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甘蔗(Saccharum spp.)为禾本科甘蔗属作物,属高光效的碳四植物,生物产量高,是生产蔗糖和酒精的重要原料。甘蔗杂交育种是育成甘蔗新品种的最主要手段,研究甘蔗亲本、组合和无性系的选择技术,可提高甘蔗育种的效率。抗寒性是品种的重要性状,低温寒害常引起甘蔗生产中大量的经济损失,选育抗寒性强的品种是降低损失的重要措施。在以五圃制为基础的甘蔗抗性育种中,一般前期以产量性状为主,后期才辅以抗性选择。本研究从杂种圃的亲本选择、组合配制、家系选择、高级圃的无性系选择及品种抗寒性鉴定、抗寒性相关基因发掘进行系统研究,目的是通过综合选择技术,获得高产高糖的优异品系,再对优异品系进行抗寒性鉴定及抗寒分子机制分析,为培育高产、高糖和抗寒性强品种提供理论依据和参考。所获得的主要结果如下。1.在杂种圃阶段,选取70个母本,51个父本,配制134个杂交组合,调查新植和宿根蔗的农艺、锤度、产量等性状,分析母本、父本及组合的配合力。结果表明:ROC11、CP70-1133、CP72-1210、HoCP94-806、湛蔗 92-126、桂糖 92-66、ROC24、桂糖93-102、桂糖00-122、德蔗93-88等母本的锤重一般配合力较高,适宜做高产高糖的母本。粤糖91-976、云瑞05-649、粤糖96-86、ROC11、CP84-1198、云瑞 05-872、CP82-1592、ROC26、云瑞 05-628、云瑞 99-113 等父本的锤重一般配合力较高,适宜做高产高糖父本。ROC25×云瑞05-649、ROC11×粤糖 91-976、粤糖 91-976×ROC11、CP70-1133×桂糖 92-66、CP72-1210× ROC22、桂糖 00-122×粤糖 91-976、HoCP94-806×ROC25、ROC26×ROC22、桂糖 92-66×CP84-1198、湛蔗92-126×CP84-1198等组合的锤重特殊配合力较高。2.对134个杂交组合的农艺、锤度、产量等性状进行了遗传分析,并进行家系综合指数选择。结果表明:所测性状在家系间均存在极显著差异。新植蔗的株高、茎径、丛有效茎数的广义遗传力、遗传变异系数和相对遗传进度均高于宿根蔗的株高、茎径、丛有效茎数的广义遗传力、遗传变异系数和相对遗传进度。性状相关分析中,只有锤重与丛重之间,表型和遗传相关达到了极显著水平;通过综合指数选择,选出了 19个优良家系,入选家系的丛重和锤重的遗传增益较大。3.在品比圃阶段,调查27个新品系和2个对照品种的农艺、工艺、产量等性状,对各性状进行遗传分析,并进行无性系多性状指数选择。结果表明:除新植枯心苗率之外,所测性状在试验材料间均具有显著或极显著的差异。公顷有效茎数、公顷蔗茎产量、公顷产糖量和公顷可发酵糖量的遗传变异系数较大且广义遗传力较高,株高、茎径、田间锤度的遗传变异系数较小且广义遗传力较低。公顷有效茎数与公顷蔗茎产量、公顷产糖量、公顷可发酵糖量的表型和遗传相关性达显著水平。用指数选择法进行综合选择,13个新品系入选,且有8个入选材料的新宿平均公顷产糖量和新宿平均公顷可发酵糖量均超过双对照,指数选择法能获得较高的遗传增益,可用于糖能兼用甘蔗新品种的评价选择。4.为揭示低温胁迫对甘蔗光合作用的影响和光合参数在甘蔗抗寒性鉴定中应用的可能性,在预备品比圃阶段,选取田间表现较好的7个新品系和2个主栽品种为研究对象,在甘蔗苗期进行低温胁迫处理,研究了各基因型甘蔗形态特征的冷害指数、叶绿素含量及光合特性相关指标。结果表明:随着低温胁迫处理时间的延长,冷害指数不断增大。甘蔗叶片叶绿素含量均降低。叶片净光合速率、气孔导度在低温处理与常温处理间具有显著差异。低温胁迫处理显著降低了各基因型甘蔗最大光化学效率(Fv/Fm)、PS Ⅱ实际光能转化效率(ΦPS Ⅱ)、光适应下PSⅡ反应中心的最大光能转化效率(Fv’/Fm’)、光化学猝灭系数(qP)、电子传递速率(ETR),低温胁迫下初始荧光(Fo)、稳态荧光(Fs)、非光化学猝灭系数(qNP)显著升高。相关性分析表明整个测定时期各指标间相关显著,Fv/Fm、Fv’/Fm’、ΦPSⅡ与冷害指数Ⅰ之间的相关系数达到了 0.800以上。应用隶属函数进行抗寒性综合评价,甘蔗新品系GT08-1092、GT08-1180、GT08-297的抗寒性优于对照ROC22。叶绿素含量、光合参数、荧光参数具有简单快速、准确、无损伤、所需样品材料少等特点,特别适合于甘蔗杂交育种,可以作为甘蔗基因型抗寒性鉴定的重要参考指标。5.为发掘抗寒性相关基因,采用转录组测序技术,以桂糖08-1180和主栽品种ROC22为研究材料,进行了低温胁迫处理和常温对照处理,通过测定基因表达谱,分析差异表达基因。结果表明:8个样品测序产生382684356条clean reads,clean bases 大小为 57.41 G。进行从头拼接后,获得 360404 个 transcripts,183515 个 unigenes。将所有 unigenes 在 NR、NT、KOG/COG、Swiss-Prot、PFAM、KEGG、GO共7个数据库进行比对,有110021个unigenes至少在7个数据库中.的1个数据库显著匹配。基因差异表达分析表明,低温胁迫与常温处理相比,桂糖08-1180有16145个基因的表达发生了变化,ROC22有20317个基因的表达发生了变化,其中ROC22与桂糖08-1180有13113个差异表达基因相同,7204个差异表达基因只在ROC22品种中出现,3032个差异表达基因只在桂糖08-1180品种中出现。低温胁迫下ROC22和桂糖08-1180均表现为上调表达基因多于下调表达基因。差异表达基因的GO富集分析表明,在低温胁迫下,桂糖08-1180所有差异表达基因的富集分别分布在生物学过程、细胞组分、分子功能三大类的20、20、14个功能小类中;ROC22所有差异表达基因的富集分别分布在生物学过程、细胞组分、分子功能三大类的20、20、20个功能小类中。差异基因KEGG富集分析结果表明,桂糖08-1180所有差异表达基因富集到了 121条pathway,ROC22所有差异表达基因富集到了 121条pathway。对桂糖08-1180和ROC22的共有差异表达基因进行功能富集分析,在对寒害逆境反应、膜系统、光合作用方面具有许多相同的功能小类,说明对低温胁迫的应急响应、低温胁迫对膜系统的伤害及光合作用的下降是2个品种的共性。对桂糖08-1180和ROC22的特有差异基因进行功能富集分析表明,ROC22在有机化合物的合成、运输和转运蛋白活性相关的条目富集得较多,而桂糖08-1180表现较复杂,在DNA整合、RNA聚合酶、ADP结合及代谢酶的GO terms富集较多。