水、旱条件下水稻碾米品质和外观品质的QTL定位及环境互作分析

摘要

水稻（Oryza sativa L.）是人类重要的粮食来源之一，对保证粮食安全起到至关重要的作用，但由于受到人口数量、气候条件和农业管理措施等因素的影响，干旱现象在我国时常发生，导致水稻生产正在面临着严重的威胁。同时，随着生活水平的提高，人们对稻米的品质也提出了越来越高的要求。因此挖掘干旱条件下控制水稻品质性状的QTL对加速稻米品质性状的分子改良具有重要的意义。
　　实践证明，将相关性状在多个环境下同时进行分析，是提高QTL定位的准确性、检测稳定存在的QTL及分析QTL与环境互作效应的有效方式。本研究以陆稻品种“小白粳子”为母本，以水稻品种“空育131”为父本杂交构建的207个重组自交系群体为试验材料，在正常灌溉和干旱胁迫条件下进行2年试验，对水稻碾米品质和外观品质性状进行单一环境和多环境联合定位分析，探究干旱胁迫环境条件下研究性状的变化规律，挖掘干旱条件下稳定表达的控制稻米品质性状的QTL，同时分析QTL与环境的互作效应，为干旱胁迫下稻米品质的遗传改良提供依据。主要结果如下:
　　1.在干旱胁迫下，母本小白粳子和父本空育131的碾米品质和外观品质表现出较大差异。除粒宽以外，其余性状在两亲本间达到显著或极显著差异。重组自交系群体在干旱胁迫下整精米率提高，其余性状均降低。各性状在不同环境下均存在一定数量的超亲分离，且服从正态分布，呈现出数量性状的遗传特点。
　　2.在各环境下碾米品质性状相互之间均呈极显著正相关。外观品质在干旱胁迫下，粒长与长宽比呈极显著正相关。粒宽与粒厚和垩白率呈极显著正相关，与长宽比呈极显著负相关。粒厚与长宽比呈极显著负相关，与垩白率呈极显著正相关。长宽比与垩白率呈极显著负相关。
　　3.以F8重组自交系群体为基础，在水稻12条染色体上构建了共包含142个SSR分子标记的遗传连锁图谱，共覆盖水稻基因组1295.03 cM，标记间的平均距离约为9.12 cM。
　　4.利用QTL Network2.1软件，共检测到47个加性效应QTL。有20个QTL可在多环境下被同时检测到，其中9个QTL可在干旱胁迫环境下稳定表达。垩白率、粒宽、粒厚和长宽比分别检测到一个QTL可在所有环境下同时表达。
　　5.通过对定位结果进行比较发现，多效性QTL区间广泛存在于碾米品质和外观品质性状之间。其中，qBRRlla、qMRRlla和qGW6d、qCG6d分别位于第11染色体RM229～RM287区间和第6染色体RM402～RM162区间，并且在2年干旱胁迫环境下均可重复表达且贡献率较高。qGL6b、qGW6c、qGT6b、qLWR6e和qCG6c同时分布于第6染色体RM589～RM20261区间，在2年干旱胁迫环境下，qGW6c、qGT6b和qLWR6e均可重复表达且贡献率较高，是控制干旱胁迫下水稻碾米品质和外观品质的重要QTL位点。
　　6.上位性效应定位分析共检测到41对上位性QTL互作，且各性状均可检测到上位性效应的存在，说明上位性QTL互作广泛存在于水稻碾米品质和外观品质性状之间。
　　7.环境互作效应定位分析共检测到5个加性效应和20对上位性效应QTL与环境之间存在显著的互作效应。除粒厚以外，其余性状均检测到上位性效应QTL与环境之间显著的互作效应。整精米率、垩白率、粒长和长宽比都检测到加性效应QTL与环境之间显著的互作效应。但各性状环境互作效应QTL贡献率要远小于其加性效应QTL的贡献率。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 我国农业水资源现状

1．2 干旱胁迫对水稻碾米品质和外观品质的影响

1．2．1 干旱胁迫对碾米品质的影响

1．2．2 干旱胁迫对外观品质的影响

1．3 QTL定位的研究现状

1．3．1 QTL定位的原理

1．3．2 QTL定位的群体

1．3．3 QTL定位的方法

1．3．4 QTL的上位性效应及其与环境互作

1．4 水稻碾米品质和外观品质QTL研究进展

1．4．1 正常灌溉下碾米品质QTL研究进展

1．4．2 干旱胁迫下碾米品质QTL研究进展

1．4．3 正常灌溉下外观品质QTL研究进展

1．4．3 干旱胁迫下外观品质QTL研究进展

1．5 研究的目的与意义

1．6 技术路线

2 材料与方法

2．1 试验材料

2．2 田间试验设计

2．3 性状调查与测定

2．3．1 碾米品质的测定

2．3．2 外观品质的测定

2．4 SSR标记分析

2．4．1 DNA的提取

2．4．2 PCR扩增

2．5 数据统计与分析

2．5．1 表型数据统计分析

2．5．2 遗传连锁图谱构建

2．5．3 QTL定位

3 结果与分析

3．1 稻米品质性状的表型值分析

3．2 稻米品质性状的相关分析

3．2．1 正常灌溉条件下稻米品质性状的相关分析

3．2．2 干旱胁迫条件下稻米品质性状的相关分析

3．3 遗传连锁图谱的构建

3．4 碾米品质的QTL分析

3．4．1 糙米率

3．4．2 精米率

3．4．3 整精米率

3．5 外观品质的QTL分析

3．5．1 粒长

3．5．2 粒宽

3．5．3 粒厚

3．5．4 长宽比

3．5．4 垩白率

4 讨论

4．1 干旱胁迫对碾米品质和外观品质的影响

4．2 QTL定位结果比较及分析

4．3 多效性QTL区间

4．4 上位性QTL互作分析及应用

4．5 QTL与环境互作效应的分析

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文