油菜不同发育阶段抗旱性评价及关联分析

【摘要】：油菜是我国最主要的冬季油料作物,同时又是需水量较多、耐旱性较差的作物。我国油菜主要种植区位于长江流域,虽临近长江,但由于全球气候变暖,近年来该地区季节性干旱频繁发生,主要是秋季干旱和春季干旱。秋季干旱正直油菜苗期,春季干旱又是油菜生殖生长时期,严重影响油菜产量。目前对于油菜苗期抗旱性的生理及遗传机理研究还不够系统、深入。通过研究油菜苗期抗旱性的生理与遗传机理,确定合适的抗旱筛选鉴定指标,发掘抗旱相关基因资源,建立抗旱性的分子标记辅助选择技术体系,可望为油菜育种及产业发展提供关键材料和技术支撑。本研究分析比较了不同时期干旱胁迫对油菜生长的影响,明确了干旱条件下油菜产量的构成特点及育种方向;探讨了发芽期与成株期抗旱性的相关性;确定了苗期抗旱鉴定的合适指标;在此基础上,通过全基因组关联分析获得了一批抗旱相关的候选基因。主要研究结果如下:1)利用37份半冬性油菜材料分别对发芽期和成熟期进行抗旱性评价。发芽期经过14%PEG6000胁迫后,种子的萌发率、鲜重和相对种子活力均显著下降。相对含水量与产量和干旱敏感系数均呈极显著正相关,表明叶片相对含水量是油菜早期鉴定品种抗旱性的有效指标。采用田间直接鉴定法对油菜成株期进行抗旱评价试验。发现品种产量、千粒重、单株角果数和每角果粒数分别平均下降了78.7%、35.8%、28.5%、7.03%。利用产量性状的干旱敏感指数DSI对37份材料进行抗旱性评价,鉴定出3个抗旱性品种,13个中抗品种和21个干旱敏感品种。通过通径分析发现,在干旱条件下各性状对产量的贡献率依次为:千粒重成熟期每株角果数株高。2)研究了苗期干旱胁迫对油菜自然群体的影响,鉴定出极端抗旱资源。利用PEG 6000模拟干旱胁迫的方法,对不同遗传来源的79份甘蓝型油菜材料进行抗旱性鉴定。结果发现,干旱胁迫条件下地上部鲜重显著下降,降幅达到65%;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和脯氨酸的含量均出现显著的提高;测定不同干旱胁迫条件下叶片SPAD值和叶面温度的变化,发现抗旱品种和敏感品种的叶片SPAD值和叶温在干旱胁迫初期都呈显著的上升趋势;随着胁迫时间和浓度的递增,抗旱品种上升幅度要大于干旱敏感品种。利用抗旱性度量值D综合评价不同材料的抗旱性,筛选出39份干旱敏感材料,8份抗旱材料,以及32份中度抗旱材料。利用干旱存活率试验进一步鉴定的结果与此类似。将各理化指标的抗旱系数与D值进行相关性分析,发现相对含水量、地上部鲜重、地上部干重、地下部鲜重、地下部干重、CAT、POD和脯氨酸含量的相关较高,均可以作为油菜苗期抗旱性鉴定的辅助指标。3)采用转录组关联分析的方法,对油菜苗期抗旱相关基因进行了筛查。利用RNA-Seq测序技术,在关联群体中共开发出高质量的SNP标记144131个,基因表达标记(GEM)100534个;利用这两类分子标记分别与油菜苗期地下部干重及鲜重进行关联分析,共获得232个显著位点。经过GO注释找到4个可能与抗旱相关的候选基因,分别为JCVI_17979、JCVI_18549、A_JCVI_11915和JCVI_19909。