黑龙江省水稻骨干亲本对衍生品种的遗传贡献及孕穗期耐冷性的关联分析

摘要

水稻是重要的粮食作物之一，是世界上约一半人口的主食。随着人口的增加，耕地面积不断缩减，粮食安全问题日益受到关注。我国水稻的种植面积约占我国耕地面积的28％，能生产出近40％的粮食，因此，水稻的高产稳产对粮食安全问题尤为重要。我国人口众多，是粮食消费大国，为了保障粮食安全，培育高产、稳产的水稻品种至关重要。
　　骨干亲本是集众多优良特性于一体，且配合力较高的优异亲本材料，对水稻骨干亲本进行研究，能为水稻育种提供理论基础，从而提高水稻育种效率。为了保障水稻的高产、稳产，对于水稻骨干亲本的研究十分必要。冷害是世界水稻生产上的一个普遍问题，我国几乎所有稻作地区均不同程度地遭遇低温冷害，每年减产稻谷30～50亿kg。在全国水稻种植区域，低温冷害在水稻上发生的强度和频率数黑龙江省最高，在冷害较严重的年份，直接造成的减产率可超过20％。因此，研究水稻品种的耐冷性，挖掘耐冷基因，对减轻黑龙江省水稻冷害，提高水稻产量具有重要意义。本研究以黑龙江省水稻育种骨干亲本石狩白毛、虾夷、上育397、富士光、藤系138及其衍生品种为试验材料，利用128个SSR标记对其进行遗传贡献和传递频率分析，解析重要的基因位点在衍生品种中的传递规律，并通过关联分析发掘与耐冷有关的新的基因位点，旨在阐明黑龙江省水稻骨干亲本的遗传机理，为寒地水稻新品种选育及耐冷性遗传改良奠定基础。主要研究结果如下:
　　(1)对石狩白毛、虾夷、上育397、富士光和藤系138及其衍生后代共计156份材料进行SSR标记分析，结果表明，RM556等6个SSR位点在石狩白毛中的遗传贡献率大于80％，RM84等16个位点在7个世代中的传递频率均在50％以上。RM331等4个位点在虾夷中的遗传贡献率大于80％，RM1279等11个位点在6个世代中的传递频率均在50％以上。RM109、RM1279、RM536、RM246、RM170和RM480在5个骨干亲本的后代中均高频传递，上述位点在黑龙江省水稻育种中具有极高的利用价值。
　　(2)一些高频传递的SSR位点附近定位了产量、抗逆性、品质等重要性状的QTL; RM213同时与稻瘟病抗性、苗高和耐旱性相关;RM331同时与芽期耐冷性、孕穗期耐冷性、耐旱性和产量相关性状相关，这些SSR位点作为重要的基因组区段在衍生后代中传递，是石狩白毛、虾夷、上育397、富士光和藤系138成为骨干亲本的重要原因。
　　(3)对水稻孕穗期对供试材料进行连续两年的冷水处理，结果表明，石狩白毛、虾夷、上育397和藤系138在孕穗期冷水胁迫下具有较高的结实率，耐冷性较强，而富士光的耐冷性相对较弱。孕穗期冷水处理使各性状的平均值都表现不同程度的降低，其中单株产量和结实率降幅较大，说明孕穗期冷水胁迫对水稻单株产量和结实率有较大的影响。
　　(4)孕穗期冷水处理下，单株产量与所有性状均呈极显著正相关;结实率与单株产量呈极显著正相关，与二次枝梗数呈显著负相关。
　　(5)利用TASSEL3.0软件的一般线性模型(GLM)和混合线性模型(MLM)进行耐冷性与SSR标记的全基因组关联分析，两年共检测到RM84、RM584、RM589、RM242等30个与耐冷性相关的SSR，有10个位点与前人检测到的位点一致，其余20个位点为本研究新发现的耐冷相关位点。
　　(6) RM109等6个高频传递的位点附近定位到了水稻不同时期耐冷性的QTL; RM84和RM170为本研究检测到的与耐冷性显著关联的新位点，它们同时也在骨干亲本的衍生品种中高频传递，说明耐冷基因位点是黑龙江省水稻骨干亲本及其衍生品种被广泛选择和利用的重要基因组区段。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 水稻冷害的类型

1．2 水稻耐冷性机制

1．2．1 膜脂相变机制

1．2．2 自由基机制

1．2．3 钙离子信使系统机制

1．3 水稻孕穗期耐冷性鉴定方法

1．4 骨干亲本研究进展

1．4．1 骨干亲本优良性状及应用

1．4．2 骨干亲本的遗传多样性

1．4．3 骨干亲本的QTL定位

1．4．4 骨干亲本重要染色体区段的遗传传递

1．5 关联分析及在水稻中的研究进展

1．6 水稻耐冷QTL／基因研究进展

1．6．1 芽期耐冷相关QTL／基因

1．6．2 苗期耐冷相关QTL／基因

1．6．3 孕穗期耐冷相关QTL／基因

1．7 研究的目的与意义

2 材料与方法

2．1 试验材料

2．2 骨干亲本对衍生后代的遗传贡献分析

2．2．1 骨干亲本及衍生品种的世代划分

2．2．2 SSR-PCR分析

2．2．3 遗传贡献率及传递频率的计算

2．3 水稻孕穗期耐冷性关联分析

2．3．1 孕穗期耐冷鉴定

2．3．2 SSR-PCR分析

2．3．3 群体结构分析

2．3．4 水稻孕穗期耐冷相关性状与SSR标记的关联分析

3 结果与分析

3．1．1 石狩白毛对衍生品种的遗传贡献及重要基因位点的传递频率

3．1．2 虾夷对衍生品种的遗传贡献及重要基因位点的传递规律

3．1．3 上育397、富士光、藤系138对它们衍生品种的遗传贡献

3．1．4 重要SSR位点与产量、抗逆等性状的关系

3．2 水稻孕穗期耐冷性状的表型分析

3．2．1 骨干亲本孕穗期耐冷性分析

3．2．2 骨干亲本及衍生品种孕穗期耐冷相关性状分析

3．3 水稻孕穗期耐冷相关性状的相关分析

3．4 耐冷性状与SSR标记的关联分析

3．4．1 群体结构分析

3．4．2 耐冷相关性状和SSR标记的关联分析

4 讨论

4．1 骨干亲本及其衍生品种重要标记位点的传递规律

4．2 水稻农艺性状间的相关性

4．3 水稻孕穗期耐冷性状的关联分析

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文