四川小麦穗发芽抗性鉴定及相关分子标记有效性验证

摘要

小麦穗发芽（ Pre-harvest sprout, PHS）指小麦在收获前遇到阴雨或潮湿环境，导致麦粒在穗上发芽的现象。这不仅使小麦的产量下降，而且严重劣化了小麦的加工品质和种用价值。穗发芽是一种世界性的自然灾害，世界上许多国家的麦区都遭受它的危害，我国西南麦区、长江中下游麦区和东北麦区是穗发芽危害比较严重且发生频率较高的地区。因此,鉴定、筛选、发掘优良抗穗发芽的种质资源，研究其抗性遗传机制及分子机理，已成为目前国内外小麦种质资源研究和培育抗穗发芽品种的关键问题之一。
　　为了研究四川省小麦品种（系）的穗发芽抗性状况，本实验以90份四川小麦品种（系）为供试材料（包括43份近两年参加四川省区域试验材料和47份近两年四川育成品种，均由西南科技大学小麦研究所提供），于2013年10月下旬播种于西南科技大学小麦研究所农园基地，并于蜡熟期收获，且没有受到降雨的影响，用整穗发芽法、培养皿籽粒发芽法对这些材料进行了穗发芽抗性鉴定，并对22个 SSR标记和3个 STS标记的有效性进行了验证，综合分析了这些材料的穗发芽抗性状况，结果如下：
　　1、整穗发芽法和培养皿籽粒发芽法对90份四川小麦材料进行了穗发芽抗性鉴定，分别计算了整穗发芽率(spike germination rate, SGR)和发芽指数(germination index, GI)， SGR均值为42.7％，变异幅度为0.4%~90.3%；GI均值为20.7%，变异幅度0.1%~51.9%。其中22份材料 SGR与 GI同时低于10%，这些材料具有较强的穗发芽抗性，如川重组104、绵麦40、CD012541、绵06-374、南12B991、川农19、杏麦2号、SW12011、绵麦43和 CD011-鉴57等。
　　2、基于 GI、SGR为变量进行聚类，供试材料被分为2个大组群，建立了聚类树状图。基于发芽指数(GI)为变量的聚类分析，共筛选出29种高抗品种，基于整穗发芽率 SGR为变量的聚类分析，共筛鉴定为选出31种高抗品种。综合分析，其中27种材料被两种方法同时鉴定为高抗品种，分别是南12B991，川重组104，杏麦2号， CD012541，绵麦40，绵06-374，川农19， CD011-鉴57，绵麦43，SW12011，川育24，绵麦45，川育23，绵麦37，南13D921，西科麦4号，绵农4号，南12品 B985，川重组125，西科麦8号， BL227，绵麦41，川麦42， BL10-285，蜀麦482，绵麦42，绵麦185。
　　3、90份材料中，按种皮颜色可分为红籽小麦和白籽小麦。其中红籽小麦82份，白籽小麦8份。红籽小麦 GI均值20.1%，变异幅度为0.1%~48.2%；SGR均值42.2%，变异幅度为0.4%~89.7%。白籽小麦 GI均值26.5%，变异幅度为3.7%~41.4%；SGR均值53.5%，变异幅度为9.2%~90.3%。白粒小麦的 SGR、GI均值比红粒小麦的略大，变异范围无明显区别。种皮颜色与 GI、SGR进行相关分析结果表明，小麦种皮颜色与 GI， SGR相关系数分别为-0.126和-0.106，相关不显著，说明种皮颜色与小麦穗发芽抗性没有关系。GI与 SGR的相关系数为0.832，表现为显著正相关。
　　4、采用 PCR扩增、琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳两种方法对所选与穗发芽抗性相关的22对 SSR引物进行有效性验证，其中1对引物没有扩增出条带，其中 Xbarc170等8对引物只扩增出一条带，其中3对引物的多态性有2个分别是 Xgwm155、Xcfd223、Xbarc294，其中 Xbarc310等8对引物的多态性是3个，其中2对引物 Xwmc468、Xgwm282的多态性有4个。可将引物的多态性位点命名为 A， B， C， D等不同的条带类型，将分子标记等位类型与SGR、GI值进行相关性分析。参照张海萍等的方法，从而确定扩增出那种条带或没有扩增条带的品种穗发芽芽抗性较差或较强，同时对该引物的有效性得到进一步检验。结果表明，22对 SSR标记只有5个标记与穗发芽抗性具有较好的相关性，分别是 Xgwm566， Xgwm60，Xbarc310，Xwmc468，Xgwm282。2对分子标记等位类型与 GI、SGR相关分析不一致，与 GI相关且显著，而与 SGR相关但不显著，这2个标记 Xcfd223、Xgwm106能否用于小麦穗发芽抗性分子鉴定还需进一步验证，剩余的分子标记不适合这些材料穗发芽抗性的筛选鉴定。
　　5、采用 PCR扩增、琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳检测方法对 STS标记 Vp1B3、Dorm-1、Mst101的有效性进行了验证，结果表明标记 Vp1B3扩增出4种片段类型，569 bp、652 bp、845 bp及杂合带型（569 bp、652 bp），分别命名为 Vp-1Ba、Vp-1Bb、Vp-1Bc和 Vp-1Ba+b，能扩增出杂合带型 Vp-1Ba+b条带的品种表现为强的穗发芽抗性，而扩增出其它片段类型的品种为易穗发芽品种类型；标记 Dorm-1能扩增出2种类型的条带，71份品种可以扩增出单一的468 bp片段，19份材料可以扩增出468 bp和606 bp的杂合带，没有扩增出已报到的606 bp的单一条带；标记 Mst101能扩增出2种片段类型，即400 bp（ A类）片段和425 bp（ B类）。其中18份材料可以扩增出单一的 A片段，72份品种可以扩增出 B类片段片段，等位片段类型与 GI、SGR进行相关分析，结果表明等位片段类型与 GI，SGR相关性不一致，能否用于这些供试材料的穗发芽抗性筛选还需进一步验证。

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1 小麦穗发芽研究综述

1.1 小麦穗发芽的危害

1.2 穗发芽的生理生化过程

1.3 穗发芽的影响因素

1.4 小麦穗发芽的抗性鉴定

1.5 小麦穗发芽的分子生物学研究

1.6 研究目的和意义

2 材料与方法

2.1 材料

2. 2 实验方法

3 结果与分析

3.1 小麦基因组 DNA 提取及检测结果

3.2 小麦穗发芽抗性鉴定

3.3 小麦穗发芽抗性与种皮颜色的相关分析

3.4 整穗发芽率与籽粒发芽率的相关分析

3.5 与穗发芽抗性相关分子标记的有效性验证

4 讨论

4.1 种皮颜色对穗发芽抗性的影响

4.2 整穗发芽法与籽粒发芽法的相关性分析

4.3 聚类分析

4.4 SSR 标记有效性验证

4.5 STS 标记 Vp1B3、Dorm-1、Mst101的有效性验证

结论

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

参考文献