山西不同生态型大豆抗旱响应能力、遗传多样性及关联分析的研究

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:kkaJov2Qc88R
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本研究以山西不同生态型大豆为研究材料,采用田间干旱胁迫、盆栽控水试验、田间测产等方法,研究不同品种在对干旱胁迫的响应能力、根系及地上部分在干旱胁迫下的应答变化、不同品种的产量能力、群体遗传多样性、群体结构及性状与分子标记的关联分析,并在苗期低温胁迫条件下,综合评价不同大豆品种的耐低温性,以期丰富大豆耐逆性评价体系。研究结果为:1.以48个不同生态型大豆为材料,对供试材料进行干旱胁迫处理,于苗期和花荚期分别测定各品种在正常条件和胁迫条件下的相对含水量、脯氨酸含量、相对电导率和叶绿素含量4个生理指标;过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)3个保护酶的活性;以及净光合速率(Pn)、叶片气孔导度(Gs)、蒸腾速率(TR)和胞间CO2浓度(Ci)4个光合指标,考查各项指标的干旱响应机制,并利用GGE双标图分析各指标在不同时期、不同条件下的抗旱应答效应及各指标间的相关性;最后采用隶属函数法从不同指标水平综合评价各品种的抗旱性。结果表明:(1)干旱胁迫下,各品种在苗期和花荚期相对含水量、叶绿素含量均下降,脯氨酸含量、相对电导率均升高,花荚期正常处理下,相对含水量对干旱响应效应最明显;苗期正常处理下,叶绿素含量对干旱响应最明显;花荚期干旱时,脯氨酸含量和相对电导率对干旱响应效应最明显,各生理指标间存在显著相关性。(2)保护酶活性在干旱胁迫下均升高,且在不同处理下,对干旱响应的效应不同,各酶活性间存在显著相关性。(3)各光合指标在干旱胁迫下均呈下降趋势,各指标在不同处理下的响应效应不同,且存在显著相关性。(4)利用隶属函数值综合评价供试品种,48个品种中有2个抗性品种、35个中抗品种、11个不抗品种,可以为抗旱品种的选育提供理论方法和种植资源。2.以山西12个不同生态型大豆品种为研究材料,利用盆栽控水方法,设置充分供水、轻度胁迫、重度胁迫3个处理,在生育期测定不同处理下各品种地上部分光合指标、叶绿素含量及叶面积,收获后测定地上部分干物质量及根长、根重,以确定收获指数及根冠比,结果表明:(1)随着干旱胁迫程度增加而显著减小,在重度胁迫下,各品种的叶面积最小,个别品种在轻度干旱胁迫下叶面积反而有所增加。(2)随着干旱胁迫程度加剧,各品种的叶绿素含量均发生显著变化,且变化趋势不尽相同:部分品种随干旱胁迫程度加剧而降低,有的品种出现先升后降的现象,有的品种叶绿素含量随胁迫程度加剧而升高,也有品种出现先降后升的趋势。(3)各品种在不同程度干旱胁迫下,净光合速率、叶片气孔导度、蒸腾速率和胞间CO2浓度均随胁迫程度加剧而下降,其中净光合速率值在轻度干旱胁迫时即开始显著下降,在重度干旱胁迫时,降到最低值;叶片气孔导度值也是在轻度干旱胁迫时即开始显著下降,且降幅较大,至重度胁迫时,气孔导度值降到最低,轻度干旱处理与重度干旱处理间的下降差异不显著;蒸腾速率在轻度干旱胁迫时开始下降,但差异不显著,至重度胁迫时显著下降,胞间CO2浓度的下降趋势较为缓和,且各不同处理间差异不够显著。(4)随着干旱胁迫程度加剧,籽粒产量均有所降低,尤其当遭受重度胁迫时,籽粒产量显著降低,收获指数也随着干旱胁迫程度加剧下降,但各处理间表现不显著。(5)大部分品种的根长随着干旱胁迫程度加剧而显著降低,根重也显著变化均,大部分品种在干旱胁迫程度加剧后,根冠比均表现出增加的趋势。3.以48个不同生态型大豆为材料,采用相关、主成分分析、聚类分析及GGE双标图分析,基于供试材料的株高、株重、主茎荚数、主茎节数、茎粗、单株荚数、分枝数、有效分枝数、百粒重、虫蚀数、单株粒数、单株产量等12个农艺性状,对供试材料进行了产量能力分析,结果表明:(1)株型性状间存在显著的相关性,各株型性状与单株产量的相关性大到小为茎粗、有效分枝数、株高、分枝数和主茎节数;产量性状间也存在显著相关性且相关性较株型性状丰富,各产量性状与单株产量的相关性从大到小为株重、单株粒数、单株荚数、虫食数、主茎荚数和百粒重;株型性状与产量性状中,与单株产量性状呈极显著正相关的性状中,产量性状占多数,共5个,株型性状只有2个。(2)48个供试材料的12个指标中可提取出前4个主成分,这4个主成分可分为产量因子、株型因子、粒重因子及粒重因子Ⅱ,各性状在各成分中贡献不同。(3)48个供试品种根据聚类分析可分为4大类,第一类为中产有潜力品种,第二类为低产品种,第三类为中高产品种,第四类只有1个品种,较为特殊,但高产。(4)主茎节数、茎粗、株高、百粒重对第3类品种效应明显,有效分枝数、分枝数、单株荚数、虫食数、单株粒数、单株产量、株重和主茎荚数对第4类品种效应明显。4.以102份大豆品种组成自然群体为研究材料,采用59对SSR引物对群体进行遗传多样性分析,并应用STRUCTURE2.3.2软件对群体结构进行分析,继而用Tassel2.1软件MLM模型对15个农艺性状进行关联分析,发掘优异等位变异。结果表明:(1)59对引物最终筛选出50多态性好的引物,共检测出157个等位变异,不同位点的等位变异数为2-7个,平均每个等位变异数为3.14个,其中等位变异数最多的为Satt263,为7个。Shannon指数变幅为0.0973—1.6684,Shannon指数平均值为0.8449,多态性信息量的变幅为0.038-0.761,平均每个引物的多态性信息量是0.431。(2)标记将102份大豆材料在遗传距离GD=0.805处聚为3类,第一类包括52份材料,第二类包括48份材料,第三类包括2份材料。(3)102份材料组成的可划分成4个亚群,这4个亚群分别包括14、30、16、42个材料,在群体中所占比例分别为13.60%、29.10%、15.90%和41.30%。(4)在所检测的47个标记中,发现有8个位点与株高、株重、主茎节数、有效分枝、主茎荚数、分枝荚数、瘪粒数、虫蚀数、蛋白含量和脂肪含量这10个性状关联。并发掘出Satt248-A129、Satt168-A226、Sat299-A286和Sat 299-A286等优异的等位变异。5.选取山西普遍种植的晋大53、晋大70和晋豆243个不同生态型大豆品种,在苗期将材料分别置于14℃、17℃和20℃人工气候箱中,保持昼夜恒温,进行低温胁迫处理。分别测定了各品种光合与产量性状值,用GGE双标图分析各性状对品种的效应及性状间的相关性,应用隶属函数法综合评价各品种的苗期耐低温性。结果显示:低温胁迫下不同生态型大豆品种苗期延长1-12d;苗期光合性状值均下降,其中叶片气孔导度(Gs)和蒸腾速率(TR)下降最明显;产量性状值均呈下降趋势,株重和单株荚数下降最明显;各项性状在不同品种中对低温的应答效应不同,且性状间存在明显的相关性,可作为耐低温性的评价指标。品种晋大70的耐低温性最佳。
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