秈米恢復(fù)系葉片卷曲度的遺傳分析

秈米恢復(fù)系葉片卷曲度的遺傳分析

在水稻研究領(lǐng)域，有許多關(guān)于水稻葉片類型的報(bào)告。顧興友等人在日本流崗葉片卷曲的遺傳特性中報(bào)告了流崗葉片的單株遺傳特征。在經(jīng)典遺傳圖譜中已標(biāo)定了6個(gè)控制卷葉的隱性基因(rl-1,2,3,4,5,6),但未在分子圖譜上定位。沈福成在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行了葉片卷曲度的遺傳研究。韓國(guó)方面,葉型的研究未見(jiàn)報(bào)道,特別是在遺傳方面。在育種中只提到了秈粳雜交能產(chǎn)生卷葉后代。上述的研究只涉及到劍葉、倒二葉、倒三葉的葉型,在這些研究中,絕大部分是研究葉片的直立程度、透光率等,對(duì)卷葉的遺傳研究尚少,他們都認(rèn)為卷葉對(duì)直立化作用有很大的貢獻(xiàn),還對(duì)透光率有明顯的改善,提出了葉型不同,對(duì)光能的利用率有所不同,從而可以通過(guò)改變?nèi)~型來(lái)改變光能利用率。貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院水稻研究所近年新育成的秈型恢復(fù)系貴農(nóng)筒恢,葉片高度卷曲呈筒狀,與平展不育系組配后,雜種F1葉片呈半卷,具有通風(fēng)透光良好、葉片直立的特點(diǎn),組配的組合筒優(yōu)202已經(jīng)大面積應(yīng)用于生產(chǎn),表現(xiàn)出優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗寒的良好性狀,為了探索貴農(nóng)筒恢葉片卷曲度的遺傳規(guī)律,為有效利用這一特異資源材料提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1總體規(guī)劃和穩(wěn)定品系F1有:貴農(nóng)筒恢×CDR22、綿恢501、密陽(yáng)46、多系1號(hào)、蜀恢162(缺反交)、瀘恢6、蜀恢725(缺反交),圖1、3、4中的組合1到12是按照這一順系排列;蜀恢725、Q31678、明恢86、838、測(cè)64-7、6078、明恢63、恢77、桂34、晚3(圖5中的組合1到10是按照這一順系排列);F2有:貴農(nóng)筒恢×明恢86(1081)、貴農(nóng)筒恢×蜀恢162(1082);B1C1有:(貴農(nóng)筒恢×蜀恢162)×蜀恢162(1085)、(貴農(nóng)筒恢×明恢86)×明恢86(1086);穩(wěn)定品系:庚筒F11(品系379)、96-597×貴農(nóng)筒恢F10(品系387)、(V優(yōu)481×中育87-1F1)×IR2843-79-2F16(品系458)、[(V優(yōu)481與庚筒F1)×IR2843-79-2F1]×美國(guó)大粒F15、99-21×超泰香F6(品系514)。在供試材料的親本中只有貴農(nóng)筒恢為卷葉,其他都為平葉。1.2測(cè)試方法1.2.1播種與插草試驗(yàn)供試材料于2003年4～10月在貴州大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)試驗(yàn)田(海拔1070m,土壤肥力中等)進(jìn)行。試驗(yàn)于4月8日播種,5月10日移栽,密度為25.4cm×16.5cm,每公頃225000株,按編號(hào)順序播種和插秧。田間管理按常規(guī)管理,整個(gè)過(guò)程都保持在相對(duì)同一的條件下。1.2.2個(gè)時(shí)期和群體大小的調(diào)查用直尺測(cè)量水稻片葉的自然寬、展開(kāi)寬、葉長(zhǎng),分為四個(gè)時(shí)期,分別為苗期、分蘗盛期、孕穗期、齊穗期,每個(gè)時(shí)期從上到下測(cè)量三片葉的自然寬、展開(kāi)寬、葉長(zhǎng)。卷曲度按沈福成(1983)提出的的計(jì)算方法。在調(diào)查過(guò)程中按照遺傳的穩(wěn)定與分離來(lái)確定群體大小:其中F1調(diào)查10株,F2調(diào)查500株,B1C1調(diào)查100株,穩(wěn)定品系10株。本文數(shù)據(jù)處理是采用蓋均鎰的方法進(jìn)行處理,并以蓋均鎰等的處理方法及判斷作為理論依據(jù)。2結(jié)果與分析2.1卷曲度的變化從圖1正反交的卷曲度變化可以看出,隨著生育期的推進(jìn),卷曲度值在上升,在抽穗期劍葉卷曲度最大,隨后劍葉卷曲度有所下降,而倒三葉至倒二葉卷曲度在增大。從圖2穩(wěn)定的品系看出,有三個(gè)材料的卷曲度呈上升趨勢(shì)并與F1的趨勢(shì)相同,有兩個(gè)穩(wěn)定的品系卷曲度基本沒(méi)有變化,穩(wěn)定在0.2以內(nèi)。證明這兩個(gè)材料屬于主基因遺傳,基本不受外界環(huán)境的影響。另外有一個(gè)材料前期卷曲度值迅速上升,后期卷曲度變化較緩慢。2.2卷曲度值的變化從圖3和4正反交的卷曲度變化可以看出,正反交的卷曲度上升趨勢(shì)基本一致,在不同組合中卷曲度值變化也基本一致。從圖5同一母本組合卷曲度柱型圖可以看出,控制卷葉性狀的基因在同一生育期的基因表達(dá)基本同步,沒(méi)有平葉或微卷葉等類型的出現(xiàn)。2.3水稻卷葉基因的基因型與性狀間的匹配從圖6、圖7可以清楚的看出有兩個(gè)明顯的波峰,兩個(gè)波峰下的面積差異不大,兩個(gè)波峰下的面積比約為9∶7,說(shuō)明控制卷葉性狀的基因?yàn)閮蓪?duì)主基因。如李仕貴等對(duì)卷葉性狀進(jìn)行了遺傳分析和基因定位,他們認(rèn)為葉片卷曲受兩對(duì)隱性主基因控制,將卷葉作為數(shù)量性狀,應(yīng)用MAPMAKER/QTL的區(qū)間作圖法進(jìn)行分析,檢測(cè)到分別位于第1和5染色體兩個(gè)位點(diǎn),其中第1染色體的卷葉位點(diǎn)位于C949～G370之間,LOD值為5.68,與經(jīng)典遺傳圖譜已定的rl-1位于同一區(qū)段,李仕貴等的研究沿用rl-1。第5染色體上的卷葉基因位于RG13～RG57之間,LOD值為4.80,是一個(gè)未定位的卷葉基因位點(diǎn),定名為rl-7。這2對(duì)基因互補(bǔ)效應(yīng),其中卷葉雙單體(DH)群體的基因型為rl-1rl-1rl-7rl-7。夏中炎和馬達(dá)鵬等報(bào)道過(guò)粳稻劍葉長(zhǎng),寬和葉面積是受微效多基因控制的數(shù)量性狀,并且具有較高的遺傳力。晏月明等研究了11個(gè)秈粳雜種劍葉性狀的遺傳特點(diǎn),認(rèn)為劍葉長(zhǎng),寬和葉面積至少受2對(duì)基因控制,其遺傳力在0.60～0.90之間。根據(jù)機(jī)誤效應(yīng)表明,本次實(shí)驗(yàn)研究的筒葉材料屬于少數(shù)幾對(duì)主基因遺傳,控制這一性狀的基因類型可能是兩對(duì)主基因+微效多基因混合遺傳,控制這一性狀的主基因?qū)?shù)不可能超過(guò)10對(duì)。通過(guò)對(duì)這一性狀調(diào)查與分析表明:性狀的分離不符合沈福成所報(bào)道的3∶1的比例,也不符合9∶3∶3∶1的比例。從調(diào)查的卷曲度概率分布圖直觀地看出兩個(gè)明顯的波峰,這一分布圖的作法是按照蓋均鎰方法完成的。同時(shí)本試驗(yàn)按孟德?tīng)柕莫?dú)離分離規(guī)律來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,在次數(shù)分布的適合性測(cè)驗(yàn)結(jié)果中χ2=221>χ20.050.052,9和χ2=213>χ20.050.052,13和χ2=246>χ20.050.052,61均大于χ2>79.08,證明不符合2對(duì)、3對(duì)基因的獨(dú)立遺傳。從分布圖上直觀看出,也不屬于1對(duì)基因遺傳,可能存在兩對(duì)以上的基因連鎖遺傳。并通過(guò)各種遺傳分離比例的適合性測(cè)驗(yàn)χ2=115>χ20.050.052,7,因此水稻卷葉性狀在F2的實(shí)際結(jié)果不符合27∶9∶9∶9∶3∶3∶3∶1的理論比率,也不符合9∶3∶3∶1的理論比率,卡平方值比115還要大。這一情況表明控制水稻卷葉性狀的基因并非獨(dú)立遺傳,而可能為連鎖遺傳或基因互作效應(yīng)。2.4隱性基因控制本次試驗(yàn)對(duì)同一材料用不同的雜交方式進(jìn)行組建群體,從正反交柱型圖(圖1)可以看出,F1代各組合的卷曲度變化基本一致,證明控制卷葉性狀遺傳的基因?qū)儆诤嘶颉Ｔ贔2世代筆者選擇了齊穗期的劍葉、倒二葉、倒三葉卷曲度作為分析數(shù)據(jù)。從F2代群體可以很明顯的觀察到性狀的分離,在F2代出現(xiàn)反卷、平葉、微卷、瓦狀、半卷、筒狀及卷曲度超過(guò)1的性狀,這與沈福成報(bào)道的1對(duì)隱性基因控制不相符,導(dǎo)致這種結(jié)果的原因可能是材料不同,控制同一性狀的基因隨材料不同而有所不同,如顧興友和顧銘洪等報(bào)道日本流崗卷葉粳稻的卷葉特性以單基因不完全顯性方式遺傳。在經(jīng)典遺傳圖譜中已標(biāo)定了6個(gè)控制卷葉的隱性基因(rl-1,2,3,4,5,6),但都未在分子圖譜上定位。本文就組合編號(hào)為1081、1082和1085、1086,作了從上到下三葉卷曲度概率值分布圖,并作以下分析,根據(jù)蓋均鎰等的分布曲線得出:水稻卷葉性狀是由兩對(duì)主基因+多基因混合遺傳,從圖6、圖7、圖8、圖9與蓋均鎰等的理論分布曲線中的兩個(gè)世代分布類似,說(shuō)明可能有主基因存在,并且有顯性效應(yīng),主基因(F2世代)的遺傳率為0.80左右,多基因遺傳率為0.10左右。根據(jù)蓋均鎰等的遺傳模式推測(cè)屬于兩對(duì)主基因,表現(xiàn)為部分顯性或顯性(或隱性),兩對(duì)主基因的效應(yīng)有差異,主基因遺傳率在0.80以上;當(dāng)h2mg在0.80和0.90之間時(shí),只出現(xiàn)兩個(gè)峰,表現(xiàn)出9∶7的分離比,但是,這并不意味著兩個(gè)主基因之間存在著上位性互作,基因型A_bb、aaB_、aabb并不具有相同的基因型值,只不過(guò)由于環(huán)境和多基因的修飾,無(wú)法將三者區(qū)分開(kāi)來(lái)。2.5主基因回交a5c1的遺傳多樣性從圖8和9的回交B1C1可以清楚看出,不同的輪回親本在回交B1C1的卷曲度不相同,且不同材料差異較大。從圖8中看出葉片的卷曲度概率值出現(xiàn)一個(gè)波峰和一個(gè)偏態(tài)分布,在蓋均鎰等的研究中可以得到,回交B1C1在r為0、0.5、1.0、1.5;h2mg為0.2～0.9;h2pg為0.10中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)次數(shù)相同的波峰分布,說(shuō)明不是1對(duì)主基因遺傳。從圖9中看出葉片的卷曲度概率值出現(xiàn)兩個(gè)波峰,但兩個(gè)波峰之間并不明顯。這兩個(gè)回交B1C1的卷曲度值相差較大,蜀恢162(1085)作輪回親本的卷曲度最大值為0.529,明恢86(1086)作輪回親本的卷曲度最大值為0.783。在回交B1C1中也出現(xiàn)平葉、微卷、半卷、瓦卷,但沒(méi)有出現(xiàn)筒狀以上的卷葉。平葉出現(xiàn)的概率在1085中較小,而在1086中劍葉為平葉的概率仍然較小。3通過(guò)基因自適應(yīng)的方式來(lái)研究水稻葉片形態(tài)和光能近年來(lái)水稻育種家和農(nóng)學(xué)家均注意到上部葉片挺直對(duì)后期物質(zhì)生產(chǎn)及群體通風(fēng)透光的重要性,為增加葉片挺直度,在超高產(chǎn)株型設(shè)計(jì)中提出上部葉片內(nèi)卷。本實(shí)驗(yàn)就貴農(nóng)筒恢研究表明,葉片內(nèi)卷是受兩對(duì)主基因+微效多基共同因控制的,主基因(F2世代)的遺傳率為0.80左右,多基因遺傳率為0.10左右。通過(guò)與不同材料的雜交,其F1均表現(xiàn)為中間型,證明控制卷葉的基因可能是不完全顯性或顯性基因。本實(shí)驗(yàn)用正反交來(lái)驗(yàn)證是否存在細(xì)胞質(zhì)遺傳,結(jié)果表明卷葉性狀的遺傳是由核基因控制的。通過(guò)回交證明不同的材料受不同的基因控制,因?yàn)椴煌妮喕赜H本卷曲度的差異較大,可能是控制卷葉性狀的基因?qū)?shù)不同,基因之間存在累加效應(yīng)造成的。這對(duì)選育具有卷葉性狀的品種有一定的理論價(jià)值,可以作為制定育種目標(biāo)的一種理論依據(jù)。由于卷葉性狀是受主基因控制,在育種上是很容易利用,特別是在改良品種方面,可以達(dá)到預(yù)期的目的。由于設(shè)備條件有限,本文沒(méi)有建立主基因+多基因混合模型,沒(méi)有得出基因之間的互作關(guān)系。然而有研究表明,葉片內(nèi)卷會(huì)減少葉片上表面的受光面積及光強(qiáng),使上表面的光合強(qiáng)度有所下降。在卷曲度高的組合中,葉片上表面的光合強(qiáng)度測(cè)定值較高,但實(shí)際值要比這一水平低。在自然卷葉狀態(tài)下,葉片卷曲度太大不利于單葉光合作用。朱德峰等研究表明卷曲度在0.15～0.16時(shí),上表面光合強(qiáng)度不會(huì)因卷葉而降低,而由于葉片挺直,下表面受光狀況良好,光合強(qiáng)度也較高,且0.15～0.16的葉片卷曲度已能達(dá)到葉片角度較小和挺直的目的。筆者認(rèn)為劍葉卷曲度在0.20～0.50之間是最適卷曲度,這有利于控制劍葉、倒二葉、倒三葉夾角在5°、10°、20°,卷葉性狀還可以減少光的漫反射和反射,使下部葉片能夠接受到從上方透過(guò)的光線,改善群體內(nèi)部的小氣候,讓中下部的水稻葉片能自