大豆抗烟粉虱的鉴定与遗传研究

【摘要】： 烟粉虱[Bemisia tabaci Gennadius]别名棉粉虱,属同翅目粉虱科粉虱亚科,是一种危害范围广、危害程度重、防治难度大的灾害性农业害虫。烟粉虱对大豆的危害也十分严重,一般造成减产20%-30%,甚至绝产。由于具有迁飞能力强、食性杂、体被蜡质保护层、繁殖能力强、易产生抗药性等生物学优势,防治烟粉虱十分困难。采用抗烟粉虱的大豆品种是防治烟粉虱最经济、有效、环保的措施。获得抗烟粉虱的大豆种质、建立大豆抗烟粉虱的鉴定技术体系、了解大豆抗烟粉虱的遗传特性和分子机制是培育抗烟粉虱大豆品种的基础。 本研究利用国内外大豆品种资源为材料,采用多年多点联合鉴定,多个鉴定指标综合分析等方法,研究了大豆抗烟粉虱的鉴定方法,根据这一方法筛选出多个抗、感烟粉虱的大豆种质；利用筛选出的种质构建了抗／感烟粉虱的遗传群体,采用植物数量性状主基因+多基因混合遗传分离分析法,分析了大豆抗烟粉虱的遗传机制；利用SSR分子标记技术分析了大豆抗烟粉虱的分子遗传机理,定位了抗烟粉虱的QTLs;并初步探讨了大豆对烟粉虱的抗性机制。研究结果如下： 1.大豆抗烟粉虱的动态鉴定体系 2004-2008年,在山东济南、冠县两地,分别对419份次国内外大豆品种资源单叶感染烟粉虱成虫的数量,单叶感染烟粉虱若虫的最小值、最大值、平均数和单株感染烟粉虱若虫的最小值、最大值、平均数等进行了调查。在综合分析调查结果的基础上,筛选出滑皮豆等4个高抗和齐黄26等4个高感烟粉虱的标准品种,初步建立了以烟粉虱若虫为调查对象,以单叶感染烟粉虱若虫平均数(MWPL)为抗性评价指标,以标准品种的MWPL为参照,当MWPL (a+d)时为高抗、≥(a+d)-(a+3d)时为抗、≥(a+3d)-(a+5d)时为中间、≥(a+5d)-(a+7d)时为感、≥(a+7d)时为高感的大豆抗烟粉虱的鉴定技术体系。其中a、b分别为4份高抗和4份高感标准品种单叶感染烟粉虱的平均数,d=(b-a)／8。同时分析了烟粉虱若虫在不同结荚习性大豆植株上的分布特点,确定了顶部叶片为有限结荚习性品种的有效调查叶位,中上部叶片为亚有限和无限结荚习性品种的有效调查叶位。在此基础上,该方法可以随着鉴定范围的扩大随时将抗、感性状更突出的品种加入到标准品种中来,形成一种适应范围更广、可比性更强、动态发展的鉴定技术体系。 2.大豆抗烟粉虱的主基因+多基因遗传模式 利用筛选出的高抗烟粉虱种质滑皮豆、东选1号和高感种质齐黄26,组配了齐黄26×滑皮豆(RB1)、滑皮豆×齐黄26(RB2)和东选1号×齐黄26(RB3)等3个杂交组合,在济南构建了JRB1F2、JRB2F2、JRB2F2:3等遗传群体,在冠县构建了LRB1F2、LRB2F2、LRB3F2、LRB2F2:3等遗传群体；调查了各群体的MWPL;采用植物数量性状混合遗传模型主基因+多基因多世代联合分析方法,分析了不同组合、不同世代、不同地点各遗传群体抗烟粉虱的遗传模式。结果表明,不同组合、不同地点的F2群体抗烟粉虱的遗传均符合二对主基因+多基因的混合遗传模式,且主基因的遗传率较高,分别为86.41%、85.72%、95.90%、95.26%、73.18%,多基因的遗传率相对较低。同一组合、不同地点F2：3群体抗烟粉虱的遗传均符合一对主基因+多基因的混合遗传模式,且主基因的遗传率较高,分别为61.86%和97.43%,多基因的遗传率相对较低。不同地点、同一组合、同一世代遗传群体抗烟粉虱的遗传模式相同,但主基因的遗传率有较大差异。说明大豆抗烟粉虱遗传受环境因素影响。综合遗传分析的结果说明,大豆抗烟粉虱性状既受主基因控制,又存在多基因效应,同时受环境因素影响,改良大豆品种对烟粉虱的抗性应重点利用主基因,同时兼顾多基因的积累。 3.大豆抗烟粉虱的QTL定位 在遗传分析的基础上,本研究利用高抗烟粉虱种质滑皮豆和高感种质齐黄26杂交构建的抗／感烟粉虱遗传分离群体JRB1F2为材料,以亲本基因组DNA为模板,采用SSR分子标记技术从600对SSR标记中筛选出157对多态性引物。利用筛选获得的多态性SSR引物,对JRB1F2群体170个个体的基因组DNA进行PCR扩增和聚丙烯酰胺凝胶电泳。利用MAPMAKER/EXP3.0分析软件构建了基于SSR的分子连锁图谱。该图谱包括18个连锁群,覆盖大豆基因组长度的1035.6cM,63个标记位点,标记间平均距离为16.44cM。利用Windows QTL Cartographer2.5分析软件,定位到1个与抗烟粉虱有关的QTL qRwf-d2-1。该基因位点位于D2连锁群上的satt186-satt031区间,LOD值为2.7,对抗烟粉虱性状的解释率为12.47%。 4.大豆对烟粉虱具有多种抗性机制 本研究以213份国内外大豆品种资源为试验材料,利用SSPS16.0分析软件,分析了大豆单叶和单株感染烟粉虱若虫的数量与其结荚习性、株高、底荚高、主茎节数、主茎粗、分枝数、茸毛性状、总荚数、总粒数、单株粒重、荚长、荚宽、百粒重、种皮色、子叶色、蛋白质含量、水溶性蛋白含量、脂肪含量的关系。结果表明,大豆对烟粉虱的抗性与茸毛性状有直接关系。大豆单叶烟粉虱平均数与茸毛长度呈极显著正相关,相关系数为0.740''；与茸毛夹角呈显著正相关,相关系数为0.626''；与茸毛密度呈正相关,相关系数为0.317。这是因为有或无茸毛,茸毛长短、茸毛与叶面的夹角大小、茸毛密度等均直接影响烟粉虱若虫在大豆叶片上的着生。无茸毛或茸毛稀少、茸毛短、与叶面的夹角小,则不利于烟粉虱着生。这类品种对烟粉虱具有较强的拒虫性。水溶性蛋白含量低,不利于烟粉虱的生长发育。大豆单叶烟粉虱平均数与大豆籽粒的水溶性蛋白含量呈极显著的正相关,相关系数为0.909''；与蛋白质含量呈显著的正相关,相关系数为0.166'。水溶性蛋白含量低的品种对烟粉虱具有抗生性。大豆单叶烟粉虱平均数与茎粗呈极显著的正相关,相关系数为0.282''；与单株粒重呈显著的正相关,相关系数为0.165'；与种皮色、子叶色、株高、主茎节数、分枝数、籽粒脂肪含量的相关不显著。不同结荚习性大豆品种单叶感染烟粉虱的平均数也存在显著差异,有限结荚习性亚有限结荚习性无限结荚习性。可见大豆对烟粉虱的抗性受其形态结构、化学成份、农艺性状等影响,既存在拒虫机制,又有抗生机制。选育抗烟粉虱的大豆品种应综合利用这些抗虫机制。