基于9311背景片段代换系稻米中Cd含量的QTL初定位分析

摘要

土壤重金属污染因其污染危害大、面积广、治理难成为了目前粮食安全和土壤修复的一个热点和重大难题，其中以重金属镉(Cd)污染最为突出。水稻是世界上最重要的粮食作物之一，稻米中重金属的含量是影响稻米品质和安全的重要指标，其中Cd作为有毒重金属元素严重影响着食品安全。为了解析水稻中Cd转运和积累的遗传机理，选育低Cd水稻品种，本研究选取籼稻品种9311、粳稻品种日本晴以及以9311作为轮回亲本，日本晴作为供体亲本构建的染色体片段代换系(CSSLs)群体137份作为研究对象，9311和日本晴进行室内水培实验，采取不同生育时期、不同组织的样品，9311、日本晴和染色体片段代换系群体种植在绵竹Cd污染试验田，成熟收取个材料的籽粒，采用电感耦合等离子体质谱法测定水培样品和糙米中的Cd含量，分析亲本间镉含量的差异，结合糙米镉含量通过染色体片段重叠和简化基因组测序（Reduced-Representation Genome Sequencing，RRGS）的方法对片段代换系群体中降低稻米Cd含量的QTL进行初步定位。得到以下结果:
　　1.对亲本9311和NIP进行1μM镉溶液处理，测定了9311和日本晴各生育时期样品的Cd含量。发现:苗期地下部9311显著高于日本晴，地上部9311略低于日本晴，转运系数(S/R)9311为0.38，日本晴为0.71，9311＜日本晴;9311和日本晴叶片分在蘖期至灌浆期Cd含量持续增加，9311始终显著高于日本晴，到灌浆期达到峰值，9311为22.7mg/kg，日本晴为19.01mg/kg，成熟期9311下降18.90％，日本晴下降0.79％;颖壳中9311积累量更高，日本晴增长更快。这说明日本晴转运Cd的能力强于9311，但成熟期9311叶片中有更多的Cd被再次转运，这些可能是造成两者稻米Cd含量差异的原因之一。
　　2.在绵竹试验田种植的亲本和染色体片段代换系群体中，日本晴的糙米Cd含量最低。两年片段代换系群体糙米Cd含量相关性较低(r=-0.33)，通过比较群体各株系糙米Cd含量相对值的差值(△)，筛选出了25份糙米Cd含量稳定(△＜0.01)的株系，其中CSSLs2-7糙米Cd含量最低，2016年为0.84mg/kg，2017年为0.57mg/kg。
　　3.用片段重叠和简化基因组测序的方法在第4、6、8染色体共发现6个降低稻米Cd含量的QTLs，其中qCd-6-2的定位区间包含qCd-6-1和OsHMA2，qCd-8-1两年都有检测到，推测qCd-6-2和qCd-8-1这两个区间可能存在降低稻米Cd含量的主效QTL。

目录

声明

摘要

第一章文献综述

1．1重金属的来源

1．2重金属镉的危害

1．3重金属的治理

1．4水稻中镉的转运与积累

1．4．1生理机理

1．4．2遗传机理与分子机制

1．4．3稻米镉含量相关QTL研究

1．5目的与意义

第二章材料与方法

2．2实验方法

2．2．1水培实验

2．2．2大田种植实验

2．2．3测定方法

2．2．4 QTLs初步定位方法

第三章结果与分析

3．1不同亲本材料镉含量差异

3．1．1苗期镉吸收差异

3．1．2成株期叶片镉积累的动态变化差异

3．1．3穗部镉积累的动态变化差异

3．2片段代换系镉含量测定结果

3．2．1试验土壤镉含量结果

3．2．2片段代换系籽粒镉含量测定结果

3．3稻米镉积累相关QTLs分析

3．3．1第4号染色体上稻米镉积累QTL的代换作图

3．3．2第6号染色体上稻米镉积累QTL的代换作图

3．3．3第8号染色体上稻米镉积累QTL的代换作图

第四章讨论

4．1镉污染对水稻的影响

4．2低镉水稻品种的选育

4．3 CSSLs群体材料用于QTL定位的优势

4．4稻米镉相关QTL的初步定位

4．5构建F2群体及精细定位

参考文献

致谢