Cd2+胁迫对小麦苗期生长性状的影响及其QTL定位

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随着现代工业的迅速发展,重金属污染已成为土壤污染的一个重要方面。重金属镉(Cd)是一种分布较广泛、污染程度较严重的重金属,由于其高移动性和高毒害性尤为人们所关注,已被公认为是对人类最具威胁的重金属之一。Cd不是小麦生长发育的必需营养元素,但易被吸收,具有很强的毒性;进入小麦体内积累到一定程度,就会对小麦植株产生毒害。小麦是世界上种植面积最大、总产量最高的粮食作物,也是我国的第二大粮食作物,小麦苗期生长状况直接影响以后的生长和产量,因此,研究镉对小麦的影响,可揭示Cd对小麦幼苗生长的危害,同时对小麦高产稳产和生产低镉、甚至无镉的安全型小麦,保证我国粮食安全和人民身体健康有重要的现实意义。   本研究选取花培3号和豫麦57两个品种构建的168个双单倍体(DH)群体为实验材料,首先研究分析0mg/L(对照)、40mg/L和120mg/L三种不同浓度Cd2+胁迫下对小麦苗期生长的影响;然后在以DH群体为作图群体构建的小麦分子遗传图谱上,利用完备区间作图方法(ICIM),对不同浓度Cd2+胁迫下小麦幼苗和根系的11个发育性状进行QTL定位分析。结果表明:   (1)Cd2+胁迫下小麦幼苗和根系生长受到抑制,浓度越高,抑制作用就越大,DH群体株系间所有性状的方差分析F值达极显著水平,说明存在着基因型差异。每个性状受到的抑制程度各不相同,受到抑制最大的是茎叶干重与根干重,与对照相比,120mg/LCd2+胁迫下茎叶干重和根干重分别降低了94.24%和93.91%。   (2)在0mg/L(对照)、40mg/L和120mg/L三种浓度Cd2+下各性状之间的相关性也存在着差异,与对照相比Cd2+胁迫下根体积与根平均直径呈现极显著正相关;株高与根平均直径、根平均直径与根表面积、根尖数与茎叶鲜重没有相关性,叶龄与根系总长、根表面积、根体积、根尖数也不再具有相关性,而根系总长与茎叶鲜重、根尖数与茎叶干重之间由极显著水平变为了显著水平。三种处理条件下根表面积与根系总长相关系数都为最高,其次为根体积与根表面积,并且随着浓度的增高其相关系数也变大,在120mg/LCd2+条件下分别达到了0.948、0.944。根平均直径与浓度呈极显著正相关,相关系数为0.754,茎叶鲜重、茎叶干重、株高、叶龄、根系总长、根表面积、根体积、根尖数、根鲜重、根千重10个性状表现与浓度都呈负相关。   (3)三种不同处理下,共定位到与小麦苗期生长发育性状有关的的43个QTL,分布在1A、1B、1D、2A、2B、2D、3A、3B、3D、6A、6B、6D、SD、7D共14条染色体上。在对照条件下,共检测到与幼苗和根系发育性状有关的22个QTL,其中与根系总长有关的qRTL1Bb、与根表面积有关的qRSA1Bb、与根尖数有关的qRT1Ba和qRT1Bb的表型贡献率均超过了20%,这些QTL在Cd2+处理下检测不到,可认为是不耐Cd2+胁迫基因,但可用于小麦大根系品种的分子标记辅助选择。Cd2+处理下检测到21个QTL,其中位于3B染色体上的qRAD3B和qSDW3Ba,分别解释根平均直径的70.05%和茎叶干重的28.94%,Cd2+胁迫下检测到的QTL,可认为与耐Cd2+胁迫特有的基因紧密连锁,可用于耐Cd2+胁迫性状的分子标记辅助选择,有重要的研究价值。本研究没有检测到在对照和Cd2+处理下都出现的QTL,说明Cd2+胁迫抑制或诱导了某些QTL/基因的表达。
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