大蒜種質(zhì)資源評價與愈傷組織的物理化學(xué)誘變技術(shù)研究

大蒜種質(zhì)資源評價與愈傷組織的物理化學(xué)誘變技術(shù)研究大蒜(AlliumsativumL.)可作為蔬菜、調(diào)味品和藥物,是一種十分重要的作物。中國和埃及是全世界大蒜的主要生產(chǎn)國。然而,有限的自然變異并不能滿足遺傳改良的要求,同時由于大蒜不能進(jìn)行有性繁殖,因此至今在選育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和抗生物和非生物逆境品種方面開展的工作十分有限。另外,通過傳統(tǒng)的方法很難準(zhǔn)確測定次生代謝組分含量和評價遺傳變異。因此,挖掘優(yōu)異種質(zhì)、創(chuàng)造新的變異型顯得十分重要。超高效液相色譜(UPLC)是測定大蒜素的一種十分有效的方法。SSR標(biāo)記是一種共顯性標(biāo)記,在鑒定基因變異方面具有很多優(yōu)勢。基于組織培養(yǎng)技術(shù)的無性系誘變是無性繁殖植物遺傳改良的一種十分有效的方法。基于以上原因,我們進(jìn)行了下面三方面的研究：首先,評估遺傳和環(huán)境因素對埃及和中國大蒜種質(zhì)大蒜蒜素含量的影響；第二,利用形態(tài)學(xué)和新的SSR標(biāo)記評價大蒜種質(zhì)資源的遺傳多樣性；最后,基于大蒜愈傷組織的伽瑪輻射和甲基磺酸乙酯(EMS)處理誘變技術(shù)研究。試驗結(jié)果總結(jié)如下：1.遺傳和環(huán)境因素對大蒜種質(zhì)大蒜辣素含量的影響利用超高效液相色譜測定了104份大蒜種質(zhì)(83份來源于中國,21份來源于埃及)的大蒜辣素含量。根據(jù)大蒜辣素含量高低,將所有種質(zhì)分成4組。大蒜辣素含量最高的種質(zhì)分在A組,包含埃及和中國種質(zhì)各一個。聚類分析表明在這些大蒜種質(zhì)間大蒜辣素含量的變異范圍廣,可以在育種中通過選擇利用這些優(yōu)選種質(zhì)來改良大蒜品質(zhì)。我們還發(fā)現(xiàn)選擇獲得的無性系的大蒜辣素含量高于其親本,這表明從自然群體中篩選變異無性系不失為大蒜遺傳改良的有效途徑?；蛐?、地理位置及其交互作用對埃及大蒜種質(zhì)的大蒜辣素含量影響均達(dá)極顯著水平(P<0.001)。種植在中國的埃及大蒜比種植在埃及的同樣的大蒜種質(zhì)有較低的大蒜辣素含量。在這兩個不同的地理位置種植的相同大蒜種質(zhì)中,其大蒜辣素含量的降低幅度為16%-63.7%。這一發(fā)現(xiàn)證實了對于大蒜產(chǎn)業(yè)來說,大蒜種植區(qū)的選擇對提高大蒜辣素含量是至關(guān)重要的。2.基于形態(tài)性狀和SSR標(biāo)記的大蒜遺傳多樣性分析利用19個表型性狀和基于轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果開發(fā)的16對SSR引物分析了中國(83份)和埃及(21份)104份大蒜種質(zhì)資源的遺傳多樣性。這16對SSR引物在所有材料中共檢測出了44個等位基因,每對引物檢測到1-4個等位基因,平均每個基因座有2.75個多態(tài)性位點。在104份種質(zhì)中,等位基因頻率在0.5048-0.9615之間,基因多樣性為0.0740-0.5000,遺傳雜合度為0.0481-0.9904,平均多態(tài)信息含量(PIC)為0.2225?；谛螒B(tài)學(xué)標(biāo)記獲得的聚類樹將104份大蒜種質(zhì)資源分為2個主要類群,而以16對SSR標(biāo)記構(gòu)建的104份大蒜種質(zhì)系統(tǒng)發(fā)育樹將其分為3個主要類群,但兩種方法構(gòu)建的系統(tǒng)樹與大蒜的地理分布基本一致。利用12對SSR引物比較選擇的無性系及其親本,證實選擇的大蒜無性系后代和親本之間存在遺傳變異,說γ明無性系選擇在大蒜品種改良中仍是一種有效的方法。3.利用γ射線處理大蒜愈傷組織的誘變技術(shù)研究對2個中國大蒜品種(‘永年’和‘中牟’)的愈傷組織分別用1,3,5,7戈瑞(Gray)的γ射線進(jìn)行誘變處理,發(fā)現(xiàn)‘永年’大蒜對高劑量的γ射線敏感,而‘中牟’大蒜在高劑量射線處理后各項生長指標(biāo)表現(xiàn)相對較好。具體表現(xiàn)為：用1Gray的γ射線處理‘永年’大蒜的愈傷組織,其生芽愈傷組織的平均數(shù)、每個愈傷組織的生芽數(shù)、總芽數(shù)、成苗芽數(shù)和株高分別為33.33,2.37,296.00,170.00和13.32cm,均高于其他劑量處理。然而,對于‘中牟’大蒜的愈傷組織,用7Gray的劑量處理,上述指標(biāo)高于其他劑量處理,分別為10.33,3.92,78和17.10cm。此外,‘中牟’大蒜的愈傷組織在4Gray的輻射處理下出芽所需時間最短,為154d；而‘永年’大蒜的愈傷組織在1Gray的輻射處理下,出芽需129.7d。利用16對SSR引物檢測誘變材料,其中2對引物檢測到了遺傳變異,即分別在經(jīng)過5Gray和7Gray劑量Y射線輻照處理的‘永年’和‘中牟’大蒜愈傷組織產(chǎn)生的組培苗中獲得了2個和1個突變體。4.EMS處理對大蒜愈傷組織、再生芽和再生植株的影響調(diào)查結(jié)果顯示,不同大蒜基因型對EMS的反應(yīng)不同。一定濃度的EMS處理一段時間后,可促使ZM基因型大蒜愈傷組織分化出芽并促進(jìn)芽生長。而YN基因型大蒜愈傷組織在所有的處理組及對照組中都未能成功誘導(dǎo)出芽,且處理組中的愈傷組織發(fā)生褐化。ZM基因型大蒜愈傷組織誘變研究的主要結(jié)果顯示,隨著EMS濃度的提高和處理時間的延長,平均每個愈傷組織產(chǎn)生的芽數(shù)、總芽數(shù)和由芽形成的植株數(shù)、植株長度和根數(shù)會減少。具體來講,以0.2%的EMS處理1h,平均每個愈傷組織產(chǎn)生的再生芽數(shù)、總芽數(shù)和由芽形成的再生植株數(shù)、植株長度和根數(shù)達(dá)最大值,而后隨著EMS濃度和處理