密級 ： 論文編號 ： 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 學(xué)位論文 綠豆 組近交系豆象抗性及重要農(nóng)藝性狀 析 I 摘 要 綠豆 L.) 我國主要的食用豆類作物。然 而，豆象是危害綠豆生產(chǎn)的重要倉儲害蟲， 選育抗豆象品種被認為是防治豆象危害的最佳途徑。 綠豆 種子的休眠 性 也 是一個重要的農(nóng)藝性狀 ， 休眠較弱或不明顯的品種 ， 成熟后期或收獲季節(jié)遇高溫多雨 ， 容易發(fā)生穗發(fā)芽，嚴重影響到作物的產(chǎn)量和質(zhì)量 ； 而休眠性過強又 會 導(dǎo)致田間出苗率低，出苗層參差不齊 。 單株莢數(shù)、單莢粒數(shù)、百粒重等是構(gòu)成產(chǎn)量的主要因素。 因此， 培育適度休眠 、 農(nóng)藝性狀 優(yōu)良 的抗豆象品種顯得尤為重要。本研究利用 體 進行豆象抗性、休眠性、百粒重的 粒重和其他重要農(nóng)藝性 狀的上位性互作分析。 旨在 為大粒、適度休眠、抗豆象綠豆新品種的分子標記輔助 育種 提供有關(guān)理論基礎(chǔ)。 其 主要結(jié)果 是 ： 1. 應(yīng)用復(fù)合區(qū)間作圖法，針對綠豆對綠豆象的抗性，在第 9連鎖群 個抗綠豆象主效 獻率在 該 明來自親本 2. 應(yīng)用改進的復(fù)合區(qū)間作圖法，檢測到 3 個 與發(fā)芽勢有關(guān)的 別位于 1、 11 連鎖群，共解釋 表型變異。控制發(fā)芽率的 4 個 ，分別位于 1 和 11 連鎖群，共導(dǎo)致 表型變異。 影響百粒重的 7 個，分別位于第 2、 8、 9、 10、 11 連鎖群，共 解釋 表型變異。對 3 個性狀進行兩位點互作分析結(jié)果表明共有 26 對達顯著 水平 的互作位點影響這些性狀。這些互作位點分布于除第 13 連鎖群外的其他 12 條連鎖群上， 單個貢獻率變動 在 其中 有 1 對 互作 發(fā)生在主效 間， 8 對 互作 發(fā)生在 非連鎖標記 位點 之間，其余均發(fā)生在非連鎖標記 位點 之間。 3. 應(yīng)用改進的復(fù)合區(qū)間作圖法， 對 北京和廣西兩個 生態(tài) 環(huán)境 下種植的 體分別調(diào)查 株高、 主莖節(jié)數(shù)、 主莖分枝數(shù)等 11 和 14 個重要農(nóng)藝性狀并進行 析 ，結(jié)果 表明兩環(huán)境下 共檢測到 81 個 其中北京 29 個，廣西 52 個， 但在 兩 種植環(huán)境下 相同的 有 6 個。 這些布于除 綠豆 第 13 連鎖群外的所有 12 條連鎖群上，解釋了大部分的 表型 變異。 其中， 北京檢測到的 點的遺傳效應(yīng)值介于 效應(yīng)值大于 10%的位點 有 7 個，其余 10%之間；廣西 檢測到 的 遺傳效應(yīng)值介于 間 ，效應(yīng)值大于 15%的 7 個，大部分介 于 5% 15%之間，效應(yīng)值小于 5%的微效 檢測到了12 個位點。 對 這些重要農(nóng)藝 性狀進行兩位點互作分析結(jié)果表明，北京和廣西分別檢測 97 和 106對 達顯著 水平 的互作 。這些互作位點分布于除第 13 連鎖群外的其他 12 條連鎖群上， 互作位點對性狀的單個貢獻率變動范圍為 共檢測到 12 對主效 非連鎖 標記位點 之間的互作，其中北京 6 對 ， 廣西 6 對，其余均發(fā)生在非連鎖標記 位點 之間。 關(guān)鍵詞 ： 綠豆 ， 體 ， 位 ， 上位性互作 ， 綠豆象 ， 休眠性 ， 農(nóng)藝性狀 L.) is of of to of L). is a in in is an as it to an of in is In we . a It be to AB an in as 1. to . As a a on of It is a TL of TL of 2. to TL 3 on on 1 of 4 on on 1 of 7 on ,8,9,10,11 of on of 3 3th 6 of 1 8 3. to TL of 81 29 2 6 of on of 3 3th of 7 0%, % 0%. 7 5%, 12 % ,% 5%. 9706of 12 TL in 錄 第一章 緒論 . 1 統(tǒng)數(shù)量 遺傳研究及進 展 . 1 量性狀的特點 . 1 期的數(shù)量性狀遺傳研究 . 2 量遺傳 分析模型的發(fā)展 . 2 量性狀基因 (圖 . 3 子標記 . 3 圖群體 . 3 圖方法的發(fā)展 . 4 位的主要應(yīng)用 . 5 豆象研究進展 . 6 豆象的形態(tài)特征 . 6 豆象的生活習(xí)性和生活史 . 7 用豆類抗豆象機理研究 . 8 子休眠的研究進展 . 13 子休眠的概念 . 13 子休眠的意義 . 14 子休眠的原因 . 14 子休眠與萌發(fā)的調(diào)控機理 . 15 子休眠性 遺傳研究簡介 . 16 豆其他重要農(nóng)藝性狀研究簡介 . 16 第二章 綠豆 組近交系對綠豆象抗性的 析 . 18 料與 方法 . 18 試材料 . 18 田間實驗 . 18 源的采集和飼養(yǎng) . 19 蟲鑒定 . 19 位 . 19 果與分析 . 20 本及 體的抗蟲表現(xiàn) . 21 綠 豆象 測 . 23 論 . 23 用 豆象抗源的意 義 . 23 綠豆象的抗性是典型的 1 對主基因 +多基因數(shù)量遺傳模型 . 24 一步的研究方向 . 24 第三章 綠豆 . 25 料與 方法 . 25 試材料 . 25 間實驗 . 25 粒重的稱量 . 25 準發(fā)芽實驗 . 25 據(jù)分析及 位 . 26 果與分析 . 26 組近交系群體 (芽勢、發(fā)芽率及百粒重評價 . 26 組近交 系群體 (芽勢、發(fā)芽率及百粒重的相關(guān)分析 . 26 組近交系群體 (芽勢、發(fā)芽率及百粒重的方差分析 . 27 組近交系群體 (芽勢、發(fā)芽率及百粒重的 析 . 28 組近交系群體 (芽勢、發(fā)芽率及百粒重的上位性互作 分析 . 30 論 . 32 V 眠性 檢測結(jié)果與先前研究的比較 . 32 粒重 檢測結(jié)果與先前研究的比較 . 33 種互作效應(yīng)的比較 . 33 第四章 綠豆 組近交系重要 農(nóng)藝性狀的 析 . 35 料與 方法 . 35 試材料 . 35 間實驗 . 35 據(jù)分析及 位 . 35 果與分析 . 36 組近交系群體重要 農(nóng)藝性狀評價 . 36 組近交系群體重要 農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析 . 39 體單株產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的逐步回歸分析 . 41 組近交系群體重要 農(nóng)藝性狀的 析 . 41 組近交系重要農(nóng)藝性狀的 上位性 互作分析 . 51 論 . 65 要農(nóng)藝性狀表型相關(guān)和 回歸關(guān)系復(fù)雜 . 66 要農(nóng)藝性狀的 位受環(huán)境影響很大 . 66 第五章 全文結(jié)論 . 68 參考文獻 . 69 致謝 . 80 作者簡歷 . 81 文縮略表 英文縮寫 英文全稱 中文名稱 重組近交系 量性狀基因位點 子標記輔助育種 洲蔬菜研究與發(fā)展中心 PI 白酶抑制劑 豆胰蛋白酶抑制劑 GE 芽勢 GP 芽率 00粒重 高 of 莖節(jié)數(shù) of 莖分枝數(shù) od 長 od 寬 株莢數(shù) 莢粒數(shù) 株產(chǎn)量 區(qū)產(chǎn)量 to 種到出苗天數(shù) to 種到始花天數(shù) to 種到開花天數(shù) to 種到始熟天數(shù) to 育期 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 碩 士學(xué)位論文 第一章 緒論 1 第一章 緒論 綠豆 .) 2n=22）是豆科 (形花亞科（ 豆族（ 豆屬（ 物中的一個種，英文名 一年生草本自花授粉植 物，是我國主要食用豆類作物。綠豆營養(yǎng)豐富，醫(yī)食同源，是人們理想的營養(yǎng)保健食品。同時，綠豆的生育期短，播種適期長，耐瘠性強，并具有生物固氮能力，可以與禾谷、棉花、薯類等間作套種， 也 是良好的救荒和填閑作物（程須珍， 2000）。然而，多年來，綠豆 一直被視為小宗作物，未得到應(yīng)有重視，研究水平相對滯后。 綠豆的許多重要經(jīng)濟和農(nóng)藝性狀是具有復(fù)雜遺傳基礎(chǔ)的數(shù)量性狀。長期以來遺傳育種學(xué)家一直在渴求了解這些數(shù)量性狀的遺傳機理，識別引起性狀變異的基因，從而在分子水平上對這些基因進行操作。數(shù)量性狀基因位點 指對數(shù)量性狀的變異有較大影響的單個基因或緊密連鎖的基因簇（ 1975） 。 及建立在此基礎(chǔ)上的遺傳分析模型的應(yīng)用提供了理論依據(jù)，為綠豆育種方案的切實實施開辟了新途徑。 綠豆象（ .）屬鞘翅目（ 象科（ 一個種，是危害 綠豆及其他豇豆屬食用豆類 最嚴重的倉儲害蟲。 綠豆象的初侵染在田間發(fā)生，成蟲在嫩豆莢上產(chǎn)卵，卵羽化為 幼蟲穿過莢皮蛀入種子內(nèi)部取食，并隨 綠豆 收獲帶入倉內(nèi)進行為害， 綠豆 被咬食后重量會降低 張耀文等， 2000），產(chǎn)量損失約 30% 56%（ 1978）。成蟲羽化后引起第 2次侵染，甚至整倉 綠 豆受損（ 2000）。由于缺乏抗蟲品種，長期以來，人們對豆象的防治主要依賴于化學(xué)殺蟲劑，但常因處理不及時而防效甚微，且存在農(nóng)藥殘留和污染等問題 。 綠豆中穗發(fā)芽現(xiàn)象也很嚴重， 成熟后期或 收獲季節(jié)遇高溫 多雨 ，會造成綠豆產(chǎn)量和品質(zhì)的嚴重降低。我國是綠豆的 起源中心和 主要產(chǎn)區(qū)，因此，對綠豆 抗蟲 性及 重要農(nóng)藝性狀進行 對 加速綠豆優(yōu)良種 異基因 的發(fā)掘和 新 品種的選育 具有重要意義 。 統(tǒng)數(shù)量遺傳研究及進展 量性狀的特點 數(shù)量性狀 是指 在分離群體中表現(xiàn)出連續(xù)不斷的變異范圍，各種變異表現(xiàn)的頻率分布 接近于正態(tài)分布，而不能象孟德爾觀察的質(zhì)量性狀那樣可 進行簡單明確 分組 的性狀 。這種連續(xù)變異必須具備一個條件，即控制該性狀的多基因同時發(fā)生分離，因而數(shù)量性狀的基因仍然服從孟德爾的三大遺傳學(xué)規(guī)律，只是由于控制同一性狀的基因很多，單個基因作用很小，當微效多基因在分離世代發(fā)生重組時，表現(xiàn)型就呈現(xiàn)出近似 正態(tài)分布。 1909）提出了多基因假說，認為數(shù)量性狀是受許多微效基因的共同影響。但是近幾十年來，大量的理論研究和實驗結(jié)果表明，真實的數(shù)量性狀既受數(shù)目較多的微效基因的影響，還受一個或少數(shù)幾個起主導(dǎo)作用的主效基因的影響，即是一種主基 因 多基因的混合遺傳模式 (1988； 1988； 996)。 由于作物 的許多 經(jīng)濟性狀或農(nóng)藝性狀 (包 括產(chǎn)量、品質(zhì)、抗逆性等 )大 多 是數(shù)量性狀，因此，對數(shù)量性狀的研究一直是遺傳學(xué)研究中的重要分支。 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 碩 士學(xué)位論文 第一章 緒論 2 期的 數(shù)量性狀遺傳研究 數(shù)量性狀的遺傳研究可追溯到 19世紀。 1885）報道了 205對父母與其 930個后裔的身高關(guān)系。其后 ， 1916）陸續(xù)提出了 13種密度函數(shù) ， 用以描述數(shù)量變異的分布 ，但當時數(shù)量性狀的研究并未受到重視 。 1900年 ， 孟德爾遺傳定律在塵封 35年后被重新發(fā)現(xiàn) ， 數(shù)量遺傳研究開始迅速發(fā)展。 1909） 根據(jù)小麥粒色深淺的分離分析提出了數(shù)量性狀遺傳的多因子假說 ， 認為數(shù)量性狀受多個具有累加作用的因子控制 ， 而這些因子 均 按孟德爾方式遺傳 ，其中 控制屬性性 狀的基因稱為主基因 ； 而 控制 數(shù)量性狀的基因稱為微效基因 ， 組成 了 多基因體系。 后來 ， 1913）和 1915） 在玉米和煙草上也得到類同的實驗驗證。 1918年， 一步從理論上證實了多基因假說的存在。 1941年 ， 多基因體系 ” 假說，發(fā)展了多基因假說。 量遺傳分析模型的發(fā)展 20世紀 60到 80年代，在各類植物做了大量有關(guān)多基因體系及基因效應(yīng)的研究 ， 但這類研究都只能從多基因總體上作一些探討 ， 無法追蹤個別基因。 986， 1990)提出一個用于植物遺傳數(shù)據(jù)分析的單基因 多基因遺傳模型 ， 其 中的單基因是可直觀鑒定的 ， 后代個體的基因型可以明確分類。然而，這一方法僅適用于某個已知的主基因?qū)α硪粋€性狀也產(chǎn)生影響的情形。一般情況下 ， 主基因即使存在 ， 人們對它的了解也不多 ， 更不可能對個體的主基因型進行分類 ，因此這一模型的應(yīng)用有很大的局限性。莫惠棟 (1993)分析了一對主基因存在時主基因 多基因混合遺傳性狀在各個世代的遺傳組成以及遺傳參數(shù)估計問題 ， 并把這類性狀稱為質(zhì)量 數(shù)量性狀。由于 其建議采用后裔 測驗方法 ， 通過聚類分析確定 種方法只有當主基因效應(yīng)充分大時 ， 才能將 不便于處理主基因效應(yīng)不突出、主基因表現(xiàn)為顯性或超顯性以及主基因?qū)?shù)多于一對的情形。 994)研究了在 對主基因是否存在、主基因是否表現(xiàn)為加性或完全顯性進行檢驗。姜長鑒等 (1995)將極大似然估計法和 2、 基因模型分析 ， 并以大麥、水稻株高遺傳為例作了說明 ， 將主基因 多基因遺傳模型在植物上的應(yīng)用推進了一步。 以上 所列方法雖然應(yīng)用了主基因與多基因的混合遺傳模型 ， 但主要著眼于主基因的分析 ， 對多基因效應(yīng)尚未重視 ， 可供選擇的模型也較少；其次 ， 所研究的一般僅限于 外 ， 所試驗的材料一般均以單株為單位 ， 而單株時期試驗誤差常比較大 ， 試驗的精確度不夠。由于以上原因 ， 王建康 、 蓋鈞鎰 （ 1998）對兩個純系親本雜種后代檢測 考慮了植物雜種后代可能的供試分離群體 ， 建立 了 元明等 （ 2000） 又拓展了分離世代類型，包括 蓋鈞鎰 等（ 1998）拓展至家系重復(fù)實驗，包括了多個家系世代重復(fù)實 驗的聯(lián)合分析；并于 2000年拓展至更為復(fù)雜的遺傳模型，包括 2對主基因 多基因混合遺傳模型，從而進一步完善了主基因 多基因模型。 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 碩 士學(xué)位論文 第一章 緒論 3 量性狀基因 (圖 20世紀 80年代， 對單個 析 成為可能。 而將 估計其遺傳效應(yīng)的過程。 自 1988）第一次運用分子標記進行番茄的 已有大量的關(guān)于 圖 的 一般步驟包括： 構(gòu)建染色體組的 子標記遺傳連鎖圖。 選擇具有極端相對性狀的純系進行雜交，獲得適宜的作圖群體，如雜交 、回交 1 代、 重組近交系 (單粒傳系 (加倍單倍體系 (群體。 檢測世代群體中每一個體的標記基 因型和數(shù)量性狀值，采用適當?shù)脑囼炘O(shè)計減少外界環(huán)境對數(shù)量性狀表 型值 的干擾。 分析標記基因型和數(shù)量性狀 表型 值的相互關(guān)聯(lián)，確定 染色體上的相對位置，估計 子 標記 20世紀 80年 代，由于生物技術(shù)的發(fā)展，特別是 1991年人類基因組計劃的起動，基因組的 分子多態(tài)性，被大量開發(fā)出來。 這些分子標記在整個基因組座位上具有廣泛的多態(tài)性，使其標記 常用的分子標記有： 。理想的分子標記應(yīng)具備中性 (共顯性 (準確性 (廣布于整個基因組 (標記間的平均遺傳距離小于 15 20基本特征。 其 中， 圖群體 用于 括起來分為：初級群體 ( ，次級群體 (和 高級群體 (。早期用于 級群體具有構(gòu)群簡單、快速等特點。但由于遺傳背景的干擾，用初級群體很難檢測出效應(yīng)小的 級群體是在相似的遺傳背景上進行 除了大部分遺傳背景的干擾及 高了 級作圖群體完全去除了遺傳背景的干擾，使 體是由所選的親本雜交后得到的 自交 后 得到的群體。 體的構(gòu)建比較省時，不需要很長時間 就 可以得到一個較大的群體。但由于 每一個 單株 都是唯一的，只能用一 代，不能設(shè)置重復(fù)試驗，且 株所提供的 限，因而限制了該群體的利用，特別是對 圖，其缺點更為突出。 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 碩 士學(xué)位論文 第一章 緒論 4 回交 (體 回交群體是由 與一親本回交產(chǎn)生的群體。由于該群體的配子表型少，統(tǒng)計及作圖分析較簡單，但提供的信息卻少于 體，且可提供作圖的材料有限，不能多代使用。 加倍單倍體 (體 加倍單倍體是通過對 誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體植株，再經(jīng)染色體加倍而獲得的純和二倍體分離群體， 體也能長期保存，但構(gòu)建 體首先要考慮親本的基因 型 是否 純和，不適合的親本基因型難以得到足夠的單倍體植株，此外熟練的組培技術(shù)也是構(gòu)建 體的關(guān)鍵。 重組近交 系 (體 重組近交系 群體是由 體連續(xù)自交