寒地粳稻产量性状杂种优势环境变异及遗传机理研究

论文摘要

利用杂种优势是提高水稻产量的重要途径。杂交粳稻增产潜力很大,通过科技进步,充分利用粳稻的杂种优势大幅度提高单产是发展北方粳稻生产的重要途径及稳定和发展北方粳稻的重要措施之一。黑龙江省是我国重要的商品粮生产基地,为国家的粮食安全担负着重要的使命。因此,黑龙江省开展粳稻杂种优势利用研究,进一步提高水稻产量,无论在粳稻超高产育种理论与实践上还是对支撑国家粮食安全,均具有重要的科学价值与战略意义。由于黑龙江省是属北方寒地稻作区,生育期短,温度低、有效积温少。因此,围绕着寒地粳稻杂种优势强弱和利用前景问题,至今争议很大。所以本试验选用7个寒地不同类型粳稻品种,按照Griffing双列杂交方法Ⅳ配制21个杂交组合,分别在海南省三亚市和黑龙江省哈尔滨市开展寒地粳稻产量性状杂种优势环境变异及遗传机理研究,旨在为寒地粳稻杂种优势利用途径和前景提供理论依据。主要研究结果如下:不同生态环境条件下供试的7个亲本和21个杂交组合在5个产量性状上彼此间有极显著的遗传差异,不同生态环境对亲本的单株产量、单株穗数、单株穗长、千粒重4个性状的表现有较大的影响,F1代单株穗数、单株穗长、千粒重与环境间存在着极显著的互作效应,杂种F1代产量性状的表现除了受基因控制外还受到环境的影响,而且各产量性状对环境的反应程度上有差异。在不同生态环境条件下F1代产量性状的杂种优势表现程度有差异。每穗总粒数和单株穗长在两个环境条件下75%以上的组合表现出正向中亲优势,单株产量、单株穗数、千粒重只有在三亚试验点有75%以上的组合表现出正向中亲优势,三亚试验点的单株穗长21个组合均表现出正向中亲优势;单株穗长在两个环境条件下50%以上的组合表现出正向高亲优势,单株产量和千粒重只有在三亚环境条件下50%以上的组合表现出正向高亲优势,其它性状表现正向高亲优势组合都小于50%,其中单株穗数在哈尔滨环境条件下只有19%的组合表现出正向高亲优势;无论是中亲优势还是高亲优势,三亚试验点单株产量的平均杂种优势都明显高于哈尔滨试验点;两个试验点间千粒重的中、高亲优势和单株穗长、每穗总粒数的高亲优势表现具有较高的一致性,但其它产量性状的杂种优势表现两个试验点间表现并不一致。两个试验点,单株产量、单株穗数、每穗总粒数、单株穗长、千粒重等产量性状的表现上基因加性效应和非加性效应都起重要作用;但在哈尔滨试验点,每穗总粒数、单株穗长、千粒重上,基因加性效应对杂种一代起主导作用,单株产量和单株穗数的遗传变异主要来自于基因的非加性效应;而在三亚试验点这5个产量性状上,均是基因加性效应对杂种一代起主导的作用;由两个一般配合力效应高的亲本所配制的组合不一定产生明显的特殊配合力效应,由亲本的一般配合力效应难以预测组合的特殊配合力效应;在哈尔滨和三亚试验点,亲本性状水平高,该性状的一般配合力效应也高,双亲一般配合力效应平均值与F1代各性状的表现有密切的关系,而组合的特殊配合力效应与杂种优势的表现有密切关系,特殊配合力效应高的组合,其F1代的产量性状优势也强。供试的110对SSR多态性引物共扩增出627条清晰条带,呈多态性的谱带数为562条,每对引物平均检测到5.1个等位位点,而63对SRAP多态性引物共扩增出896条清晰条带,呈多态性的谱带数为327条,每对引物组合平均检测到5.2个等位位点,63对SRAP引物所扩增出的条带数是110对SSR引物所扩增条带数的1.4倍,两种分子标记所扩增的平均多态性位点数相差甚小;对亲缘关系较远的品种进行遗传相似性分析时两种分子标记所得到的结果比较一致,但分析亲缘关系较近的品种时两种标记得到的结果并不一致;F1杂种产量性状的表现与亲本自身的性状特点和互补关系密切,但亲本遗传距离与杂种优势关系并不大,用SSR和SRAP分子标记遗传距离难以预测粳稻杂种后代的产量性状表现和杂种优势强弱。在哈尔滨地区,强优势组合和弱优势组合聚类到一起,但在三亚地区,基本上是强优势组合聚类到一起,弱优势组合聚类到一起;在哈尔滨入选的组合是高杂种优势组合的平均基因多样性指数、平均PIC大于低杂种优势组合,但在三亚入选的组合是高杂种优势组合的平均基因多样性指数、平均PIC小于低杂种优势组合;在哈尔滨入选的组合是高杂种优势组合的基因组多态性要比低杂种优势组合的基因组多态性更大,但在三亚入选组合是高杂种优势组合的基因组多态性比低杂种优势组合的基因组多态性更小。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 前言
• 1.1 水稻杂种优势利用现状
• 1.2 杂种优势遗传机理
• 1.3 配合力与作物杂种优势
• 1.4 遗传距离与作物杂种优势
• 1.4.1 基于数量性状和同工酶的遗传距离与作物杂种优势
• 1.4.2 分子标记遗传距离与作物杂种优势
• 1.5 杂种优势与环境互作效应
• 1.6 粳稻杂种优势利用存在的问题
• 1.7 研究的目的与意义
• 2 材料与方法
• 2.1 供试材料
• 2.2 田间试验设计
• 2.3 考种
• 2.4 SSR 及SRAP 试验
• 2.4.1 主要试验仪器、试剂及药品配制
• 2.4.2 用于PCR 的SSR 与SRAP 引物
• 2.4.3 试验方法
• 2.5 数据分析
• 2.5.1 方差与配合力分析
• 2.5.2 杂种优势分析
• 2.5.3 分子标记数据分析
• 3 结果与分析
• 1 代表型变异'>3.1 不同生态环境条件下亲本及杂种F₁代表型变异
• 3.1.1 不同生态环境条件下亲本表型变异
• 1 代表型变异'>3.1.2 不同生态环境条件下杂种F₁代表型变异
• 1 代产量性状杂种优势表现'>3.2 不同生态环境条件下F₁代产量性状杂种优势表现
• 3.3 配合力分析
• 3.3.1 配合力效应分析及基因作用估计
• 3.3.2 一般配合力和特殊配合力效应分析
• 3.3.3 亲本表现与一般配合力效应的关系
• 1 表型值的相关性'>3.3.4 配合力效应与杂种F₁表型值的相关性
• 1 杂种优势间的相关性'>3.3.5 配合力效应与F₁杂种优势间的相关性
• 3.4 SSR 和SRAP 分子标记遗传距离与杂种优势的关系
• 3.4.1 SSR 和SRAP 分子标记多态性比较
• 3.4.2 亲本染色体基因组多态性比较
• 3.4.3 亲本间SSR 和SRAP 分子标记遗传距离比较
• 3.4.4 聚类分析
• 1 代产量性状杂种优势的关系'>3.4.5 SSR 和SRAP 分子标记遗传距离与F₁代产量性状杂种优势的关系
• 3.4.6 亲本间遗传距离与特殊配合力效应间的相关性
• 3.5 高、低杂种优势组合间基因组多态性比较
• 3.5.1 高、低杂种优势组合间的遗传相似性比较分析
• 1 代基因组多态性比较'>3.5.2 不同杂种优势组合F₁代基因组多态性比较
• 4 讨论
• 4.1 关于SSR 和SRAP 分子标记与粳稻遗传多样性
• 4.2 关于寒地粳稻杂种优势表现与环境关系
• 4.3 关于配合力与杂种优势间的关系
• 4.4 关于分子标记遗传距离与杂种优势关系
• 1 代基因组多态性与杂种优势'>4.5 关于F₁代基因组多态性与杂种优势
• 4.6 关于寒地粳稻杂种优势利用前景
• 5 结论
• 5.1 全文结论
• 5.2 本研究创新点
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文