水稻籼粳杂交育种系谱ILP标记及不同籼粳分化类型的光合特性研究

论文摘要

杂种优势利用是中国杂交水稻育种成功的基本经验,筛选具有良好光合特性的亲本,进一步利用其杂种优势,是培育高产品种的有效途径;水稻许多光合生理特性如光呼吸、光合效率、光合期等在不同亚种间都存在着差异,这为水稻亚种间杂种优势利用提供了理论依据。本研究采用ILP标记分析了来源于福建省三明市农科所4个选育阶段历时18年,涉及25个亲本和36个育成品系所构建的水稻籼粳亚种间育种系谱的遗传多样性,比较分析了不同籼粳分化类型材料在抽穗期和成熟期的净光合速率、水分蒸腾速率、气孔导度等反映光合作用特性的性状指标。并基于分子聚类结果选出8个育成恢复系,与生产上大面积推广应用的8个水稻不育系,按不完全双列杂交设计(8×8)组配成一套包括亲本和F1代在内的2个世代遗传材料。并用近年新发展的植物数量性状的加性—显性遗传模型(AD模型)和统计分析方法,系统分析了不同类型材料光合特性表现的遗传效应,及与产量性状间的遗传相关性。主要研究结果如下:1、本研究以58个籼粳亚种特异性的SSILP标记,对籼稻、粳稻品种进行检测,选择符合标准的48个引物对59个亲本及衍生品种逐一进行籼粳分化度检测。根据粳稻成分指数结合程氏指数综合判断分析,KetanNangka、嘉南粳、02428、超引一号、日本晴、92gk729等6个品种被划分为粳稻类型:47粳、MHR18、9308、C418、明恢413、97gk419等16个品种被划分为偏粳类型:明恢72、明恢63、圭630、R527、明恢70等28个品种为偏籼类型;多系一号、9311等9个品种被划分为籼稻类型。2、本研究发现各品种基因组DNA在所检测的所有位点上都存在籼粳分化,典型相关分析表明ILP法和形态指数法吻合度较好。ILP法能明确每个品种中籼稻或粳稻成分所占的比例,较好地揭示出亲本间的遗传差异性。3、基于ILP分子标记的分类结果,通过对齐穗期至成熟期光合特性主要性状指标测定结果表明,在齐穗期,从粳型品种→偏粳型品种→偏籼型品种→籼型品种,光合速率呈现从低到高的变化超势,蒸腾速率呈现从高到低的变化趋势;成熟期变化趋势正好相反,其光合速率呈现从高到低的变化趋势,蒸腾速率呈现从低到高的变化趋势。各类型品种从齐穗期到成熟期,气孔导度变大,但不同类型品种变化幅度存在明显差异,粳型品种在成熟期与齐穗期的气孔导度变化小,偏粳和偏籼型品种在成熟期与齐穗期的气孔导度变化相对较大,籼型品种在成熟期与齐穗期的气孔导度变化最大,说明籼型品种在成熟期的光合作用明显减弱,其大量光合产物的形成主要依靠齐穗期的光合作用,成熟期主要进行物质的运转和吸收;粳型品种在成熟期仍然保持一定的光合作用,光合功能期更长。从水分利用效率来看,在齐穗期,从粳型品种→偏粳型品种→偏籼型品种→籼型品种,呈现从低到高的变化超势,而在成熟期,则正好相反,从粳型品种→偏粳型品种→偏籼型品种→籼型品种,呈现从高到低的变化趋势。以上结果说明,不同分化类型的品种的许多光合生理特性存在差异,籼型品种在齐穗期的光合速率较高,而粳型品种的光合功能期较长。4、不同类型的恢复系亲本及所配组合F1产量和主要光合特性的性状指标的表型值存在较大差异,受基因的加性和显性效应的影响。在遗传效应中,不同类型品种在齐穗期和成熟期的光合速率和蒸腾速率的显性方差比率均达极显著水平,而且明显大于加性方差比率,说明不同类型品种的光合速率和蒸腾速率的差异主要受基因的显性效应控制。不同类型品种在齐穗期的气孔导度和水分利用率的加性方差比率达极显著水平,说明主要受基因的加性效应控制;在成熟期,不同类型品种的气孔导度和水分利用率的差异不显著。5、主要光合特性的遗传率分析结果表明,除成熟期的水分利用率的广义遗传率不显著外,其余光合特性指标均达到显著或极显著水平,且以齐穗期的光合速率、蒸腾速率、水分利用率以及成熟期光合速率的广义遗传率数值较大,分别为79.5%、83.0%、78.7%、74.5%,狭义遗传率除成熟期水分利用率不显著外,其余光合特性指标的狭义遗传率均达到显著或极显著水平,说明这些性状传递给后代的能力较强,且以成熟期蒸腾速率和齐穗期光合速率的狭义遗传率数值较高,分别为22.5%、19.6%。6、杂种一代的千粒重和成熟期的光合速率的基因型值存在极显著差异,说明不同类型的品种的光合速率与千粒重确实存在着明显的遗传差异。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 文献综述
• 1 水稻籼粳遗传分化及分类研究进展
• 1.1 形态学分类
• 1.2 同工酶标记
• 1.3 DNA分子标记
• 2 DNA分子标记应用于水稻籼粳亚种间遗传多样性研究进展
• 2.1 分子标记的原理与技术
• 2.1.1 RFLP（Restriction fragment length polymorphism）标记
• 2.1.2 RAPD（Random amplified polymorphism DNA）标记
• 2.1.3 AFLP（Amplified fragment length polymorphism）标记
• 2.1.4 SSR（Simple sequence repeat）标记
• 2.1.5 ISSR（Inter-simple sequence repeat polymorphism）标记
• 2.1.6 CAPS（Cleaved amplified polymorphic sequences）标记
• 2.1.7 SNP（Single nucleotide polymorphisms）标记
• 2.1.8 VNTR（Variable Number of Tandem Repeats）标记
• 2.1.9 ILP（Intron Length Polymorphism）标记
• 2.2 分子标记在水稻亚种间遗传多样性分析中的应用
• 3 水稻光合特性研究
• 第二章 用ILP分子标记测定水稻品种的籼粳分化度
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.1.1 供试材料
• 1.1.2 ILP引物
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 形态指数法
• 1.2.2 DNA提取与PCR扩增
• 1.3 数据处理与分析
• 2 结果与分析
• 2.1 ILPs引物筛选与扩增
• 2.2 多态性带的籼粳属性判别
• 2.3 亲本及衍生品种籼粳分化的成分分析
• 2.4 形态指数与粳稻成分指数的相关性
• 3 讨论
• 3.1 有关研究遗传分化方法的比较
• 3.2 ILP标记分类法在揭示籼粳杂种优势方面的作用
• 3.3 品种的籼粳分化与分类标准的探讨
• 3.4 形态指数法与ILP法对籼粳分化判断的吻合度
• 第三章 水稻不同籼粳分化类型的光合特性比较与遗传分析
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验设计
• 1.3 光合特性的测定方法
• 1.4 分析方法
• 1.4.1 用ILP分子标记测定水稻品种的籼粳分化度
• 1.4.2 主要光合特性性状指标的比较分析
• 1.4.3 不同类型材料光合特性表现的遗传效应、与产量的遗传相关性分析
• 2 结果与分析
• 2.1 亲本及衍生品种籼粳分化类型划分
• 2.2 不同分化类型品种光合速率与蒸腾速率的差异
• 2.3 不同分化类型品种的气孔导度与水分利用效率的差异
• 2.4 不同类型品种主要光合特性的遗传分析
• 2.4.1 不同类型品种产量、部份经济性状及光合特性指标的表型值分析
• 2.4.2 不同类型品种主要光合特性的遗传效应分析
• 2.4.3 不同类型品种主要光合特性的遗传率分析
• 2.4.4 不同类型品种产量、结实率、千粒重与光合速率的杂种优势分析
• 3 讨论
• 3.1 籼粳杂交是选育高光效水稻新品种的重要途径
• 3.2 深入进行水稻光合特性研究对今后水稻超高产育种具有重意义
• 参考文献
• 致谢