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甜荞在粮食作物中虽属小宗作物,但因其生育期短、适应性强、耐旱耐贫瘠、营养价值和药用价值高等特点,使其成为中国的传统作物和重要的经济作物。甜荞种植过程中易倒伏,导致其轻者减产重者绝收,是当前甜荞生产中一个非常重要的问题。因此,改良甜荞抗倒伏能力已成为甜荞育种的主要目标之一。影响甜荞倒伏的因素包括风、雨、土壤等外在因素和基因型差异的内在因素,从本质上明确不同品种抗倒伏性状的遗传规律才能改良作物的抗倒伏能力,才可以指导育种实践。同时,我们前期研究发现,茎秆木质素含量可作为评价甜荞抗倒伏能力的一个重要指标,但目前关于甜荞木质素生物合成的分子机理未见报道。本研究利用主基因+多基因混合遗传模型分离分析方法对甜荞抗倒伏相关性状的遗传作系统研究,分析甜荞抗倒伏相关性状的遗传效应,阐明其遗传机理。同时,通过qRT-PCR和GC-MS分析甜荞木质素合成途径中各基因的表达特征及木质素单体的合成特点,为培育抗倒伏的甜荞品种提供重要的理论依据和关键基因资源。1.甜荞抗倒伏相关性状的遗传分析应用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型多世代联合分离分析方法,研究了高抗倒伏品种酉荞2号和易倒伏品种乌克兰大粒荞正反交的P1、P2、F1、B1、B2和F2 6个世代乳熟期株高、茎粗、茎秆重心高度和茎秆抗折力的遗传。研究结果如下:(1)遗传模型检验表明,1)株高性状:正反交组合均符合2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因模型(E-1);2)茎粗性状:正反交组合均符合2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因模型(E-1);3)茎秆重心高度性状:正交组合符合1对加性-显性主基因+加性-显性-上位性多基因模型(D-0),反交组合符合2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因模型(E-1);4)茎秆抗折力性状:正交组合符合2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因模型(E-0),反交组合符合2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因模型(E-1)。(2)遗传参数分析表明:株高的主基因+多基因遗传率均在80%以上,表明株高性状主要由遗传因素决定,应在早代进行选择,提高育种效率;茎粗、茎秆重心高度和茎秆抗折力主基因+多基因遗传率都在80%以下,表明环境对茎粗、茎秆重心高度和茎秆抗折力性状有一定的影响,尤其是对茎秆重心高度的影响极大。2.甜荞倒伏相关的木质素的合成特征利用qRT-PCR和GC-MS的分析方法,研究了高抗倒伏品种(酉荞2号)、中抗品种(信农1号)和易倒伏品种(乌克兰大粒荞)在分枝期、盛花期和乳熟期的木质素含量、木质素合成相关基因(PAL、4CL、C4H、C3H、CAD、CCR、F5H、COMT和CCOAOMT)的表达特征以及木质素单体的合成特点。研究结果如下:(1)甜荞茎秆木质素含量从分枝期到乳熟期逐渐增加;不同抗倒性甜荞品种茎秆木质素含量的表现为:高抗倒伏品种(酉荞2号)的木质素含量在分枝期、盛花期和乳熟期均显著高于中抗品种(信农1号)和易倒伏品种(乌克兰大粒荞);(2)甜荞木质素生物合成途径中,相关基因的表达趋势分为3类:1)PAL、4CL、CAD、C4H、CCOAOMT、F5H和CCR基因表达水平先增加后降低,在盛花期达到最大,CAD和CCOAOMT表达水平在盛花期大幅度上升,抗倒伏材料的表达水平显著高于易倒伏材料;2)C3H基因表达水平基本保持不变,不同抗倒性材料之间没有明显规律;3)COMT基因表达水平逐渐下降,在分枝期达到最大,盛花期其表达水平大幅度降低,易倒伏材料的表达水平显著高于抗倒伏材料;(3)甜荞木质素含量与木质素生物合成途径中基因表达水平的关系:木质素含量与基因CAD、F5H和CCR呈显著正相关,与基因COMT呈显著负相关,与基因PAL、4CL、C4H和CCOAOMT呈不显著正相关,与基因C3H呈不显著负相关;(4)甜荞木质素生物合成途径中不同基因间的关系:基因PAL与其他基因相关性最强,COMT与所有基因均呈负相关关系,C3H与PAL、COMT、F5H呈负相关关系,其余基因间均呈正相关;(5)甜荞茎秆木质素单体的变化为:总单体产量、G型和S型单体从分枝期到乳熟期逐渐增加,H型单体和S/G比率从分枝期到乳熟期逐渐下降,表明H型单体最先积累,其次是S型,最后是G型。G型和S型单体是甜荞木质素的主要合成类型,S型单体合成量最高;高抗倒伏品种(酉荞2号)的S、G和H型单体含量均高于中抗品种(信农1号)和易倒伏品种(乌克兰大粒荞)。