论文部分内容阅读
火力楠(Michelia macclurei Dandy)又名醉香含笑,属木兰科(Magnoliaceae)含笑属(Michelia)常绿大乔木,是南方重要的乡土珍贵用材和多功能高效益树种。针对火力楠种质资源遗传多样性研究匮乏,良种缺乏的现状,本研究利用15个数量性状4个质量性状,并借助近红外光谱技术、转录组测序技术以及EST-SSR分子标记等,从表型、生理生化和分子水平等对火力楠种质资源遗传多样性进行系统性研究,多方面揭示了火力楠种质资源遗传多样性的特点,分析了参试种源/家系关键性状的群体遗传变异规律,为火力楠优良材料的选择、遗传改良和育种计划的制定提供理论基础,利于促进其在热带及亚热带地区的推广应用。主要研究结果如下:(1)各生长性状、侧枝密度与侧枝粗细在种源间、家系间均存在极显著差异(P<0.01),表明以上性状在种源水平和家系水平均具有很大遗传改良的潜力;而主干通直度和主干分叉性差异不显著。生长性状的平均遗传多样性指数为2.038,表现出较高的遗传多样性,而形质性状的平均遗传多样性指数仅为0.805,遗传多样性水平较低。单株遗传力上,主干通直度、主干分叉性和侧枝密度几乎不受遗传控制,侧枝粗细受低度遗传控制,树高、胸径和材积受中度遗传控制,冠幅受高度遗传控制;家系遗传力上,树高、胸径、材积、冠幅和侧枝粗细均受高度遗传控制。采用20%入选率,主要性状的遗传增益分别为:树高3.14~6.23%,胸径7.37~18.78%,材积10.14~33.01%,冠幅8.73~21.81%和侧枝粗细3.82~12.02%。遗传相关与表型相关上,树高、胸径、材积和冠幅各性状间均呈极显著正相关;纬度与树高、胸径、材积和冠幅等性状呈极显著负相关,与主干通直度和侧枝粗细呈极显著正相关,海拔因素对侧枝密度呈显著正相关。(2)材性性状中木材密度、纤维宽度和纤维长宽比在种源间、家系间均存在极显著性差异(P<0.01),体现出较强的选育潜力,而纤维长度在家系间存在极显著差异(P<0.01),种源间差异不显著。各材性性状遗传多样性指数,平均为2.064,体现出较高的遗传多样性。木材基本密度、纤维长度和纤维长宽比无论是单株遗传力还是家系遗传力均较高,受高度遗传控制;纤维宽度单株遗传力与家系遗传力均较小,受中度遗传控制。采用20%入选率,各材性性状遗传增益为:木材密度2.43~5.12%,纤维长度4.02~9.60%,纤维宽度1.03~2.61%和纤维长宽比2.73~6.86%。材性性状相关性分析表明:经度与纤维长度与纤维长宽比呈显著正相关;木材密度与各生长性状间均呈显著正相关,而纤维宽度与生长呈显著负相关,纤维长度与纤维宽度呈显著负相关,火力楠木材密度可以与生长性状联合选择,而纤维长度需独立选择。(3)利用近红外光谱技术建立的火力楠叶片氮、磷和钾元素含量的预测模型较好,可用于火力楠叶片矿质营养的预测,其中氮元素预测模型最优。火力楠叶片养分含量上,氮元素与钾元素在种源间、家系间均存在极显著差异;磷元素在家系间存在显著差异而种源间差异不显著。叶片形态性状叶长、叶宽、叶长宽比和叶面积等指标在种源间、家系间均表现出极显著差异(P<0.01),具有丰富的变异;各叶片性状的遗传多样性指数均较大,总体平均值为2.082,表现出较高的遗传多样性。火力楠叶长、叶宽和叶面积均与树高呈显著正相关,表明这些叶片性状可作为火力楠生长速率的辅助选择指标。氮元素与磷元素、钾元素之间呈极显著正相关,而钾元素含量与叶长、叶宽及叶面积均呈现极显著正相关,也与树高呈显著正相关;氮元素和钾元素与经度呈显著正相关;叶长,叶面积、氮元素和钾元素与纬度之间存在显著正相关;叶长、叶面积与海拔之间存在显著正相关。(4)利用多目标决策分析法,利用树高、胸径、冠幅、侧枝粗细、叶面积、钾元素含量、木材密度和纤维长宽比等指标对火力楠种质资源进行了综合评价,表现较优的种源为种源13、种源2、种源3和种源4为较优种源;表现较优的家系为家系10、家系36、家系78、家系17、家系16、家系45、家系2、家系82、家系52、家系25、家系15和家系61共12个家系为较优家系。入选较优家系时,入选率为12.24%,主要性状的平均遗传增益分别为树高3.50%,胸径7.37%,冠幅6.45%,木材密度1.49%,纤维长宽比的2.04%。从综合评定结果来看,广东省的种源优于广西地区的种源,其中高州的2个种源均表现较优;广西玉林的种源表现较差,但是在家系水平,广西地区有的家系也表现较优。(5)为发掘和分析火力楠SSR位点,对火力楠根、茎和叶进行转录组测序,共获得97 503条Unigenes,N50为1 010 bp、平均长度852 bp,所获得序列质量相对较高,蕴含信息量较大。共61 205条(62.77%)Unigenes成功注释到COG、GO、KEGG、Swiss-Prot和NR数据库。差异基因表达分析得出,根与茎、叶之间的差异基因相对校多,茎与叶差异基因相对较少;对Unigenes进行SSR位点的发掘和分析,共发现含SSR的序列21 218条,共得到27 379个SSR,出现频率为28.08%,平均约每3 kb出现1个SSR。单碱基和二碱基重复为火力楠SSR主要重复单元类型,所有重复基元共85种,其中(A/T)n所占比例最高41.65%。在SSR序列长度变化范围最大的为单碱基重复SSR,其次是二碱基重复。火力楠转录组SSR位点的出现频率高、分布密度大、基元类型丰富、重复次数较高、长片段较多,具有较高的多态性潜能。12个EST-SSR标记应用于火力楠10个天然群体的遗传多性样研究,共检测到162个等位片段,平均每个位点13.5个等位片段,平均有效等位片段为6.161;Shannon多样性指数I平均为2.001;各位点的多态性信息量(PIC)平均为0.802,位点多态性较高;群体多样性水平也较高,各种源期望杂合度(He)平均值为0.763,Shannon指数(I)平均值为1.725。各群体间分化水平较低,12个位点的平均分化系数(FST)仅为0.061,平均基因流(Nm)为4.384,分子方差分量中群体间方差分量仅占3.656%,说明火力楠群体的变异主要存在于群体内。群体总体遗传一致度平均值为0.813,遗传距离平均值为0.214;群体间地理距离与遗传距离相关不显著;以遗传距离对火力楠群体进行UPGMA聚类,可以被分为2大类群4个亚类群。