基因型×环境互作下小麦氮代谢相关性状的遗传和相关性分析

【目的】选育氮高效的小麦品种,可有效提高氮素利用效率和生产效率,对环境安全至关重要。本文分析了小麦氮代谢相关性状的遗传效应,为小麦氮高效品种选育提供理论依据。【方法】选用7个小麦品种及其组配的12个杂交组合,进行田间盆栽试验。设置3个氮水平,利用基因型与环境互作的加性-显性遗传模型,对氮代谢相关的10个性状进行遗传与相关性分析。【结果】株高、开花期和成熟期单茎干物重、开花期氮素积累量、籽粒氮素积累量和氮素吸收总量主要受加性效应控制,花后氮素同化量受显性×环境互作效应影响较大,氮素利用效率、氮素生理效率以加性×环境互作效应为主。10个性状狭义遗传力总体不高(平均值为0.56),广义遗传力总体较高(平均值为0.881)。互作广义遗传力均达到1%显著水平,表明不同的氮水平对遗传表达有较大影响。氮素利用效率、氮素生理效率和开花期氮素积累量的互作狭义遗传力较大,表明不同氮水平对这些性状的选择效果不同。通过加性效应预测值得出,亲本DK138和JN10的氮素利用效率和氮素生理效率的加性效应为显著正效应。大多数组合的显性主效应与不同氮水平下的显性×环境互作效应在方向上不尽一致,表明小麦氮高效杂交后代的选择宜考虑特定的氮水平条件。显性效应预测值表明,组合JN10×W9903的氮素生理效率显性效应值最大且达到显著水平,是氮素生理效率较高的组合。相关分析表明,两两性状间以加性遗传相关为主。氮素生理效率与株高呈加性正相关关系,达到10%显著水平。除株高和谷氨酰胺合成酶活性外,氮素利用效率与其他性状间以显性环境互作相关为主。氮素利用效率与氮素生理效率之间的显性×环境互作相关系数达到10%显著水平。氮素利用率与氮素生理效率的表现型和基因型相关系数为正值且达1%显著水平。【结论】通过性状分析表明,株高在一定程度上可以作为氮素生理效率的间接选择性状,氮素利用效率与氮素生理效率这两个性状进行协同改良。品种DK138和JN10可作为亲本以提高后代的氮素利用效率和氮素生理效率。杂交组合LM14×W9903表现出良好的后代选育利用潜力。     

小麦株高发育动态QTL定位及其与水分环境互作遗传分析

株高是影响小麦产量的重要农艺性状,对生境水分极为敏感。为探讨小麦不同发育时期株高数量性状遗传与水分环境互作,本研究利用抗旱性强的冬小麦(Triticum aestivum L.)品种陇鉴19与水地高产品种Q9086杂交,重组近交系(RIL)群体120个株系为供试材料,测定两试验环境(甘肃镇远和兰州)雨养(干旱胁迫,DS)和灌溉条件下不同发育时期株高,采用条件复合区间作图法进行株高发育动态数量遗传位点(quantitative trait loci,QTL)分析。共检测到26个条件加性QTL(A-QTL)和56对上位性QTL(AA-QTL)。在A-QTL中,Qph.acs-1A-1、Qph.acs-4B-2、Qph.acs-5A-1、Qph.acs-5D-1、Qph.acs-6B-2和Qph.acs-7D-1在开花期前能重复表达,且有相对较高的贡献率(H2(A))(7.39%~31.04%)。AA-QTL主要由非显著加性效应的位点间互作形成,贡献率(H2(AA))在1.38~24.27%之间,这些AA-QTL效应对后期株高有显著影响。有61.54%的A-QTL和58.93%的AA-QTL分别参与了水分环境互作,在雨养条件下普遍具有降低株高的效应。条件A-QTL的加性效应在拔节期最大,随后逐渐降低,更多的体现出上位性效应。说明控制小麦株高发育的数量性状基因易与水分环境发生互作,且在小麦不同发育阶段有不同的时空表达模式。本研究结果可为小麦抗旱遗传研究与分子改良提供基础资料。     

光氮互作对玉米叶片光合色素及其荧光特性与能量转换的影响

光、氮及其互作对玉米幼苗叶片的色素含量与各种色素的比例、叶片荧光特性及能量转换有着显著的影响。高光强下生长的叶片具有较高的叶绿素a、b ,总叶绿素和类胡萝卜素含量 ,以及较高的叶绿素a/叶绿素总量和叶绿素a/b比值。在两种光强下叶片各种色素的含量以及叶绿素a/b比值均随氮水平的增加而先升后降 ,低光强下升降的转折点出现在较低的供氮水平。在较高的供氮条件下 ,高光强下生长叶片的PSII效率较高 ,非光化学淬灭较低 ,光能较多地进入光化学过程 ;低光强下的叶片则有较多的光能通过天线色素以热能和以荧光发射散失 ,PSII效率较低。在高光强缺氮条件下和低光强高氮条件下的PSII效率最低 ;高光强下适宜的氮素水平较低光强下高     

水、旱条件下稻米品质相关性状的QTL定位及其与环境互作分析

为探究干旱胁迫环境条件下水稻(Oryza sativa)碾米品质和外观品质相关性状的变化规律,挖掘干旱条件下稳定存在的控制稻米品质性状的QTL,同时分析QTL与环境的互作效应,本研究以陆稻小白粳子和水稻空育131杂交构建的207个重组自交系(recombinant inbred line,RIL)群体及2个亲本为实验材料,在干旱胁迫和正常灌溉2个环境条件下进行重复实验,对糙米率(brown rice rate,BRR)、精米率(milled rice rate,MRR)、整精米率(head rice rate,HMRR)及垩白粒率(chalky rice rate,CG)4个品质性状进行QTL定位.结果表明,在2个环境下BRR、MRR、HMRR三者之间均呈极显著正相关,MRR、HMRR与CG分别呈显著和极显著负相关.各性状在2个环境下均呈现出连续分布,表现为数量性状的遗传特点.4个性状两年共检测到24个加性QTL和9对上位性互作QTL,分布于除第10和第12染色体的其余10条染色体上.在所有检测结果当中,5个加性QTL(qBRR1a,qMRR11a,qHMRR6a,qCG6a和qCG6c)均在2年干旱胁迫环境下同时检测到,3个加性QTL和4对上位性互作QTL检测到显著的环境互作效应,但各性状均以加性遗传效应为主,受水分环境影响较小.对干旱胁迫具有特异性QTL的挖掘和发现,在一定程度上为干旱胁迫下稻米品质的遗传改良提供了基础资料.     

基因型与环境互作对食用稻米重金属积累特性遗传相关性的影响研究

采用种子数量性状遗传模型分析食用稻米重金属积累特性遗传相关性的基因型与环境互作结果表明,Hg、As、Cr、Cd和Pb 5个重金属积累特性间的基因型协方差均为正向。各遗传体系中成对重金属积累特性间均呈不同程度的正向或负向遗传协方差和环境互作协方差。     

氮胁迫和非胁迫条件下玉米不同时期叶绿素含量的QTL分析

以优良玉米杂交种农大108的203个F2:3家系为材料,构建了包含189个SSR标记的遗传连锁图谱,利用复合区间作图法,在施氮（+N）和不施氮（-N）情况下,对玉米不同发育时期的叶绿素含量进行了QTL分析。结果表明:在-N和+N条件下,亲本许178的5个时期叶绿素（SPAD）均值分别为54.12和55.76,比黄C分别高1.80和2.40;而F2:3家系的SPAD均值分别达55.6和58.32,高于双亲的中亲值;同时,在+N情况下,叶绿素含量变异范围相对较小,说明氮胁迫对玉米叶绿素含量的变化具有一定影响。-N和+N情况下,在玉米喇叭口期、散粉期、灌浆初期、灌浆中期和灌浆后期分别检测到2、2、1、3、1个和2、2、2、7、1个叶绿素含量的非条件QTL,可分别解释对应时期叶绿素含量表型总变异的22.75%、22.93%、19.77%、49.87%、12.79%和16.95%、23.49%、19.38%、84.56%、13.38%。在-N和+N情况下,喇叭口期―散粉期、灌浆中期―灌浆后期和喇叭口期―散粉期、散粉期―灌浆初期各检测到1个条件QTL,可分别解释绿素含量表型变异的12.90%、25.51%和5.98%、26.67%。4）叶绿素含量的QTL表达存在时空性,其中qchl4和qchl5b在整个生育时期均能检测到,是玉米生长发育所必需的两个QTL。     

盐胁迫下水稻苗高和分蘖数的发育动态QTL分析

为了检测盐胁迫下水稻苗高和分蘖数的发育动态QTL,以粳稻品种东农425和长白10为亲本衍生的F2:3群体为试验材料,构建了包含123个SSR标记,全长为1 616.53 c M,平均图距为13.14 c M的遗传连锁图谱。以浓度为6 ds·m-1的Na Cl水溶液进行大田生育期灌溉,正常水灌溉为对照,对盐胁迫下水稻的苗高和分蘖数进行发育动态QTL分析。分别利用完备区间作图法和混合线性模型的QTL定位方法,联合盐胁迫与正常条件下6个发育时期苗高和分蘖数的表型数据,共检测到6个控制盐胁迫下水稻苗高和3个控制分蘖数的加性QTL、4个控制正常条件下苗高和5个控制分蘖数的加性QTL、盐胁迫和正常条件联合下的6个控制苗高和4个控制分蘖数的加性QTL,以及3对控制苗高和1对控制分蘖数的上位性QTL。加性QTL q SH1在t3、t4和t2/t1时期分别用非条件和条件方法检测到,加性QTL q TN8-2在t2、t3、t4和t5时期被连续用非条件方法检测到,在t3/t2时期用条件方法被检测到。分别检测到4个控制苗高和2个控制分蘖数的加性QTL与盐胁迫环境存在互作效应,控制苗高的3对上位性QTL和控制分蘖数的1对上位性QTL均与盐胁迫环境发生互作。本研究旨在检测不同发育时期控制盐胁迫下水稻苗高和分蘖数的QTL,并分析与盐环境的互作效应,为解析苗高和分蘖数在盐胁迫下的发育遗传特点和水稻耐盐QTL分子标记辅助育种提供理论依据。     

不同播深环境下玉米耐深播性状杂种优势及遗传效应解析

为确定玉米耐深播性状的杂种优势表现及遗传规律,本研究以耐深播性不同的22份亲本及组配的22份F₁杂交种为试材,在3、15和20 cm播深下,采用加性-显性-母体遗传模型(ADM)分析了13个耐深播性状的杂种优势、遗传效应及配合力大小。结果表明,随播深增加玉米亲本和F₁的出苗率、苗长、根长、中胚轴粗及根重降低,而中胚轴长、胚芽鞘长、中胚轴与胚芽鞘和、中胚轴与胚芽鞘比、胚芽鞘粗、苗重、中胚轴重及胚芽鞘重升高;Pearson和主成分分析(PCA)表明,这13个性状间的协同或拮抗作用形成了玉米耐深播响应机制。13个耐深播性状的杂交优势表现明显,F₁杂种优势指数介于90.97%~175.64%;除中胚轴与胚芽鞘比、胚芽鞘重外,其余性状均表现为正向中亲和超亲优势。因此培育耐深播玉米品种时不仅需要注重对高亲、中亲及母本等主要基础材料的选择,还需兼顾杂种优势的影响,以提高育种选择效率。中胚轴长、胚芽鞘长、中胚轴与胚芽鞘和、中胚轴与胚芽鞘比及根长的加性遗传效应占主导地位,育种上可用简单回交法或单交重组法在早代对这些性状进行遗传改良;其余性状同时受加性与显性遗传主效应及其与环境互作效应的调控,这些性状最好在特定播深环境下进行遗传改良,以充分发挥其在特定环境下的杂种优势。13个耐深播性状的双亲一般配合力(GCA)及F₁特殊配合力(SCA)间均差异显著,筛选出1份综合加性效应值良好的父本8802A,推测利用优良H21×8802A后代能改良创制一些优良耐深播玉米材料。本研究为玉米耐深播新品种培育奠定了理论基础。     

不同生态环境对甘薯主要品质性状的影响

为研究甘薯鲜薯总胡萝卜素、淀粉、蛋白质、还原性糖和可溶性糖等主要块根品质特性在不同地区的生态变异,选用"徐薯25"与"徐22-5"杂交所获得的不同甘薯基因型,在4个生态点进行栽插试验,系统分析不同生态环境下甘薯块根主要品质性状的变异规律。结果表明:生态点、年份、基因型、地点×基因型互作、年份×基因型互作对甘薯鲜薯总胡萝卜素、淀粉、蛋白质、还原性糖和可溶性糖的影响均达到显著水平。胡萝卜素表现为基因型×环境互作效应大于基因型效应和环境效应,而其他品质性状均表现为环境效应远大于基因型效应和基因型×环境互作效应;可溶性糖和蛋白质含量的年际效应明显大于基因型主效应或基因型×年份互作效应,而其余3个品质性状的基因型×年份互作效应大于基因型主效应或年份主效应。在4个生态点中,徐州点的胡萝卜素、还原性糖和可溶性糖含量最高,但淀粉含量最低;烟台点的蛋白质含量最高,胡萝卜素含量最低;南昌点的蛋白质含量最低,胡萝卜素含量最高;万州点的还原性糖和可溶性糖含量最低,上述品质性状随纬度变化的规律不明显。值得关注的是,不同环境下,蛋白质含量为烟台点>徐州点>万州点>南昌点,表现出随纬度升高而增大的趋势。不同年份处理间,2008年的胡萝卜素、还原性糖及可溶性糖含量高于2009年,而2008年的淀粉和蛋白质含量低于2009年。淀粉、可溶性糖含量变幅范围在2年间差别不大,而其他3个性状变幅范围在2年间差别较大。各甘薯基因型在不同地点、不同年份间品质性状的变异中,以胡萝卜素变异系数为最大,淀粉变异为最小。     

UV-B辐射增强下水稻苗期硅营养性状的QTL定位及其与环境互作效应分析

以"Lemont"和"Dular"杂交建立的包含123个家系的水稻重组自交系(RILs)群体为材料,选用水稻根系硅吸收能力和叶片硅利用率为指标,进行水稻硅营养遗传性状QTL定位,并分析其与UV-B辐射增强的互作效应。结果表明,控制水稻叶片硅利用率的4个加性QTL分别在第2、3、10染色体上,而控制根系硅吸收能力的1个加性QTL位于第11染色体上。QTL与UV-B辐射互作分析发现2对控制根系硅吸收能力和3对控制叶片硅利用率的基因×环境上位性QTL,其中只有1对控制根系硅吸收能力的QTL效应值较大。说明水稻这两种硅营养性状中,根系硅吸收能力较叶片硅利用率受UV-B辐射影响大,在抗UV-B辐射育种中以叶片硅利用率为水稻硅营养遗传选择的指标具有较高效率。