中国甘薯种质资源遗传多样性分析及高淀粉轮回选择群体改良研究

摘要

“甘薯-2l世纪人类的健康、能源植物”。优质高产多抗专用型甘薯新品种选育是目前和将来众多的育种工作者主攻方向，而甘薯种质资源的发掘、创新和利用是获得突破性甘薯新品种的基础。因此，本研究应用农艺性状、农艺性状与形态特征的合并性状和RAPD标记对我国常用甘薯种质资源的遗传多样性进行分析；在国内率先开展了高淀粉甘薯轮回选择群体改良工作，明确了轮回选择对主要农艺性状改良效果，并结合RAPD标记对基础群体和轮回选择群体进行遗传多样性比较。其主要结果如下： 1、我国甘薯种质资源的遗传多样性 (1)基于农艺性状分析甘薯的遗传多样性：对36份种质资源的农艺性状的研究结果表明引进资源的蔓长、藤叶重、鲜薯重的级差、标准差大以及变异系数均最大，而烘干率和淀粉率、茎粗的级差、标准差小，变异系数最小，该类型资源存在丰富的遗传多样性。主推品种的重要农艺性状如蔓长、分枝数、藤叶重和鲜薯重的级差、标准差，变异系数均小于引进资源和国内资源。从农艺性状的角度讲，引进资源的遗传多样性(特别是与蔓长、藤叶重和鲜薯重的遗传多样性)显著高于国内的种质资源。因此引进资源在甘薯育种中将会发挥十分重要的作用。 (2)基于RAPD标记分析甘薯的遗传多样性：本研究从50条RAPD引物中筛选出带型清晰、稳定的20条引物对36份材料的DNA进行PCR扩增。结果发现20条引物在供试材料中共扩增出177条带，其中172条带具有多态性，多态性频率达97.18％，每个引物扩增出4～15条多态性带，平均为8.7条。不难看出36份供试材料在DNA水平上具有丰富的多样性。 (3)基于农艺性状的聚类图不能与所用材料的系谱相吻合，而RAPD标记产生的聚类图与系谱关系吻合性好，合并性状的聚类图与系谱关系吻合性较好，与RAPD标记的遗传聚类图基本一致。这表明利用RAPD标记在甘薯育种中进行辅助选择是可靠的。 (4)根据农艺性状、合并性状得出的遗传距离来看，引进资源品种(系)间的平均遗传距离最大，其次是国内资源，主推品种间变异最小。引进资源与国内资源间的平均遗传距离最大，主推品种与引进资源的平均遗传距离次之，主推品种与国内资源平均遗传距离最小。根据RAPD标记显示的遗传距离来看，主推品种内的遗传差异最大，其次是引进资源，国内资源变异最小；类型之间主推品种与引进资源的遗传差异最大，其次是主推品种与国内资源之间，国内资源与引进资源之间遗传差异最小。 (5)优异种质资源的筛选与鉴定：本研究发现国内资源中的H11-67、川薯294、绵粉1号、绵薯早秋、川薯27、肇源16、主推品种中的丰收白、潮薯1号、豫薯7号和引进资源中的台农27、内源、澳洲黄，它们的RAPD分子标记的平均遗传距离大于骨干亲本，其中H11-67含近缘野生种一半的血缘，和其它资源的遗传差异最大，具有极大的应用价值。可见，进一步加强近缘野生种资源的研究和利用，对解决甘薯育种中存在的基因源日趋狭窄等问题具有重大意义。 2、高淀粉甘薯轮回选择群体的改良效果及遗传多样性分析。 (1)在国内率先开展了高淀粉甘薯轮回选择群体改良研究，确定了基础群体构建和轮回选择的基本原则和方法，即以基础亲本群体的构建为起点，轮回选择为中心，改良创新种质资源、选育优质高效专用型品种为目的，组建优良基因数目多、均值高、遗传变异丰富的高淀粉甘薯品种(系)的基础群体，进行人工混合授粉、集团杂交，并采用轮回选择方法，不断改良群体和筛选优系，试图打破不利基因连锁，增加有利基因重组的频率，使品质性状有新的突破，为选育突破性高淀粉甘薯新品种提供新的种质和技术支撑。 (2)高淀粉甘薯轮回选择群体改良的过程中，第一轮群体(C1)总的水平比基础群体CO下降，部分性状下降显著。通过第二轮选择后，第二轮群体(C2)水平大幅度提高，远远高于C1，多数性状的平均值达极显著水平，特别是薯干、鲜薯重增益幅度最大，并且超过CO群体，鲜薯增益(10.48％)，薯干增益(10.61％)达显著水平，另外藤叶产量增益(29.7％)达极显著。而品质性状的烘干率和淀粉率的变化和其它性状变化不一致，即C1群体退化不严重，C2提高但没有达到CO水平。虽然由此看出要尽快改良提高烘干率和淀粉率的难度较大，但轮回选择群体烘干率和淀粉率与单株薯干重遗传相关系数由基础群体的较强负相关变为弱负相关和正相关。 (3)随着选择轮次的增加，单株鲜薯重和薯干重得到了显著改进，变异系数降低，同时群体方差也下降，但不显著。烘干率和淀粉率变异不大。 (4)利用RAPD标记对基础群体及轮回选择群体间(内)材料进行遗传差异研究发现，通过第一轮轮回选择后，群体内的遗传差异变化较小，第二轮选择后，群体内的遗传差异变化明显增加。从聚类结果看出，RAPD分子标记可以较准确地反应和确立各群体间(内)基因型之间的遗传差异和亲缘关系。这进一步表明，利用RAPD标记在甘薯育种中进行辅助选择是合理的、可靠的。

目录

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第一章文献综述

1.1甘薯生产与重要地位

1.2甘薯的起源、进化、传播途径及分类

1.3我国甘薯种质资源研究与创新

1.4甘薯育种研究动态及展望

1.5甘薯集团杂交育种法的研究进程及应用前景

1.6分子标记在甘薯种质资源和育种中的应用

第二章甘薯种质资源的遗传多样性分析

2.1引言

2.2材料与方法

2.2.1试验材料

2.2.2田间试验设计与统计方法

2.2.3RAPD分子标记及统计方法

2.3结果与分析

2.3.1农艺性状的聚类分析

2.3.2农艺性状与形态性状合并的聚类分析

2.3.3甘薯种质资源及主推品种的RAPD分析

2.4讨论与结论

第三章高淀粉甘薯轮回选择群体改良效果及遗传多样性评价研究

3.1引言

3.2材料与方法

3.2.1植物材料

3.2.2田间试验设计与统计方法

3.2.3RAPD分子标记及统计方法

3.3结果与分析

3.3.1基础群体的组建及轮回选择

3.3.2轮回选择群体水平的改进及性状多重比较、遗传增益和变异

3.3.3各轮群体农艺性状的遗传相关分析和逐步回归分析

3.3.4各轮回选择群体遗传多样性RAPD分子标记评估

3.4讨论与结论

参考文献

致谢

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