论文部分内容阅读
大豆是我国最主要的油料作物之一,年消费量超过一亿吨。2017年我国大豆进口量超过9500万吨,占总消费量的80%以上。近年来,大豆供需的严重失衡,已对我国的粮食安全造成了巨大的威胁。此外,生产上往往为获得高产而过量施肥,不仅增加了成本,而且还会带来环境污染等问题。氮肥是农业生产中施用量最大的肥料,也是造成农业环境污染的主要因素。因此,如何降低环境中的氮投入,在减少施肥的条件下保持产量,已成为植物营养领域研究的热点和难点。生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮气还原成氨的过程,是一种清洁环保的氮源。大豆是一种具有较高固氮效率的豆科作物,在农业氮循环体系中具有不可替代的作用。因此,挖掘高产位点/基因,提高大豆产量,对降低我国对进口大豆的依赖具有重要意义;同时,提高大豆生物固氮效率,减少氮肥施用量,可为农业减肥增效提供新思路。本研究以大豆品种冀豆12和冀nf58及其衍生的175个F9:11重组自交系（RIL）群体为研究材料,构建新的大豆遗传图谱;在此基础上,通过田间接种/不接种高效根瘤菌处理,挖掘接种根瘤菌对主要农艺性状及产量的影响,并定位控制这些性状的QTL位点。主要研究结果如下:（1）大豆19个主要农艺性状的遗传特性分析表明:各性状的遗传率都较高,变化范围在0.460.98之间。除茎干重外。接种环境下,株高的遗传率最高,为0.98;茎干重的遗传率最低,仅为0.46。各性状的变异系数在4113%之间,变异系数最小的为蛋白含量,两种环境下均为4%;变异系数最高的为不接种条件下小根瘤干重,高达113%。各性状的峰度和偏度结果显示,除接种环境下茎干重外,其它性状的峰度和偏度绝对值均小于1,符合正态,可用于后续的QTL作图分析。（2）产量和品质性状与其它农艺性状的相关性分析结果显示:共有15个性状与产量极显著正相关,相关系数在0.310.90之间;其中单株粒数和根干重与产量相关性最高。此外,蛋白含量与产量显著负相关,相关系数为-0.17;蛋白含量和油分含量极显著负相关。蛋白和油份含量分别与6个和8个农艺性状极显著相关,相关系数分别在-0.410.27和-0.380.29之间;大根瘤数目与蛋白含量正相关性最高、与油分含量负相关性最大,粒数与蛋白含量负相关性最大、而与油分含量正相关最高。（3）接种根瘤菌显著影响大豆主要农艺性状。接种高效根瘤菌显著提高大豆植株生物量,表现在接种后叶干重、茎干重和根干重极显著增加,增加幅度分别10.7%、21.3%和7.9%。接种高效根瘤菌显著改变大豆根构型,接种后群体根系变浅,根干重以及部分根形态指标（根长和根表面积）极显著增加。（4）利用133对在亲本间呈现多态性的SSR标记构建了新的遗传图谱。该图谱总长度为2069.77cM,覆盖了SoyBase（https://soybase.org）上超过60%的已知公共大豆连锁图谱。每个连锁群覆盖基因组范围在28.7cM163.8cM之间,且各标记之间的平均距离为15.56cM。构建的图谱中大多数SSR标记的顺序和距离与已知大豆公共遗传连锁图谱SoyBase上一致。（5）QTLs定位分析结果表明,共获得相关QTL位点87个,分布在13个连锁群上,平均每个性状检测到4.35个QTL位点;其中23个QTL位点在接种/不接种两种条件下都能稳定检测到。在不接种条件下,检测到39个QTL位点,分布在D1a、N、C2、O、B1、F、B2、D2、L和I共10个连锁群上;接种条件下检测到48个QTL位点,分布在D1a、C2、M、O、D2、B1、N、H、E和L10个连锁群上。检测到的QTL位点中,LOD值在2.518.86之间;LOD值最小的是荚数q-PN-O,2.5,最大的为根干重q+RW-C2,18.86。遗传贡献率在3.39%28.98%之间;遗传贡献率最小的为株高q+PH-1-N-1,3.39%;遗传贡献率最大的是分枝数q+BN-C2,28.98%。并且QTL位点在连锁群上的分布不均匀,存在聚集成簇的现象;其中C2、O、B1和L四个连锁群上分布有29、27、8、8个QTL位点,占所有位点的82.75%。表明这些性状可能由同一基因或紧密连锁的多基因控制。综上所述,大豆各农艺性状间都存在较为复杂的关联。接种根瘤菌虽然对大豆的主要农艺性状都产生了一定的影响,但仍具有较高的遗传率,表明这些性状主要受遗传调控。因此,可根据不同性状的遗传特性,进行选择性筛选鉴别,挖掘具有增产潜力的QTL位点,并运用于品种改良和培育新品种中。同时,本研究检测到一些新的QTL位点,不仅为后续相关性状的精细定位提供了遗传基础,也可为未来品种改良以及遗传育种提供参考。