【毕业学位论文】（Word原稿）绿豆Berken Acc41重组近交系豆象抗性及重要农艺性状QTL分析作物遗传育种硕士论文

密级 ： 论文编号 ： 中国农业科学院 学位论文 绿豆 组近交系豆象抗性及重要农艺性状 析 I 摘 要 绿豆 L.) 我国主要的食用豆类作物。然 而，豆象是危害绿豆生产的重要仓储害虫， 选育抗豆象品种被认为是防治豆象危害的最佳途径。 绿豆 种子的休眠 性 也 是一个重要的农艺性状 ， 休眠较弱或不明显的品种 ， 成熟后期或收获季节遇高温多雨 ， 容易发生穗发芽，严重影响到作物的产量和质量 ； 而休眠性过强又 会 导致田间出苗率低，出苗层参差不齐 。 单株荚数、单荚粒数、百粒重等是构成产量的主要因素。 因此， 培育适度休眠 、 农艺性状 优良 的抗豆象品种显得尤为重要。本研究利用 体 进行豆象抗性、休眠性、百粒重的 粒重和其他重要农艺性 状的上位性互作分析。 旨在 为大粒、适度休眠、抗豆象绿豆新品种的分子标记辅助 育种 提供有关理论基础。 其 主要结果 是 ： 1. 应用复合区间作图法，针对绿豆对绿豆象的抗性，在第 9连锁群 个抗绿豆象主效 献率在 该 明来自亲本 2. 应用改进的复合区间作图法，检测到 3 个 与发芽势有关的 别位于 1、 11 连锁群，共解释 表型变异。控制发芽率的 4 个 ，分别位于 1 和 11 连锁群，共导致 表型变异。 影响百粒重的 7 个，分别位于第 2、 8、 9、 10、 11 连锁群，共 解释 表型变异。对 3 个性状进行两位点互作分析结果表明共有 26 对达显著 水平 的互作位点影响这些性状。这些互作位点分布于除第 13 连锁群外的其他 12 条连锁群上， 单个贡献率变动 在 其中 有 1 对 互作 发生在主效 间， 8 对 互作 发生在 非连锁标记 位点 之间，其余均发生在非连锁标记 位点 之间。 3. 应用改进的复合区间作图法， 对 北京和广西两个 生态 环境 下种植的 体分别调查 株高、 主茎节数、 主茎分枝数等 11 和 14 个重要农艺性状并进行 析 ，结果 表明两环境下 共检测到 81 个 其中北京 29 个，广西 52 个， 但在 两 种植环境下 相同的 有 6 个。 这些布于除 绿豆 第 13 连锁群外的所有 12 条连锁群上，解释了大部分的 表型 变异。 其中， 北京检测到的 点的遗传效应值介于 效应值大于 10%的位点 有 7 个，其余 10%之间；广西 检测到 的 遗传效应值介于 间 ，效应值大于 15%的 7 个，大部分介 于 5% 15%之间，效应值小于 5%的微效 检测到了12 个位点。 对 这些重要农艺 性状进行两位点互作分析结果表明，北京和广西分别检测 97 和 106对 达显著 水平 的互作 。这些互作位点分布于除第 13 连锁群外的其他 12 条连锁群上， 互作位点对性状的单个贡献率变动范围为 共检测到 12 对主效 非连锁 标记位点 之间的互作，其中北京 6 对 ， 广西 6 对，其余均发生在非连锁标记 位点 之间。 关键词 ： 绿豆 ， 体 ， 位 ， 上位性互作 ， 绿豆象 ， 休眠性 ， 农艺性状 L.) is of of to of L). is a in in is an as it to an of in is In we . a It be to AB an in as 1. to . As a a on of It is a TL of TL of 2. to TL 3 on on 1 of 4 on on 1 of 7 on ,8,9,10,11 of on of 3 3th 6 of 1 8 3. to TL of 81 29 2 6 of on of 3 3th of 7 0%, % 0%. 7 5%, 12 % ,% 5%. 9706of 12 TL in 录 第一章 绪论 . 1 统数量 遗传研究及进 展 . 1 量性状的特点 . 1 期的数量性状遗传研究 . 2 量遗传 分析模型的发展 . 2 量性状基因 (图 . 3 子标记 . 3 图群体 . 3 图方法的发展 . 4 位的主要应用 . 5 豆象研究进展 . 6 豆象的形态特征 . 6 豆象的生活习性和生活史 . 7 用豆类抗豆象机理研究 . 8 子休眠的研究进展 . 13 子休眠的概念 . 13 子休眠的意义 . 14 子休眠的原因 . 14 子休眠与萌发的调控机理 . 15 子休眠性 遗传研究简介 . 16 豆其他重要农艺性状研究简介 . 16 第二章 绿豆 组近交系对绿豆象抗性的 析 . 18 料与 方法 . 18 试材料 . 18 田间实验 . 18 源的采集和饲养 . 19 虫鉴定 . 19 位 . 19 果与分析 . 20 本及 体的抗虫表现 . 21 绿 豆象 测 . 23 论 . 23 用 豆象抗源的意 义 . 23 绿豆象的抗性是典型的 1 对主基因 +多基因数量遗传模型 . 24 一步的研究方向 . 24 第三章 绿豆 . 25 料与 方法 . 25 试材料 . 25 间实验 . 25 粒重的称量 . 25 准发芽实验 . 25 据分析及 位 . 26 果与分析 . 26 组近交系群体 (芽势、发芽率及百粒重评价 . 26 组近交 系群体 (芽势、发芽率及百粒重的相关分析 . 26 组近交系群体 (芽势、发芽率及百粒重的方差分析 . 27 组近交系群体 (芽势、发芽率及百粒重的 析 . 28 组近交系群体 (芽势、发芽率及百粒重的上位性互作 分析 . 30 论 . 32 V 眠性 检测结果与先前研究的比较 . 32 粒重 检测结果与先前研究的比较 . 33 种互作效应的比较 . 33 第四章 绿豆 组近交系重要 农艺性状的 析 . 35 料与 方法 . 35 试材料 . 35 间实验 . 35 据分析及 位 . 35 果与分析 . 36 组近交系群体重要 农艺性状评价 . 36 组近交系群体重要 农艺性状的相关性分析 . 39 体单株产量与农艺性状的逐步回归分析 . 41 组近交系群体重要 农艺性状的 析 . 41 组近交系重要农艺性状的 上位性 互作分析 . 51 论 . 65 要农艺性状表型相关和 回归关系复杂 . 66 要农艺性状的 位受环境影响很大 . 66 第五章 全文结论 . 68 参考文献 . 69 致谢 . 80 作者简历 . 81 文缩略表 英文缩写 英文全称 中文名称 重组近交系 量性状基因位点 子标记辅助育种 洲蔬菜研究与发展中心 PI 白酶抑制剂 豆胰蛋白酶抑制剂 GE 芽势 GP 芽率 00粒重 高 of 茎节数 of 茎分枝数 od 长 od 宽 株荚数 荚粒数 株产量 区产量 to 种到出苗天数 to 种到始花天数 to 种到开花天数 to 种到始熟天数 to 育期 中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 绿豆 .) 2n=22）是豆科 (形花亚科（ 豆族（ 豆属（ 物中的一个种，英文名 一年生草本自花授粉植 物，是我国主要食用豆类作物。绿豆营养丰富，医食同源，是人们理想的营养保健食品。同时，绿豆的生育期短，播种适期长，耐瘠性强，并具有生物固氮能力，可以与禾谷、棉花、薯类等间作套种， 也 是良好的救荒和填闲作物（程须珍， 2000）。然而，多年来，绿豆 一直被视为小宗作物，未得到应有重视，研究水平相对滞后。 绿豆的许多重要经济和农艺性状是具有复杂遗传基础的数量性状。长期以来遗传育种学家一直在渴求了解这些数量性状的遗传机理，识别引起性状变异的基因，从而在分子水平上对这些基因进行操作。数量性状基因位点 指对数量性状的变异有较大影响的单个基因或紧密连锁的基因簇（ 1975） 。 及建立在此基础上的遗传分析模型的应用提供了理论依据，为绿豆育种方案的切实实施开辟了新途径。 绿豆象（ .）属鞘翅目（ 象科（ 一个种，是危害 绿豆及其他豇豆属食用豆类 最严重的仓储害虫。 绿豆象的初侵染在田间发生，成虫在嫩豆荚上产卵，卵羽化为 幼虫穿过荚皮蛀入种子内部取食，并随 绿豆 收获带入仓内进行为害， 绿豆 被咬食后重量会降低 张耀文等， 2000），产量损失约 30% 56%（ 1978）。成虫羽化后引起第 2次侵染，甚至整仓 绿 豆受损（ 2000）。由于缺乏抗虫品种，长期以来，人们对豆象的防治主要依赖于化学杀虫剂，但常因处理不及时而防效甚微，且存在农药残留和污染等问题 。 绿豆中穗发芽现象也很严重， 成熟后期或 收获季节遇高温 多雨 ，会造成绿豆产量和品质的严重降低。我国是绿豆的 起源中心和 主要产区，因此，对绿豆 抗虫 性及 重要农艺性状进行 对 加速绿豆优良种 异基因 的发掘和 新 品种的选育 具有重要意义 。 统数量遗传研究及进展 量性状的特点 数量性状 是指 在分离群体中表现出连续不断的变异范围，各种变异表现的频率分布 接近于正态分布，而不能象孟德尔观察的质量性状那样可 进行简单明确 分组 的性状 。这种连续变异必须具备一个条件，即控制该性状的多基因同时发生分离，因而数量性状的基因仍然服从孟德尔的三大遗传学规律，只是由于控制同一性状的基因很多，单个基因作用很小，当微效多基因在分离世代发生重组时，表现型就呈现出近似 正态分布。 1909）提出了多基因假说，认为数量性状是受许多微效基因的共同影响。但是近几十年来，大量的理论研究和实验结果表明，真实的数量性状既受数目较多的微效基因的影响，还受一个或少数几个起主导作用的主效基因的影响，即是一种主基 因 多基因的混合遗传模式 (1988； 1988； 996)。 由于作物 的许多 经济性状或农艺性状 (包 括产量、品质、抗逆性等 )大 多 是数量性状，因此，对数量性状的研究一直是遗传学研究中的重要分支。 中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 2 期的 数量性状遗传研究 数量性状的遗传研究可追溯到 19世纪。 1885）报道了 205对父母与其 930个后裔的身高关系。其后 ， 1916）陆续提出了 13种密度函数 ， 用以描述数量变异的分布 ，但当时数量性状的研究并未受到重视 。 1900年 ， 孟德尔遗传定律在尘封 35年后被重新发现 ， 数量遗传研究开始迅速发展。 1909） 根据小麦粒色深浅的分离分析提出了数量性状遗传的多因子假说 ， 认为数量性状受多个具有累加作用的因子控制 ， 而这些因子 均 按孟德尔方式遗传 ，其中 控制属性性 状的基因称为主基因 ； 而 控制 数量性状的基因称为微效基因 ， 组成 了 多基因体系。 后来 ， 1913）和 1915） 在玉米和烟草上也得到类同的实验验证。 1918年， 一步从理论上证实了多基因假说的存在。 1941年 ， 多基因体系 ” 假说，发展了多基因假说。 量遗传分析模型的发展 20世纪 60到 80年代，在各类植物做了大量有关多基因体系及基因效应的研究 ， 但这类研究都只能从多基因总体上作一些探讨 ， 无法追踪个别基因。 986， 1990)提出一个用于植物遗传数据分析的单基因 多基因遗传模型 ， 其 中的单基因是可直观鉴定的 ， 后代个体的基因型可以明确分类。然而，这一方法仅适用于某个已知的主基因对另一个性状也产生影响的情形。一般情况下 ， 主基因即使存在 ， 人们对它的了解也不多 ， 更不可能对个体的主基因型进行分类 ，因此这一模型的应用有很大的局限性。莫惠栋 (1993)分析了一对主基因存在时主基因 多基因混合遗传性状在各个世代的遗传组成以及遗传参数估计问题 ， 并把这类性状称为质量 数量性状。由于 其建议采用后裔 测验方法 ， 通过聚类分析确定 种方法只有当主基因效应充分大时 ， 才能将 不便于处理主基因效应不突出、主基因表现为显性或超显性以及主基因对数多于一对的情形。 994)研究了在 对主基因是否存在、主基因是否表现为加性或完全显性进行检验。姜长鉴等 (1995)将极大似然估计法和 2、 基因模型分析 ， 并以大麦、水稻株高遗传为例作了说明 ， 将主基因 多基因遗传模型在植物上的应用推进了一步。 以上 所列方法虽然应用了主基因与多基因的混合遗传模型 ， 但主要着眼于主基因的分析 ， 对多基因效应尚未重视 ， 可供选择的模型也较少；其次 ， 所研究的一般仅限于 外 ， 所试验的材料一般均以单株为单位 ， 而单株时期试验误差常比较大 ， 试验的精确度不够。由于以上原因 ， 王建康 、 盖钧镒 （ 1998）对两个纯系亲本杂种后代检测 考虑了植物杂种后代可能的供试分离群体 ， 建立 了 元明等 （ 2000） 又拓展了分离世代类型，包括 盖钧镒 等（ 1998）拓展至家系重复实验，包括了多个家系世代重复实 验的联合分析；并于 2000年拓展至更为复杂的遗传模型，包括 2对主基因 多基因混合遗传模型，从而进一步完善了主基因 多基因模型。 中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 3 量性状基因 (图 20世纪 80年代， 对单个 析 成为可能。 而将 估计其遗传效应的过程。 自 1988）第一次运用分子标记进行番茄的 已有大量的关于 图 的 一般步骤包括： 构建染色体组的 子标记遗传连锁图。 选择具有极端相对性状的纯系进行杂交，获得适宜的作图群体，如杂交 、回交 1 代、 重组近交系 (单粒传系 (加倍单倍体系 (群体。 检测世代群体中每一个体的标记基 因型和数量性状值，采用适当的试验设计减少外界环境对数量性状表 型值 的干扰。 分析标记基因型和数量性状 表型 值的相互关联，确定 染色体上的相对位置，估计 子 标记 20世纪 80年 代，由于生物技术的发展，特别是 1991年人类基因组计划的起动，基因组的 分子多态性，被大量开发出来。 这些分子标记在整个基因组座位上具有广泛的多态性，使其标记 常用的分子标记有： 。理想的分子标记应具备中性 (共显性 (准确性 (广布于整个基因组 (标记间的平均遗传距离小于 15 20基本特征。 其 中， 图群体 用于 括起来分为：初级群体 ( ，次级群体 (和 高级群体 (。早期用于 级群体具有构群简单、快速等特点。但由于遗传背景的干扰，用初级群体很难检测出效应小的 级群体是在相似的遗传背景上进行 除了大部分遗传背景的干扰及 高了 级作图群体完全去除了遗传背景的干扰，使 体是由所选的亲本杂交后得到的 自交 后 得到的群体。 体的构建比较省时，不需要很长时间 就 可以得到一个较大的群体。但由于 每一个 单株 都是唯一的，只能用一 代，不能设置重复试验，且 株所提供的 限，因而限制了该群体的利用，特别是对 图，其缺点更为突出。 中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 4 回交 (体 回交群体是由 与一亲本回交产生的群体。由于该群体的配子表型少，统计及作图分析较简单，但提供的信息却少于 体，且可提供作图的材料有限，不能多代使用。 加倍单倍体 (体 加倍单倍体是通过对 诱导产生单倍体植株，再经染色体加倍而获得的纯和二倍体分离群体， 体也能长期保存，但构建 体首先要考虑亲本的基因 型 是否 纯和，不适合的亲本基因型难以得到足够的单倍体植株，此外熟练的组培技术也是构建 体的关键。 重组近交 系 (体 重组近交系 群体是由 体连续自交