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1、全球 600 份小麦材料农艺性状与品质性状的多元性分析及小麦CY P78A家族基因与已知产量相关性状 QTL位点的关系研究高产、优质是小麦育种的主要目标。目前 , 小麦育种亲本材料的遗传变异较 为狭窄, 导致小麦产量及品质很难得到突破性进展。因此,丰富小麦育种的种质资源、 拓展小麦亲本遗传变异范围 , 对于小麦育种 至关重要。陕西省关中地区小麦播种面积占全省的 80%,其产量占全省的 85%,因 此,选育适合该区种植的优良小麦品种 , 对整个陕西省小麦产量的提高和品质的 改良至关重要。CYP78/家族是植物中最大的酶蛋白家族,其中许多家族成员被证实可以调 控小麦籽粒及器官大小。 本研究对来自全
2、球的 600 份小麦材料在陕西省杨凌示范 区进行种植 , 对株高、旗叶面积、主茎穗穗长、单株有效穗数、主茎穗小穗数、 主茎穗穗粒数、粒宽、粒厚、千粒重 9 个农艺性状以及水分含量、蛋白质含量、 湿面筋含量、 沉降值、吸水率、淀粉含量、容重、出粉率 8 个品质性状进行测定 , 基于测定结果进行多样性分析、主成分分析以及聚类分析。本试验还对小麦 TaCYP78A3 TaCYP78A、TaCYP78A1、TaCYP78A1基因与 已知产量相关性状QTL位点进行比对分析。本研究所得主要研究结果如下 :1.对 供试材料主要农艺性状分析发现 , 株高3旗叶面积3主茎穗穗长3单株有效穗数3 主茎穗小穗数3主
3、茎穗穗粒数3粒宽3粒厚3千粒重的平均值依次为 93.67 cm3 21.15 cm239.55 cm3133 1834833.24 mm32.78 mm3 37.17 g 。变异系数分别为 25.16%332.02%318.45%329.61%311.89%315.25%38.89%3 7.79%321.05%,变幅为7.79%-32.02%。多样性指数依次为 1.9931.9531.953 1.9831.8132.0832.0132.0532.09, 变幅为1.81-2.09 。2.主要农艺性状主成分分析发现 ,前 4个主成分解释总变异的 82.70%,可代表全部农艺性状。 它们依次为籽粒产
4、量构成因子、 穗粒数构成因子、 有效穗数构 成因子、旗叶面积构成因子。基于主成分分析 , 将600份小麦材料在遗传距离为 2.5 时聚为九类 , 统计分析 每一类的农艺性状后发现第五类小麦品种的综合农艺性状最佳,共 43个品种,占全部供试材料的 7.17%,第七类小麦品种的农艺综合性状较为优良共98 个品种 ,占全部供试材料的 16.33%。3. 对供试材料主要品质性状分析发现 ,水分含量、蛋 白质含量、湿面筋含量、吸水率、淀粉含量、沉降值、容重、出粉率的平均值依 次为 8.27%、14.35%、30.07%、64.10%、60.52%、33.04 ml、799.88 g/L 、73.12%。
5、变异系数分别为 24.83%、12.19%、13.44%、5.82%、6.91%、23.89%、2.54%、 5.29%,变幅为 2.54%-24.83%。多样性指数依次为 1.81 、2.03 、2.04 、2.04 、2.02 、 2.05 、2.04、1.95, 变幅为 1.81-2.05 。4. 主要品质性状主成分分析发现 ,前 3个主成分解释了总变异的 89.50%,它 们依次为湿面筋因子、水分因子、吸水率因子。基于品质性状主成分分析 , 在遗 传距离为 2.5 的时候将 600份小麦材料聚为七类 , 统计每一类的品质性状发现 , 第七类的综合品质性状最为优良 ,共 24个品种,占全
6、部供试材料的 4%。第四类的综合品质性状较为优良 , 共 106 个品种, 占全部供试材料的 17.67%。5. 将农艺性状聚类结果与品质性状聚类结果结合分析 ,有 7个农艺性状最优良品 质综合性状较优良的小麦品种 , 分别为 759 c1-2212 、Colotana 、Dromedaris 、 GUADALUPE"麦36、济宁16、中焦2号;有3个农艺性状较优良品质综合性状 最优良的小麦品种,分别为坨坨麦、NAJAH-LEB PLAN ALTO有 32个农艺性状较优良品质综合性状较优良的小麦品种 , 分别为坨坨麦 Acimital 、 Avocet 、Balady116、Ethi
7、opia W15 、Fielder 、GLUYAS EARL、YLAGEADINH、OMexifen 、MG3122、9 Parsee、Safha 3 、北京 8 号、碧蚂 1 号、鄂麦 6 号、府麦、旱选 10 号、旱选 3号、红壳酱、黄瓜先、济南 9号、晋麦 2148、克旱 9号、陇春 8号、 鲁原 301、平阳 181、钱交麦、苏麦 3 号、无须麦、新春 2 号、新春 8 号、扬麦 158、扬麦 1 号。6. 分别对来源于六个大洲的材料进行农艺性状分析 , 发现其中有五个大洲的 第一主成分中最大载荷量均为与籽粒相关的性状。 对六个大洲主要农艺性状的变 异系数分析可知 ,非洲材料的粒宽、粒
8、厚以及千粒重的变异系数较高 , 分别为 12.63%、9.05%、22.56%;欧洲材料的株高、 单株有效穗数以及粒厚的变异系数较 高, 分别为 27.42%、34.97%、9.26%;北美洲材料的株高、主茎穗小穗数的变异系 数较高, 分别为 27.68%、12.41%;南美洲材料的株高、单株有效穗数、粒宽以及 千粒重的变异系数较高 , 分别为 28.73%、33.01%、23.60; 大洋洲材料的旗叶面积、 主茎穗穗长以及主茎穗小穗数的变异系数较高 , 分别为 45.31%、20.55%、12.75%。同时发现在陕西本地种植来自于亚洲以及北美洲的小麦材料综合农艺性状最佳。7将已报道的QTL位
9、点以及分子标记按照物理位置信息与 TaCYP78A3TaCYP78A、TaCYP78A1、TaCYP78A1基因进行比对分析,结果显示 TaCYP78A3-7A 附近存在1个穗长、1个分蘖数、1个株高相关性状QTL位点。TaCYP78A3-7B寸近存在1个单株穗数、1个粒重、1个株高相关性状QTL位 点。TaCYP78A3-7Df寸近存在1个分蘖数、1个粒宽/粒长、1个株高相关性状QTL 位点。TaCYP78A5-2A寸近存在3个千粒重、1个粒厚相关性状QTL位点。TaCYP78A5-2B付近存在1个植被指数、1个株高、1个穗长相关性状QTL位点TaCYP78A5-2D寸近存在1个粒重、1个株高相关性状QTL位点TaCYP78A12-5A寸近存在1个穗粒重、1个产量、1个收获指数、1个穗粒数、1 个穗粒重、1个抽穗期相关性状QTL位点。TaCYP78A12-4B寸近存在1个产量、2个小穗数、1个粒重相关性状 QTL位 点。TaCYP78A12-4附近存在1个基角、1个粒重相关性状QTL位点。TaCYP78A16-5A寸近存在1个小穗数、1个粒重、1个穗长相关性状 QTL位 点。TaCYP78A16-5B寸近存在1个粒重、1个穗紧实度、1个单位面积有效穗数 相关性状QTL位点。TaCYP78A16-5附近存在1个产量、1个穗粒重相关性状QTL位点。