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鸭茅种质资源遗传多样性的分子标记及优异种质评价

曾兵  
【摘要】: 鸭茅(Dactylis glomerata L.)是禾本科鸭茅属的重要植物,是世界著名的冷季型优良牧草。鸭茅野生种质资源在温带地区广泛分布,许多优良品种被大量利用。 本文以应用广泛的国产宝兴鸭茅(D.glomerata L.CV.Baoxing)和引进品种安巴鸭茅(D.glomerata L.CV.Amba)为对照,在以前研究基础上筛选出18份来自国内外的优异鸭茅种质资源从表型、生长发育、牧草生产性能及生态适应性等方面进行进一步种质筛选研究。试验同时利用RAPD、ISSR、SRAP、SSR四种分子标记对收集到的来自全世界四大洲七个国家共45份鸭茅种质资源进行遗传多样性研究。主要研究结果如下: 1、鸭茅种质资源具有丰富的表型性状多样性。在12个重要表型特征中,节间长、旗叶长宽、花序长宽、千粒重变异较大,其次为叶长宽的变异;而株高、茎粗变异最小。鸭茅植物学表型特征各性状间显著相关,鸭茅叶长宽、旗叶长宽及千粒重与其它鸭茅形态指标密切相关,这些性状是衡量鸭茅种质是否具有优异生产性能和品种培育潜力的标志,也可作为种源评价的重要形态指标。将供试鸭茅划分为3个类群的聚类结果显示了鸭茅生殖生长状况差异,不同类群同时反映了鸭茅地理分布的广泛性及对自然生长环境的较高的生态适应性。 2、物候期观测将所有20份优异种质分为早熟型和晚熟型品种(系),国内三个品种中,“宝兴”、“古蔺”属于早熟品种,“川东”为晚熟品种。所有种质资源中02123生育期最长(247d),次长的为YA02-116(244d),可考虑引进或培育为晚熟鸭茅品种,01821生育期最短(216d)。所有来自国外的种质材料在川西南试验地气候条件下均能正常完成生育期,均能较好的适应本地生态气候条件。除了01821之外,所有引进品种(系)均属晚熟品种。鸭茅动态生长速度分析显示鸭茅在整个生育期内分为缓慢生长阶段、高速生长阶段和快速生长阶段,但在相同生长阶段内植株的不同器官或不同生育型的鸭茅种质的变化规律不同。 3、生产性能状况评估表明不同鸭茅牧草产量差异显著。YA02-116干草产量为所有供试种质中最高,为32342.10kg/hm~2,比对照“宝兴”和“Amba”分别高出24.17%和40.34%;02123的干草产量次最高,为30419.10kg/hm~2,比对照分别高出16.79%和31.99%,同样具有非常优秀的牧草生产性能。分析同时表明“Amba”品种虽然为国内引进登记的国审鸭茅品种且在国内栽培广泛,但在川西南湿热气候生态条件下牧草产量不高,在20份种质中排名倒数第二,不太适合在本地区生产和推广。茎叶比分析表明所有供试鸭茅材料中大部分的茎叶比在1.5-2.0间,YA01-103、YA01-104和YA02-116三份种质低于1.5,其次为02123。供试鸭茅在试验区的越夏率普遍较低,大部分均在50%左右,高于60%的只有YA02-116(60%)和02123(63%);YA02-117和01472的越夏率低于40%,仅为39%和32%;低于50%越夏率的全为国外引进品种(系)。相关分析显示叶片宽大,分蘖数较多的鸭茅材料具有较高的鲜草产量;叶细长、节间长、株高较高,茎粗的鸭茅材料有较高的干草产量。 4、运用RAPD标记对45份鸭茅种质资源遗传多样性进行研究,筛选出的20个引物扩增出120条清晰带,其中多态性带97条,多态性条带比率为83.63%,每个引物扩增的多态带数为4.8条,材料间遗传相似系数(GS)值在0.6154-0.9254间,平均值为0.7984,表明鸭茅种质资源具有较高的遗传多样性。聚类分析和主成分分析可将45份鸭茅材料分为5大类,来自于相同洲的鸭茅基本能聚在一类,呈现出一定的地域性分布规律,说明鸭茅的遗传变异与地理环境的影响有较为密切的联系。较丰富的鸭茅遗传多样性对种质资源的收集保存整理提出了较高的要求。分析同时表明RAPD仍然可应用于鸭茅等遗传多样性研究水平较浅的物种或实验精度要求不太高的分子遗传标记研究。 5、ISSR标记使用12条引物对45份鸭茅种质资源进行遗传多样性分析,共扩增出117条清晰带,其中多态性带100条,平均每个引物扩增的多态带数为8.42条,84.04%的多态性条带比率高于目前已报道的其它作物。鸭茅GS值范围在0.6116-0.9231间,平均值为0.8151。遗传相似性分析发现鸭茅种质资源遗传多样性较为丰富,尤其是中国和美国的材料。聚类分析及主成分分析能将所有材料聚为5类,表明供试鸭茅材料呈现出较好的地域性分布规律。分析表明ISSR稳定便捷且不需要预先掌握研究物种相关基因组信息就可以开展,不仅适合遗传多样性研究,还可用于快速准确的对物种开展品种鉴定。 6、首次运用技术较新且在草类作物应用非常少的SRAP标记对45份鸭茅种质资源遗传多样性进行研究,筛选出21对引物,共扩增出438条清晰带,其中多态性带363条,多态性条带比率为82.08%,高于目前所报道的其它作物。每对引物组合的多态性带数平均为17.29条。GS值范围在0.6248-0.9686间,平均GS值为0.7958,显示来源广泛的鸭茅种质资源间存在着丰富的遗传变异。聚类分析及主成分分析能将所有材料聚为4类,不仅比RAPD和ISSR两种标记更能准确的反映材料的来源分布情况,而且能反映供试材料的染色体倍性差异,表明鸭茅的遗传多样性与染色体倍性及地理分布密切相关。研究认为SRAP能和AFLP标记体系一样有效检测鸭茅种质较多的遗传变异,可为进一步研究和利用鸭茅种质资源奠定基础。 7、使用小麦SSR引物和扩增程序以“中国春”小麦品种为对照开展45份鸭茅种质资源遗传多样性探讨,80%的供筛选引物对能从鸭茅基因组DNA中扩增出条带。用于正式试验的20对引物扩增出295个条带,多态性条带为187条,多态性条带比率为61.15%,SSR揭示的鸭茅种质资源的遗传相似系数范围为0.7848-0.9513间。聚类分析和主成分分析将供试材料分为6大类,分类结果与大部分材料的地理分布相符合。聚类除了能反映鸭茅生态适应性特征,与其生长发育状况及生产性能相关,还清楚的揭示出国产鸭茅品种遗传基础较为狭窄。研究表明将小麦SSR引物用于检测鸭茅遗传多样性行之有效,可以通过近缘物种开发引物用于SSR研究。 综上研究结果可以看出,鸭茅种质资源在表型性状、农艺学、DNA分子水平的遗传多样性较为丰富,其遗传变异与广泛的地理分布和染色体倍性密切相关。进一步的种质筛选显示YA02-116和02123等种质生产性能优异,生态适应性较好,具有较高的研究潜力,能通过深入研究育成晚熟型新品种,缓解目前国内鸭茅品种数量少,遗传基础及生态适应范围狭窄的矛盾,满足牧草生产所需。


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