利用单片段代换系研究水稻产量相关性状QTL加性及上位性效应

利用单片段代换系研究水稻产量相关性状QTL加性及上位性效应
利用单片段代换系研究水稻产量相关性状QTL加性及上位性效应

作物学报ACTA AGRONOMICA SINICA 2012, 38(11): 2007?2014 https://www.360docs.net/doc/894202882.html,/zwxb/ ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9E-mail: xbzw@https://www.360docs.net/doc/894202882.html,

DOI: 10.3724/SP.J.1006.2012.02007

利用单片段代换系研究水稻产量相关性状QTL加性及上位性效应

赵芳明1张桂权2曾瑞珍2杨正林1凌英华1桑贤春1何光华1,*

1西南大学水稻研究所 / 转基因植物与安全控制重庆市重点实验室 / 南方山地农业教育部工程研究中心, 重庆 400716; 2华南农业大学广东省植物分子育种重点实验室, 广东广州 510642

摘要: 产量及其相关性状如单株有效穗数、千粒重、穗实粒数、穗总粒数和结实率等是水稻重要的农艺性状, 了

解产量及其相关性状QTL的加性及上位性效应对以分子标记聚合育种改良水稻产量具有重要意义。本文以16个单

片段代换系及15个双片段代换系分析了水稻产量相关性状QTL的加性及上位性效应。共检出影响产量及其相关性

状的13个QTL, 包括产量性状1个、单株有效穗数1个、千粒重4个、穗实粒数4个、穗总粒数2个和结实率1个,

分布于第2、第3、第4、第7和第10染色体上。此外, 检出12对双基因互作。结果显示, 2个正向(或负向)产量性

状QTL聚合, 往往会产生负向(或正向)的上位性效应, 能否产生更大(或更小)的目标性状, 取决于双片段遗传效应(加性效应与上位效应代数和)绝对值与单片段最大加性效应绝对值的差。本研究结果对实施高产分子标记聚合育种

方法有重要参考价值。

关键词: 水稻; 单片段代换系; 产量相关性状QTL; 加性效应; 上位性效应

Epistatic and Additive Effects of QTLs for Yield-Related Traits Using Single Segment Substitution Lines of Rice (Oryza sativa L.)

ZHAO Fang-Ming1, ZHANG Gui-Quan2, ZENG Rui-Zhen2, YANG Zheng-Lin1, LING Ying-Hua1, SANG Xian-Chun1, and HE Guang-Hua1,*

1 Rice Research Institute, Southwest University / Chongqing Key Laboratory of Application and Safety Control of Genetically Modified Crops / En-gineering Research Center of South Upland Agriculture, Ministry of Education, Chongqing 400716, China;

2 Guangdong Key Laboratory of Plant Molecular Breeding, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China

Abstract: Yield-related traits such as panicle number per plant, thousand grain weight, number of grains per panicle, number of spikelets per panicle and seed setting rate are important agronomic traits in rice. Understanding additive and epistatic effects of QTL for yield-related traits are important to increase rice yield using method of pyramiding breeding with molecular marker as-sisted selection. In this paper, additive and epistatic effects of QTLs for rice yield-related traits were analyzed using 16 single segment substitution lines (SSSL) and 15 double segment substitution lines (DSSL). A total of thirteen QTLs for yield-related traits were identified on the chromosomes 2, 3, 4, 7, and 10 respectively, containing one for grain yield per plant (GY), one for panicle number (PN), four for thousand-grain weight (TGW), four for number of grains per panicle (NGP), two for number of spikelets per panicle (NSP) and one for seed-setting rate (SSR). Furthermore, twelve pairs of digenic interactions were detected

for yield-related traits. The results showed that pyramiding two QTLs with positive effects (or two QTLs with negative effects) often results in negative epistatic effects (or positive epistatic effects) in DSSL. Whether larger or smaller value of yield-related traits is produced lies on the difference between the absolute value of genetic effect (algebraic sum of additive and epistatic effects)

in the DSSL and the largest value of additive effect in the SSSL. These results are important to improve yield by pyramiding fa-vorable QTLs for yield-related traits.

Keywords: Rice; Single segment substitution lines; QTLs for yield-related trait; Additive effects; Epistatic effect 单产的提高始终是水稻育种的追求目标, 而产量性状是数量性状, 遗传基础复杂, 易受环境和遗

本研究由西南大学基本科研业务费专项资金(XDJK2010B011)和重庆市自然科学基金项目(CSTC, 2010BB1131)资助。

*通讯作者(Corresponding author): 何光华, E-mail: hegh@https://www.360docs.net/doc/894202882.html,

第一作者联系方式: E-mail: zhaofangming2004@https://www.360docs.net/doc/894202882.html,

Received(收稿日期): 2012-03-18; Accepted(接受日期): 2012-07-05; Published online(网络出版日期): 2012-09-10.

URL: https://www.360docs.net/doc/894202882.html,/kcms/detail/11.1809.S.20120910.1328.007.html

2008作物学报第38卷

传背景的影响。随着分子标记技术的飞速发展, 利用分子标记进行QTL作图, 将复杂的数量性状剖分为若干离散的孟德尔因子所决定的组分, 进而确定其在染色体上的位置及与其他基因的关系, 对于数量性状的逐个改良与聚合有重要意义。近年来, 利用传统作图群体(F2、F3、DH、RIL)大量研究了水稻产量性状QTL, 定位的QTL已涵盖所有12条染色体[1]。但由于QTL对遗传背景和环境影响敏感[2]以及传统作图群体个体间遗传背景差异较大, 使得QTL定位精确度不高, 且较难鉴定出效应较小的QTL[3-4]。为克服以上不足, 构建了一些减少遗传背景干扰的次级作图群体, 如染色体片段代换系(chromosome segment substitution lines, CSSLs) [5-7]和单片段代换系(single segment substitution lines, SSSLs) [8-11], 并已广泛应用于QTL定位[12-15]。单片段代换系只存在供体亲本1个代换片段的差异, 其遗传背景与受体亲本一致[8], 因而利用单片段代换系鉴定QTL, 可提高QTL定位的准确性。

随着QTL定位研究的深入, 近年来对上位性互作的研究也受到极大重视。上位性是指基因位点间的非加性遗传效应, 是偏离单个基因独立效应总和的效应。Eshed和Zamir[16]认为QTL上位性是决定表型值的重要组成。已有大量研究用传统作图群体对产量性状的基因互作进行了上位性分析[17-19], 然而上位性受遗传背景的影响更敏感[2]。利用染色体片段代换系, 既可减少遗传背景的干扰, 又可通过导入不同的遗传组成基因有目的地分析基因间的互作, 因而是研究上位性的有效手段。目前尚没有用近等基因系或单片段代换系对产量相关性状QTL 上位性的研究报道。本研究通过单片段代换系间的杂交而衍生16个次级单片段代换系和15个双片段代换系, 采用随机区组试验设计分析了水稻产量相关性状QTL的加性和上位性效应, 这些结果对于探索通过基因聚合途径提高产量具有重要的参考价值。

1材料与方法

1.1 试验材料

16个单片段代换系(SSSL)、15个双片段代换系(double segment substitution lines, DSSL)和受体亲本华粳籼74均由华南农业大学广东省植物分子育种重点实验室提供, 来源于Zhang等[8]构建的单片段代换系文库。16个SSSL包括7个初级SSSL和9个次级SSSL, 后者是由7个初级SSSL间的杂交分解得到的相互重叠的SSSL; DSSL是由7个初级SSSL间的杂交衍生聚合而成的双片段代换系。材料见表1。

1.2试验方法

采取随机区组试验设计, 每小区种40株, 3次重复。于2008年3月8日种植于西南大学实验地, 4月15日移栽。每小区栽4行, 每行10株, 行、株距分别为26.4 cm和16.5 cm。常规管理。每个小区成熟后分单株收取中间10株, 分别考察单株有效穗数、穗总粒数、穗实粒数、千粒重、结实率和单株产量, 然后以10株的平均数计为该小区的各性状值以备下一步统计分析。

1.3 QTL加性及上位性效应分析

1.3.1 加性效应以SPSS1

2.0统计软件, 对16个SSSL和华粳籼74的3个小区单株产量及其相关性状进行ANOVA分析和Duncan’s多重比较, 如果某一性状与华粳籼74在P<0.01水平上差异显著, 即认为单片段代换系代换片段上存在QTL。同时, 为了提高置信度, 本文还进一步作了单次t检验, 并提供了各QTL的概率值。参照Eshed和Zamir的方法[3]估算各个QTL的加性效应。加性效应值=(单片段代换系的表型值?华粳籼74的表型值)/2。

1.3.2 上位性效应参照Eshed和Zamir的分析方法[16], 其遗传模型为Y =μ + SLH a + SLH b + SLH a×SLH b + ε, 其中, Y表示双片段代换系的某性状遗传值, μ表示受体华粳籼74的某性状平均值, ε表示试验误差, SLH a和SLH b分别表示单片段代换系SSSL(a)和SSSL(b)存在或缺失时的某性状加性遗传效应, SLH a×SLH b表示两代换片段间的某性状上位性互作效应, 以(HJX74+DSSLab)?(SSSLa+ SSSLb)的一半性状表型值进行估计, 其中, 4个参数分别表示受体华粳74、双片段代换系、单片段代换系a和b的性状平均值。上位性效应分析分两步进行, 首先以SPSS1

2.0统计软件选出在某一性状上与华粳籼74差异极显著的DSSL, 然后以t测验检测(HJX74 + DSSLab)与(SSSLa + SSSLb)的显著性, 当二者P<0.01时, 认为两代换片段间存在上位性互作效应。

1.3.3 QTL的命名QTL名称中前面的字母为鉴定性状的英文词首的缩写, 数字为QTL所在染色体的编号, 如果在几个单片段代换系的重叠区段上都检出某一性状的QTL, 参照Paterson等[20]的代换

第11期

赵芳明等: 利用单片段代换系研究水稻产量相关性状QTL 加性及上位性效应

2009

表1 所用单片段代换系及双片段代换系 Table 1 SSSL and DSSL used in the experiment

编号 Code 供体来源 Donor

染色体

Chr. 代换片段

Substitution segment 长度 Length (kb)

S1 2 RM3542---RM138-PSM125---Long arm end 39.35 S2 美国茉莉香 American jasmine 3 PSM377---RM6146-RM3646-RM16-PSM127---RM5626 729.14

S3

Basmati 370

4 RM2811---RM401---RM3317

570.52

S4 4 RM5320---RM451---RM303 37.26 S5 4 RM5320---RM451-RM303---RM317 71.01

S6 4 RM5320---RM451-RM303-RM317---RM3217 145.03 S7 4 RM317---RM3217-RM3276---RM5473 137.40 S8

巴西陆稻 IAPAR9

4 RM5320---RM451-RM303-RM317-RM3217-RM3276---RM5473 282.41

S9 6 RM508---RM170-RM190-RM587-RM510---RM225 295.86

S10 6 RM508---RM170---RM190 66.15

S11 6 RM190---RM587-RM510---RM225 109.59 S12 6 RM508---RM170-RM190---RM587 112.73

S13 美国茉莉香 American jasmine 6 RM170---RM190-RM587-RM510---RM225 156.16

S14 Amol 3 7 RM3826---RM336---RM3534 97.44 S15 Lemont 10 RM596---RM258---PSM169 252.83

S16 Lemont

10 RM596---RM258-PSM169---RM147 399.42

D1 3, 6 (Pyramid of S2 and S10) D2 3, 6 (Pyramid of S2 and S12) D3 3, 6 (Pyramid of S2 and S11) D 4 美国茉莉香 American jasmine

3, 6 (Pyramid of S2 and S9) D 5 6, 7 (Pyramid of S10 and S14) D6 Amol 3, 美国茉莉香

Amol 3, American jasmine 6, 7 (Pyramid S9 and S14) D7 6, 2 (Pyramid of S12 and S1) D8 6, 2 (Pyramid of S9 and S1) D9 IRAT261, 美国茉莉香, IRAT261, American jasmine 6, 2 (Pyramid of S11 and S1) D10 3, 4 (Pyramid of S2 and S7) D11 3, 4 (Pyramid of S2 and S8) D12 3, 4 (Pyramid of S2 and S6) D13 6, 4 (Pyramid of S12 and S8) D14 美国茉莉香, 巴西陆稻

American jasmine, IAPAR9 6, 4 (Pyramid of S9 and S8) D15

Lemont, Basmati 370 10, 4

(Pyramid of S16 and S3)

三连线末端为代换片段两侧标记, 三连线区表示重组可能发生的区段, 中间的短连线表示检出的代换片段。

The single hyphen in the middle of markers shows the substitution segment, while the end markers of the triadic hyphens are side markers of substitution segment, in which segments recombination might appear.

作图法命名为相同的名称。 2 结果与分析

2.1 单片段代换系上检出的水稻产量及其相关性状QTL

通过对16个单片段代换系进行产量及其相关性状的QTL 鉴定, 结果在7个单片段代换系上检出影响产量及其相关性状的13个QTL, 包括单株产量的1个, 单株有效穗数1个, 千粒重4个, 穗实粒数

4个, 穗总粒数2个, 结实率1个, 分布于第2、第3、第4、第7和第10染色体上(表2)。

从表2分析可知, 同一产量相关性状QTL 分布于不同的水稻单片段代换系中。如千粒重QTL 能在S2、S3、S7和S16中被检测到, 穗总粒数QTL 能够在S3和S16中被检测到, 穗实粒数QTL 能够在S1、S3、S14和S16中被检测到, 说明水稻产量相关性状QTL 分布于水稻基因组的不同区域。

进一步分析发现, 多数产量相关性状QTL 往

2010

作 物 学 报

第38卷

表2 在单片段代换系上检出的水稻产量相关性状QTL

Table 2 QTL for yield-related traits detected using SSSL of rice

编号

Code 染色体 Chr. 代换区间 Substitution interval

性状 Trait QTL 平均数±标准差 Mean ± SD A P Recipient (Huajingxian 74)

35.92±1.66 S3 4 RM401 单株产量 Grain yield per plant (g)

qGY4 23.01±1.07 –6.46 7.68×10?4

Huajingxian 74

9.20±0.28

S16 10 RM258–PSM169 单株有效穗

Panicle number

qPN10 13.97±0.34 2.39 1.08×10?4

Huajingxian 74

20.20±0.31

S2 3 RM6146–PSM127 qTGW3 23.16±0.34 1.48 8.01×10?4S3 4 RM401

qTGW4.115.53±0.24 –2.34 7.33×10?5S7 4 RM3217–RM3276 qTGW4.2

23.49±0.18 1.65 1.99×10?4S8 4 RM451–RM3276 qTGW4.222.70±0.08 1.25 3.68×10?4S16 10 RM258–PSM169 千粒重 1000-grain weight (g)

qTGW1017.33±0.08 –1.44 2.16×10?4Huajingxian 74

167.07±3.26

S1 2 RM138–PSM125

qNGP2 127.78±4.96 –19.65 7.27×10?4S3 4 RM401 qNGP4 101.57±5.76 –32.75 1.51×10?4S14 7 RM336 qNGP7 125.57±2.04 –20.75 1.08×10?4S16 10 RM258–PSM169 穗实粒数

Number of grains per

panicle

qNGP10 105.62±4.08 –30.73 7.67×10?5Huajingxian 74

197.19±5.05

S3 4 RM401

qNSP4 120.32±6.15 –38.44 1.66×10?4

S16 10 RM258–PSM169 穗总粒数

Number of spikelets

per panicle

qNSP10 139.80±4.08 –28.70 2.36×10?4Huajingxian 74

84.61±1.38

S14 7 RM336 结实率

Seed-setting rate (%)

qSSR7

73.13±0.68 –5.74 4.58×10?4

A 为加性效应, “正效应”表示增加受体性状值, “负效应”表示减小受体表型值。

A: additive effect; “positive effect” indicates increasing trait values of Huajingxian 74; “negative effect” indicates decreasing trait values of Huajingxian 74.

往成簇分布。如单株产量QTL (qGY4)、千粒重QTL (qTGW4.1)、穗实粒数QTL (qNGP4)和穗总粒数QTL (qNSP4)均在单片段代换系S3上被检测到, 加性效应分别使华粳籼74的相应性状减少12.91 g 、4.67 g 、65.50粒和76.87粒; 穗实粒数QTL (qNGP7)和结实粒QTL (qSSR7)均在单片段代换系S14上被检测到; 单株有效穗数QTL (qPN10)、千粒重QTL (qTGW- 10)、穗实粒数QTL (qNGP10)和穗总粒数QTL (qNSP10)都在单片段代换系S16上被检测到。

2.2 双片段代换系上检出的水稻产量及其相关性状QTL 的上位性效应

由于单片段代换系和双片段代换系是纯合体, 因而理论上单片段代换系的遗传效应只有单片段QTL 的加性效应。双片段代换系的遗传效应理论上是2个代换片段QTL 的加性效应及代换片段QTL 间上位性效应的代数和。本研究利用15个双片段代换系共检出影响产量相关性状的双基因互作12对(表3), 包括单株产量的1对、单株有效穗的1对、千粒重的5对、穗实粒数的1对、穗总粒数的1对

和结实率的3对。从互作方式分析, 4对为2个位点均表现显著加性效应的上位性互作, 3对为仅一个位点表现显著加性效应的上位性互作, 5对为2个位点均没有显著加性效应的上位性互作。从双基因互作效应分析, 在D10中, 第3染色体上加性效应为1.48的粒重QTL (qTGW3)和第4染色体上加性效应为1.65的粒重QTL (qTGW4.2)聚合后, 二者产生的上位性效应为?1.61。这说明双代换片段会使华粳籼74的千粒重在遗传上增加(1.48+1.65?1.61) g, 即 1.52 g, 比单个qTGW4.2可增加千粒重1.65 g 的效应值小, 比单个qTGW3增加千粒重1.48 g 的效应值大, 但更偏向于 1.48 (qTGW3), 没有使籽粒更大, 进一步揭示了聚合2个大粒QTL, 往往产生负向的上位性效应, 双片段代换系的籽粒能否更大, 取决于双片段遗传效应绝对值与单片段最大加性效应绝对值的差, 若为正值, 表明可产生比单片段更大的籽粒; 若为负值, 则表明籽粒不会大于单片段的籽粒。在D15中, 第10染色体上加性效应为?1.44的千粒重QTL (qTGW10)和第4染色体上加性效应为?2.34的千粒

第11期

赵芳明等: 利用单片段代换系研究水稻产量相关性状QTL 加性及上位性效应 2011

重QTL (qTGW4.1)聚合后, 二者产生的上位性效应为1.51, 说明双代换片段会使华粳籼74的千粒重在遗传上减少(?1.44?2.34+1.51) g, 即2.27 g, 由于双代换片段千粒重效应绝对值2.27 g 小于单片段最大加性效应绝对值2.34 g, 这2个小粒QTL 聚合没有产生更小的籽粒。在D15中, 第10染色体上加性效应为?30.73的穗实粒数QTL (qNGP-10)和第4染色

体上加性效应为?32.75的穗实粒数QTL (qNGP-4)聚合后, 二者产生的上位性效应为33.28, 说明双代换片段会使华粳籼74的穗实粒数在遗传上减少(?30.73 ?32.75+33.28)粒, 即30.20粒, 由于双代换片段穗实粒数遗传效应绝对值30.20大于单片段最大加性效应绝对值32.75, 2个少粒QTL 聚合没有产生比单片段更少的籽粒。

表3 双片段代换系上检出的水稻产量相关性状QTL 上位性效应

Table 3 Epistatic effects between QTLs for yield-related traits detected on the double segment substitution lines of rice 编码 Code

染色体 Chr.

代换区间

Substitution interval (i )

染色体 Chr.

代换区间

Substitution interval (j )

性状 Trait

A i 1)

A j 2)

AA ij 3)

P

D15 10 RM258–PSM169(S16) 4 RM401(S3) 单株产量GY (g) –6.46 2.94 8.81×10?3D15 10 RM258–PSM169(S16) 4 RM401(S3) 有效穗PN

2.39 –2.20 8.80×10?3D3 3 RM6146–PSM127(S2) 6 RM587–RM510(S11)

1.48 –0.90 4.11×10?3D6 6 RM170–RM510(S9) 7 RM336(S14)

1.05 8.92×10?3D9 6 RM587–RM510(S11) 2 RM138–PSM125(S1) 0.97 1.15×10?3D10 3 RM6146–PSM127(S2) 4 RM3217–RM3276(S7) 1.48 1.65 –1.61 3.10×10?4D15 10 RM258–PSM169(S16) 4 RM401(S3) 千粒重TGW (g)–1.44 –

2.34 1.51

3.71×10?4

D15 10 RM258–PSM169(S16) 4 RM401(S3) 实粒数NGP –30.73 –32.75 33.28 6.99×10?4D15 10 RM258–PSM169(S16) 4 RM401(S3) 总粒数NSP

–28.70 –38.44 29.73 2.01×10?3

D1 3 RM6146–PSM127(S2) 6 RM170(S10)

–2.08 3.12×10?3D2 3 RM6146–PSM127(S2) 6 RM170–RM190(S12) –3.18 1.73×10?3D4 3 RM6146–PSM127(S2) 6 RM170–RM510(S13)

结实率SSR (%) –2.95 3.31×10?5

1)

“i ”代换片段加性效应; 2) “j ”代换片段加性效应; 3) 双片段上位性效应。“A i 和A j 中正效应”表示增加华粳籼74性状值; “A i 和A j

中负效应”表示减小华粳籼74性状值。“AA ij 中正效应”表示2个位点间互作基因型与具有正效应的加性基因型方向相同。

1)

additive effect of “i ” substitution segment; 2) additive effect of “j ” substitution segment; 3) the epistatic effect of additive by additive

interaction between substitution segments i and j . “Positive effect in A i and A j ” indicates the increase of trait values in Huajingxian 74; “Posi-tive value in AA ij ” indicates that the two-locus interaction genotypes are syntropic with the additive genotype with positive effect. GY: grain yield per plant; PN: panicle number per plant; TGW: 1000-grain weight; NGP: number of grains per panicle; NSP: number of spikelets per panicle; SSR: seed-setting rate.

3 讨论

利用单片段代换系进行QTL 定位较传统QTL 分析方法具有明显的优势, 其准确度和灵敏度较高, 定位结果实用性强, 可直接用于育种实践[3,8,21]。本研究在7个单片段代换系上检出了13个影响产量及其相关性状的QTL, 平均每个单片段代换系上检出1.85个, 再次表明用单片段代换系鉴定QTL 的高效性。与前人研究[22-44]比较, 本研究结实率QTL (qSSR7)与徐华山等[29]定位的结实率QTL (pss-7)位于相近的染色体区段; 千粒重QTL (qTGW3)与Zhao 等[30]用单片段代换系定位的粒重QTL (Gwt-3-1)、Brondani 等[31]定位的HGW1、

Li 等[32]定位的qGW3-3及已克隆的千粒重QTL (GS3)[33], 是同一个主效QTL, 而且该基因已成功应用于以华粳籼74为背景的分子聚合育种[34]; 千粒重QTL qTGW4.2与Fu

等[35]定位的Kgw4-1、

Li 等[32]定位的qGW4-1在相近的染色体区段。本研究检出的其他10个产量相关性状QTL 尚未被报道, 可能是新的QTL, 这些结果将为利用基因聚合手段改良水稻产量奠定一定基础。

上位性互作是作物产量及其构成的重要遗传组成。利用传统作图群体研究发现, 水稻产量性状的基因位点间普遍存在上位性互作, 有些是有显著加性效应的QTL 间互作, 有些是一个有显著加性效应的QTL 与一个没有显著加性效应的位点间互作, 还有一些是2个都没有显著加性效应的位点间互 作[17-19,25,45]。但这些研究无法有目的地揭示2个QTL 间的上位性互作。通过构建水稻单片段代换系, 并利用含有目标性状QTL 的单片段代换系间杂交构建双片段代换系, 即可实现目标QTL 间的上位性互作研究。本研究利用15对水稻双片段代换系检出12对产量相关性状的QTL 间互作, 其中4对为2个

2012作物学报第38卷

位点均表现显著加性效应的上位性互作, 3对为仅一个位点表现显著加性效应的上位性互作, 5对为2个位点均没有显著加性效应的上位性互作, 互作方式与前人研究相同[17-19,25,45]。但本研究进一步通过分析2个大粒、小粒和少粒QTL的聚合, 发现2个大粒QTL聚合, 往往产生负向的上位性效应, 2个小粒或少粒QTL聚合往往产生正向的上位性效应, 聚合能否产生理想的效果, 取决于双片段加性效应与上位效应代数和的绝对值与单片段最大加性效应绝对值的差。这反映了由于QTL间上位性互作的普遍发生, 另一QTL的导入会导致单个QTL的加性作用相对减弱。Eshed和Zamir [16]的研究也表明, 随着QTL 导入的增多, QTL效应的加性作用明显减弱。尽管存在这样的上位性模式, 但基于相同背景的基因聚合仍是有效的。Gur和Zamir [46]以番茄导入系聚合了3个番茄有利产量性状QTL, 发现聚合系的产量高于对照50%, 证实了单片段代换系是研究上位性和实现基因聚合的理想群体。

4结论

利用单片段代换系群体, 共鉴定出13个影响产量及其相关性状QTL和12对产量相关性状双基因互作。2个携带大粒或小粒QTL的水稻单片段代换系聚合没有产生更大或更小粒的籽粒, 而是偏向其中之一。2个含有少粒QTL的单片段代换系聚合也没有产生更少的籽粒。聚合能否最终取得理想的效果, 主要取决于双片段遗传效应(加性效应与上位效应代数和)绝对值与单片段最大加性效应绝对值的差。

References

[1] Xing Y Z, Zhang Q F. Genitic and molecular bases of rice yield.

Annu Rev Plant Biol, 2010, 61: 421–442

[2] Liao C Y, Wu P, Hu B, Yi K K. Effects of genetic background

and environment on QTL and epistasis for rice (Oryza sativa L.) panicle number. Theor Appl Genet, 2001, 103: 104–111

[3] Eshed Y, Zamir D. An introgression line population of Lycoper-

sicon pennellii in the cultivated tomato enables the identification and fine mapping of yield-associated QTL. Genetics, 1995, 141: 1147–1162

[4] Monna L, Lin H X, Kojima S, Sasaki T, Yano M. Genetic dissec-

tion of a genomic region for a quantitative trait locus, Hd3, into two loci, Hd3a and Hd3b, controlling heading date in rice. Theor Appl Genet, 2002, 104: 772–778

[5] Kubo T, Nakamura K, Yoshimura A. Development of a series of

indica chromosome segment substitution lines in japonica back-

ground of rice. Rice Genet Newsl, 1999, 16: 104–106

[6] Ebitani T, Takeuchi Y, Nonoue Y, Yamamoto T, Takeuchi K, Yano

M. Construction and evaluation of chromosome segment substi-

tution lines carrying overlapping chromosome segments of indica

rice cultivar ‘Kasalath’ in a genetic background of japonica elite cultivar ‘Koshihikari’. Breed Sci, 2005, 55: 65–73

[7] Wan J-L(万建林), Zhai H-Q(翟虎渠), Wan J-M(万建民), Yasui

H(安井秀), Yoshimura A(吉村淳). Mapping QTL for traits as-

sociated with resistance to ferrous iron toxicity in rice (Oryza sa-

tiva L.) using japonica chromosome segment substitution lines.

Acta Genet Sin (遗传学报), 2003, 30(10): 893–898 (in Chinese with English abstract)

[8] Zhang G Q, Zeng R Z, Zhang Z M, Ding X H, Li W T, Liu G M,

He F H, Tulukdar A, Huang C F, Xi Z Y, Qin L J, Shi J Q, Zhao

F M, Feng M J, Shan Z L, Chen L, Guo X Q, Zhu H T, Lu Y G.

The construction of a library of single segment substitution lines in rice (Oryza sativa L.). Rice Genet Newsl, 2004, 21: 85–87 [9] Xi Z Y, He F H, Zeng R Z, Zhang Z M, Ding X H, Li W T,

Zhang G Q. Development of a wide population of chromosome single segment substitution lines (SSSL) in the genetic back-

ground of an elite cultivar in rice (Oryza sativa L.). Genome, 2006, 49: 476–484

[10] He F-H(何风华), Xi Z-Y(席章营), Zeng R-Z(曾瑞珍), Zhang

G-Q(张桂权). Developing single segment substitution lines (SSSL) in rice (Oryza sativa L.) using advanced backcrosses and MAS. Acta Genet Sin (遗传学报), 2005, 32(8): 825–831 (in Chinese with English abstract)

[11] Zeng R-Z(曾瑞珍), Tulukdar A, Liu F(刘芳), Zhang G-Q(张桂

权). Mapping of the QTL controlling grain shape in rice using single segment substitution lines. Sci Agric Sin (中国农业科学), 2006, 39(4): 647–654 (in Chinese with English abstract)

[12] Liu G F, Zhu H T, Liu S W, Zeng R Z, Zhang Z M, Li W T, Ding

X H, Zhao F M, Zhang G Q. Unconditional and conditional QTL mapping for the developmental behavior of tiller number in rice (Oryza sativa L.). Genetica, 2010, 138: 885–893

[13] Liu G F, Zeng R Z, Zhu H T, Zhang Z M, Ding X H, Zhao F M,

Li W T, Zhang G Q. Dynamic expression of nine QTLs for tiller number detected with single segment substitution lines in rice.

Theor Appl Genet, 2009, 118: 443–453

[14] Zhao F M, Liu G F, Zhu H T, Ding X H, Zeng R Z, Zhang Z M,

Li W T, Zhang G Q. Unconditional and conditional QTL map-

ping for tiller number at various stages by using single segment substitution lines in rice (Oryza sativa L.). Sci Agric Sin, 2008, 7:

第11期赵芳明等: 利用单片段代换系研究水稻产量相关性状QTL加性及上位性效应2013

257–265

[15] Zhao F-M(赵芳明), Zhang G-Q(张桂权), Zeng R-Z(曾瑞珍),

Yang Z-L(杨正林), Zhu H-T(朱海涛), Zhong B-Q(钟秉强), Ling Y-H(凌英华), He G-H(何光华). Additive effects and epis-tasis effects of QTL for plant height and its components using single segment substitution lines (SSSLs) in rice. Acta Agron Sin (作物学报), 2009, 35(1): 48–56 (in Chinese with English ab-stract)

[16] Eshed Y, Zamir D. Less-than-additive epistatic interactions of

quantitative trait loci in tomato. Genetics, 1996, 143: 1807–1817 [17] Zhuang J Y, Fan Y Y, Rao Z M, Wu J L, Xia Y W, Zheng K L.

Analysis on additive effects and analysis on additive effects and additive-by-additive epistatic effects of QTLs for yield traits in a recombinant inbred line population of rice. Theor Appl Genet, 2002, 105: 1137–1145

[18] Yu S B, Li J X, Xu C G, Tan Y F, Gao Y J, Li X H, Zhang Q F,

Saghai Maroof M A. importance of epistasis as the genetic basis of heterosis in an elite rice hybrid. Proc Natl Acad Sci USA, 1997, 94: 9226–9231

[19] Septiningsih E M, Prasetiyono J, Lubis E, Tai T H, Tjubaryat T,

Moeljopawiro S, McCouch S R. Identification of quantitative trait loci for yield and yield components in an advanced back-cross population derived from the Oryza sativa variety IR64 and the wild relative O. rufipogon. Theor Appl Genet, 2003, 107: 1419–1432

[20] Paterson A H, Deverna J W, Lanini B, Tanksley S D. Fine map-

ping of quantitative trait loci using selected overlapping recom-binant chromosomes in an interspecies cross of tomato. Genetics, 1990, 124: 735–742

[21] Zamir D. Improving plant breeding with exotic genetic libraries.

Nat Rev Genet, 2001, 2: 983–989

[22] Hittalmani S, Shashidhar H E, Bagali P G, Huang N, Sidhu J S,

Singh V P, Khush G S. Molecular mapping of quantitative trait loci for plant growth, yield and yield related traits across three diverse locations in a doubled haploid rice population. Euphytica, 2002, 125: 207–214

[23] Mebrouk B, Zhu J, Yan J Q, He C X, Wu P. QTL analysis of ge-

netic main effects and genotype (environment interaction effects for yield components in rice (Oryza sativa L.). J Zhejiang Univ (Agric & Life Sci), 2008, 28: 127–135

[24] Moncada P, Martinez C P, Borrero J, Chatel M, Gauch H, Gui-

maraes E P, Tohme J, McCouch S R. Quantitative trait loci for yield and yield components in an Oryza sativa × Oryza rufipogon BC2F2 population evaluated in an upland environment. Theor Appl Genet, 2001, 102: 41–52 [25] Xing Y Z, Tan Y F, Hua J P, Sun C G, Xu C G, Zhang Q. Char-

acterization of the main effects, epistatic effects and their environmental interactions of QTL on the genetic basis of yield

traits in rice. Theor Appl Genet, 2002, 105: 248–257

[26] Tanabe K, Miedal M, Ashikari M, Kitano H, Iwasaki Y. Mapping

of Small and Round Seed 1 gene in rice. Rice Genet Newsl, 2006,

23: 44–47

[27] Jiang G H, Xu C G, Li X H, He Y Q. Characterization of the ge-

netic basis for yield and its component traits of rice revealed by

doubled haploid population. Acta Genet Sin, 2004, 31: 63–72 [28] Cao L-Y(曹立勇), Zhan X-D(占小登), Zhuang J-Y(庄杰云),

Zheng K-L(郑康乐), Cheng S-H(程式华). QTL mapping and

epistasis analysis for yield componentsin a RIL population of rice

(Oryza sativa L. subsp. indica). Sci Agric Sin(中国农业科学),

2003, 36(11): 1241–1247 (in Chinese with English abstract) [29] Xu H-S(徐华山), Sun Y-J(孙永建), Zhou H-J(周红菊), Yu

S-B(余四斌). Development and characterization of contiguous

segment substitution lines with background of an elite restorer

line. Acta Agron Sin (作物学报), 2007, 33(6): 979–986 (in Chi-

nese with English abstract)

[30] Zhao F-M(赵芳明), Zhu H-T(朱海涛), Ding X-H(丁效华), Zeng

R-Z(曾瑞珍), Zhang Z-M(张泽民), Li W-T(李文涛), Zhang G-Q(张桂权). Detection of QTLs for important agronomic traits

and analysis of their stabilities using SSSLs in rice. Sci Agric Sin

(中国农业科学), 2007, 40(3): 447–456 (in Chinese with English

abstract)

[31] Brondani C, Rangel P H N, Brondani R P V, Ferreira M E. QTL

mapping and introgression of yield-related traits from Oryza

glumaepatula to cultivated rice (Oryza sativa) using microsatellite markers. Theor Appl Genet, 2002, 104: 1192–1203 [32] Li D J, Sun C Q, Fu Y C, Li C, Zhu Z F, Chen L, Cai H W, Wang X

K. Identification and mapping of genes for improving yield from

Chinese common wild rice (O. rufipogon Griff.) using advanced

backcross QTL analysis. Chin Sci Bull, 2002, 47: 1533–1537

[33] Fan C, Xing Y, Mao H, Lu T, Han B, Xu C, Li X, Zhang Q. GS3,

a major QTL for grain length and weight and minor QTL for

grain width and thickness in rice, encodes a putative transmembrane protein. Theor Appl Genet, 2006, 112: 1164–1171

[34] Yang T, Zeng R, Zhu H, Chen L, Zhang Z, Ding X, Li W, Zhang

G. Effect of grain length gene GS3 in pyramiding breeding of rice.

Mol Plant Breed, 2010, 1: 59–66

[35] Fu Q, Zhang P, Tan L, Zhu Z, Ma D, Fu Y, Zhan X, Cai H, Sun C.

Analysis of QTLs for yield-related traits in Yuanjiang common

wild rice (Oryza rufipogon Griff.). J Genet Genomics, 2010, 37:

147–157

2014作物学报第38卷

[36] Yao G-X(姚国新), Li Z-C(李自超), Li J-J(李金杰), Zhang Q(张

强), Hu G-L(胡广隆), Chen C(陈超), Tang B(汤波), Zhang H-L(张洪亮). Mapping QTLs for grain weight and shape using four sister near isogenic lines in rice (Oryza sativa L.). Acta Agron Sin (作物学报), 2010, 36(8): 1310–1317 (in Chinese with English abstract)

[37] Song X J, Huang W, Shi M, Zhu M Z, Lin H X. A QTL for rice

grain width and weight encodes a previously unknown RING- type E3 ubiquitin ligase. Nat Genet, 2007, 39: 623–630

[38] Liu M-W(刘明伟), Liu Y(刘勇), Wang S-Q(王世全), Deng

Q-M(邓其明), Li P(李平). Genetic mapping of the dominant minute grain gene Mi3(t) in rice (Oryza sativa). Chin J Rice Sci (中国水稻科学), 2005, 19(6): 511–515 (in Chinese with English abstract)

[39] Chen B-X(嬬

陈冰), Shi Y-Y(石英尧), Cui J-T(崔金腾), Qian Y-L(钱益亮), Liu H-Y(刘海燕), Zhang L-K(张力科), Wang H(王辉), Gao Y-M(高用明), Zhu L-H(朱苓华), Li Z-K(黎志康).

QTL detection of grain size and shape with BC2F2 advanced backcross population of rice (Oryza sativa L.). Acta Agron Sin (作物学报), 2008, 34(8): 1299–1307 (in Chinese with English abstract)

[40] Cheng G-P(程桂平), Feng J-H(冯九焕), Liang G-H(梁国华),

Liu X-D(刘向东), Li J-Q(李金泉). Identification of QTLs for agronomic traits associated with yield in a BC2F2 population be-tween Oryza sativa and Oryza rufipogon. Chin J Rice Sci (中国

水稻科学), 2006, 20(5): 553–556 (in Chinese with English ab-

stract)

[41] Guo Y-M(郭咏梅), Mu P(穆平), Liu J-F(刘家富), Li Z-C(李自

超), Lu Y-X(卢义宣). Correlation analysis and QTL mapping of grain shape and grain weight in rice under upland and lowland environments. Acta Agron Sin(作物学报), 2007, 33(1): 50–56 (in Chinese with English abstract)

[42] Zhu W-Y(朱文银), Wang C-L(王才林), Yang L-Q(杨连群).

Analysis of substituted segments in five advanced backcross substitution lines in an indica background in rice (Oryza sativa).

Chin Bull Bot(植物学报), 2009, 44(6): 666–672 (in Chinese with English abstract)

[43] Wang B(汪斌), Lan T(兰涛), Wu W-R(吴为人). Identification of

QTL underlying grain traits in rice using SSLP linkage map.

Fujian J Agric Sci(福建农业学报), 2003, 18(1): 11–15 (in Chinese with English abstract)

[44] Yuan A-P(袁爱平), Cao L-Y(曹立勇), Zhuang J-Y(庄杰云), Li

R-Z(李润植), Zheng K-L(郑康乐), Zhu J(朱军), Cheng S-H(程

式华). Analysis of additive and AE interaction effects of QTLs controlling plant height, heading date and panicle number in rice (Oryza sativa L.). Acta Genet Sin(遗传学报), 2003, 30(10): 899–906 (in Chinese with English abstract)

[45] Ma X Q, Tang J H, Teng W T, Yan J B, Meng Y J, Li J S.

Epistatic interaction is an important genetic basis of grain yield and its components in maize. Mol Breed, 2007, 20: 41–51 [46] Gur A, Zamir D. Unused natural variation can lift yield barriers

in plant breeding. PLoS Biol, 2004, 2: 1610–1615

水稻的生物学特性

水稻的生物学特性 2.1水稻品种生育期水稻的一生,包括营养生长和生殖生长两个阶段,一般以幼穗开始分化作为生殖生长开始的标志。 2.1水稻品种生育期水稻的一生,包括营养生长和生殖生长两个阶段,一般以幼穗开始分化作为生殖生长开始的标志。 2.1.1 营养生长阶段是水稻营养体的增长,它分为幼苗期和分蘖期。在生产上又分为秧田期和大(本)田期(从移栽返青到拔节)。 2.1.2 生殖生长阶段是结实器官的增长,从幼穗分化到开花结实,又分为长穗期和开花结实期。幼穗分化到抽穗是营养生长和生殖生长并进时期,抽穗后基本上是生殖生长期。长穗期从幼穗分化开始到抽穗止,一般30天左右。结实期从抽穗开花到谷粒成熟,因气候和品种而异一般25?/FONT>50天之间。 2.1.3 水稻生育类型(幼穗分化和拔节的关系)早、中、晚稻品种各异,早稻品种先幼穗分化后拔节,称重叠生育型;中稻品种,拔节和幼穗分化同时进行,称衔接生育型;晚稻品种拔节后隔一段时间再幼穗分化,称分离生育型。 2.2 水稻品种生育期的稳定性和可变性水稻品种的生育期受自身遗传特性的控制,又受环境条件的影响。 2.2.1 水稻品种生育期的稳定性同一品种在同一地区.同一季节,不同年份栽培,由于年际间都处于相似的生态条件下,其生育期相对稳定,早熟品种总是表现早熟,迟熟品种总是表现迟熟。这种稳定性主要受遗传因子所支配。因此在生产实践中可根据品种生育期长短划分为早稻,全生育期100?/FONT>125天,中稻130?/FONT>150天,连作晚恼120?/FONT>140天,一季晚稻150?/FONT>170天,还可把早、中、迟熟稻中生育期长短差异划分为早、中、迟熟品种,以适应不同地区自然条件和耕作制度的需要,从而保证农业生产在一定时期内的相对的稳定性和连续性。 2.2.2 水稻品种生育期的可变性随着生态环境和栽培条件不同而变化,同一品种在不同地区栽培时,表现出随纬度和海拔的升高而生育期延长,相反,随纬度和海拔高度的降低,生育期缩短;同一品种在不同的季节里栽培表现出随播种季节推迟生育期缩短,播种季节提早其生育期延长。早稻品种作连作晚稻栽培,生育期缩短;南方引种到北方,生育期延长。 2.3 水稻品种的“三性”三性是感光性、感温性和基本营养生长性的遗传特性。不同地区、不同栽培季节,水稻品种生育期长短(从播种到抽穗的日教),基本上决定于品种“三性”的综合作用。因此水稻品种的三性是决定品种生育期长短及其变化的实质。水稻三性是气候条件和栽培季节的影响下形成的,对任何一个具体品种来说,三性是一个相互联系的整体。 2.3.1水稻品种的感光性在适于水稻生长的温度范围内,因日照长短使生育期延长或缩短发生变化的特性,称水稻的感光性。对于感光性品种,短日照可以加速其发育转变而提早幼穗分化,这就是指短于某一日长时抽穗较早;长于某一日长时抽穗显著推迟,这又称为“延迟抽穗的临介日长”,即是诱导幼穗分化的日长高限。水稻品种不同,种植地区不同,延迟抽穗的临介日长亦不同。我国南北稻区,水稻生育期间大多处于11?/FONT>16小时之间。 2.3.2 水稻品种的感温性在适于水稻生长的温度范围内,高温可使水稻生育期缩短,低温可使生育期延长,这种因温度高低而使生育期发生变化的特性,称水稻品种的感温性。水稻在高温条伴下品种生育期会缩短,但缩短的程度因品种特性而有所不同。晚稻品种的感温性比早稻更强,但晚稻品种其发育转变,主要受日长条件的支配,当日长不能满足要求时,则高温的效果不能显现。中稻品种介于早、晚稻之间。 2.3.3 水稻品种的基本营养生长性水稻进入生殖生长之前,在受高温短日影响下,而不能被缩短的营养生长期,称为水稻的基本营养生长期。它不受环境因子所左右的品种本身所固有的特性,又称为品种的基本营养生长性。营养

水稻的特点

水稻从播种至成熟的天数称全育期,从移栽至成熟称大田(本田)生育期。水稻生育期可以随其生长季节的温度、日照长短变化而变化。同一品种在同一地区,在适时播种和适时移栽的条件下,其生育期是比较稳定的,它是品种固有的遗传特性。 水稻的一生(王维金,1998.8) 幼苗期:秧田期 秧苗分蘖期:返青期有效分蘖期无效分蘖期 幼穗发育期:分化期形成期完成期 开花结实期:乳熟期蜡熟期完熟期 水稻的一生要经历营养生长和生殖生长两个时期,其中,营养生长期主要包括秧苗期和分蘖期。秧苗期指种子萌发开始到拔秧这段时间;分蘖期是指秧苗移栽返青到拔节这段时间。秧苗移栽后由于根系受到损伤,需要5-7天时间地上部才能恢复生长,根系萌发出新根,这段时期称返青期。水稻返青后分蘖开始发生,直到开始拔节时分蘖停止,一部分分蘖具有一定量的根系,以后能抽穗结实,称为有效分蘖;一部分出生较迟的分蘖以后不能抽穗结实或渐渐死亡,这部分分蘖称为称为无效分蘖。分蘖前期产生有效分蘖,这一时期称有效分蘖期,而分蘖后期所产生的是无效分蘖,称无效分蘖期。 水稻营养生长期的主要生育特点是根系生长,分蘖增加,叶片增多,建立一定的营养器官,为以后穗粒的生长发育提供可靠的物质保障。这一阶段主要是通过肥水管理搭好丰产的苗架,要求有较高的群体质量,应防止营养生长过旺,否则不仅容易造成病虫为害而且也容易造成后期生长控制困难而贪青倒伏等,对水稻产量形成影响很大。 水稻生殖生长期包括拔节孕穗期、抽穗开花期和灌浆结实期。拔节孕穗期是指幼穗分化开始到长出穗为止,一般需一个月左右;抽穗开花期是指稻穗从顶端茎鞘里抽出到开花齐穗这段时间,一般5-7天;灌浆结实期是指稻穗开花后到谷粒成熟的时期,又可分为乳熟期、蜡熟期和完熟期。水稻生殖生长期的生育特点是长茎长穗、开花、结实,形成和充实籽粒,这是夺取高产的主要阶段,栽培上尤其要重视肥、水、气的协调,延长根系和叶片的功能期,提高物质积累转化率,达到穗数足,穗型大,千粒重和结实率高。 温度水稻为喜温作物。生物学零度粳稻为10℃、籼稻12℃,早稻三时期以前,日平均气温低于12℃三天以上易感染绵腐病,出现烂秧、死苗,后季稻秧苗温度高于40℃易受灼伤。日平均气温15~17℃以下时,分蘖停止,造成僵苗不发。花粉母细胞减数分裂期(幼小孢子阶段及减数分裂细线期),最低温度低于15~17℃,会造成颖花退化,不实粒增加和抽穗延迟。抽穗开花期适宜温度为25~32℃(杂交稻25~30℃),当遇连续3天平均气温低于20℃(粳稻)或2~3天低于22℃(籼稻),易形成空壳和瘪谷,但气温在35~37℃以上(杂交稻32℃以上)造成结实率下降。灌浆结实期要求日平均气温在23~28℃之间,温度低时物质运转减慢,温度高时呼吸消耗增加。温度在13~15℃以下灌浆相当缓慢。粳稻比籼稻对低温更有适应性,

(完整word版)实验水稻田间测产及产量性状调查

实验水稻田间测产及产量性状调查 一、目的要求 掌握成熟期田间测产方法。学会成熟期有关产量性状的调查研究方法。 二、仪器用具 测产规(或框)、钢卷尺、剪刀、米尺、天平等。 三、内容与方法 (一)水稻成熟期产量测定 测产是在水稻收获前,通过田间调查,估测水稻产量的方法。在实际生产中通常是把不同生产水平的田块进行分类,然后选出能够代表该类的田块进行测产,并通过计算(把测产的结果分别乘以各代表类型的面积,并将各类型田块的产量累计),便可求出全部田块的产量了。 代表性田块的田间测产方法很多,常用的有下列二种: 1、小面积试割法 在大面积测产中,选择有代表性的小田块,进行收割,脱粒、称湿谷重。有条件的则送干燥器烘干,称重,而一般按早、晚季稻和收割时天气情况,按70-85%折算干谷,并丈量该小田块面积,计算出每公顷干谷产量。 2、穗数、粒数、粒重测产法 水稻单位面积产量是由每公顷有效穗数、每穗平均实粒数和千粒重构成,对这三个因子进行调查测定,就可求出理论产量。 选好测产田块后,即取样调查,根据田块大小及田间生长状况定取样点(调查点),取样点力求有代表性和均匀分布,常用的取样方法有五点取样法、八点取样法和随机取样法(如下图)。 图1 取样方法

确定取样点后,按下列步骤进行调查: (1)测定实际穴、行距,求每公顷穴数。在每个取样点上,测量11穴稻的横、直距离;分别以10除之,求出该取样点的行、穴距,再把各样点的数值进行统计,求出该田的平均行、穴距,则求得: 10000(m2) 每公顷实际穴数=—————————————————— 平均行距(m)×平均穴距(m) (注:1公顷=10000 m2) (2)调查每穴有效穗数,求每公顷穗数。在每个样点上,连续取样10-20穴(每公顷田一般共调查1500穴),数记每穴有效穗数(具有5粒以上结实谷粒的穗才算有效穗),统计出各点及全田的平均每穴穗数,则求得: 每公顷穗数=每公顷实际穴数×每穴平均穗数 (二)成熟期产量构成因素和主要植株经济性状调查 结合测产取样,从调查田选取10个代表穴,拨出稻株,拨时注意保持较多的根系,洗去泥土,然后小心分株,注意不要把分蘖误作主茎拆出,分株时最好边洗泥边拆开,或洗尽泥土后,用剪刀剪去纠缠在一起的根系易于拆开了。然后按下列“水稻成熟期产量构成因素和植株性状田间调查表”项目进行调查。调查时,先用原始记录表记录,而后计算整理。 四、作业 1、填写下列产量构成因素和植株经济性状调查表。 2、根据调查结果,评价这块田的产量构成。

水稻名词解释

名词解释 一、杂交水稻:杂种优势是生物界普遍现象,利用杂种优势提高农作物产量和品质是现代农业科学的主要成就之一。选用两个在遗传上有一定差异,同时它们的优良性状又能互补的水稻品种,进行杂交,生产具有杂种优势的第一代杂交种,用于生产,这就是杂交水稻。 二、雄性不育系:是一种雄性退化(主要是花粉退化)但雌蕊正常的母水稻,由于花粉无力生活,不能自花授粉结实,只有依靠外来花粉才能受精结实。因此,借助这种母水稻作为遗传工具,通过人工辅助授粉的办法,就能大量生产杂交种子。 三、保持系:是一种正常的水稻品种,它的特殊功能是用它的花粉授给不育系后,所产生后代,仍然是雄性不育的。因此,借助保持系,不育系就能一代一代地繁殖下去。 四、恢复系:是一种正常的水稻品种,它的特殊功能是用它的花粉授给不育系所产生的杂交种雄性恢复正常,能自交结实,如果该杂交种有优势的话,就可用于生产。 五、三系杂交水稻:是指雄性不育系、保持系和恢复系三系配套育种,不育系为生产大量杂交种子提供了可能性,借助保持系来繁殖不育系,用恢复系给不育系授粉来生产雄性恢复且有优势的杂交稻。 六、两系杂交稻:一种命名为光温敏不育系的水稻,其育性转换与日照长短和温度高低有密切关系,在长日高温条件下,它表现雄性不育;在短日平温条件下,恢复雄性可育。利用光温敏不育系发展杂交水稻,在夏季长日照下可用来与恢复系制种,在秋季或在海南春季可以繁殖自身,不再需要借助保持系来繁殖不育系,因此用光温敏不育系配制的杂交稻叫做两系杂交稻。 七、超级杂交稻:水稻超高产育种,是近20多年来不少国家和研究单位的重点项目。日本率先于1981年开展了水稻超高产育种,计划在15年内把水稻的产量提高50%。国际水稻研究所1989年启动了“超级稻”育种计划,要求2000年育成产量比当时最高品种高20%-25%的超级稻。但他们的计划至今未实现。我国农业部于1996年立项中国超级稻育种计划,其中一季杂交稻的产量指标为,第一期(1996-2000年)亩产700公斤,第二期(2001-2005年)亩产800公斤。 1、安全齐穗期:生产中常将秋季连续2天或3天低于20-23℃的始日定为安全齐花期,向前推5天为安全齐穗期。 2、拔节:水稻基部节间开始显著伸长,株高开始迅速增加的现象。 3、拔节长穗期: 长穗期从穗分化开始到抽穗止,一般需要30d左右,生产上也

栽培水稻的基本知识

栽培水稻的基本知识 1 水稻的背景知识 1.1 学名、俗名和其他名称 水稻,学名:Oryza sativa L。 1.2 分类学地位 水稻是重要的粮食作物,分类上属于单子叶植物纲禾本科(Gramineae) 稻属(Orgza),目前认为属内有20~25个种,不同的分类学家稍有分歧,其中二个是栽培种,即普通栽培稻(O.sativa L)或称亚洲栽培稻和非洲栽培稻(O.glalerrima Steud)。普通栽培稻世界各地都有栽培,非洲栽培稻只限于西非一带。中国有三种野生稻,即:普通野生稻(O.Stiva L f.spontanea.Roschev.)、药用野生稻(O.offinalis Wall.)、疣粒野生稻(O.meyeriana Baill); 其中普通野生稻是栽培稻的祖先。 1.3 原产地及引进时间 稻属是世界性分布的植物。我国栽培稻种为普通栽培稻,它直接起源于我国的普通野生稻。普通野生稻在中国的分布是南起海南三亚(18°09’N),北至江西东乡(28°14’N),西自云南盈江(97°56’E),东至台湾桃园(121°15’E)。据已有考古资料和古书记载,我国栽培水稻历史最早,余姚河姆度(6950±130 B.C)和浙江桐方罗家角(7,040±150 B.C)出土的稻谷证明,早在7000年前我们的祖先就已经栽培了水稻。最晚也有云南剑川海口遗址(1335±155B.C)。但多数年代为至今4000-5000年间。比世界其它国家发现的有关考古资料都早。据现有资料表明,中国的原始稻作是从长江流域向黄河流域传播的。最早记载有关种稻之书有西汉《汜胜之书》和北魏《齐民要术》。 1.4 用途 栽培水稻的种子可作为人类的粮食和畜禽饲料或加工成淀粉、酿酒等工业原料,茎叶可作为家畜的青贮饲料或干饲料。 2 水稻的生物学特性 2.1 是一年生还是多年生 水稻为一年生植物,在我国华南稻作区一年可种2~3季,华中、西南地区可种植单、双季,华北、东北、西北地区可种植单季。在热带地区,经适当管理,某些水稻可以多年生。然而,在我国北方,在自然条件下,水稻不能越冬(熊振民等,1992) 。 2.2 水稻的繁殖方式 水稻主要靠有性繁殖,水稻雌雄同花,着生在茎端的园锥花序上,为严格的自花授粉植物,天然异交率少于1%(见《作物育种学》1980)。 2.3 水稻在自然条件下与同种或近缘种的异交率 在普通栽培稻中有两或三个亚种(型),即粳稻和籼稻、瓜哇稻,籼粳稻杂交F1为半不育,瓜哇稻与籼、粳稻杂交均为可育,少数出现不育。亚种内各品种杂交正常结实,但也有少量组合出现不育(如选育不育系)。普通栽培稻与其祖先普通野生稻杂交多数可育,少量组合不育(如选育不育系)。在中国出现的三种野生稻之间因染色体组不同,杂种不育。目前未见栽培水稻与其它杂草杂交可育的报道(胡兆华,1993)。 2.4 水稻的育性 栽培水稻的大多数品种是可育的。在自然条件下有许多可以引起水稻雄性不育的因素,如高温、低温、干旱、辐射、化学药物处理等。水稻品种中也存在受遗传控制的不育类型,如受细胞质基因控制的细胞质不育型,核基因控制的核不育型,以及质核互作雄性不育型(三系杂交稻),温光条件诱导的核不育型(两系杂交稻)。本研究所使用的水稻品种为正常可育品

水稻-玉米112的选育及其生物学特性

水稻-玉米112是深圳市百绿生物科技有限公司朱培坤采用水稻R998的染色体及其片段作为供体,用一个地方玉米品种百绿马齿Mf1的细胞作为受体,进行染色体杂交而获得的,是具有新核型的水稻-玉米杂交染色体的新类型粮食作物水稻-玉米的杂交植株[1],其后代出现了巨大的变异和分离现象,获得了多种多样的变异材料。后来经过一系列严格的常规遗传选育与细胞核型分析,进一步获得了具备特异性,同时一致性、稳定性均符合农业部新品种确定的相关技术要求的新类型玉米自交系--百绿珍宝112,并获得农业部授予的新品种权号“CNA20060829.0”。 1水稻-玉米112的品种来源 水稻(Oryza sativa ,Oryza glaberrima.),一年生草 本,高30~150cm ,栽培历史悠久,在热带、半热带和温带等地区的沿海平原、潮汐三角洲和河流盆地的淹水地广泛栽培。水稻是世界三大主粮之一,也是世界上三分之一人口的主食。本试验所采用的供体水稻R998是广东省选育的一个产量高、品质好、抗性好的恢复系。受体玉米百绿马齿Mf 是从广东省的一个农家地方品种通过自交繁殖出的自交系,具有产量高、抗逆性强、适应性好、配合力高的特点。科学家 发现,当人体同时食用水稻和玉米的时候,可以大大提高蛋白质的吸收率,于是采用水稻染色体与玉米染色体杂交,改良玉米品种的营养品质,培育出具有水稻蛋白的玉米高产品种,使得人们在食用玉米的时候,也能获得在水稻上所具有的营养,造福全人类。将制备好的水稻染色体,在适当的条件下,导入到玉米细胞中,使两者发生染色体杂交,形成新核型的水稻-玉米杂交染色体,再培育成植株,就获得了具有水稻染色体和玉米染色体杂交的新类型粮食作物———“水稻-玉米”。 通过染色体杂交获得的“水稻-玉米”植株,和对照玉米相比,叶片、株型、雄穗等性状均发生较大的变异。另外,果穗及其种子也有明显变化。此外,经过核型分析,其结果显示,水稻-玉米杂交植物的染色体核型发生了变化,与对照玉米Mf 的染色体核型有明显的差别,核型的不对称性有了一定的增加[2]。由于是采用普通玉米品种Mf 作为受体,通过植物染色体杂交技术获得的杂交植物,因此该植物所结种子在外观上保持了对照玉米Mf 的大部分性状,同时也表达了供体水稻的很多性状。而后经过多年的遗传育种,采用分离、筛选、自交等手段,最终达到性状基本纯合,选育出一个富含稻谷类蛋白的新型自交系, 水稻-玉米112的选育及其生物学特性 作者简介:朱培坤,男,植物染色体杂交技术发明人和植物染色体杂交理论奠基人,深圳市百绿生物科技有限公司董事长、深圳市百绿生物染色体杂交研究所所长。 朱培坤1,2 张洪胜1 党高兵3 张亚建4 方 雷5 张 越1 (1.广东省深圳市百绿生物染色体杂交研究所,深圳市百绿生物科技有限公司 深圳518172;2.四川省成都百绿生物科技有限公司都江堰611835;3.陕西省蒲城县农业局 蒲城715500;4.陕西省铜川市农业科学研究所 铜川727031;5.江苏省宿迁市农业委员会 宿迁223800) 摘要:将水稻的染色体及其片段作为供体,在一定的条件下导入到受体玉米的细胞中,和受体细胞的玉米染色体进行染色体杂交,形成新型的水稻-玉米杂交染色体,从而获得该杂交染色体表达的水稻-玉米染色体杂交植株。与未经杂交的对照玉米比较,其植株、叶片、果穗、籽粒等生物学性状均发生了明显变化。文章对该水稻-玉米112杂交品种的创制和生物学性状作一简要的分析报道。关键词:水稻;玉米;染色体;水稻-玉米;高等植物染色体杂交236--

稻谷的分类以及特点介绍

稻谷的分类以及特点介绍 (一)稻谷的分类 稻谷,俗称水稻,是我国大宗粮食品种,分为籼稻和粳稻,籼稻籽粒一般呈长椭圆形和细长形,粳稻籽粒一般呈椭圆形。根据(播种期、生长期和成熟期的不同)稻作期的不同,稻谷又分为早稻、中稻和晚稻三类。早稻几乎是单一的籼稻,即稻谷。因此,稻谷是上市最早的一季稻谷,也是当年种植、当年收获的第一季粮食作物。 稻谷可以分为普通稻谷(常规)和优质稻谷。普通稻谷一般用于储备,而个体加工企业则以加工优质稻谷为主。优质稻谷做配米比例也较大。普通稻谷和优质稻谷主要根据粒型和腹白区分。据调研,稻谷、中籼稻、晚籼稻的优质率估计为15%、28%和76%。 现货中,稻谷还可以分为长粒型和短粒型两种。它们的用途不同,价格也不同,短粒型主要做米粉,长粒型主要做口粮,现货市场将两者分开收购和储藏。一般认为长粒产量:短粒产量(6:4)。 (二)稻谷的特点 稻谷是生长期较短、收获期较早的籼稻,一般米粒腹白较大,角质粒较少。稻谷的品质较中晚籼稻差。早籼米质疏松,耐压性差,加工时易产生碎米,出米率较低,食味品质也较差。而中晚籼米质坚实,耐压性好,加工时碎米较少,

出米率较高。但是,稻谷也具有许多中晚籼稻无法替代的品质优点。 1、稻谷生长期雨水充沛、光热充足、病虫害少、灾害性天气较少,比较容易获得稳产高产,加上各地积极发展优良品种、推广新技术,良种面积有所扩大,稻谷单产稳步提高。 2、稻谷含水量低、耐贮藏。 3、稻谷用途广,既可食用,也可饲用,还可以作酿造、食品等工业原料。 4、早籼米消费市场大,农民、部分低收入的城镇居民和打工者以食用早籼米为主,饲料用粮、工业用粮对稻谷的需求量也比较大。 5、稻谷营养品质好。稻谷的蛋白质含量和质量都要明显优于中晚稻。 6、稻谷卫生品质较高。由于稻谷化肥、农药的施用量相对较少,早籼米的卫生品质也相对较高,因而随着早籼米质量的提高和品种多样化的发展,当前及未来还有相当数量的消费群体。 7、稻谷品种质量一致性好,易标准化。稻谷优质品种较少,品种之间差异相对较小,稻谷更容易标准化。中晚籼稻优质品种较多,不同品种内在质量和价格差异较大,而且优质品种产量所占比例较大,因此标准化难度也相对较大。

水稻突变体介绍及鉴定(很详细)

RMD水稻突变体信息及基因型鉴定 1.背景介绍: 突变体对于遗传学研究有着重要作用,随着拟南芥和水稻等物种全基因组测序的开展,人类积累了前所未有的基因序列信息,为了弄清这些基因序列的生物学信息,寻找该基因区段序列发生变异的突变体是阐释基因功能最直接最有效的方法。 植物在自然的环境条件下也会产生突变性状,早期普通正向遗传学研究往往通过寻找与某种生物学特性相关的突变体来发掘或定位某个特定基因。为配合植物功能基因组研究高通量的策略,构建水稻等物种的大型突变体库已成为必然,借助水稻全基因组测序信息、通过反向遗传学的手段大规模地筛选突变体库,理论上可以获得基因组中任一基因的突变体,最终实现阐释基因功能的目的。 2.原理: 2.1农杆菌介导的T-DNA 插入 农杆菌是寄主范围非常广泛的土壤杆菌,它能通过伤口侵染植物导致冠瘿瘤和毛状根的发生。1974从根癌农杆菌中分离出一种与肿瘤诱导相关的质粒,称为致瘤质粒(Tumor-inducing plasmid),简称Ti 质粒。Ti 质粒上存在一段DNA,能够转移并整合到植物基因组中,称为Transferred DNA,简称T-DNA。 研究发现,T-DNA 两端存在非常保守的同向重复的25bp 序列,分别称为左边界(LB)和右边界(RB)。T-DNA 的转移只与边界序列相关,尤其是RB,而与T-DNA区段的其它基因或序列无关。我们将T-DNA 区段上的致瘤基因和其它无关序列去掉,利用其转移的特性,实现农杆菌介导的T-DNA 转入水稻愈伤,从而构建水稻突变体库。大量研究表明,农杆菌T-DNA 整合到植物基因组中的位置是随机的,并且整合到植物基因组中的T-DNA 能稳定遗传。由于插入到植物基因组中的T-DNA 区段序列已知,这样随机插入到植物基因组中的T-DNA 类似于给植物基因“贴”了一个序列标签。我们利用这个标签,通过各类PCR技术最终可以获取其插入的位点。 2.2 水稻Tos17 反转录转座子 创造水稻突变体的另一种方法是利用植物的反转录转座子,它们是以DNA→RNA→DNA 的方式进行转座,在水稻上已发现大约40 种长未端重复的反转录转座子,它们是Tos1-Tos32,RIRE1-RIRE8,其中5 类被证明是有转座活性的,分别是Tos10、Tos17、Tos19、Tos25 和Tos27。这些反转录转座子只有在组织培养条件下才具备转座活性,其中Tos17 的转座活性最强,容易插入到富含基因的区域,因此可以直接用于创造插入失活的突变体库。利用含有Tos17 插入的水稻突变体库,可以进行突变性状的筛选, T os17 反转录转座子正成为水稻功能基因组研究的一个有力工具。由于Tos17 反转录转座子为水稻内源的转座子,不需要进行转基因的过程,而且平均每株含有8 个Tos17 个拷贝,在正常情况下能够稳定遗传,因此Tos17 转座子突变体库是水稻功能基因组研究的一个有用资源。但也有研究表明,Tos17 在转座过程中

我国水稻杂交种生产体系特点

我国水稻杂交种生产体系特点、存在问题及发展方向 杂交水稻是指选用两个在遗传上有一定差异,同时它们的优良性状又能互补的水稻品种,进行杂交,生产具有杂种优势的第一代杂交种,用于生产,这就是杂交水稻。杂种优势是生物界普遍现象,利用杂种优势提高农作物产量和品质是现代农业科学的主要成就之一。 1我国水稻杂交种生产体系特点 杂交水稻是通过不同稻种相互杂交产生的,而水稻是自花授粉作物,对配制杂交种子不利。要进行两个不同稻种杂交,先要把一个品种的雄蕊进行人工去雄或杀死,然后将另一品种的雄蕊花粉授给去雄的品种,这样才不会出现去雄品种自花授粉的假杂交水稻。可是,如果技术人员用人工方法在数以万计的水稻花朵上进行去雄授粉的话,工作量极大,实际并不可能解决生产的大量用种。因此,研究培育出一种水稻做母本,这种母本有特殊的个性,它的雄蕊瘦小退化,花药干瘪畸形。靠自己的花粉不能受精结籽。为了不使母本断绝后代,要给它找两个对象,这两个对象的特点各不相同:第一个对象外表极像母本,但有健全的花粉和发达的柱头,用它的花粉授给母本后,生产出来的是女儿。长得和母亲一模一样,也是雄蕊瘦小退化,花药干瘪畸形、没有生育能力的母本:另一个对象外表与母本截然不同,一般要比母本高大,也有健全的花粉和发达的柱头,用它的花粉授给母本后,生产出来的是儿子,长得比父、母亲都要健壮。这就是技术人员需要的杂交水稻,一个母本和它的两个对象,人们根据它们各自不同特点,分别起了三个名字:母本叫做不育系,两个对象,一个叫做保持系,另一个叫做恢复系,简称为“三系”。有了“三系”配套,技术人员就知道在生产上是怎样配制杂交水稻的了:生产上要种一块繁殖田和一块制种田,繁殖田种植不育系和保持系,当它们都开花的时候,保持系花粉借助风力传送给不育系,不育系得到正常花粉结实,产生的后代仍然是不育系,达到繁殖不育系目的。技术人员可以将繁殖来的不育系种子,保留一部分来年继续繁殖,另一部分则同恢复系制种,当制种田的不育系和恢复系都开花的时后,恢复系的花粉传送给不育系,不育系产生的后代,就是提供大田种植的杂交稻种。由于保持系和恢复系本身的雌雄蕊都正常,各自进行自花授粉,所以各自结出的种子仍然是保持系和恢复系的后代。 2 目前我国杂交水稻种存在的问题 目前我国杂交水稻育种存在的问题主要表现在以下几个方面[1]:是米一质较差;二是产量没有新的整体突破;三是抗性单一;四是杂交早稻和杂交粳稻育种进展缓慢;五是两系杂交稻育种还有难点问题待解决。困扰杂交水稻育种发展的主要问题有以下几个方面 1 投入不足 研究力分散 2 将优质、高产、抗逆等性状有机结合在一起 的精品杂交水稻组合少 3 杂交水稻制种产和纯度有待于提高 4 高产、优质、高效杂交水稻配套栽培技术体系没有建立起来。 我国杂交水稻育种发展方向 今后为更快更好地实现新的高产、优质、多抗育种总目标,人们寄希望于将传统技术与现代科技相结合。在坚持和发扬行之有效的传统育种技术与经验的基础上大量引入生物技术来加快杂交水稻育种的发展。在今后一段时期以下几个方面可能使杂交水稻育种取得突破性进展,应重点加强研究和协作攻关[2] 1、从种质资源中大力发掘有益基因 2、分子标记辅助选择育种转移和聚合有益基因 3、基因工程育种打破物种界限选取有益基因

相关文档
最新文档