小麥氮效率相關(guān)性狀的遺傳效應(yīng)及QTL分析.pdf

1、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)產(chǎn)量的過(guò)分追求，使生產(chǎn)者大量施用氮肥，過(guò)多的施用氮肥不僅導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加，而且造成環(huán)境污染，土壤質(zhì)量下降，不利于可持續(xù)發(fā)展。目前我國(guó)作物氮肥當(dāng)季利用效率較低，只有30％～40％，其余的氮素則通過(guò)淋溶、揮發(fā)和沖洗等排入環(huán)境而損失，并產(chǎn)生溫室氣體(張維理等，1995；孫彭力等，1995)。在世界范圍內(nèi)由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥流失，不但造成環(huán)境污染，而且由于這些污染對(duì)很多生物有害，威脅生物多樣性的穩(wěn)定。同時(shí)，我國(guó)水資源和電力資源一直較

2、為緊缺，造成氮肥生產(chǎn)成本較高，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)增產(chǎn)又過(guò)分依賴于增施氮肥，造成氮肥價(jià)格居高不下，大大增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本。所以，提高氮素利用效率，減少氮肥用量，并減少氮肥對(duì)環(huán)境的污染，是當(dāng)前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域所面臨的重要而緊迫的課題之一，本研究從小麥遺傳育種的角度對(duì)小麥氮效率進(jìn)行基因效應(yīng)和相關(guān)的QTL分析，為氮高效育種提供一些參考。 試驗(yàn)利用4個(gè)小麥六世代群體和河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所提供的小麥DH群體為材料，于2003-2005年在河南農(nóng)

3、業(yè)大學(xué)科教園區(qū)，在兩種水肥條件下進(jìn)行田間試驗(yàn)，利用世代均值法研究了小麥氮效率在相關(guān)性狀的基因效應(yīng)，同時(shí)利用DH群體分析了基因作用方式，并利用DH群體的SSR標(biāo)記進(jìn)行了QTL定位和基因效應(yīng)分析，結(jié)果表明： (1)氮效率相關(guān)性狀均符合正態(tài)分布，表現(xiàn)多基因遺傳特征。 (2)莖葉含氮率均符合加性—顯性—上位性模型。同種水肥條件下，葉片含氮率的加性×顯性上位性效應(yīng)、顯性×顯性上位性效應(yīng)均表現(xiàn)為負(fù)向效應(yīng)。莖稈的含氮率均以顯性效應(yīng)和加

4、性×加性上位性效應(yīng)為正向效應(yīng)，顯性×顯性上位性為負(fù)效應(yīng)。水肥脅迫和正常水肥條件下，莖葉含氮率的基因效應(yīng)以加性×顯性上位性效應(yīng)和顯性×顯性上位性效應(yīng)為正向基因效應(yīng)，加性效應(yīng)、顯性效應(yīng)、加性×加性上位性效應(yīng)均為負(fù)向效應(yīng)。對(duì)DH群體的研究發(fā)現(xiàn)，影響小麥莖葉含氮率的基因在正常水肥和水肥脅迫條件下分別有7.5對(duì)和12.6對(duì)，遺傳率分別為78％和57.2％。 (3)子粒含氮率的基因效應(yīng)在所用六世代群體中均表現(xiàn)為符合加性—顯性—上位性模型，同

5、種水肥條件下均以顯性效應(yīng)和加性×加性上位性效應(yīng)為正向效應(yīng)，加性×顯性上位性效應(yīng)、顯性×顯性上位性效應(yīng)為負(fù)向效應(yīng)。不同水肥條件下均以顯性效應(yīng)、顯性×顯性上位性效應(yīng)兩種效應(yīng)為主效應(yīng)，只是在正常水肥條件下顯性效應(yīng)為正向效應(yīng)，顯性×顯性上位性效應(yīng)為負(fù)向效應(yīng)，而在水肥脅迫條件下顯性效應(yīng)為負(fù)向效應(yīng)，顯性×顯性上位性效應(yīng)為正向效應(yīng)。對(duì)DH群體的研究發(fā)現(xiàn)，影響小麥子粒含氮率的基因在正常水肥和水肥脅迫條件下分別有3.7對(duì)和7.0對(duì)，遺傳率為96.4％和8

6、6.9％。 (4)氮效率的基因效應(yīng)在所用六世代群體中均符合加性—顯性—上位性模型，同種水肥條件下各六世代群體間氮效率的基因效應(yīng)存在較大的差異，各基因效應(yīng)貢獻(xiàn)率差異很大，總體上來(lái)說(shuō)，又均表現(xiàn)為顯性效應(yīng)和加性×加性上位性效應(yīng)為正向效應(yīng)，加性效應(yīng)、顯性×顯性上位性效應(yīng)為負(fù)向效。不同水肥條件下，正向基因效應(yīng)主要為加性×顯性上位性效應(yīng)和顯性×顯性上位性效應(yīng)，加性效應(yīng)、顯性效應(yīng)、加性×加性上位性效應(yīng)為負(fù)向效應(yīng)。但在水肥脅迫條件下顯性×顯性上

7、位性效應(yīng)正向效應(yīng)貢獻(xiàn)率更大，正常水肥條件下顯性×顯性上位性和加性×顯性上位性效應(yīng)兩者的正向效應(yīng)貢獻(xiàn)率接近。對(duì)DH群體的研究發(fā)現(xiàn)，影響小麥氮效率的基因在正常水肥和水肥脅迫條件下分別有54對(duì)和38.7對(duì)，遺傳率分別為99.3％和99.0％。 (5)子粒含氮率在水肥正常條件下共獲得3個(gè)QTL，分別位于6A、6A、5D染色體，貢獻(xiàn)率分別達(dá)到24.73％、23.18％、29.45％，均為負(fù)向加性效應(yīng)。水肥脅迫條件下共檢測(cè)到2個(gè)QTL與子粒

8、含氮率有關(guān)，分別位于6D、7B染色體，貢獻(xiàn)率分別為6.88％、10.95％，均為負(fù)向加性效應(yīng)。子粒含氮率檢測(cè)到的5個(gè)QTL均為負(fù)向效應(yīng)，是來(lái)自親本鄭州8761的等位基因。 (6)莖葉含氮率在水肥正常條件下共檢測(cè)到1個(gè)QTL，位于7B染色體，貢獻(xiàn)率為15.40％，為正向效應(yīng)，是來(lái)自川育35050的等位基因。水肥脅迫條件下共檢測(cè)到2個(gè)QTL，均位于2A染色體，貢獻(xiàn)率分別為8.21％、13.41％。兩個(gè)QTL均為正向效應(yīng)，為來(lái)自親本川

9、育35050的等位基因。 (7)氮效率在水肥正常條件下未能檢測(cè)到LOD值大于2.0的位點(diǎn)。氮效率在水肥脅迫條件下共檢測(cè)到6個(gè)QTL，分別位于1D、3A、3A、5B、6B、7B染色體，貢獻(xiàn)率分別為15.41％、15.15％、18.93％、39.89％、32.66％、11.05％，除位于7B染色體的QTL為負(fù)向效應(yīng)外，其他均為正向效應(yīng)。 (8)研究表明上位性效應(yīng)在小麥氮效率相關(guān)性狀的遺傳效應(yīng)中，占有很重要的地位，所以在育種過(guò)