QTL分析

3．2．3 过氧化氢酶(CAT)活性的加性QTL分析

3．2．4 丙二醛(MDA)含量的加性QTL分析

3．3 小麦叶片抗氧化酶活性及丙二醛含量的上位性QTL分析

4 讨论

4．1 冬小麦QTL定位结果的一致性与差异性

4．2 冬小麦抗寒性相关性状QTL数目以及其影响因素

4．3 主效QTL与小麦分子标记辅助育种

4．4 上位性对抗氧化酶活性及丙二醛含量的影响

4．5 进一步的研究设想

5 结论

参考文献

附录

在读期间已发表论文

作者简历

致谢