甘蓝型油菜发芽期耐湿抗性的遗传效应

甘蓝型油菜发芽期耐湿抗性的遗传效应

0种子发芽期的耐湿性应更[研究意义]油是中国的主要油资源，其产量和种植面积是世界的首要任务。中国油菜产区集中在长江流域各省,约占全国种植面积的70%。在油菜主产区,每年秋季和春季气候湿润多雨,油菜播种后常常遭遇长时间持续阴雨,加之为水旱轮作栽培模式,地下水位较高,使油菜遭受严重湿害,影响出苗。油菜芽苗由于根际缺氧引起一系列的生理和生化变化,导致湿害后生长迟缓,最终造成株高、茎粗、单株有效分枝数、单株有效角果数、每角粒数等都显著降低,减产可达17%—42.4%。开展油菜发芽期耐湿性的研究,种植耐湿性强的品种,可以有效减少由于湿害所带来的损失,提高生产效益。【前人研究进展】耐湿性是一个较为复杂的性状,不同的作物耐湿性遗传规律不同,如小麦的耐湿性受一对或两对显性主效基因控制,水稻受一对显性基因支配,大豆的耐淹性受3对等加性主基因控制。多年来国内外学者在湿害对油菜生理生化的影响、油菜产量性状和品质性状的配合力分析等方面开展了许多研究,杨春杰等则模拟干旱胁迫条件分析了油菜发芽能力的配合力与遗传效应,丛野等对油菜的研究结果表明其耐湿性表现为2对完全显性主基因+加性-显性多基因控制的数量性状。在油菜杂种优势的利用中亲本选择的一个主要依据是配合力的高低,而有关耐湿性状的配合力及遗传分析却鲜见报道。【本研究切入点】选育耐湿性强的油菜品种是防治湿害的最有效途径。不同来源的资源材料鉴定结果表明,油菜品种间种子发芽期的耐湿性存在较大的变异。从耐湿性状配合力入手,选择种子发芽期耐湿性不同的6个甘蓝型油菜品种,对其种子发芽耐湿相关性状进行配合力分析。【拟解决的关键问题】研究油菜发芽期耐湿性的遗传机制,分析关键耐湿性状的遗传效应,为合理选配亲本和选育耐湿性强的品种提供理论依据。1材料和方法1.1材料相对活力指数低的材料利用水淹胁迫对现有油菜资源进行耐湿鉴定,选择来源不同的抗性材料6份(表1)。其中相对活力指数高的材料2份,中等相对活力指数的材料2份,相对活力指数低的材料2份(表2)。2006年9月27日将6份材料直播于中国农业科学院油料作物研究所试验农场(湖北省武汉市),田间管理按常规方法进行。2007年3月于花期采用6×6完全双列杂交配制杂交组合,2007年5月4日于黄熟期收获杂种F1及自交后代,于室内自然风干、脱粒、晾晒后保存于冰箱中(4℃)。1.2相对活力指数法耐湿鉴定参照Burgos等和陈洁等的方法,选取饱满的种子置于预先铺好4层湿润吸水纸与1层滤纸的培养皿中,在室温25℃萌发26h。每个亲本和杂交组合选取100粒正常发芽的种子(胚根长约2—5mm)于10mL离心管中进行密闭水淹缺氧处理12h后,用DDS-11A型电导率仪测浸泡液的电导率。用蒸馏水冲洗2次,置于放有约1cm厚湿润的蛭石(蛭石预先于105℃的烘箱中处理24h)的培养皿中,置哈东联HPG-280BX型恒温光照培养箱中(25℃,光照时间为16h·d-1,光照强度为50µmol·m-2·s-1)保持湿润,继续发芽6d;另外再选取露白的100粒种子作为对照不作水淹处理,用蒸馏水冲洗2次后直接放置湿润蛭石上进行恒温光照培养。6d后统计处理和对照存活芽苗数和芽苗率,随机选取5株芽苗测量根长、茎长和鲜重,试验重复3次。按如下公式计算单位电导率、相对根长、相对茎长、相对单株鲜重、相对芽苗率、相对活力指数:单位电导率(mS·cm-1·g-1)=处理电导率/对应种子重量;相对芽苗率(%)=(处理芽苗率/对照芽苗率)×100;相对活力指数=(处理芽苗率×处理芽苗茎长)/(对照芽苗率×对照芽苗茎长)。1.3遗传参数估算所有数据采用唐启义等的DPS数据处理系统进行处理,对配合力方差分析及一般配合力和特殊配合力效应值的估算采用GriffingⅠ完全双列杂交第一种方法进行,并计算有关遗传参数。单位为百分率的性状值用反正弦转化。2结果2.1各提取性状的配合力方差分析随机区组设计的方差分析结果表明,湿害胁迫下甘蓝型油菜的6个发芽性状(单位电导率、相对根长、相对茎长、相对单株鲜重、相对芽苗率和相对活力指数)在30个组合间均达到极显著差异,说明各组合基因型效应之间存在着真实差异,可进一步对其进行配合力方差分析(表3)。这些性状的配合力方差分析结果,除单位电导率的特殊配合力外,其它性状的一般配合力和特殊配合力都达到极显著水平(表4),说明除单位电导率外,其它5个发芽性状受加性效应和非加性效应的共同影响,而单位电导率可能主要受加性效应控制。在这些性状中,相对根长、相对茎长、相对芽苗率和相对活力指数的一般配合力方差与特殊配合力方差的比值都大于1.0,表明这些性状的加性效应比非加性效应更重要,而相对单株鲜重则相反。2.2生长和稳定性发挥着相对活力指数与sca效应一般配合力(GCA)是指一个亲本与其它多个亲本组配的一系列杂交组合的平均表现,由基因的加性效应决定,是能够稳定遗传的部分。由表5可以看出,同一性状不同品种的GCA效应值差异比较大,同一品种不同性状的GCA效应值差异也比较大,这种差异为鉴定和选用综合性状GCA高的亲本提供了可能。与油菜发芽期耐湿相关的性状中最能代表耐湿能力的性状是相对活力指数。在6个品种中,中双9号和P79的相对活力指数的GCA效应值最高,与其它4个品种的差异均达到极显著差异,其中中双9号芽苗的相对根长、相对茎长、相对单株鲜重、相对芽苗率、单位电导率和相对活力指数的GCA效应值均最高,P79有4个性状的GCA效应值位列第二。特殊配合力(SCA)是指两亲本所组配杂交种的平均水平,是由基因的非加性效应决定的,即受基因间的显性、超显性和上位性效应所控制,只能在特定的组合中由双亲的等位基因间或非等位基因间的互作而反映出来,是不能遗传的部分。30个杂交组合SCA效应值的分析结果表明,性状与组合间的特殊配合力效应值均有较大差异(表6),这一点与GCA分析结果相似。其中组合4×5、4×6、5×4的相对根长、相对茎长、相对单株鲜重、相对芽苗率和相对活力指数等耐湿性状的SCA效应表现为较高的正值,因此,这3个组合是发芽期耐湿能力较强的组合,可以为杂交油菜优良组合的选育提供依据。2.3种子发芽期的耐湿能力估计6个发芽性状的遗传参数,结果发现相对活力指数的狭义遗传率最大,而广义遗传率相对较小(表7)。根据遗传率高的性状进行早期世代选择的原则,在油菜种子发芽期可以利用相对活力指数来鉴定研究材料的耐湿能力。相对芽苗率和单位电导率的狭义遗传力相对较低(分别为12.01和13.78),而广义遗传力相对较高,表明这2个性状受环境影响大,在后期世代中进行选择才能收到较好的效果。3耐湿能力的配置以往有关湿害鉴定的方法有比较多的报道,如用冷开水浸泡种子进行发芽,用发芽系数来确定耐湿性程度,这种鉴定方法简单易行,但容易受到种皮特性(如色素、休眠等)影响;王军等利用大麦成熟期的10个形态指标和1个生理指标作为鉴定指标,鉴定结果可靠,但操作困难繁琐。本文所利用的方法则兼顾准确性和操作简便两个特点。有研究表明,相对活力指数由于综合评价与耐湿性相关的芽苗率与生长势两个因素,可以作为鉴定甘蓝型油菜种质资源耐湿相关性状的指标。张学昆等比较9个不同甘蓝型油菜品种在室内进行发芽种子水淹和春季田间模拟湿害条件下耐湿遗传差异,相关分析表明,发芽种子活力指数、相对茎长和相对鲜重等性状与产量和含油量性状的耐湿性均达到显著或极显著正相关,因此,在油菜耐湿性鉴定时,采用发芽种子缺氧鉴定,可以早期预测田间的耐湿性,提高选择效率。丛野等利用耐湿能力差异较大的2个油菜材料配制的6个世代群体进行分析后也认为油菜耐湿性的早期世代选择是有效的。本研究以发芽期的相对活力指数为耐湿性能力大小的主要评价指标,综合考虑其它几个与耐湿相关的性状,对6个耐湿能力不同的品种进行了配合力的研究,遗传效应分析表明:作为最能代表耐湿能力的性状相对活力指数,其狭义遗传率最大,而广义遗传率相对较小,在耐湿育种中可以进行早期世代选择。一般配合力方差和特殊配合力方差均达到极显著水平,但一般配合力在亲本的选配中发挥着更重要的作用。本研究结果表明,每个耐湿性状的一般配合力在基因型间的差异均达到了极显著水平,特殊配合力除单位电导率外,其它5个耐湿性状的特殊配合力在基因型间的差异也达到极显著水平,但是一般配合力和特殊配合力间并没有明显的对应关系,由两个一般配合力高的亲本所配的组合(5×6和6×5),其特殊配合力并不一定高。这与以往的研究结果是一致的。因而在油菜亲本选配中要特别注意其一般配合力,在广泛测交的基础上充分利用特殊配合力方差大的组合,结合简单快速的耐湿性鉴定方法,就可能在耐湿性育种实践上出现突破。4基因回复突变体的结构及耐湿特性分析通过对6×6完全双列杂交配制的油菜杂交组合耐湿性状的鉴定,品种间的一般配合力均存在极显著差异,特殊配合力除了单位电导率外其它性状均存在极显著差异,说明单位电导率主要受基因的非加性效应控制;而其它5个性状由基因的加性效应和非加性效应共同控制。综合与