中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (5): 831-845.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.001
卫乃翠1,2(), 陶金博2(
), 苑名杨2, 张彧3, 开梦想2, 乔玲1, 武棒棒1, 郝宇琼1, 郑兴卫1, 王娟玲2, 赵佳佳1(
), 郑军1(
)
收稿日期:
2023-08-02
接受日期:
2023-09-26
出版日期:
2024-03-01
发布日期:
2024-03-06
通信作者:
联系方式:
卫乃翠,E-mail:cuiuiui_999@163.com。陶金博,E-mail:tx10190245@163.com。卫乃翠和陶金博为同等贡献作者。
基金资助:
WEI NaiCui1,2(), TAO JinBo2(
), YUAN MingYang2, ZHANG Yu3, KAI MengXiang2, QIAO Ling1, WU BangBang1, HAO YuQiong1, ZHENG XingWei1, WANG JuanLing2, ZHAO JiaJia1(
), ZHENG Jun1(
)
Received:
2023-08-02
Accepted:
2023-09-26
Published:
2024-03-01
Online:
2024-03-06
摘要:
【目的】干旱与半干旱地区的水肥资源贫乏,而小麦不同基因型间的磷效率差异很大,因此,鉴选耐低磷种质、挖掘磷代谢遗传位点有助于小麦的遗传改良。【方法】以282份山西小麦品种为材料,在正常磷(0.2 mmol·L-1)、中度低磷(0.1 mmol·L-1)和低磷胁迫(0.01 mmol·L-1)3个磷浓度条件下对苗期根部鲜重、茎叶部鲜重、植株鲜重、根部干重、茎叶部干重、植株干重,最大根长、总根长、根表面积、根体积、根直径和根尖数共12个形态指标进行考查,运用主成分分析、隶属函数分析及聚类分析等方法综合评价苗期不同品种的耐低磷特性,在此基础上,分析苗期性状演变趋势及生物量分配等特征,并利用全基因组关联分析挖掘小麦耐低磷位点。【结果】苗期不同性状对低磷的响应程度不同,磷浓度降低导致生物量分配策略发生变化,与根部生长情况比较,地上部生长受磷浓度变化影响小;磷浓度降低会抑制地上部生长,地上部干重和鲜重显著降低,而低磷促进了根系生长,根部干重和鲜重、最大根长、总根长、根体积和根尖数等指标显著增加。根据耐低磷综合D值与形态指标相关分析发现最大根长和根直径可作为苗期耐低磷的筛选指标,D值聚类分析筛选到晋麦46、晋麦61、有芒大红茎、红秃麦、红和尚、白壳红、白线麦、火烧头和白山麦共9份耐低磷品种。性状演变分析发现品种耐低磷能力没有受到直接选择。耐低磷能力随年代变化先降后升,2010年之前品种耐低磷能力呈下降趋势,2010年后品种耐低磷能力有所提升。关联分析检测到8个R 2>10%的稳定位点,其中,1A_545074550、2B_489279799、6A_166899658和6A_273060644未见报道。【结论】苗期最大根长和根直径可作为苗期耐低磷的筛选指标。通过综合评价山西小麦苗期耐低磷能力,筛选到9份耐低磷品种。在1A、2B和6A染色体上检测到4个与耐低磷相关的新位点。
卫乃翠, 陶金博, 苑名杨, 张彧, 开梦想, 乔玲, 武棒棒, 郝宇琼, 郑兴卫, 王娟玲, 赵佳佳, 郑军. 山西小麦苗期耐低磷特性及遗传分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(5): 831-845.
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表1
不同条件下苗期性状的统计分析"
性状 Traits | CK | MLP | LP | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
变幅 Range | 均值 Mean | 变异系数 CV (%) | 变幅 Range | 均值 Mean | 变异系数 CV (%) | 变幅 Range | 均值 Mean | 变异系数 CV (%) | |
茎叶部干重SDW (mg) | 6.13-32.31 | 13.71 | 27.04 | 3.98-18.01 | 10.87 | 19.87 | 7.24-27.05 | 12.78 | 18.77 |
根部干重RDW (mg) | 1.41-7.47 | 3.83 | 32.73 | 1.12-10.49 | 3.86 | 25.74 | 2.46-38.74 | 5.37 | 55.15 |
植株干重DW (mg) | 8.51-39.78 | 17.55 | 26.75 | 5.10-24.23 | 14.73 | 19.70 | 10.81-60.23 | 18.15 | 24.73 |
茎叶部鲜重SFW (mg) | 77.69-356.73 | 158.54 | 29.20 | 49.80-214.49 | 142.33 | 19.58 | 69.39-241.62 | 139.49 | 17.39 |
根部鲜重RFW (mg) | 27.66-103.15 | 54.70 | 32.99 | 15.13-91.01 | 55.43 | 24.91 | 23.58-107.42 | 67.53 | 23.40 |
植株鲜重FW (mg) | 110.81-459.88 | 213.24 | 29.13 | 64.93-305.50 | 197.76 | 19.89 | 99.60-343.94 | 207.02 | 18.06 |
最大根长MRL (cm) | 3.10-21.40 | 10.53 | 24.67 | 3.65-17.20 | 11.30 | 19.36 | 4.95-20.70 | 14.19 | 17.00 |
总根长TRL (cm) | 7.00-67.19 | 32.99 | 33.63 | 5.39-62.68 | 32.97 | 26.16 | 16.88-88.69 | 50.90 | 27.01 |
根表面积RS (cm2) | 1.31-8.74 | 4.73 | 32.53 | 0.90-7.87 | 4.65 | 24.47 | 2.67-10.07 | 6.27 | 22.76 |
根体积RV (cm3) | 0.02-0.18 | 0.07 | 37.13 | 0.02-0.14 | 0.07 | 29.12 | 0.03-0.15 | 0.08 | 25.45 |
根直径RD (cm) | 0.37-1.03 | 0.61 | 19.85 | 0.38-1.06 | 0.62 | 17.42 | 0.33-0.90 | 0.49 | 17.19 |
根尖数RN | 3.33-31.00 | 9.43 | 41.90 | 2.83-18.83 | 8.60 | 31.45 | 5.17-37.17 | 16.51 | 33.15 |
表2
耐低磷能力与形态指标的相关分析"
性状 Traits | D值MLP D values MLP | D值LP D values LP | 性状 Traits | D值MLP D values MLP | D值LP D values LP | |
---|---|---|---|---|---|---|
茎叶部干重SDW | 0.277** | 0.079 | 最大根长MRL | 0.155* | -0.222** | |
根部干重RDW | 0.068 | -0.121 | 总根长TRL | 0.150* | -0.121 | |
植株干重DW | 0.229** | 0.012 | 根表面积RS | 0.055 | -0.148* | |
茎叶部鲜重SFW | 0.177** | -0.036 | 根体积RV | -0.044 | -0.11 | |
根部鲜重RFW | 0.035 | -0.131* | 根直径RD | -0.214** | 0.156* | |
植株鲜重FW | 0.138* | -0.079 | 根尖数RN | 0.149* | -0.056 |
图5
苗期性状特征演变 A:低磷胁迫根尖数表型值和耐低磷系数值;B:低磷胁迫根直径表型值和耐低磷系数值;C:低磷胁迫最大根长表型值和耐低磷系数值;D:中度低磷根尖数表型值和耐低磷系数值;E:中度低磷根直径表型值和耐低磷系数值;F:中度低磷最大根长表型值和耐低磷系数值;G:低磷胁迫植株干重表型值和耐低磷系数值;H:低磷胁迫植株鲜重表型值和耐低磷系数值;I:低磷胁迫根表面积表型值和耐低磷系数值;J:中度低磷植株干重表型值和耐低磷系数值;K:中度低磷植株鲜重表型值和耐低磷系数值;L:中度低磷根表面积表型值和耐低磷系数值。黑色点和实线表示性状耐低磷系数值及其变化趋势,白色点和虚线表示性状表型值及其变化趋势"
表3
各形态指标耐低磷系数运行GWAS在3个及以上环境下被重复检测到的显著性位点"
性状 Traits | 染色体 Chr. | 物理位置 Position (Mb) | 标记 Marker | 环境 Environment | <BOLD>P</BOLD>值 <BOLD>P</BOLD> value | 表型变异解释率 R2 (%) | 参考文献 References |
---|---|---|---|---|---|---|---|
茎叶部干重 SDW | 7A | 679.74 | 7A_679744088 | MLP1 | 2.95E-04 | 5.98 | [ |
MLPAV | 2.73E-04 | 6.41 | [ | ||||
LP2 | 1.54E-04 | 6.66 | [ | ||||
LPAV | 1.08E-04 | 7.77 | [ | ||||
根部干重 RDW | 2A | 720.06 | 2A_720056407 | MLP1 | 9.83E-04 | 5.04 | |
723.57 | 2A_723574066 | LP1 | 1.20E-04 | 6.79 | |||
728.13 | 2A_728131289 | LP2 | 6.98E-04 | 5.49 | |||
2B | 771.81 | 2B_771807820 | LP2 | 2.97E-05 | 8.32 | [ | |
776.28 | 2B_776277662 | MLP1 | 4.33E-04 | 5.67 | [ | ||
LP1 | 1.54E-06 | 10.25 | [ | ||||
3A | 697.27 | 3A_697265307 | MLP1 | 3.35E-04 | 5.85 | [ | |
MLPAV | 2.52E-06 | 8.22 | [ | ||||
LP2 | 1.42E-05 | 8.55 | [ | ||||
6A | 166.90 | 6A_166899658 | MLP1 | 1.08E-06 | 10.26 | ||
LP1 | 7.76E-04 | 5.35 | |||||
LP2 | 2.69E-04 | 6.23 | |||||
273.06 | 6A_273060644 | LP2 | 7.72E-04 | 5.41 | |||
273.49 | 6A_273485987 | MLP1 | 9.90E-07 | 10.33 | |||
LP1 | 8.29E-04 | 5.30 | |||||
596.50 | 6A_596501004 | LP2 | 7.98E-05 | 7.18 | |||
598.86 | 6A_598861692 | MLPAV | 1.19E-04 | 5.68 | |||
599.26 | 6A_599260920 | MLP1 | 6.01E-04 | 5.41 | |||
7A | 679.74 | 7A_679744223 | MLP1 | 3.45E-10 | 16.79 | [ | |
MLPAV | 1.16E-05 | 7.21 | [ | ||||
LP2 | 3.31E-04 | 6.08 | [ | ||||
85.63 | 7A_85627950 | MLP1 | 3.46E-12 | 20.69 | [ | ||
LP1 | 1.74E-04 | 6.50 | [ | ||||
LPAV | 1.95E-04 | 6.96 | [ | ||||
85.66 | 7A_85658080 | LPAV | 1.03E-05 | 12.24 | [ | ||
MLPAV | 9.70E-05 | 5.81 | [ | ||||
植株干重 DW | 2B | 485.17 | 2B_485169465 | LPAV | 1.51E-04 | 7.53 | |
489.28 | 2B_489279799 | LP1 | 1.08E-06 | 10.09 | |||
LP2 | 9.54E-04 | 5.26 | |||||
768.06 | 2B_768059955 | LP1 | 5.27E-04 | 5.41 | [ | ||
LPAV | 8.65E-04 | 5.99 | [ | ||||
771.81 | 2B_771807820 | LP2 | 7.56E-09 | 15.13 | [ | ||
7A | 679.74 | 7A_679744088 | MLP1 | 1.43E-04 | 6.45 | [ | |
MLPAV | 1.71E-04 | 6.75 | [ | ||||
LPAV | 8.41E-04 | 6.02 | [ | ||||
679.74 | 7A_679744223 | MLP1 | 2.19E-04 | 6.13 | [ | ||
LP2 | 3.36E-04 | 6.08 | [ | ||||
LPAV | 3.58E-04 | 6.77 | [ | ||||
茎叶部鲜重 SFW | 1A | 15.43 | 1A_15432092 | MLPAV | 9.54E-04 | 5.41 | |
LP1 | 9.40E-04 | 5.24 | |||||
LPAV | 0.001 | 5.80 | |||||
7A | 85.66 | 7A_85658291 | MLP1 | 8.30E-04 | 5.28 | [ | |
LP2 | 8.11E-04 | 5.16 | [ | ||||
LPAV | 2.38E-05 | 9.09 | [ | ||||
最大根长 MRL | 1A | 545.07 | 1A_545074550 | MLP1 | 1.71E-08 | 13.23 | |
MLPAV | 1.42E-07 | 11.12 | |||||
LP1 | 1.26E-04 | 6.24 | |||||
545.33 | 1A_545329345 | MLP1 | 5.66E-09 | 14.11 | |||
MLPAV | 9.67E-08 | 11.41 | |||||
LP1 | 7.30E-05 | 6.63 | |||||
545.52 | 1A_545517460 | MLP1 | 1.03E-09 | 16.52 | |||
MLPAV | 4.18E-08 | 13.20 | |||||
LP1 | 7.88E-05 | 6.98 |
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