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《中国农业科学院》 2012年
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超级杂交稻协优9308重组自交系抽穗期QTL定位及其与产量性状关系的研究

戴高兴  
【摘要】:超级稻育种作为继半矮秆育种和杂种优势利用后的第三次革命,能大幅提高水稻产量从而有效缓解国内乃至世界粮食安全危机。但利用了籼粳杂种优势的超级稻,常会出现超亲晚熟以及F1结实率对环境敏感现象而影响使用价值。抽穗期和产量性状作为决定水稻应用价值的重要农艺性状,探索两者的遗传控制及关系对于超级稻的选育和推广具有重要意义。 本研究以超级杂交稻协优9308(协青早B×中恢9308)的重组自交系(RIL)群体为试验材料,多年份多环境条件下对水稻抽穗期、感光性、叶片发育动态和产量性状进行了QTL定位和分析,主要研究结果如下: 1.以RIL群体262个株系、亲本和F1为材料,2010年、2011年种植于浙江富阳、广西南宁和海南陵水等地,通过考察抽穗期表型,结合分子遗传连锁图谱,利用winQTL Cart2.5软件对两年三地数据进行分析。共检测到10个显著影响抽穗期的QTL,分布于第4、5、6、7、8和第10染色体上,单个QTL可解释的表型贡献率介于2.39%-21.24%之间。其中qHd7-6能比较稳定地表达,在富阳点和南宁点2年的试验中都被检测到,贡献率介于7.29%-18.75%之间,增效等位基因来自于父本中恢9308。qHd6-1能在两个点检测到,加性效应来自母本协青早B。其它8个抽穗期QTL仅能在1个试验点被检测到。 2、应用基于MCIM的分析方法,采用QTLNetwork2.0对两年三地抽穗期数据进行联合检测,共检测到15个抽穗期QTL。其中4对具有显著水平的加性×加性上位互作效应的QTL,即qHd6-1对qHd7-17、qHd6-10对qHd10-6、qHd5-13对qHd6-20、qHd6-10对qHd8-3等,单个QTL贡献率介于0.30%-3.53%之间。8个QTL与环境间存在较为明显的互作,分别是qHd1-15、qHd4-2、qHd5-1、qHd6-4、qHd6-10、qHd7-6和qHd10-6。单个QTL对表型变异的贡献率都较小,最大的为10染色体上的qHd10-6,但都没超过1.28%。除了qHd10-6与环境互作的贡献率略大于自身加性效应的贡献率,其它QTL与环境互作的效应均小于QTL本身的加性效应贡献率。 3、以RIL群体150个株系、亲本和F1为材料,设置人工短日照(10h/d)处理,2010年和2011年共检测到3感光QTL,qPs5-1、qPs7-6和qPs11-8,分别分布于第5、7和第11染色体,贡献率大小介于6.75%-15.00%之间,增效等位基因均来自于父本中恢9308。其中qPs7-6位点在2年内都能稳定表达,根据其在染色体上的位置推测,qPs7-6与Ghd7和E1为同一位点或等位基因。 4、以RIL群体150个株系、亲本和F1为材料,采用条件分析方法结合复合区间作图法,对叶片发育动态进行QTL定位。在被测定的9个时期,一共在6个时期检测了5个非条件QTL,qLN2-1、qLN2-2、qLN2-3、qLN2-4和qLN4-1,分别位于第2、2、2、2和第4染色体上,可解释的表型变异率介于10.16%-16.48%之间,其中qLN2-1和qLN2-4能在2个时期检测到。检测到2个条件QTL,qLN2-1和qLN2-4,2个条件QTL都只在一个时间段表达,增效等位基因来自母本协青早B,可解释的贡献率分别为13.5%和10.17%,其对应的非条件QTL都能在同一时期检测到。从条件QTL qLN2-1和qLN2-4表达的时期来看,与拔节期和抽穗盛期的形态特征相吻合。qLN2-1、qLN2-2、qLN2-3和qLN2-4倾向于成簇分布,从叶片数与生育期的高度相关来看,该QTL簇可能存在着相关的抽穗期QTL。抽穗期QTL检测在该成簇区间存在抽穗期QTL qHd2-17。 5、以RIL群体260个株系、双亲及F1为材料,2010年、2011年种植于浙江富阳和广西南宁两地,通过考察产量构成因子如穗长、穗粒数、穗实粒数、千粒重、有效穗、株高等8个性状的表型,结合分子遗传连锁图谱,两年内共定位到分布于第1、3、6、7、8和第9染色体的共计18个QTL,单个QTL对表型的贡献率介于7.20%-24.52%之间。其中株高QTL最多,共4个,其次是穗粒数QTL3个、穗实粒数QTL3个、穗长QTL3个、有效穗QTL2个、千粒重QTL2个、单株产量QTL1个。在这18个QTL中,能在两个试验点被检测到的有qPh3-16、qPp3-9、qPh7-6、qPp8-13、qPl6-12、qPl9-13、qNspp1-14、qNfpp7-6、qTgw3-7和qTgw6-17等10个。相关性分析表明:抽穗期、株高、穗长、穗粒数、穗实粒数和单株产量均呈正相关或显著正相关,抽穗期和株高与有效穗均显著负相关。作为单株产量三要素,有效穗、穗粒数和千粒重与单株产量都表现出显著性以上正相关。其它性状之间呈现复杂的相关性。 6、通过与已定位QTL物理位置比较以及利用已克隆QTL序列与亲本序列比对,本研究检测到的QTL中,qHd4-2与Hd11、qHd6-1和qHd6-3与Hd3、qHd6-10与Hd1、qHd7-6与Ghd7、qHd8-3与Hd5可能等位。第3染色体上千粒重的QTL qTgw3-7与已克隆的粒长粒重主效控制基因GS3可能等位。第7染色体上控制穗实粒数的qNfpp7-16和控制株高的qPh7-16该区间与已克隆的qSSP7可能等位。 7、广适性是实现了高产要求后的超级稻育种第二阶段目标。·抽穗期和产量性状作为超级稻广适性的决定因素,感光性在其中起着重要作用。而在我国粳稻品种中,作为中稻或晚稻种植的品种感光性相对较强,而东北地区的粳稻品种感光性较弱。因此,此后在超级稻选育过程中,应依据各稻区日照长短的不同来选择超级稻恢复系的粳稻血缘,短日条件下可选育适当的强感光粳稻作为原始亲本或中间亲本,而长日条件下的单季稻区中稻和双季稻区早稻,可利用东北稻区弱感光或不感光的粳稻品种作为恢复系的原始亲本或中间亲本,应极力避免选用带强感光位点E1的华北地区粳稻品种。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:S511

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