我国东北地区水稻产量和品质及遗传多样性研究

论文摘要

东北地区是我国重要的商品粮生产基地,水稻播种面积和总产量已占到北方粳稻区的68%左右,商品率则占到65%以上。东北地区地理纬度跨度大、气候生态环境差异明显,而对这一区域水稻的产量、品质、形态生理特性及遗传多样性等仍缺乏系统研究。本研究以东北3省水稻区域试验品种（品系）和有代表性推广品种为试材,研究东北地区水稻产量和品质的变化规律及遗传多样性,主要试验结果如下:1.3省各自产量及其构成因素的品种间差异均达到极显著水平,辽宁产量极显著高于吉林和黑龙江,并且吉林显著高于黑龙江。辽宁穗数和每穗粒数分别极显著低于和高于另两省,千粒重以吉林最高,结实率则以黑龙江最高。辽宁每穗粒数显著高于吉林和黑龙江,而穗长却与吉林和黑龙江差异不显著,因此,辽宁着粒密度显著高于吉林和黑龙江。2.东北地区生产上应用的和育种单位选育的品种中,超高产和低产品种较少,多数品种处于中低产到高产之间。单位面积穗数在不同产量水平间无明显规律性。穗粒数随产量的提高呈现增加趋势,二次枝梗数和二次枝梗粒数的增加是穗粒数提高的关键。超高产类型结实率和千粒重低于其他类型。所以,在稳定穗数和千粒重的同时,提高穗粒数和结实率是东北地区超高产水稻品种获得高产的重要条件。3.辽宁出糙率最高,蛋白质和游离脂肪酸含量也最高;黑龙江精米率、整精米率最高,粒长、长宽比也最高,直链淀粉含量和食味值与吉林相近,并且显著高于辽宁;吉林垩白粒率、垩白度、白度最高,粒宽也最高。产量及其相关性状基本都与出糙率正相关。穗数、穗型指数、结实率及与其密切相关的一二次枝梗结实率对精米率、整精米率有正面影响,穗粒数及与其密切相关的着粒密度、一二次枝梗数、一二次枝梗粒数对精米率、整精米率有负面影响。垩白米率和垩白度与结实率,尤其是二次枝梗结实率关系密切,因此,提高品种的结实率有利于垩白性状的改善。4.产量与生物产量和后期物质生产量极显著正相关,与前期物质生产量相关不显著,所以尽管超高产类型前期物质量较高,但是茎鞘物质输出量、贡献率和转运率与产量无明显关系,超高产主要是依靠后期光合生产能力的改善实现的。5.东北地区1971年以来水稻产量的年增长率为0.94%,穗数和结实率的提高是黑龙江产量提高的关键原因,吉林和辽宁产量提高则是依靠穗粒数的增加。品种随年代演替过程中,通过提高生物产量和降低收获指数来增加产量,要得益于结实阶段较高的群体生长率和茎鞘物质输出量。随着时间的演进,稻米加工品质、外观品质和食味品质均得到明显改善。6.3省籽粒充实率以黑龙江最高,辽宁和吉林差异不显著。饱谷千粒重是吉林＞黑龙江＞辽宁,相互差异显著。受精粒千粒重是吉林和黑龙江极显著高于辽宁,吉林与黑龙江差异不显著。饱粒率和结实率是辽宁、黑龙江＞吉林。充实率与产量正相关不显著,与着粒密度、二次枝梗数、二次枝梗粒数和二次粒率显著或极显著负相关,与穗型指数、一次枝梗结实率和二次枝梗结实率显著或极显著正相关。充实率与碾磨品质和外观品质关系密切,对其有正面影响。RVA谱特征是黑龙江峰值粘度、热浆粘度、冷胶粘度、回复值、消减值和起浆温度最大,辽宁崩解值最大,吉林峰值粘度时间最大,并且充实率与RVA谱特征值关系密切。7.东北地区多数品种（系）是穗型直到半直立（82.6%）、着粒密度中到稀（80.2%）、穗重轻到中（72.8%）、二次枝梗分布下部优势型（98.8%）。黑龙江主要是弯、半直立穗型品种,吉林以半直立穗型品种为主,辽宁则以直立穗型品种为主。吉林和黑龙江品种多数是中、稀穗型,辽宁主要是中、密穗型。吉林和黑龙江多数品种是中、轻穗型,辽宁则以中、重穗型为主。穗颈大、小维管束数和第2节间大、小维管束数平均值表现为辽宁＞吉林＞黑龙江。辽宁上三叶长、宽大于吉林和黑龙江,但叶基角较小。穗颈大、小维管束数和第2节间大、小维管束数与一、二次枝梗数和一、二次枝梗粒数及二次粒率呈极显著正相关,与一、二次枝梗结实率和千粒重呈负相关。总体上有穗型直立、着粒密度大、重穗型、穗颈维管束数多、上三叶长且宽而角度小、株高和生物产量高有利于高产的趋势。8.东北地区水稻推广品种表型遗传多样性高于DNA水平,时期间表型与微卫星标记的遗传多样性具有较高的相似性,而地区间无明显相似性。东北水稻推广品种遗传多样性比较狭窄,随着时间推移增加的新等位基因多于消失的旧等位基因数。三省水稻推广品种遗传多样性呈现黑龙江＞吉林＞辽宁的趋势,但由于地区间频繁引种,使东北水稻品种在区域上的遗传分化已不明显,其差异主要来源于品种间的基因型差异。不同省份存在较多的互补等位变异数,最多的在黑龙江和辽宁之间。不同省份和不同时期间分别拥有各自特有和特缺的等位变异。基于遗传距离的Neighbor-Joining聚类显示参试品种可分为5个类群,每一类群均有2个以上时期（省份）品种分布。9.利用40个SSR标记分析18份我国东北水稻品种和13份日本品种的遗传多样性,共检测到108个等位变异,其中中国东北等位变异数为103个（平均2.54个）,日本品种等位变异数为94个（2.32个）。遗传变异主要存在于品种间（95%）,群体之间（5%）差异较小,聚类分析将供试材料分为5类,日本引进品种没有形成独立的类群。中国东北选育品种的遗传多样性高于日本引进品种,并且保留了日本品种94.7%的等位变异。日本品种中可利用的特异等位基因十分有限,已经不能满足东北地区水稻育种发展的需求。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 气候生态条件与水稻产量品质的关系
• 1.1.1 气候生态条件与产量及其相关因素的关系
• 1.1.2 气候生态条件与品质的关系
• 1.2 不同年代水稻品种产量品质的演替
• 1.3 物质积累和收获指数与产量的关系
• 1.4 水稻源库关系的研究进展
• 1.4.1 源库的基本概念及衡量指标
• 1.4.2 源库类型的划分
• 1.5 水稻株型的研究进展
• 1.5.1 理想株型的基本理论
• 1.5.2 穗型研究进展
• 1.5.3 株高方面的研究
• 1.5.4 叶部性状的研究
• 1.5.5 分蘖性状的研究
• 1.6 东北地区水稻遗传多样性的研究进展
• 第二章 东北地区水稻产量的比较
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 东北地区水稻产量及其构成因素的比较
• 2.2.2 不同产量水平的比较
• 2.2.3 东北地区水稻的籽粒充实率
• 2.3 讨论
• 2.3.1 关于供试水稻品种的产量水平
• 2.3.2 水稻产量及其构成因素的变化规律
• 2.3.3 水稻籽粒充实度的差异
• 2.4 结论
• 第三章 东北地区水稻品质的比较
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 品质测定
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 碾米品质的比较
• 3.2.2 外观品质的比较
• 3.2.3 营养品质及食味的比较
• 3.2.4 淀粉RVA特征值比较
• 3.2.5 产量及相关因素与品质的关系
• 3.2.6 不同产量水平品质的比较
• 3.2.7 不同穗型品质的比较
• 3.3 讨论
• 3.3.1 食味值与穗部性状的关系
• 3.3.2 高产与优质之间的关系
• 3.3.3 籽粒充实率与品质的关系
• 3.3.4 籽粒充实率与RVA谱的关系
• 3.4 结论
• 第四章 东北地区水稻的物质生产特性及群体结构
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 试验方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 分蘖利用情况分析
• 4.2.2 源库特点分析
• 4.2.3 物质生产分析
• 4.2.4 群体结构与稻谷品质的关系
• 4.2.5 不同产量水平的物质生产及源库特性
• 4.2.6 主要株型性状的比较
• 4.3 讨论
• 4.3.1 东北地区水稻的穗型特点
• 4.3.2 关于东北地区水稻的株型特征
• 4.3.3 超高产品种的株型和穗型特点
• 4.3.4 获得超高产的途径
• 4.4 结论
• 第五章 东北地区不同年代水稻品种产量及品质的演替规律
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 试验材料
• 5.1.2 试验方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 产量及相关因素的演进
• 5.2.2 品质的演进
• 5.2.3 分蘖特性的演进
• 5.2.4 干物质积累的演进
• 5.2.5 源库特性的演进
• 5.3 讨论
• 5.3.1 不同年代品种产量及其构成的演变
• 5.3.2 关于物质积累和收获指数与产量的关系
• 5.3.3 不同年代品种源库特性的演变
• 5.4 结论
• 第六章 用SSR标记评估东北地区水稻推广品种的遗传多样性
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 试验材料
• 6.1.2 表型农艺性状的考察
• 6.1.3 基因组DNA提取及SSR扩增
• 6.1.4 数据分析
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 东北地区水稻推广品种的遗传多样性
• 6.2.2 中国东北水稻品种与日本引进品种遗传多样性的比较
• 6.3 讨论
• 6.3.1 形态性状与SSR标记多样性结果的比较
• 6.3.2 群体的遗传多样性
• 6.3.3 东北水稻推广品种遗传多样性的变化趋势
• 6.3.4 东北水稻推广品种地理分布的探讨
• 6.3.5 中国东北选育水稻品种与日本引进水稻品种遗传多样性的比较
• 6.4 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位论文期间发表文章
• 论文图表统计