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甘蓝型油菜磷高效的营养生理及遗传行为的研究

【摘要】: 甘蓝型油菜对缺磷敏感,但又存在广泛的基因型差异。本研究根据前期大规模筛选的结果,分别在盆栽和大田条件下进一步确认97081和97009为磷高效品种和低效品种,并深入开展磷高效营养生理及遗传行为的研究,获得主要研究结果如下: 1.首次通过三轮磷水平筛选确定97009和97081两品种幼苗期磷营养基因型差异研究的最佳磷水平为5μmol/L;高效品种97081在缺磷条件下具有较长的主根,还能保证一部分侧根的分化和生长;低效品种97009的侧根生长停顿。97081根系和地上部磷累积量及磷在地上部和地下部的分配比例受缺磷影响较小,对磷的利用更有策略。 2.分别对磷高效品种97081和低效品种97009进行根系分泌物的收集和鉴定。结果表明柠檬酸、酒石酸(苹果酸)和草酸分泌量的增加是甘蓝型油菜对缺磷胁迫的适应性机制。 3.首次运用计算机模拟技术将甘蓝型油菜二维根构型数字化。结果表明:在根箱砂培和营养纸培中97081及97009二维根构型的差异非常明显;随着磷水平的降低,甘蓝型油菜根系总长、根体积、根表面积、根直径均有不同程度的减少,根系的次生分化也受到抑制。97081的各项根构型相对值均是97009的2-3倍。将营养纸分4层研究各层次上的根构型变化,可以发现缺磷诱导的“根系向地性”特征。 4.幼苗期磷营养对氮、钾、钙、镁、铁、锰、铜、锌等营养元素吸收利用有一定的影响。缺磷抑制了氮和钾的吸收,但由于与植株生长所受影响程度不同,从而表现为含氨量增加,含钾量减少,97081的变化幅度小;缺磷使钙镁含量有所增加,97081能够吸收较多的钙,并在根系和地上部之间尽可能维持一种平衡;镁的吸收与转运和磷效率无关;磷营养在总体上对铁、锰、铜、锌4种元素的吸收利用有促进作用,但在某些磷水平时有一些特殊的表现。 5.首次研究了甘蓝型油菜磷高效品种97081、低效品种97009及其正反杂交一代F_1和RF_1养分吸收和利用的差异。结果表明,缺磷导致花期、荚果期和成熟期各器官的干物质重及磷累积量均大大减少,且在整个生育进程中具累加效应。97081的高效表现在对有限的磷营养进行合理经济的调配中;缺磷条件下2个杂交一代表现出明显的杂种优势,但在油菜生长发育的不同阶段,参与磷营养调控的遗传体系复杂多变。 6.首次运用混合分布理论及IECM算法对P_1、P_2、F_1、F_2等4个世代进行磷高效行为的联合遗传分析:缺磷条件下株高、单株籽粒产量及有效荚果数均由2对主基因+多基因控制,株高的主基因和多基因间不存在上位性效应,而单株籽粒产量及有效荚果数的主基因之间、多基因之间存在着广泛的加性效应、显性效应和上位性效应;籽粒产量的主基因和多基因遗传力分别为36.9%和56.8%;荚果数的主基因遗传力为74.8%;株高的主基因遗传力为61.6%。 7.构建了第一个专用于甘蓝型油菜磷高效基因定位的遗传作图群体,并利用相对值的概念分析了小区总产、株高、荚果数、分枝数、荚果长、第一分枝比高、地上部干重、千粒重等8个性状的遗传机制:8个相对性状在F_3家系中的分布近似于正态分布。分离比较大。97081各性状受缺磷影响均比97009小。缺磷会诱导各种相关性的变化,使植物体各器官的生长发育趋向不平衡。控制磷效率系数效应最大的基因加性效应值为0.132,显性度达到0.591,但遗传力仅有30%左右,其它效应由微效多基因控制;相对株高有2个主控基因,总加性效应达到0.15,遗传力也较高,有74%左右;其它6个相对性状的调控均可能由微效多基因参与,因为分析其最大效应基因的贡献时发现其效应值都不大,但荚果数、英长及千粒重相对值的最大效应基因遗传力均在60%以上;分枝数、第一分枝比高及地上部干重相对值的最大效应基因遗传力非常低。从206对油菜SSR引物中筛选多态性分子标记,在优化体系的基础上仅有35%的引物具多态性,其中共显性标记31对,显性标记41对。 8.首次在特定磷硼条件下研究高效品种97081及低效品种97009的营养生理特性。结果表明:缺硼或缺磷都会使苗期植株干重显著下降,但97081在外部形态和磷硼效率系数上表现 甘蓝型油菜磷高效的营养生理及遗传行为的研究 为不仅是磷高效品种,而且也是硼高效品种。但同时缺磷缺硼胁迫下由于交互作用的存在其高 效的优势被掩盖。缺磷对地上部的影响大于根部,而缺硼对根的影响大于地上部.缺翻加剧了 磷的缺乏,但使根系数量有限的磷向外输出增加。高效品种在保持较强生长势的同时愉出率相 对稳定,其根部和地上部始终能够保持较高的磷贮备。缺磷对根系吸收硼有一定的影响,单纯 缺磷使翻从根系输出增加,而缺硼条件下再缺磷反使翻输出减少,缺磷加剧了翩的亏缺状况. 在苗期缺磷或缺翩时,高效品种人TP田沈的活性比较稳定,ATP的代谢仍能维持正常:叶片中 的soD和POD酶活性都明显升高。磷翻双缺的交互作用对ATPase活性及叶片soD和POD 表现出极显著的影响。高效品种能协调有效地利用体内保护酶系统来维持细胞内活性氧代谢的 平衡。利用显微切片技术研究微观结构的影响,发现供磷翻水平不同引起叶片、根系解剖结构 上明显的变化.97009和97081在正常营养条件下细胞结构无明显的

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