干旱胁迫下粳稻产量及相关性状的QTL定位及互作研究

【摘要】水稻在粮食作物中占有重要的地位,在保证粮食安全方面具有重要的作用,然而,水资源短缺在许多国家已成为限制作物产量的最主要因素,对水稻的生产发展同样也具有很大影响。实践证明,产量是评价抗旱性的最终指标,选育耐旱水稻品种是降低干旱胁迫对水稻产量影响的有效方法,也是当前水稻主要育种目标之一。利用分子标记技术对水稻抗旱相关性状进行QTL定位分析,深入挖掘控制抗旱相关的QTL及其紧密连锁的分子标记,从分子水平上对水稻抗旱性进行调控,是改良水稻品种抗旱性的有效途径。本研究以旱稻品种小白粳子为母本,生产上广泛种植的水稻品种空育131为父本,及二者杂交构建的包含220个株系的F6：7和F6：8重组自交系为试验材料。2012年于哈尔滨市东北农业大学实验实习基地(E1)及伊春市铁力实验基地(E2)两个地点进行种植,2013年于哈尔滨市东北农业大学实验实习基地(E3)、哈尔滨市阿城实验基地(E4)及伊春市铁力实验基地(E5)三个地点进行种植。每个地点均设置干旱胁迫和对照(正常水分)两个处理,对水稻的株高、单株有效穗数、穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、穗粒数、结实率、单株产量等8个性状进行了考察,结合SSR分子标记,对上述性状进行了加性、上位性及加性与环境、上位性与环境的互作研究,同时对单株产量进行了条件和非条件QTL定位,主要结果如下：1.亲本和群体的株高、单株有效穗数、穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、穗粒数、结实率、单株产量受干旱胁迫的影响,在不同地点表型数值均变小,小白粳子的株高、穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、穗粒数、结实率的下降幅度要低于空育131,受干旱胁迫影响相对较轻,但在不同地点个别表现有所不同,有效穗数和单株产量下降幅度不明显。2.运用MapMaker/EXP3.0和Mapchart2.2作图软件,使用包含220个株系的RIL为作图群体,构建了包含104个SSR标记的连锁图谱,标记分布在除第10条染色体之外的其他染色体上,连锁图谱全长为1295.03cM,平均图距为12.45cM,每条染色体上的标记数为5-17个。3.将检测到的QTL根据表达环境分为三类,第一类为仅在正常水分下定位到的QTL；第二类为仅在干旱胁迫下定位到的QTL；第三类为正常水分和干旱胁迫下同时定位到的QTL。另外还对干旱胁迫和正常水分的差值进行了QTL检测。4.共检测到第一类QTL19个,其中包含4个影响株高的QTL,4个影响单株有效穗数的QTL,4个影响穗长的QTL,4个影响二次枝梗的QTL,2个影响穗粒数的QTL,1个影响单株产量的QTL。5.共检测到第二类QTL17个,其中包含4个影响株高的QTL,2个影响单株有效穗数的QTL,2个影响穗长的QTL,1个影响一次枝梗数的QTL,3个影响二次枝梗数的QTL,3个影响穗粒数的QTL,1个影响结实率的QTL,1个影响单株产量的QTL。6.共检测到第三类QTL11个,其中包含1个影响株高的QTL,2个影响单株有效穗数的QTL,2个影响穗长的QTL,1个影响一次枝梗数的QTL,3个影响穗粒数的QTL,2个影响单株产量的QTL。7.共检测到干旱胁追与正常水分差值的QTL6个,其中包含3个株高差值QTL,1个单株有效穗数差值QTL,1个穗长差值QTL,1个穗粒数差值QTL。8.在检测到的QTL中有21个QTL与环境有互作效应,分别为qPH-4-1、qPH-7-2、qPN-7、qPL-4.qPL-7、qPL-2-1、qPL-2-2、qPL-3.qPBN-7.qSBN-1-2、qSBN-7-2、qSBN-1-3、qSBN-4-1、qSBN-7-1、qGN-1-2、qGN-1-4、qGN-7-2、qGN-1-5、qGN-7-1、qYP-7-2和qYP-7-3。9.检测到22对具有上位性效应的QTL,其中包含6对影响株高的上位性QTL,2对影响单株有效穗数的上位性QTL,3对影响穗长的的上位性QTL,1对影响一次枝梗数的上位性QTL.2对影响二次枝梗数的上位性QTL,4对影响穗粒数的上位性QTL,1对影响结实率的上位性QTL,3对影响单株产量的上位性QTL。10.检测到9对具有上位性效应的QTL与环境有互作效应,包括1对影响株高的上位性QTL为qPH-1-1和qPH3-3,2对影响穗长的上位性QTL为qPL-2-1和qPL-6-2、qPL-5-1和qPL-6-2,1对影响一次枝梗数的QTL为qPBN-4和qPBN-6-2对影响二次枝梗数的上位性QTL为qSBN-5-1和qSBN-6-1、qSBN-5-2和qSBN-6-2,1对影响穗粒数的上位性QTL为qGN-1-2和qGN-4,2对影响单株产量的上位性QTL为qYP-8和qYP-9、qYP-6-1和qYP-7-1。11.以株高、单株有效穗数、穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、穗粒数、结实率为给定条件时对产量进行了条件QTL分析以及上位性分析。正常水分下,以株高、单株有效穗数、穗长、二次枝梗数、穗粒数、结实率为给定条件时均检测到1个影响单株产量的条件QTL,以一次枝梗数为给定条件时检测到2个影响单株产量的条件QTL,以穗长、穗粒数、结实率为给定条件时均检测到1对影响单株产量的上位性条件QTL。干旱胁迫下,以株高、穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、穗粒数、结实率为给定条件时均检测到1个影响单株产量的条件QTL,以单株有效穗数为给定条件时,检测到3个影响单株产量的条件QTL,以二次枝梗数、穗粒数、结实率为给定条件时均检测到1对影响单株产量的上位性条件QTL。本研究所检测到的与前人检测区间相同的QTL,说明这些QTL可以在不同环境下稳定表达,在水稻抗旱分子标记辅助选择中具有良好的应用价值。而由于在干旱胁迫和正常水分下,对水稻产量的条件及非条件QTL定位的研究较少,所以一些在本研究中首次被定位到的在干旱胁迫和正常水分均检测到的、在干旱和正常水分差值情况下检测到的与抗旱相关的产量QTL对水稻抗旱的分子辅助育种也具有一定贡献,对今后的研究具有很大的借鉴作用。
【作者】兴旺；
【导师】邹德堂；
【作者基本信息】东北农业大学，作物遗传育种，2014，博士
【关键词】水稻；干旱胁迫；正常水分；产量性状；QTL；

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