大麥耐鹽機(jī)理及部分耐鹽相關(guān)性狀的QTL定位.pdf

1、土壤鹽漬化是影響干旱半干旱地區(qū)耕地作物產(chǎn)量的主要非生物因子之一，并且已經(jīng)逐漸成為一個(gè)嚴(yán)重的世界性農(nóng)業(yè)問題。全世界灌溉耕地的三分之一以及干旱地區(qū)的很大面積已經(jīng)鹽漬化。鹽害降低作物產(chǎn)量，威脅農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。解決這個(gè)問題的有效途徑是培育耐鹽的作物品種以提高鹽土的利用效率。然而，耐鹽性狀的遺傳復(fù)雜性、缺乏良好的耐鹽種質(zhì)以及適宜的鑒定和篩選技術(shù)制約了耐鹽育種的進(jìn)展。同時(shí)，我國(guó)大約有9.91×10<'7>公頃的鹽土和潛鹽土，由于長(zhǎng)期施用鎘含量較高

2、的磷肥，引起土壤中Cd的積累。因此，這些鹽土區(qū)的作物同時(shí)受到鹽和鎘的雙重脅迫。 大麥(Hordeum vulgare L．)是耐鹽性較強(qiáng)的作物，在鹽土地區(qū)有較大的應(yīng)用前景。然而，鹽脅迫對(duì)大麥的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成仍有很大的影響。在鹽脅迫條件下大麥發(fā)生很多的生理生化變化，大麥耐鹽性是多個(gè)性狀的綜合。闡明大麥對(duì)鹽脅迫的生理生化反應(yīng)，對(duì)于明確耐鹽機(jī)理進(jìn)而通過農(nóng)藝、遺傳或基因工程技術(shù)提高耐鹽性具有重要的意義。本研究的目的在于闡明大麥耐鹽的

3、機(jī)理，并定位、分析大麥苗期耐鹽相關(guān)性狀的QTLs。 1．大麥若干生理生化特性對(duì)鹽脅迫反應(yīng)的基因型差異 研究了不同鹽處理水平下16個(gè)大麥基因型的一些生理生化特性的變化。結(jié)果表明，50 mM NaCl處理提高所有參試基因型的Na<'+>/K<'+>、丙二醛(MDA)含量和脯氨酸含量，降低細(xì)胞膜穩(wěn)定指數(shù)(CMSI)和地上部鮮生物量(FSB)，也降低大部分基因型的葉綠素(Ch1)含量和凈光合速率(Pn)。在更高的鹽脅迫處理(30

4、0 mMNaCl)下，所有基因型的Na<'+>/L<'+>、MDA和脯氨酸含量顯著提高，而其它參數(shù)則明顯下降。鹽脅迫對(duì)這些生理生化特性的影響程度在基因型之間差異很大。鹽脅迫下大麥脯氨酸含量與其受害程度呈正相關(guān)，顯示出脯氨酸的積累可能是鹽害的結(jié)果，而不是對(duì)鹽脅迫的一種保護(hù)性反應(yīng)。在高鹽脅迫下， K<'+>含量影響較小，而Na<'+>急劇升高，表明高鹽脅迫下導(dǎo)致異常高Na<'+>/K<'+>的主要原因是積累過多的Na<'+>，而不是K<'+

5、>吸收的明顯下降。相關(guān)分析結(jié)果表明，地上部鮮重(FSB)與MDA、游離脯氨酸、Na<'+>濃度及Ng<'+>/K<'+>呈顯著負(fù)相關(guān)，而與CMSI、P<,n>和葉綠素含量呈顯著正相關(guān)。另外，還發(fā)現(xiàn)Na<'+>含量、Na<'+>/K<'+>與MDA含量、游離脯氨酸含量呈顯著正相關(guān)，而與CMSI、P<,n>、葉綠素含量呈顯著負(fù)相關(guān)。 2．鹽脅迫下大麥過氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)同工酶表達(dá)的基因型差異 在水培

6、試驗(yàn)條件下，設(shè)置0、50、100和200 mM NaCl四種鹽處理濃度，研究大麥耐鹽基因型戈貝納和鹽敏感基因型衢州I裸麥過氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性及其同工酶的變化差異。結(jié)果表明，在鹽脅迫條件下，兩個(gè)大麥基因型的POD和SOD活性都顯著提高，且各種鹽處理水平下均為耐鹽基因型的活性高于鹽敏感基因型。 POD和SOD同工酶的變化與大麥基因型、鹽處理水平及鹽脅迫時(shí)間有關(guān)。大麥鹽脅迫處理1d和10d時(shí)，耐鹽基因型戈

7、貝納合成新的POD同工酶Rm0.19和R<,m>0.23(R<,m>-酶與染色劑的遷移比率)，而在鹽敏感基因型衢州裸麥中未發(fā)現(xiàn)同樣的結(jié)果，表明這兩種新合成的POD同工酶可能與耐鹽性有關(guān)，但仍需進(jìn)一步的研究證實(shí)。在鹽處理10d時(shí)，耐鹽基因型戈貝納在50和100 mM NaCl處理中誘導(dǎo)新的SOD同工酶R<,m<0.80，而鹽敏感基因型無此新的同工酶，說明誘導(dǎo)合成的SOD同工酶是SOD活性在鹽脅迫下提高的原因。在200 mM NaCl處理時(shí)

8、，戈貝納出現(xiàn)一條新的SOD同工酶帶R<,m>0.72，而衢州裸麥則發(fā)現(xiàn)三條新的同工酶帶，即R<,m>0.64、R<,m>0.72和R<,m>0.80。另外，戈貝納的SOD活性顯著高于衢州裸麥，并且同工酶R<,m>0.72的條帶顏色也比衢州裸麥的深，說明同工酶R<,m>0.72合成的增強(qiáng)與SOD酶活性的提高密切相關(guān)。相反，同工酶R<,m>0.64和R<,m>0.80對(duì)SOD活性沒有很大的影響。 3．大麥鈉、鎘和礦質(zhì)元素積累對(duì)鎘鈉復(fù)

9、合脅迫反應(yīng)的基因型差異 在水培條件下研究了鈉(Na)和鎘(Cd)復(fù)合脅迫對(duì)4個(gè)大麥基因型的生長(zhǎng)以及鈉、鎘和礦質(zhì)養(yǎng)分積累的影響。與對(duì)照相比，Cd、Na及二者的復(fù)合脅迫都降低地上部和根系的Ca和Mg，降低地上部的K含量，提高根系的K和Cu含量，但對(duì)地上部的Cu、Fe和Mn等微量元素的含量沒有顯著影響。除Na和Na+Cd脅迫下耐鹽基因型的根系K積累量和地上部Cu積累量外，三種脅迫處理降低所有被測(cè)定的礦質(zhì)養(yǎng)分的積累量。在Na脅迫下，耐鹽

10、基因型的礦質(zhì)養(yǎng)分含量和積累量比鹽敏感基因型高，而在Cd脅迫下沒有發(fā)現(xiàn)同樣的規(guī)律。上述結(jié)果表明，Cd脅迫影響礦質(zhì)養(yǎng)分吸收和積累的模式與鹽脅迫有所不同，并且Cd+Na脅迫也不等于單一Cd和Na脅迫之和，即兩種脅迫同時(shí)存在時(shí)有復(fù)雜的互作效應(yīng)，這可能與Na<'+>和Cd<'2+>的不同離子電價(jià)以及不同的競(jìng)爭(zhēng)位點(diǎn)有關(guān)。在Cd處理中加入NaCl，導(dǎo)致大麥根系和地上部的Cd含量和積累量急劇下降，而下降的幅度也與基因型有關(guān)。耐鹽基因型的Na含量和積累量

11、低于鹽敏感基因型。 4．大麥SSR連鎖圖譜的構(gòu)建和若干耐鹽性狀的QTL定位 利用耐鹽品種CM72和鹽敏感品種Gairdner為親本，雜交F1代經(jīng)花藥培養(yǎng)獲得加倍單倍體(DH群體)，通過SSR標(biāo)記構(gòu)建連鎖圖譜，并對(duì)部分耐鹽相關(guān)的性狀進(jìn)行QTL定位。在0.05的顯著水平下，位于大麥第3條染色體上的HVM62-GBM1285區(qū)間檢測(cè)到1個(gè)控制株高(PH)性狀的QTL；檢測(cè)到控制單株分蘗數(shù)(TPP)的QTL共2個(gè)，分別位于第2(

12、qtpp2.2)和第4(qtpp4.12)條染色體上；分別在第2和第7條染色體上檢測(cè)到控制根系生物量(RB)的QTL共2個(gè)，即qrb2.1和qrb7.6。沒有檢測(cè)到控制根長(zhǎng)(RL)和地上部生物量(SB)的QTL。 在兩個(gè)環(huán)境下，于第7條染色體上檢測(cè)到1個(gè)控制丙二醛(MDA)含量的加性QTL。分別在第1和第2條染色體上檢測(cè)到控制丙二醛含量的加性×加性QTL共2個(gè)，即qmdac1.6和qmdac2.2。在第4條染色體上檢測(cè)到1個(gè)控制

13、脯氨酸含量的加性QTL。在第2條染色體上GMS002-GBMl462區(qū)間檢測(cè)到一個(gè)加性×加性QTL-gproc2.8。單一鹽脅迫環(huán)境下，在第1條染色體上的BMAC0032-EBMAC0656區(qū)間檢測(cè)到一個(gè)控制K<'+>/Na<'+>的加性×加性QTL-qknal.2。 大麥耐鹽相關(guān)的QTLs存在一因多效和基因連鎖現(xiàn)象?？刂浦旮叩膓ph3.10、控制單株分蘗數(shù)的qtpp4.12、控制MDA含量的qmdac1.6和控制K<'+>/N