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甘蓝型油菜硼营养高效的生理机制和遗传基础研究

徐芳森  
【摘要】: 植物营养遗传学是80年代逐步发展起来的一门新兴的交叉学科,研究范围涉及到多种矿质养分和盐、酸、重金属等胁迫环境。硼是植物必需的微量营养元素,我国耕地缺硼面积为3333.3万公顷。甘蓝型油菜需硼量多而且对缺硼敏感,其主产区恰好位于我国土壤有效硼缺乏或缺乏严重的区域。本论文是在王运华等筛选获得甘蓝型油菜硼高效品种和硼低效品种的基础上,运用植物营养学、遗传学和分子生物学的原理和技术,研究甘蓝型油菜硼高效的生理机制、遗传规律和分子生物学基础,获得的主要结果如下: 1.在硼高效的生理机制方面,提出硼素运转能力强是硼高效的主要生理机制之一 1.1 硼的利用效率决定硼效率的高低.在苗期缺硼条件下,高效品种生物学干重平均比低效品种高35.9%.而植株硼含量高效品种低于低效品种,两者相差33.0%.缺硼条件下,硼的经济系数高效品种为0.146,而低效品种为0.098。 1.2高效品种茎中相对较高的硼含量有利于硼的运转和再利用.苔期缺硼条件下,高效品种叶片、茎和叶柄间硼含量的比值为1∶0.94,而低效品种为1∶0.71. 1.3 硼效率与硼运转能力密切相关。苗期和苔期缺硼时,硼运转系数高效品种分别为0.345和0.517,而低效品种分别为0.198和0.389,说明高效品种硼的再运转能力比低效品种强。高效品种的硼效率系数平均为0.881,而硼低效品种平均为0.227.结合1.1和1.2推断,较强的硼素运转能力是硼高效的主要生理机制之一。 2.在以硼效率系数鉴定对缺硼敏感性的基础上,研究提出新的参考指标和标记 2.1 生育期(抽苔天数和生育天数)可作为硼效率鉴定的参考指标。在硼缺乏和硼正常两个水平下,分别考查了不同硼效率品种及F_1代的12个农艺性状。结果发现,两个硼水平下不同硼效率品种的硼效率系数与抽苔天数、生育天数均达到1%的极显著水平,而且生育期不受硼素丰缺影响。 2.2苗期酯酶同工酶可作为硼效率鉴定的辅助标记。研究了不同硼效率品种及F_1代酯酶同工酶和过氧化物酶同工酶在不同时期和器官的谱带特征。苗期叶片酯酶同工酶的谱带在不同硼效率品种间差异最明显,连续两年所检测到的结果相一致,可作为鉴定硼效率的辅助标记。 3.首次开展了硼营养高效的遗传规律研究,确定了硼高效的遗传行为 3.1 硼高效性状为显性性状。在缺硼条件下,高效品种与低效品种间的F_1代硼的吸收、累积、分配和运转的特征与高效品种相一致,硼效率系数平均为0.873,与高效亲本的硼效率系数间达到5%的显著水平,说明,F_1代硼效率表现为高效。 3.2 硼高效受一对主效基因控制。研究了2个F_2群体的硼营养性状的分离规律,两群体硼高效单株和低效单株比,经x~2检验均符合3∶1的理论比。 4.在确定硼高效遗传规律的基础上,进一步研究其分子生物学基础,初步探明了分子机理 4.1 率先在我国利用分子标记技术构建甘蓝型油菜的遗传连锁图谱。以F_2群体Bakow×青油10号的128个单株为作图群体,构建了一个包含87个RFLP标记和33个AFLP标记的遗传连锁图谱,该连锁图120个标记分布于22个连锁群上,总长度为1832.9cM,平均为15.3cM。 4.2 定位硼营养高效的主效基因BE1在第9连锁群上。BE1基因位于pa28c-pb134b标记区间内,距离pa28c为0.8cM,pb134b为6.6cM。同时,对全基因组进行QTL扫描分析,发现硼高效基因BE1附近有一个主效QTL位点,解释表型方差为64.0%。此外,检测到5个微效位点。 4.3 共检测到32个对抽苔天数等5个农艺性状有显著效应的QTL。


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