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品种的抗逆性是决定谷子品种优劣的重要因素,而对于控制相关性状的优异基因资源的发掘则是实现谷子遗传资源改良的基础。本研究以160份分别来自美国、荷兰等5个不同国家和山西、河北、吉林、黑龙江等20多个不同地区的遗传背景差异较大的谷子核心种质为供试材料,进行了在不同磷浓度环境下的耐低磷性鉴定,筛选出一批优良具有耐低磷潜力的谷子育种材料,针对筛选出的低磷耐受型和敏感型谷子品种,我们进一步研究了其根系形态对低磷胁迫的响应;根据覆盖谷子全基因组且均匀分布的14191个SNP标记,对包含前期试验供试材料在内的自然群体（287份核心种质）开展全基因组关联分析,以检测不同磷环境下与谷子株高（PH）、叶长（LL）、叶宽（YW）、根长（RL）、茎粗（DMS）、地上部干重（ADW）、地下部干重（UDW）和根冠比（RSR）等性状及其耐低磷系数相关的极显著关联位点,挖掘控制耐低磷相关性状及其耐低磷能力的候选基因区段,同时对极显著关联位点中的优异等位变异进行深入分析,初步确定决定谷子表型变异的遗传变异,也为提高谷子抗逆性和高品质育种提供分子标记信息和优良亲本材料。全文主要研究结果如下:本研究采用隶属函数法对160份核心谷子种质资源进行低磷（LP）和正常供磷（NP）条件下的水培和土培试验,水培试验用于低磷耐性品种筛选,获得低磷耐性（高抗）品种9份、低磷较耐性（抗性）品种46份、中等耐低磷（中抗）品种41份、低磷较敏感（感性）品种47份和低磷敏感（高感）品种17份。将具有代表性的4个低磷耐性和5个低磷敏感型品种进行土培试验,通过根系扫描发现:4个低磷耐性品种的根表面积、根体积、根总长和侧根数在LP环境下相对于NP环境的值均增大,5个低磷敏感品种的以上4种形态在LP环境中并不全部大于NP环境,9个品种的根直径在LP环境下均粗于NP环境。根据群体结构分析可将287份试验材料划分为P1和P2两个类群。其中P1类群包含115份材料,P2类群包含172份。群体内任意两份材料之间的亲缘关系值为0-0.1的占比为72.25%,说明群体中大部分材料之间没有亲缘关系或者亲缘关系较弱,是用于关联分析的良好材料。选择287份核心种质在3个磷浓度环境:E1(0.005 mmol·L-1)、E2(0.25 mmol·L-1)和E3(2.0 mmol·L-1)下进行培养并测定性状PH、RL、LL、LW、DMS、ADW、UDW和RSR,将14191个SNP标记分别对苗期谷子表型、群体结构和基因型及表型耐低磷系数、群体结构和基因型2个模式进行关联分析。结果表明:在P<7.047×10-5水平下,分别检测到84个SNP标记与不同磷环境下的7个性状极显著关联,其中有7个SNP标记同时在多环境中检测到,较为稳定;同时检测到39个SNP标记与6个性状的耐低磷系数极显著关联;这些显著SNP标记所能解释的表型变异范围在6.53%-12.42%之间。根据连锁不平衡分析得出谷子自然群体SNP标记衰减距离约为100 kb,利用phytozome数据库在衰减区域内进行候选基因挖掘,筛选共获得189个基因,其中146个基因已被功能注释,如:Seita.5G236200、Seita.5G237300、Seita.7G023600、Seita.9G553400、Seita.7G082500、Seita.7G16620和Seita.2G134600等7个基因参与磷代谢途径;43个基因功能未知。基于以上检测到的显著SNP标记,发掘了7个与各性状相关、21个与各性状耐低磷系数相关的可用于增强苗期谷子耐低磷能力的优异等位变异,以及相对应的典型材料,其中存在10个稀有优异等位变异的材料,可使性状的耐低磷能力增效最大,典型材料是V56、V13和V208,其余16个优异等位变异均为被自然所选择的优异等位变异,同时具备RL、LW和UDW中所有优异等位变异的典型材料是V176,V17同时具备DMS、LL和RSR中所有优异等位变异,V164和V237同时具备RL、DMS和RSR中所有优异等位变异,V84同时具备LL、LW和RSR中所有优异等位变异。对已筛选出的9个低磷耐性品种V4、V97、V144、V149、V254、V306、V351、V376和V413进行优异等位变异分析,发现9个品种具备的均是不同数量的被自然所选择的优异等位变异,说明这些品种是经过自然进化得到的可靠的低磷耐性（高抗）材料。在挖掘的优异等位变异的基础上,根据双亲互补性原则,我们预测了6组用于苗期谷子耐低磷性改良的亲本组合,作为群体构建的原材料,分别是V176×V17、V176×V84、V164×V84、V237×V84、V56×V176和V13×V176。