陆地棉半野生种系与栽培陆地棉遗传多样性及亲缘关系研究-硕士论文

胁夕Z 硕士学位论文 陆地棉半野生种系与栽培陆地棉 遗传多样，陡及亲缘关系研究 作者姓名房嫌嫌 指导教师祝水金教授 学科( 专业)作物遗传育种 所在学院农业与生物技术学院 提交日期 20 10 年12 月 中国杭州 陆地棉半野生种系与栽培陆地棉 遗传多样性及亲缘关系研究 论文作者签名： 指导教师签名： 论文评阅人1 ：金量盎盟窒：重 评阅人2 ： 翅置教授 评阅人3 ： 汪自强教授 答辩委员会主席： 张天真教授 委员1 ： 垡煎盟窒亟 委员2 ： 朱睦元教授 委员3 ： 丕盎盘整撞 委员4 ： 周焦至塾撞 委员5 ：祝水金教授 答辩日期：一型! 羔二Q ! 二! 里 G e n e t i cD i v e r s i t ya n dR e l a t i o n s h i pf o rt h e S e m i c u l t i v a rR a c e sa n dC u l t i v a t e dg e r m p l a s m so fG 办泗比Z 删L U s i n gS S R M a r k e r s A u t h o r sS i g n a t u r e ： n S U p e r V l S 0 r 7 SS l g n a t U r e ： E x t e r n a lR e v i e w e r s ： 兰Q l 垒墨曼Q !i 垒曼h 鱼坠g ：! i 坠 投鱼墨璺Q 至地j 迫 ! Q 堡墨墨Q ! I 竖垫g 圣i ：g i 坌旦g E x a m i n i n gC o m m i t t e eC h a i r p e r s o n ： 里堑Q l 垒墨墨Q ! 圣h 垒垒g ! i i 堕：些曼塾 E x a m i n i n gC o m m i t t e eM e m b e r s ： ! Q ! 垒墨墨Q ! 2 i i 塑! ：g i i 垫 ! Q 鱼墨曼Q !圣h 旦墨h 坠i ：i i 望 P r o f e s s o rS h ic h u n - h a i ! Q 壁：墨墨Q !兰h Q 坠堕星i = j 兰盟 ! Q 垂；呈墨Q !兰h 坠墨h 坠i = ji 旦 D a t eo f o r a ld e f e n c e ：2 0 1 1 一0 1 11 S p e c i f i cP r o j e c to fp u b l i cA g r i c u l t u r a lR e s e a r c ho fC h i n a ( N o 3 1 9 ) N a t i o n a lF o u n d a t i o no fN a t u r a IS c i e n c e ( N o 3 0 4 7 11 0 8 ， 3 0 6 7 1 3 2 5 ) 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意 学位论文作者签名：签字日期：年月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘江盘堂有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝江盘堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期： 年月 日 签字日期： 年 月 日 致谢 本研究是在浙江大学农业与生物技术学院祝水金教授的悉心指导下 完成的。祝老师从论文的选题、技术路线的设计、实验操作方法、数据处 理及论文写作等方面给予了我全面、详细和耐心的指导。祝老师严谨的治 学态度、渊博的知识、务实的工作作风、刻苦钻研的工作精神时刻激励着 我以更加积极的态度投身于学习和工作中。在此对祝老师多年的教诲和学 习工作及生活上的帮助表示深深的感谢! 同时衷心感谢陈进红老师、洪彩霞老师、张宪银老师、孔广超老师、 崔润根老师、马春凤老师等在实验和生活方面给予的指导、关心和支持。 感谢何秋伶、燕树峰，吴大鹏、张巧、秦利、李玲、刘海英、李金荣、 叶春燕、黄庄荣，梅磊、刘天雄，欧婷等同门师兄弟( 姐妹) 给予我实验 上的指导，鼓励及生活上的关心和帮助。感谢农业与生物技术学院领导和老 师给予的关心和支持。 最后，特另I J 要感谢我的父母及我的同胞兄妹，是他们用辛勤的汗水默默的给 予我学习和生活上的支持，以及精神上莫大的鼓励! 在此论文完成之际，对以上所有的领导、老师、同学、亲人和朋友表示最真 挚的谢意，在以后的学习、工作和生活中，我会谨记你们的教诲，踏踏实实，努 力学习和工作，积极乐观的生活，最后真诚的祝愿你们身体健康，祝福大家都有 一个辉煌的明天! 房嫌嫌 2 0 10 年1 0 月 浙江大学硕士学位论文目录 目录 摘要：1 A B S T R A C T 3 1 前言6 2 文献综述8 2 ，l 棉花种质资源类型及其遗传多样性8 2 1 1 栽培陆地棉品种资源8 2 1 2 海岛棉品种资源9 2 1 3 亚洲棉种质资源。1 0 2 1 4 草棉种质资源1 l 2 1 5 栽培棉半野生棉种系1 l 2 1 6 野生棉种质资源1 2 2 1 7 棉属近缘种1 2 2 2 棉花种质资源遗传多样性和亲缘关系研究进展1 3 2 2 1 形态学标记研究1 3 2 2 2 细胞学标记研究1 3 2 2 3 生化标记研究：1 4 2 2 4 分子标记研究1 5 2 3 四倍体棉种起源与演化研究进展2 4 2 3 1 四倍体栽培棉种的地理分布2 5 2 3 2 四倍体栽培棉种间的杂交研究2 5 2 3 3 四倍体栽培棉种的核型研究2 6 2 3 4 四倍体栽培棉的种子蛋白研究。：2 6 2 3 5 四倍体栽培棉种的原位杂交研究2 7 2 3 6 四倍体栽培棉种的分子标记研究2 7 2 3 7 四倍体棉种的其他研究2 8 2 4 本研究的目的和意义2 8 3 材料与方法。3 0 3 1 试验材料3 0 3 1 1 陆地棉半野生种系3 0 3 1 2 陆地棉栽培品种3 0 3 2 试验方法3 2 3 2 1 基因组D N A 的提取与纯化3 2 3 2 2S S R P C R 扩增3 3 3 2 3 电泳分析3 3 3 2 4 数据分析3 4 4 结果与分析3 6 4 1 棉花品种资源的S s R 分子标记多态性分析3 6 4 1 1 陆地棉半野生种系的s s R 多态性引物筛选j 3 6 浙江大学硕士学位论文目录 4 1 2 陆地棉半野生种系与四倍体栽培棉的S S R 多态性3 7 4 2 棉花品种资源的遗传相似性分析3 9 4 2 1 陆地棉半野生种系间的遗传相似性3 9 4 2 2 陆地棉半野生种系与陆地棉栽培品种问的遗传相似性4 0 4 3 陆地棉半野生种系的S S R 分子标记聚类分析4 2 4 3 1 陆地棉半野生种系间的S S R 分子标记聚类分析4 2 4 3 2 陆地棉品种资源的S S R 分子标记聚类分析4 3 5 讨论4 5 6 全文小结。4 7 参考文献4 8 缩写词表5 9 作者简历6 0 淅江大学硕士学位论文 摘要 摘要 棉属( G D 碴垆f “mL ) 共有5 1 个种，栽培棉种有4 个，其中草棉( G J l z P ，6 口c P 甜聊 L ) 和亚洲棉( G 口，6 甜P “聊L 为二倍体栽培棉种，陆地棉( G I ，苫“f 聊zL ) 和 海岛棉( G 6 口r 6 口沈玎s eL ) 为异源四倍体棉种，其余4 7 个均为野生棉种由于占 世界棉花产量9 0 的陆地棉遗传多样性相当狭窄，加强对现有栽培品种，野生种 质的研究利用和种质引进交流，改进陆地棉遗传多样性是今后棉花遗传育种研究 的重要内容。陆地棉半野生种系( R a c e ) 具有优质、多抗等优良的特性，其染色 体数目与陆地棉栽培品种相同，两者的亲缘关系较近。因此，研究陆地棉半野生 系与陆地棉栽培品种之间的亲缘关系及遗传演化对现代棉花育种具有重要意义。 本研究采用S S R 分子标记，以陆地棉标准系T M 1 和海岛棉标准系3 7 9 作为对 照，对陆地棉的7 个半野生种系6 4 份种质资源的遗传多样性和亲缘关系进行了研 究，同时，分析了陆地棉半野生种系与陆地棉栽培品种的亲缘关系和遗传演化关 系，主要结果如下： 1 、陆地棉半野生种系遗传多样性的S S R 分子标记研究：以陆地棉标准系 T M 1 和海岛棉标准系3 7 9 作为对照，对陆地棉的7 个半野生种系的6 4 份种质 资源进行了S S R 分子标记的遗传多样性和亲缘关系研究。1 1 2 对S s R 引物共检 测出5 0 2 个等位位点，其中多态性位点3 9 2 个，约占总位点数的7 8 。每对引物 扩增出2 1 0 个等位位点，平均约为4 5 个；多态位点数范围为1 。9 个，平均约 3 5 个。供试半野生种系间的遗传相似系数为O 5 3 3 O 9 9 5 ，平均o 6 9 0 。说明陆地 棉半野生种系之间存在着丰富的遗传多样性。7 个陆地棉半野生种系的遗传多样 性顺序为：玛利加郎特棉 尤卡坦棉 阔叶棉 帕默尔棉 莫利尔棉 雷奇蒙地 棉 尖斑棉。U P G M A 聚类结果表明，7 个陆地棉半野生种系在相似系数为0 6 9 0 处被聚为四大类，其中帕默尔棉和阔叶棉与栽培陆地棉的亲缘关系最近 2 、陆地棉半野生种系与栽培陆地棉亲缘关系：对陆地棉7 个半野生种系的 6 4 份种质资源和3 0 份陆地棉栽培品种进行了S S R 分子标记的亲缘关系和遗传演 化研究。8 2 对s S R 引物共检测出4 1 2 个等位位点，其中多态性位点3 1 4 个，约 占总位点数的7 6 。J a c c a r d s 相似系数表显示，陆地棉栽培品种与阔叶棉的平均 遗传相似系数最大，其中美国陆地棉栽培品种与其遗传关系最近。 浙江大学硕士学位论文摘要 3 、陆地棉半野生种系与陆地棉栽培品种之间的遗传亲缘关系：陆地棉半野 生种系与其栽培品种之间的平均遗传相似系数变化范围为O 6 8 1 O 7 5 8 ，其中阔叶 棉与陆地棉栽培品种平均遗传相似系数最大。7 个半野生种系与陆地棉栽培品种 平均遗传相似系数大小顺序为：阔叶棉 雷奇蒙地棉 帕默尔棉 尖斑棉 莫利 尔棉 尤卡坦棉 玛利加朗特棉；与T M l 之间的平均遗传相似系数变化范围为 o 6 8 9 o 7 7 2 ，其中阔叶棉与T M 1 平均遗传相似系数最大。7 个陆地棉半野生种 系与不同来源的陆地棉栽培品种间的平均遗传相似系数总体变化范围为 o 6 7 3 O 7 6 5 ，其中阔叶棉与美国陆地棉栽培品种之间的平均遗传相似系数最大， 两者之间的遗传关系最近 关键诃：陆地棉半野生种系；栽培陆地棉品种；S S R ；遗传多样性；亲缘关系 浙江大学硕士学位论文 摘要 A b s t r a c t C o t t o n ( G D 脚p f 甜，zL ) i sm el e a d i n g 舫e rc r o pi nt h ew o r l d 1 1 1 eg e n u sh a S a p p r o x i m a t e l y5 l S p e c i e s ，i n c l u d i n g 4 6d i p l o i d s ( 舶mAt 0Ga n dK ) a 1 1 df i V e a l l o t e t r a p l o i d s ( A D ) ，i nw h i c hf o u r0 ft h e ma r ec u l t i V a t e d ，i n c l u d i n g 铆od i p l o i d s p e c i e s ：G 乃P ，6 口c P “聊L O l A l ) a n dG 口，6 D ，f z f ，恕L ( A 2 A 2 ) ，a n dt 、V ot e t r a p l o i d ：G j i l 打百“f “，纷L 0 D l A D l a I l dG 6 口，6 c 砒门s PL ( A D 2 A D 2 ) ，t h eI e s t sa r ew i l ds p e c i e s T h en a 玎o wg e n e t i cb a s eo fn l eG 砌呵“胁聊L h a db e c a m eam 旬o rc o n s t r a i n ti n c o t t o nb r e e d i n g I ti sn e c e s s a r yt oe I l r i c h 廿l eg e n ep o o l 谢mu t i l i z i n gc u l t i V a t e d V a r i e t i e sa n dw i l dg e n 】叩l a s m s T h es e m i c u l t i V a t e dr a c e sO fG 矗f 船“f “聊L p o s s e s s m a J l yf 打o r a b l et r a i t sm a tm et e 打印l o i dc u l t i V a r sl a c k ，s u c h a se x c e l l e n tq u a l i 饥 r e s i s t a n c et oal O to fd i s e a s e sa I l ds oo n B e s i d e s i th a st h es 撇ec h r o m o s o m en u m b e r w i t hc u l t i v 矗r T h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho ng e n e t i cd i V e r s i 锣a n dV 撕a t i o no fi n f o m a t i o n a m o n gs e m i c u l t i V a rr a c e so fG 泌甜觑mL a n dc u l t i V a r so fG 办f 坶“m 脚L w o u l d f a c m t a t ee f ! f i c i e n tu s ef o rd e V e l o p i n gs u p e r i o rc o nc u l t i V a u r s 7 r h eg e n e t i cd i V e r s i t y a n dr e l a t i o n s h i p0 ft h es e m i - c u l t i V a t e dr a c e so fGJ l 觚甜胁mL 、) 忙r ea n a l y z e dw i t h S S R m a r k e r s ，呻i n gT M 一1 ( t h es t a l l d a r dl i n eo fG 办泌“f “肌L ) a sc h e c k a u l d3 7 9 油e s t a l l d a r dl i n eo fG6 口厂6 口沈珊PL ) a sr e f e r e n c ec h e c ki nm i se x p e r i m e n t M e 觚w h i l e ， m er e l a t i o n s h i p2 u l de V o l m i o no fs e m i - c u l t i V a t e dr a c e so fu p l a n dc o t t o na r I dm e i r c u l t i V a t e dg e H 】 1 p a l s m sw e r ea n a l y z e db y8 2S S Rp r i m e rp a i r s ，a I l dt h em a i nr e s u l t s w e r ea sf o U o w s 1 D i v e r s i 坶o fS S Rm a r k e r sa m o n gt h es e m i c u l t i V a t e dr a c e so fG 厅Z 憎比f “朋L T oe V a l u a t et h eg e n e t i cd i v e r s 埘a r l dr e l a t i o n 蛳po f7s e m i c u l t i V a t e dr a c e so fG 而沁甜f “mL ，6 4a c c e s s i o n sw e r ea n a l y z e dw i t hS S Rm a r k e r s ，u s i n gT M - 1 ( t l l e s t a n d a r dl i n eo fG矗打百“f “，”) a sc h e c ka n d3 - 7 9 ( m es t a n d a r dl i n eo fG 6 甜6 口沈瑚P ) 2 L s r e f e r e n c eC h e c k At o t a lo f5 0 2 g e n e a l l e l e sw i t h7 8 p o l y m o 叩h i s m 、e r ed e t e c t e d 行o m1 1 2S S Rp r i m e r s T 1 1 en 啪b e ro fD N A b a n d s p e rp r i m e rr a l l g e d 仔o m2t ol0 、i ma I la V e r a g eo f4 5 T l l ea V e r a g ec o e 衔c i e n to f g e n e t i cs i m i l 撕! ya m o n gt 1 1 et e s t e dg e n n p l a s m sw a s0 6 9 0 ，r a n g i n gf r o m 3 浙江大学硕士学位论文摘要 O 5 3 3 - O 9 9 5 ，w h i c hm d i c a t e dt h a tt h eg e n e t i cd i V e r s i 够a m o n gt h es e m i - c u l t i v a t e d r a c e s o fG 肋呵“胁肌L w e r er i c h T h ea V e r a g ec o e 伍c i e n to fe a c hm c ew a s 0 6 5 3 0 7 9 6 ，诹t l lt 1 1 eh i 曲e s to f 尬，据- G 口切如a I l dt h el o 、v e s to fp “聆c ，口m 肌， w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h eg e n e t i cd i V e r s 时锄o n g 讹厂珏G 口肠胛纪i sm u c hh i 曲e r t h a 芏lt h eo t h e r r a c e s G e n e r a l l y ，t h eg e n e t i cd i v e r s 时锄o n gt h es e V e nr a c e so fG ，j 执，z f f “聊L w a si no r d e ra s ：砌七一G a 忆，z 胞 ) 俄c 口砌，z e ，堪P 肠f 扣，f “m p 口，_ ，z P ，豇 坳f 刀f ，f c 办脚D 疗破f p “，z c 砌f “聊T h eU P G M A c l u s t e ra n a l y s i ss h o w e dt h a t t h em c e so fG ，z 沁“胁mL c o u l db ec l u s t e r e di n t of o u rF o u p sw h e ng e n e t i c s i m i l a r 时c o e 衔c i e n tw a Sg i V e n 嬲0 6 9 0 ，a n dp 口砌g ，f fa n d 肠蜘以甜所w e r em o r e c l o s e dw i t ht h ec u l t i V a t e du p l a l l dc o t t o nt 1 1 a l lo t l l e r s 2 T h eg e n e t i cr e l a t i o n s h i pb e t w e e ns e m i - c u l t i v a t e dr a c e sa n dt h ec u I t i V a t e d g e r m p l a s m s ：T be V a l u a t et h eg e n e t i cr e l a t i o n s 王l i pa n de V o l u t i o no fs e m i - c u l t i v a r s c o t t o na I l dc u l t i V a t e dt e t r a p l o i dc o t t o n ，6 4a c c e s s i o n so f7s e m i c u l t i V a t e dr a c e s a I l d3 0u p l a n dc o t t o ng e n n p l a s m s 丘o mt e np r o d u c t i o n6 0 u n l 矗e s 、e r ea n a l y z e db y 8 2p a i r s “S S Rp r i m e r s At o t a lo f 4 1 2g e n ea l l e l e sw i t h7 6 p o l y m o 印h i s mw e r e d e t e c t e d T h e 肌m b e ro fa l l e l e sp e r 埘m e r 啪g e d 仃o mt v 旧t ot e nw i t ha na V e r a g e o f5 O G e n e t i cs i m i l 撕够s h o w e dt 1 1 a tt h eu p l 趾dc o t t o nc u l t i v a t e dg e 加1 p l a S m s 。 w a st h en e a r e s tr e l a t i o n s h i pt o 肠f 扣，f “m ，a n dt I l a t 丘o mU n i t e dS t a t e sw a St h e c l o s e s to n e s 3 G e n e t i cd i v e r s i 锣a n dr e l a t i o n s h i pb e t w e e ns e v e ns e m i c u l t i V a t e dr a c e sa n d u p l a n dc o t t o ng e r m p l a s m s ：T h ea V e r a g ec o e m c i e n to ft l l ec u l t i V a r sa n ds e V e n s e m i - c u l t i V a t e dr a c e so fG 打苫“m mL w e r e0 6 81 0 7 5 8 ，w i t hb i g g e s to n eo ft h a t b e t W e e nc u l t i V a t e dg e m p l a S m sa I l d 肠f 咖，f “聊T h ea V e r a g ec o e m c i e n t so fs e V e n s e m i c u l t i V a t e dr a c e sa I l du p l a n dc o t t o nc u l t i V a t e dg e n n p l a s m sw e r ei no r d e ra s ： I n t 孽b l i 帆 r 主c h ，n o n d 珏 p a t m e r i i p t l n c t ( I t t l m M o r r l l i y M c n t Q 托e n s e 肘a r f P G 口肠胛胞T h ea v e r a g ec o e 伍c i e n to fs e V e ns e m i - c u l t i V a t e dr a c e sa I l dT M 1 w e r e0 6 8 9 0 7 7 2 ，a I l d 肠f 弘砌朋w a St h ec l o s e s to n et oT M - 1 T l l ea V e r a g e c o = e f h c i e mo fs e v e ns e m i c u l t i v a t e dr a c e so fG ，i 讥，“f “肌L w i t hm e i rc u l t i v a t e d g e 珊p l a s m sc o m e 硒md i 彘r e n tc o u n t r i e sw e r e0 6 7 3 一O 7 6 5 ，觚I d 肠f 咖疗姗w a s t h en e a r e s to n et ot h eu p l a n dc o t t o ng e 功1 p l a S m s 丘o mU n i t e dS t a t e s 4 浙江大学硕士学位论文 摘要 K e yw o r d s ：G 矗f 坶“胁班L R a c e ；U p l a n dc u h i V a r s ；S S R ；G e n e t i c D i V e r s i t ) ，； R e l a t i Q n s h i p 5 l 前言 棉花是重要的经济作物棉属共有5 1 个种，其中二倍体棉种有4 6 个，分属 于A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 和K 染色体组，异源四倍体棉种有5 个，均为A A D D 染色体组( F r y X e l l ，1 9 9 2 ；F 畔e l l 等，1 9 9 2 ) 棉属中栽培棉种有4 个，其中亚 洲棉( G 口，6 D 膨f “肌L ) 和非洲棉( G 办g ，6 口c P “聊L ) 为二倍体栽培棉种，陆地棉 ( GJ i z f 坶掰m mL ) 和海岛棉( G6 甜6 口沈艘L ) 为异源四倍体棉种。我国为非棉 花原产地，育种资源主要来源于斯字棉、德字棉、岱字棉、福字棉和金字棉等少 数棉花种质资源，品种资源的范围相当狭窄。因此，发掘和研究新的种质资源对 于现代棉花育种具有重要的意义，而了解这些资源的遗传多样性和亲缘关系尤为 重要( A b d a l l a 等，2 0 0 1 ) 棉属野生物种中含有丰富的优良性状基因，是棉花育种的宝贵种质资源库， 将野生棉种的优良种质基因渗入并转移给栽培品种，是培育具有突破性品种的有 效途径之一。然而，由于物种间存在遗传隔离，直接利用野生种的有益种质存在 一定困难。陆地棉半野生种系的染色体数目( 2 n 4 x = 5 2 ) 与陆地棉栽培品种相 同，且与陆地棉品种杂交都正常可育，因此可以直接用于杂交育种工作。陆地棉 半野生种系具有抗病、抗虫、耐旱、耐盐碱、高强纤维等优良性状和特性，是可 供利用的种质资源，对改进棉花品质和抗性具有重要的应用价值( 杜雄明等， 2 0 0 7 ) 。因此，了解半野生棉的遗传变异和亲缘关系，对于棉花品种具有重要实 践价值。 国内外的研究表明，棉属种间遗传多样性丰富，陆地棉品种间遗传多态性 较为狭窄，改进其遗传多样性是今后棉花遗传育种研究的重要内容。加强对现 有栽培品种、野生种质的研究利用和种质引进交流，是提高育成品种遗传多样 性的重要途径。因此，研究陆地棉半野生系与陆地棉栽培品种之间的亲缘关系 及遗传演化对棉花品种改良具有重要意义。 s s R 分子标记具有遗传变异丰富，多态信息含量高，共显性等特点，可用于 构建指纹图谱、遗传多样性分析、指纹识别、分子标记辅助选择等( R e d d y 等， 2 0 0 1 ) ，并已成功地在小麦( w a l l g 等，2 0 0 7 ) 、水稻( 孙希平等，2 0 0 9 ；段世 华等，2 0 0 9 ) 、大麦( F e n g 等，2 0 0 6 ) 、玉米( Y a 0 等，2 0 0 7 ) 、棉花( L i 等， 2 0 0 7 ) 、大豆( 张小明等，2 0 0 8 ) 、高粱( H u 等，2 0 0 9 ) 、油菜( 徐爱遐等， 6 浙江大学硕士学位论文前言 2 0 0 8 ) 等作物中广泛应用。然而，到目前为止，还未见有用分子标记技术研究陆 地棉半野生种系的遗传多样性和亲缘关系。 有关四倍体棉种起源与演化已有许多研究( 聂汝芝等，1 9 8 5 ；A b d a l l a 等， 2 0 0 1 ；郭旺珍等，2 0 0 3 ；王坤波等，2 0 0 l ，并在棉花物种的起源、演化及分类 等理论问题上达成共识。但四倍体棉种起源与演化仍有许多争议，具体供体种及 其起源过程的种质歧化等仍存在分歧，特别是D 染色体组供体种仍存在单系统 发育起源和多系统发育起源两种学说的争议。 本研究采用S S R 分子标记，以陆地棉标准系T M 1 和海岛棉标准系3 - 7 9 作为 对照，对7 个陆地棉半野生种系的6 4 份种质资源的遗传多样性和亲缘关系进行 了研究，并分析了陆地棉半野生种系与陆地棉栽培品种之间的亲缘关系和遗传 演化关系，为棉属系统发育研究提供理论依据。 浙江大学硕士学位论文 文献综述 2 文献综述 种质资源亦称遗传资源或基因资源，一切具有一定种质或基因的生物类型均 可称为种质资源，它包括品种、品系、野生种及其近缘植物的植株、种子、花粉、 无性繁殖器官、单个细胞，甚至包括具有特定功能或用途的基因。棉花种质资源 包括棉属栽培品种、半野生种系、野生种系和棉属近缘植物等 棉花是我国主要的经济作物，棉花种质资源是培育高产优质棉花新品种的物 质基础。迄今为止，中国农业科学院棉花研究所共收集到国内外陆地棉6 8 2 2 份、 海岛棉5 8 5 份、多年生野生棉4 l 份、陆地棉野生种系3 5 0 份、亚洲棉3 7 8 份， 草棉1 7 份，合计8 1 9 3 份( 杜雄明等，2 0 0 7 ) 。随着种质资源研究的进展，我国 的育种工作成就显著。许多研究表明，利用野生、半野生种质资源的抗病、抗逆 和潜在的高纤维品质的特性进行的分子标记辅助育种，已在育种工作上发挥重要 作用。充分利用棉花种质资源培育优良品种及进行种质创新是丰富棉花遗传基因 库的尤为重要的途径( 唐海明等，2 0 0 6 ) 。 占世界棉花产量9 0 以上的陆地棉遗传基础相当狭窄，而棉属其他种具有陆 地棉缺乏的某些优良性状，如许多野生棉种的抗病性、海岛棉的优良纤维品质和 高抗黄萎病等、草棉的高抗旱性和极早熟性、亚洲棉的高抗铃病和抗虫性等。因 此，充分利用这些棉花种质资源的优良品质性状对改进棉花品质具有重要作用。 吴玉香等( 2 0 0 7 ) 将( 亚洲棉草棉) F l 染色体加倍后，与( 陆地棉海岛棉) F l 杂交，利用S S R 分子标记鉴定了亚洲棉、草棉、陆地棉及海岛棉的四元杂种， 结果表明，四种栽培品种问的亲缘关系相对较近，通过遗传重组的方式产生综合 有4 个栽培棉种性状的新种质是可行的。陆地棉半野生种系因与陆地棉栽培品种 之间的遗传关系近，对于陆地棉品种的遗传改良更具有重要的意义。 2 1 棉花种质资源类型及其遗传多样性 2 1 1 栽培陆地棉品种资源 B m b a l ( e r 等( 2 0 0 1 ) 利用R F L P 分子标记对棉花品种遗传多样性进行了分析， 结果显示陆地棉品种比棉属其他种遗传多样性水平低。武耀廷等( 2 0 0 1 ) 利用分 。 r 浙江大学硕士学位论文 文献综述 子标记和形态学性状对陆地棉栽培品种的遗传多样性进行了研究，其中R A P D 、 I s s R 、s s R3 种分子标记检测结果显示3 6 个品种间的多态性偏低，特别是随机选 取的引物多态性比率较低，说明陆地棉的遗传基础比较狭窄。C h e n 等( 2 0 0 6 ) 对3 个时期4 3 份陆地棉基础种质进行了表型性状的遗传多样性分析，4 3 份基础 种质的多样性指数为O 8 8 。我国育成的三期基础种质中，第二和三期比第一期的 纤维长、整齐度和细度好，早熟性高，抗病、耐旱性也强，3 个时期基础种质多 样性有一定差异。三个时期基础种质S S R 分子标记平均遗传相似系数分别为 O 5 8 7 、0 6 3 0 、0 6 3 0 。说明我国基础种质遗传多样性呈下降趋势，暗示了我国棉 花的育种背景逐渐变窄。 2 1 2 海岛棉品种资源 我国现存棉花品种资源约8 0 0 0 份，其中海岛棉对黄萎病的抗性较强，其抗 病性表现为由显性单基因控制的质量遗传方式( 马峙英等，2 0 0 0 ) 齐俊生等 ( 2 0 0 0 ) 对3 个海岛棉与1 个陆地棉及其杂种后代为标记群体进行了遗传研究， 结果在海岛棉中找到了4 个与抗病基因相关，1 个与感病基因相关的标记。高玉 千等( 2 0 0 3 ) 利用R A P D 及s s R 标记，以海岛棉“比马9 0 ”和陆地棉“邯郸2 0 8 ” 的F 2 代为作图群体，构建了1 7 个连锁群，并从中检测出3 个与黄萎病抗性相关 的Q T L 。杜威世等( 2 0 0 4 ) 以高抗黄萎病的海岛棉品种“I I1 5 3 4 9 3 ”和高感黄 萎病的陆地棉品种“石河子8 7 5 ”的1 7 5 个F 2 代单株作为标记群体，采用B S A 法筛选多态性引物，构建了1 个包括3 个S S R 引物在内的连锁群，并将与黄萎病 抗性有关的1 个位点定位在该连锁群。甄瑞等( 2 0 0 6 ) 以高抗黄萎病的海岛棉品 种( P i m a 9 0 5 3 ) 和高感黄萎病的陆地棉品种( 中棉所8 号) 的F 2 代为分离群体， 得到1 个与抗黄萎病基因相关的S S R 标记，该标记与棉花黄萎病抗性位点间的 遗传距离为1 3 7 c M 。 海岛棉在作物育种方面发挥着极其重要的作用。冯克云( 2 0 0 6 ) 用天然绿色 棉G c l 0 11 ( G D 9 点胗f “聊办栅“m 聊L ) 与白色海岛棉3 2 4 ( G D 避矽f 甜聊6 口，6 口出，2 J eL ) 进行了远缘杂交研究经5 年连续选择，结果选育出四个较稳定的杂种新品系， 这些品系具有天然绿色的纤维颜色和优良的纤维品质，并具有较强的抗枯萎病及 抗蚜虫能力。肖新龙等( 2 0 0 7 ) 利用海岛棉与陆地棉杂交，培育出了既具有陆地 ：f l 9 浙江大学硕士学位论文 文献综述 棉早熟、高产、优质、抗病性强的特点，又具有海岛棉优良品质的杂交种。刘景 山等( 2 0 0 5 ) 将海岛棉和陆地棉进行种间杂交，培育出了高强力中长绒棉新品系， 兼具抗病虫、产量高、性状稳定等特性。王芙蓉等( 2 0 0 5 ) 利用花粉管通道法， 将海岛棉品种“海7 1 2 4 ”的基因组D N A 导入陆地棉栽培品种“石远3 2 1 ”中， 得到了纤维品质优良的新品系，并在T 3 代群体中获得了形态性状发生突变的且 突变性状可遗传的材料 2 1 3 亚洲棉种质资源 二倍体亚洲棉( G D 船栅泐加口，6 D 陀砌聊L ) 在我国具有悠久的栽培史，分布较 广泛，并经自然选择和人工选择，形成了具有中国特色的种系和类型，具有早熟、 耐贫瘠、烂铃少、产量稳定、栽培管理较为简单等特点亚洲棉还具有四倍体棉 种所没有的优良品质性状，如抗干旱，抗病性( 黑腐病) ，抗虫性( 肾形线虫和 蚜虫) ，天然亚洲棉纤维还具有多种颜色( 如白、乳白、米黄和棕色) ，有些品种 还具有纤维强度高，种子油分和内含物含量高等特点( M e h e t r e 等，2 0 0 3 ) 。亚洲 棉是一种宝贵的遗传资源，在提高四倍体棉花育种中有重要作用。 聂以春等( 1 9 9 5 ) 对合成的棉属异源四倍体( 亚洲棉司笃克氏棉) 植株的 形态特征及主要农艺性状进行了研究。结果显示新种质的植株形态特征_ 致，主 二 要农艺性状稳定，衣分、纤维强度均较好，该种质对光照要求较迟钝，与陆地棉 杂交时易获得杂种。张玲等( 2 0 1 0 ) 通过抑制消减杂交技术构建了亚洲棉“石系 亚一号”耐旱相关基因的c D N A 文库。生物信息分析结果表明，该基因文库包 含大量耐旱相关的E s T ，且涉及植物生理中的多个代谢途径。祝水金等( 1 9 9 5 ) 用( 亚洲棉比克氏棉) 的F l 双二倍体为母本与海岛棉进行杂交，获得了种问 杂交三元杂种。结果表明，( 亚洲棉比克氏棉) F l 双二倍体是成功转育比克氏 棉优良性状的中间桥梁。丁世萍等( 1 9 9 9 ) 对( 亚洲棉比克氏棉) F l 双二倍 体与海岛棉无腺体品种比马棉杂交得到的种间三元杂种进行了形态学和细胞学 研究。结果显示，比克氏棉的子叶腺体延缓形成性状在该三元杂种上得到了表现， 同时进一步证明了用亚洲棉比克氏棉的F l 双二倍体做中间桥梁转育比克氏棉 优良性状的可行性。 l O 浙江大学硕士学位论文 文献综述 2 1 4 草棉种质资源 草棉( GJ ；z P ，_ 6 日c e “mL ) 起源于非洲南部，最早栽培于西南非洲或东南非洲。 在我国具有悠久的栽培历史，也是传入中国最早的棉花。通过对种质资源的植物 特征、农艺性状、生物学特性、耐旱、耐盐等性状进行鉴定后，将草棉分为三种 生态型。宋平等( 1 9 9 1 ) 将草棉和亚洲棉的核型进行了比较研究，结果显示草棉 和亚洲棉核型基本相似( 2 A 型) ，但草棉的核型较亚洲棉更为对称，表明草棉是 比亚洲棉更原始的类型。由于草棉纤维短、产量低且不耐潮湿，2 0 世纪5 0 年代 已退出了生产领域 2 1 5 栽培棉半野生棉种系 栽培品种在长期的进化过程中，形成了不同的地理或生态类型，统称地理种 系。其中陆地棉地理种系与棉花育种关系最为紧密，又称陆地棉半野生种系。包 括玛利加朗特棉( 舭，G 口肠聆纪) 、帕默尔氏棉( 加P 硝，、莫利尔氏棉( 胁眺) 、 尖斑棉( p “，z c 砌胁聊) 、尤卡坦棉( y “五册P ，z J P ) ，雷奇蒙德氏棉( ，f c J i z 聊。厅坊f ) 和 阔叶棉( 肠f 扣，f “m ) 7 个种系( 徐萱，1 9 9 9 ) 。陆地棉半野生种系与陆地棉品种 杂交都正常可育，可直接用于杂交育种工作。此外，陆地棉半野生种系还具有抗 病、抗虫、耐旱、耐盐碱和高纤维等优良性状，且与陆地棉栽培品种染色体数目 相同，亲缘关系最近。 胡绍安( 1 9 8 7 ) 对墨西哥半野生种系的生长发育进行了研究，结果表明，半 野生种系植株幼苗抗黄萎病，说明陆地棉半野生种系具有较好的抗萎性供体。聂 以春等( 1 9 9 2 ) 对陆地棉栽培品种鄂沙2 8 与四个陆地棉半野生种族系杂交的 F 2 一F 4 的抗枯、黄萎病特性鉴定筛选结果表明：四个组合