中国花生小核心种质的建立及高油酸基因源的发掘论文图文Word文档下载推荐.docx
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agronomicand
other
economic
traitsofthesegermplasmistheprimary1-ta¥on.andextensiveevaluation
on
themis
required.’11le
developmentof
collectioncouldfacilitateeasier
accessto
peanutgeneticresources,enhancetheirUseincrop
improvementprograms.andsimplifythegenebank
management.nispaperdescribes
thedevelopmentof
a
mini
collectionfrom6390accessionsofpeanutdescriptortraitsavailablefromChinagenebank.1hegermplasm
acces-
sionswe他firststratifiedbybotanicaltypesandthengroupedbyecologicaloriginwithineachofbotanicalvarieties.
Dataon
15morphologicaland
seed
chemical
traitswereusedforclusteringbySASmethod.Fromeachcluster,1to
2
percent
accessions
were功埘omlyor
compulsorilyselected
to
constitute
collectionconsistingof298
ac-
cessions.Theaccessionswidelygrowninproductionor
extensivelyusedinbreedingprogramsmustbeincludedin
thecomcollection.-11lerestofincludedaccessionswere
randollllyselected.Examinationusingdiversityindex
differentbotanicaltypesindicatedthatthegeneticvariationavailableintheentirecollectionhasbeen
preservedinthemini
collection.StatisticsshowedthatthereWas
no
significantdifference
variation
between
themini
pADre
andco聪collectionsamongthe25phenotypietraits.nis
collectionprovides
an
effectivemechanismfor
theproperexploitationofpeanutgermplasm
resources
forthegeneticimprovementofthiscrop.Testandevaluation
offattyacidsamongthe298accessionsofthenIini
collectionindicatedthattheminiCOrecollectionWasavaila-
blefor
fmdiIlg
genetic
withhiglloleat.7accessionswitholeathigherthan60%wereevaluatedandsome
ofthemhavelowpalmiticacidandeliteagronomictraits.
Key
words:
Peanut
resources;
Mini
collection;
Genetic
witll
hilgh
oleat
收稿日期:
2008-01.13
基金项目:
国家自然科学基金资助课题(30571132),国家科技基础条件平台项目(2004DKA30390—13,2005DKA21002一t3),国家科技支撑计划(2006BADl3805-2)
作者简介:
姜慧芳(1963一),从事花生种质资源研究
姜慧芳等:
295
花生种质资源是花生品种遗传改良的重要物质
基础…。
自“七五”以来,我国在五个五年计划科技攻关、农业部种质资源保护项目和国家科技基础条
件平台项目资助下,收集保存花生资源7000余份,
对其主要植物学性状、农艺性状、抗病虫性、种子品质性状作了系统评价,获得了大批具有各种优良性
状的资源[2】。
但从总体上看,我国花生种质资源研
究还存在一些重要缺陷,包括对保存资源的遗传多
样性程度和分布不清楚,影响了种质的引进和发掘;
性状鉴定不够深入,虽然发掘出具有不同优异性状的种质,但多处于不稳定的初级阶段,另外,一些鉴定技术较为复杂的重要性状(黄曲霉、干旱、油酸
等)研究未有效开展,影响了种质的利用。
因此,建
立我国花生种质资源核心收集品,利用核心资源来更有效地发掘新的基因源,是我国花生种质资源研
究和育种取得新突破的重要基础性课题。
在国家自然科学基金课题资助下,我国已建立了花生核心种质576份,占基础收集品的9.01%。
通过典型性状的分析和检验,证明该核心种质是有效的,也是实用的【3】。
但对于黄曲霉抗性鉴定和高油酸分析测试这样的复杂性状而言,它还是显得数
量庞大,很难重复鉴定和精准鉴定,而且也很难全部进行分子鉴定。
因此,有必要建立能代表基础收集
品遗传变异的小核心种质。
在花生核心种质和微核心种质的建立及研究方面,美国率先建立了以
11.18%和1.51%的样本数代表基础收集品的核心种质和微核心种质【.。
】,为后来的抗根结线虫∞1和
抗黄曲霉鉴定[71以及高油资源等的发掘[8】提供了方便,尤其是微核心种质的建立,极大地提高了根结
线虫病、叶斑病和番茄斑萎病毒的鉴定效率b1。
国际半干旱地区热带作物研究所(ICRISAT)建立了花生核心种质(以11.9%的样本数代表全部样本)
【91
和微核心种质(以1.29%的样本数代表全部样本)mJ,他们认为用大约l%的样本数代表全部样
本数的微核心种质是有效的,基础收集品中的各种
性状变异在微核心种质中均存在,而且通过核心种
质和微核心种质更加便利地研究了花生资源的遗传
多样性¨
卜珏J。
上述研究方法对建立和研究我国花生核心种质和小核心种质具有重要的参考作用。
1
材料与方法
1.1
材料
中国花生种质资源数据库中记录的栽培种花生
资源6390份。
1.2方法
1.2.1
小核心种质的构建首先按植物学类型分
层,共分5层,即多粒型、珍珠豆型、龙生型、普通型
和中间型。
在每一层内按地理来源分组,国内资源
按生态区分组,包括东北西北花生区、华北黄淮花生区、长江流域花生区、南方花生区,国外资源按北美
和南美洲、亚洲和非洲、ICRISAT、欧洲及大洋洲,因此,共分32组。
在每组内,以种质资源的形态特征、农艺性状和品质性状等包括主茎高、生育期、百果重、百仁重、出仁率、单株生产力、蛋白质含量、含油量、棕榈酸含量、硬脂酸含量、油酸含量、亚油酸含量、花生酸含量、花生烯酸含量、山嵛酸含量等15个数据信息为基本数据,采用SAS分析软件进行排序
和聚类分析,聚类分析采用欧氏类平均距离法。
根据聚类分析结果和相似值,按1%一2%的比例从每
组中选取样本组成小核心种质,对于相似值较大即遗传多样性程度较小的类群以约1%比例取样,对
于相似值较小即遗传多样性程度较大的类群以2%
比例取样,随机取样与必选资源相结合进行取样,对
于包含在生产或育种中具有重要作用资源的某一类
群而言,首先选取这些重要资源,然后按比例随机取
样。
用多样性指数检测小核心种质的符合率和可靠
性。
1.2.2植物学性状调查2004—2007年于中国农
业科学院油料作物研究所试验农场种植,每品种3行,行距40cm,株距20cm,保证全苗,随机区组排列,3次重复,常规田间管理。
收获前取样调查植物学性状,取样方法、调查标准和调查的样本数按IC・
RISAT与IPGRI共同制定的“Descriptors
forground—
nut”和“花生种质资源描述规范和数据标准”描述标准[13以引。
调查的性状包括主茎高、主茎节数、第
一侧枝长、有效枝长、叶片长、叶片宽、第一分枝数、第二分枝数、第三分枝数、总分枝数、结果枝数、单株结果数、单株产量、荚果长、荚果宽、百果重、种子长、
种子宽、百仁重。
1.2.3种子脂肪酸分析2006—2007年选用当年收获的新鲜干花生种子由农业部油料及制品监督检
验测试中心统一分析测试,按GB/T17377—1998进
行。
结果与分析
2.1小核心种质的构建
通过对5层32组共6390份花生资源用同样
的性状信息在各组内的聚类分析,结果表明,6
390
份花生资源聚为258个品种群,其中多粒型花生含
中国油料作物学报2008,30(3)
21个品种群,珍珠豆型和普通型花生各含100个品种群,龙生型花生含19个品种群,中间型花生含18
个品种群。
然后在每一品种群内按1%一2%比例取样,考虑到对花生生产和育种具有重要作用的资源如伏花生、狮头企、协抗青、台山三粒肉、徐州68
—4等,首先将这些资源作为小核心种质选取,然后
随机选取其他资源,共选出298份资源组成小核心
种质,占基础收集品的4.66%。
获得的小核心种质
中各类型花生资源组成及多样性指数列于表l。
表1花生资源基础收集品和小核心种质的组成及各类型的多样性指数
Table1
Botanical
componentsandtheirdiversityindexinentireandmini
collections
类型
俭熬厘出倒皇堡壁型塑!
!
里坠里(堡婴衄)
垒搓丝指熬垡!
型丝i!
d竖
type
基础品entire
小核心品mini
I.test
从表l的数据可以看出,在我国花生基础品中,珍珠豆型和普通型资源占很大比重,多粒型、龙生型
和中间型花生资源所占比重较小。
通过分析计算,普通型和龙生型花生资源的多样性指数相对较高,
中间型和多粒型资源的多样性指数相对较低。
在构
建的小核心种质中,珍珠豆型和普通型花生的比例
较高,多粒型、龙生型和中间型花生资源所占比重较
小。
多样性指数分析表明,普通型和龙生型花生资
源的多样性指数相对较高,中间型和多粒型资源的
多样性指数相对较低,t测验表明,在小核心种质与表2小核心种质与核心种质的各种性状的比较
Table2
Comparsonofbotanicaland
agronomic
characteristicsbetweenmini
andcorecollections
ofpeanut
inChina
主茎高pl-L/G*In69.633.8—129.470.433.8—131.00.558主茎节数NNMS
26.317.3—39.026.217.2—39.00.465第一侧枝影伽IjF.B
81.2
44.9—133.081.543.6—133.00.209有效枝长ELFB/∞8.3
3.2-21.48.23.2—21.40.458第一分枝数NPB5.73.8—9.55.73.8—8.40.006第二分枝数NsB3.6O一20.9
3.80—21.70.751第三分枝数NTB0.0‘0—3.0
0.10—3.10.854总分枝数TBN9.34.1—30.59.53.9—31.20.848
结果分枝数NBP4.63.0一11.04.72.7一11.3O.醅7
单株结果数PNP12.74.2—29.112.74.2—31.80.129结实内节数NEBL
4.82.4一lO.84.82.4一12.10.359叶片长LL/m
6.04.1—7.96.04.1—8.30.277叶片宽LW/cm2.61.7—4.42.61.5—5.01.000小叶间距_/emDABL
1.51.1—2.21.61.1—2.20.758叶柄影cm
PEL
5.33.4—6.75.33.4—6.90.905荚果K/mPL
3.22.2—4.23.22.2—4.40.163荚果影锄Pw
1.41.0—1.81.41.0一1.8O.118种子跏SL
1.61.1—2.21.61.1—2.30.217种子宽/哪SW
0.90.7一1.10.90.7一1.10.36l百果重/9100一PW166.883.4—298.6166.783.4—304.6
0.009百果仁重/gSWP
123.864.2—218.7.123.564.2—220.9
0.162百仁影9100一SW63.633.9—115.963.333.8一117.00.317出仁彰%SP
74.259.9—81.074.259.9—81.00.105小区产量/gPYP650.6228.7—1212.8
640.8226.0—1219.50.799
单株生产力/gPYPP
16.9
5.6.42.7
16.7
5.5—43.1
0.鸽0
注:
‘0.05显著水平,“O.Ol显著水平(to05=1.960,to.ol=2.5576)PH:
plantheight,NNMSnodenumber
onmainstem,LFB:
lengthoffirst
branch,ELFB:
effectivelengthoffirstbranch,NPB:
number0fprimarybnmches,NSB:
numberofs鲫ndary
branches,NTB:
numberoftertiary
bran-ches,TBN:
totalbranchingnumber,NBP:
numberofbrancheswithpods,PNP:
podnumberperplant,NEBL:
nodesoneffectivebranchlengtlI,LL:
leafletlength,LW:
leafletwidth,DABL:
distance‰apical
andbasilarl翻ets,PEL:
petiole
length,PL:
pod
le啦,PW:
width。
SL:
seedlen.gth.,,y:
.seedwidth,100一PW:
100一pod州gllt,SWP:
seedweight
ofl00一pod,100一SW:
100一seedweigIn,由;
shellingpercentage,PYP:
yieldplot,PYPP:
podyiddpea"plant
297
基础收集品间的各个植物学类型的遗传多样性指数差异均不明显。
可见,本研究建立的花生小核心收集品代表了我国花生资源基础品。
2.2小核心种质与核心种质各性状的符合率
2004—2007年连续4年对花生核心种质和小
核心种质的主要植物学性状、农艺性状等25个性状
进行了调查,获得的结果列于表2。
小核心种质与核心种质的各种性状平均值的差异显著性测验及变异范围的比较结果表明。
25个性状的平均值差异均未达到显著水平(表2),而且核心种质中的变异范
围在小核心种质中均存在。
由此也表明,本研究构
建的小核心种质是有效的。
2.3小核心种质中包含的抗病资源的等级
在“七五”一“十一五”国家科技攻关课题、科技
基础性工作、平台项目和农业部种质资源保护项目
执行过程中,对5700份资源进行了锈病、早斑病、晚斑病和青枯病的抗性鉴定,在按照国际9级标准对锈病、早斑病、晚斑病和国家5级标准对青枯病的鉴定中,花生资源基础收集品中包含有对锈病、早斑应所有5级的全部资源。
通过对本研究建立的小核心品对这4种病害反应数据的整理,发现小核心种质也包含对锈病、早斑病、晚斑病反应所有9级的全
部资源和对青枯病反应所有5级的全部资源。
因此,
本研究建立的小核心种质是有效的,也是实用的。
2.4高油酸新基因源的发掘
通过对本研究建立的全套小核心种质298份资
源的8种主要脂肪酸组成的分析,结果表明,花生种
质棕榈酸含量平均值为10.73%,变异范围7.47%一
13.77%,棕榈酸含量小于8.0%的有3份;
硬脂酸
3.2l%,变异范围1.31%一6.00%;
油酸47.96%,变异范围37.56%一67.16%,油酸含量大于60.O%的有7份,均为普通型花生;
亚油酸31.82%,变异范围15.94%-42.59%;
花生酸1.79%,变异范围0.84%一3.28%;
花生稀酸1.15%,变异范围0.56%一3.09%;
山嵛酸2.51%,变异范围1.26%~3.89%;
廿
四碳烷酸1.46%,变异范围0.90%-2.00。
饱和脂肪
酸(棕榈酸、硬脂酸、花生酸、山嵛酸、廿四碳烷酸)含
量之和为18.3%。
不同植物学类型花生的种子脂肪
病、晚斑病反应所有9级的全部资源和对青枯病反
酸组成列于表3。
表3不同类型花生资源的脂肪酸组成
Table3
Fattyadds
amongdifferentbotanicaltypesofpeanut
’
从表3看出,密枝亚种龙生型和普通型的油酸
含量显著高于疏枝亚种多粒型和珍珠豆型的油酸含量,而且其棕榈酸含量也略低于疏枝亚种多粒型和
珍珠豆型的对应含量,中间型花生的油酸含量、亚油
酸含量和棕榈酸含量均介于两个亚种之间。
因此,从油脂品质看,密枝亚种龙生型和普通型的油脂品质优于疏枝亚种的多粒型和珍珠豆型。
从上述的分析测试结果看,本试验发掘出高油
酸花生新种质7份,他们的脂肪酸组成列于表4。
从表4看出,这些高油酸种质的亚油酸含量相
对较低,油酸亚油酸比均在2.77以上,而且它们的
棕榈酸含量也相对较低,全部低于花生种质资源的
平均值。
可见,这些高油酸种质的油脂品质优良。
2.5高油酸新种质的主要农艺性状
通过鉴定及整理,高油酸花生种质的主要农艺
性状列于表5。
298
Zh.M011冀_i粤掣8.22.765.516.83.901.41.32.51.6Zh.h1246煮_i粤掣10.213.6460.6519.113.171.751.122.741.6
23.112286袭生型
7.834.1863.89
17.49
3.65
1.96
1.08
2.73
1.6珏.112292垄生型
9.964.4260.7219.173.172.14o.952.151.0
Zh.112644孽搏掣7.99
3.05
67.1615.944.211.391.252.431.6Zh.115057煮辱掣8.692.8660.56
21.85
2.771.46
1.28
2.56
1.6Zh.16087冀遇掣
8.60
2.37
62.4820.813.00
1.3351.5352.03
1.8
表5高油酸花生种质的主要农艺性状
Table
5Botanicaland
agronomiccharacteristicsinresonl-傀wI恤higholeat
从上述研究结果看,在这些高油酸种质中,出.1.2286的荚壳薄,出仁率高达79.77%。
zh.115087
的单株生产力高,为22.159,荚果大,百果重高达
223.409,百仁重高达90.959,产量潜力大。
盈.
h2292的单株结果数较多,为14.5个。
Zh.115057的
综合性状相对优良,在植株高度、分枝长度和总分枝数方面比较适中。
3
讨论
目前我国收集保存有7000多份花生种质资
源,基本数据、特征数据和评价鉴定数据较为齐全的资源有6390份,丰富的遗传资源为遗传研究和育种工作提供了大量的材料。
然而如此众多的资源给保存、评价、鉴定及利用带来了困难,造成花生种质资源收集保存虽多,而开发利用却远未满足育种需
要的现象。
核心种质是用科学的方法从一种作物的
全部材料中选出尽量少的材料来代表全部材料尽可能多的遗传变异。
作者曾以中国花生种质资源数据
库中记录的6390份花生资源为材料,构建了由576份资源组成的核心种质,通过检测表明该核心种质
具有代表性、有效性和实用性。
但是对于鉴定比较
复杂的性状如黄曲霉、脂肪酸等,576份资源还是工
作量太大,费用也太高,而且数百份的资源也不利于
DNA分析。