中国黄花苜蓿野生种质资源研究

论文摘要

黄花苜蓿(Medicago falcata L.)是温带草原广泛分布的优良牧草,具有许多紫花苜蓿所不具备的优良性状,是苜蓿育种和品种改良的重要基因源。我国拥有丰富的野生黄花苜蓿种质资源,开展其野生种质资源的考察搜集,研究其野生种群的遗传结构和遗传变异的分布格局,主要农艺性状和抗逆特性,对于我国黄花苜蓿种质资源的保护、种质创新和苜蓿育种具有重要意义。本研究以中国黄花苜蓿野生种质为材料,在居群水平上从形态学、农艺学、细胞学和分子标记等方面对黄花苜蓿野生种质资源进行了系统的鉴定和评价,主要结果如下:1.中国野生黄花苜蓿各个器官中都存在丰富的形态变异,居群内的变异大于居群间的变异。可分为4种根系类型,3种越冬芽类型,2种短地下茎类型,3种地上茎颜色;7种叶片形状,4种花色和4种叶表面毛被类型。提出了黄花苜蓿荚果形态分类的新方法,并采用该方法将黄花苜蓿的荚果准确地划分为13个形态类型,确定了黄花苜蓿荚果的基本形态和变异类型,认为在黄花苜蓿野生居群中出现的荚果弯曲程度超过半圆形的各种变异类型属于黄花苜蓿与紫花苜蓿(或多变苜蓿)杂交后代的荚果变异类型。2.野生黄花苜蓿的主要农艺性状在居群内和居群间都有明显的差异。种子萌发的时间为12～13d,居群间的差异主要表现在发芽势上,发芽第6天统计发芽势较为合理。野生黄花苜蓿种子的硬实率高达74～100%,机械破除硬实后的发芽率仍然很低,发芽势和发芽率总体上低于供试的俄罗斯居群,居群间的变异则大于俄罗斯居群。不同居群的物候期差异明显。返青～分枝期和成熟～枯黄期,居群间的生长速度差异最大,是进行表型选择的良好时期。黄花苜蓿野生种质的产量普遍较低,居群间地上单株生物量差异明显。综合聚类将34个居群分为3个农艺性状类群。3.提出采用多指标综合指数法对黄花苜蓿种质进行个体和群体2个层面的抗旱、耐盐性评价的新方法和观点。采用该方法对42份材料抗旱性综合评价的结果表明,黄花苜蓿野生种质在个体和群体水平上的抗旱性都普遍高于紫花苜蓿栽培品种,筛选出19个群体抗旱性强的居群,8个具有抗旱性突出个体的居群。评价出6个总体抗旱性最强的居群。采用综合耐盐指数法对34份材料耐盐性综合评价结果表明,黄花苜蓿在种子萌发期的整体耐盐性明显低于供试的紫花和杂花苜蓿品种,只有2个居群表现出较强的群体耐盐性,苗期的耐盐性显著增强。综合评价结果显示,有16个黄花苜蓿居群的群体耐盐性超过耐盐性很强的中苜1号紫花苜蓿,6个居群中存在耐盐性突出的优良个体,综合评价出6个总体耐盐性最强的材料。研究结果表明,本文提出的“综合指数法”能够有效的对不同黄花苜蓿种质材料的抗旱性和耐盐性做出定量评价和排序,该方法在其他牧草种质资源抗旱性和耐盐性评价中具有通用性。4.染色体研究共检测出2n=2x=16的二倍体和2n=4x=32的四倍体2个倍数水平,包含M、m、sm和st 4种染色体类型。首次在中国黄花苜蓿野生种质中发现数目不等的B染色体,并在部分居群中检测出随体。采用Stebbins(1971)的核型分类方法将32个居群划分为1A、2A、2B和3B四种核型。采用Romero(1986)的核型不对称参数分析,清晰地反映出不同居群间核型不对称性的变异十分丰富。32份黄花苜蓿野生种质在染色体数目和类型、核型不对称性等方面都反映出居群的地理特征和种内进化的方向性规律。新疆黄花苜蓿的变异明显大于内蒙古和供试的俄罗斯黄花苜蓿。5. SSR分析表明,5对引物在13个黄花苜蓿居群中获得了167个SSR多态性位点,多态性达到98.24%。新疆居群的平均多态位点数和多态位点百分率均高于内蒙古居群。Shannon指数和Nei指数分析显示,中国黄花苜蓿野生居群具有丰富的遗传多样性和基因分化多样性,居群内的遗传变异大于居群间的变异,新疆黄花苜蓿的遗传变异大于内蒙古黄花苜蓿的遗传变异。聚类分析显示出居群的地理聚类趋势,一些居群的独立聚类表明它们的遗传特异性。6.综合分析认为,新疆是中国黄花苜蓿的起源地,具有从形态到DNA分子水平的多层次和丰富的遗传变异,是我国苜蓿育种得天独厚的宝贵资源。内蒙古地处黄花苜蓿分布的边缘地带,既有黄花苜蓿丰富的遗传变异,又表现出系统进化的独特性,在苜蓿杂交育种中具有特殊意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概述
• 1 牧草种质资源概述
• 1.1 牧草种质资源及其在创新育种中的作用
• 1.2 牧草种质资源的自身价值
• 1.3 牧草种质资源研究的内容与方法
• 1.3.1 形态学研究
• 1.3.2 农艺性状和生物学特性鉴定与评价
• 1.3.3 抗逆性鉴定与评价
• 1.3.4 品质鉴定与评价
• 1.3.5 抗病虫能力鉴定
• 1.3.6 细胞学研究
• 1.3.7 生物化学研究
• 1.3.8 DNA 分子标记研究
• 1.3.8.1 限制性扩增片段长度多态性（RFLP）
• 1.3.8.2 随机扩增多态性DNA（RAPD）
• 1.3.8.3 扩增片段长度多态性（AFLP）
• 1.3.8.4 简单重复序列（SSR）
• 1.3.8.5 简单重复序列区间多态性（ISSR）
• 2 黄花苜蓿种质资源研究进展
• 2.1 苜蓿的起源及其进化发展中黄花苜蓿的贡献
• 2.2 黄花苜蓿的分类地位
• 2.3 我国野生黄花苜蓿的分布
• 2.4 黄花苜蓿种质资源的搜集、保存与利用
• 2.4.1 种质资源的搜集与保存
• 2.4.2 黄花苜蓿种质资源的创新与利用
• 2.5 黄花苜蓿的植物学特征
• 2.6 黄花苜蓿的生物学特性与主要农艺性状
• 2.6.1 种子生物学特性
• 2.6.2 生长发育特性
• 2.6.3 产量性状
• 2.7 黄花苜蓿的抗逆性
• 2.7.1 抗寒性
• 2.7.2 抗旱性
• 2.7.3 耐盐性和耐牧性
• 2.8 黄花苜蓿的饲用品质与饲用价值
• 2.9 黄花苜蓿的细胞学研究
• 2.10 黄花苜蓿种质的亲缘关系与遗传多样性研究
• 3 本研究的目的和意义
• 第二章 黄花苜蓿野生种质资源的形态学变异研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料来源
• 1.2 试验地概况
• 1.3 测定内容与方法
• 1.4 数据处理与统计分析
• 2 结果与分析
• 2.1 黄花苜蓿各器官的形态变异式样
• 2.1.1 根系的形态与变异
• 2.1.2 茎枝的形态与变异
• 2.1.3 叶片的形态与变异
• 2.1.4 花及花序的形态与变异
• 2.1.5 荚果及种子的形态与变异
• 2.2 黄花苜蓿表型性状的数量统计分析
• 2.2.1 多因变量方差分析
• 2.2.2 变异系数分析
• 2.2.2.1 居群内个体间的差异
• 2.2.2.2 居群间的差异与分布
• 2.2.2.3 不同地理分布区黄花苜蓿居群间的差异
• 2.3 黄花苜蓿形态性状的主成分分析
• 2.4 黄花苜蓿形态性状的聚类分析
• 3 讨论与小结
• 第三章 野生黄花苜蓿的农艺性状鉴定与评价
• 1 材料与方法
• 1.1 材料与田间设计
• 1.2 研究方法
• 1.2.1 种子萌发
• 1.2.2 物候期
• 1.2.3 生长速度
• 1.2.4 单株地上生物量
• 1.2.5 再生速度
• 1.2.6 数据统计方法
• 2 结果与分析
• 2.1 种子萌发特性
• 2.2 物候期特性
• 2.2.1 黄花苜蓿物候期的基本特性
• 2.2.2 黄花苜蓿物候期性状的基本统计分析
• 2.3 生长速度
• 2.4 单株地上生物量、鲜干比和茎叶比
• 2.5 再生特性
• 2.6 基于农艺性状的聚类分析
• 3 讨论与小结
• 第四章 野生黄花苜蓿抗旱性鉴定与评价
• 1 研究材料
• 2 试验方法
• 2.1 试验设计
• 2.2 测定内容与方法
• 2.2.1 株高
• 2.2.2 分枝数
• 2.2.3 叶片长、宽和叶面积
• 2.2.4 成活和萎蔫株数
• 2.3 统计和分析方法
• 3 结果与分析
• 3.1 干旱胁迫下不同黄花苜蓿居群的成活指数和抗萎蔫指数
• 3.2 干旱胁迫下不同黄花苜蓿居群的株高抗旱指数和分枝抗旱指数
• 3.3 干旱胁迫下不同黄花苜蓿居群的叶片抗旱指数
• 3.4 黄花苜蓿野生居群抗旱性的综合评价和聚类分析
• 3.4.1 黄花苜蓿野生种质资源抗旱性的综合评价
• 3.4.2 黄花苜蓿野生种质资源抗旱性的聚类分析
• 4 讨论与小结
• 第五章 野生黄花苜蓿耐盐性鉴定与评价
• 1 种子萌发期耐盐性测定
• 1.1 材料
• 1.2 试验方法
• 1.2.1 试验设计
• 1.2.2 测定内容与方法
• 1.3 结果与分析
• 1.3.1 不同盐浓度胁迫下黄花苜蓿发芽势的耐盐性鉴定
• 1.3.2 不同盐浓度胁迫下黄花苜蓿种子发芽率的耐盐性鉴定
• 1.3.3 不同NaCI 溶液胁迫下黄花苜蓿幼根生长量的鉴定
• 1.3.4 不同NaCI 溶液胁迫下黄花苜蓿种苗高的鉴定
• 1.3.5 不同居群种子萌发期耐盐性综合评价与聚类分析
• 1.3.5.1 黄花苜蓿野生种质资源抗旱性的综合评价
• 1.3.5.2 黄花苜蓿野生种质种子萌发期耐盐性的聚类分析
• 2 苗期耐盐性鉴定与评价
• 2.1 材料与方法
• 2.2 鉴定评价指标与统计方法
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 不同盐浓度胁迫下不同黄花苜蓿居群的耐盐成活指数
• 2.3.2 不同盐浓度胁迫对黄花苜蓿幼苗生长高度的影响
• 2.3.2.1 个体生长高度
• 2.3.2.2 群体生长高度
• 2.3.3 不同盐胁迫强度对黄花苜蓿地上生物量的影响
• 2.3.4 黄花苜蓿苗期耐盐性的聚类分析和综合评价
• 3 讨论与小结
• 第六章 野生黄花苜蓿染色体数目与核型分析
• 1 材料与方法
• 1.1 研究材料
• 1.2 研究方法
• 2 结果与分析
• 2.1 黄花苜蓿的染色体数目
• 2.2 黄花苜蓿的核型分析
• 2.3 黄花苜蓿染色体数目与核型的地理分布
• 3 讨论与小结
• 3.1 我国野生黄花苜蓿的染色体数目及种群演化特点
• 3.2 国产黄花苜蓿中的B 染色体
• 3.3 黄花苜蓿的核型特征
• 3.4 我国新疆与内蒙古野生黄花苜蓿的核型不对称性比较
• 第七章 黄花苜蓿种质资源的 SSR 鉴定和分类研究
• 1 材料
• 2 方法
• 2.1 叶片采集
• 2.2 DNA 提取
• 2.3 DNA 浓度和质量的琼脂糖电泳检测
• 2.4 扩增反应体系
• 2.5 扩增反应程序
• 2.6 SSR 引物来源
• 2.7 聚丙烯酰胺凝胶电泳
• 2.8 凝胶银染
• 2.9 统计方法
• 3 结果与分析
• 3.1 黄花苜蓿基因组DNA 的SSR 扩增和检测
• 3.2 SSR 扩增产物的多态性分析
• 3.3 SSR 聚丙烯酰胺凝胶电泳图谱
• 3.4 遗传多样性的SSR 分析
• 3.4.1 基于Shannon 信息指数的黄花苜蓿遗传多样性
• 3.4.2 基于Nei 指数的黄花苜蓿遗传多样性和种群分化
• 3.4.3 居群遗传相似度和遗传距离分析
• 3.4.4 SSR 聚类结果与地理分布的关系
• 4 讨论与小结
• 第八章 综合讨论与结论
• 1 讨论
• 1.1 关于黄花苜蓿形态变异式样的描述与分类
• 1.2 关于黄花苜蓿抗旱性和耐盐性直接鉴定的评价指标和方法
• 1.3 关于中国黄花苜蓿的起源和演化
• 2 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附图
• 附图1 中国黄花苜蓿叶片形状
• 附图2 中国黄花苜蓿叶片表面毛被变异
• 附图3 中国黄花苜蓿花序变异式样
• 附图4 中国黄花苜蓿花色变异
• 附图 5 中国黄花苜蓿荚果变异类型
• 附图 6～11 P1～P8 居群的染色体数目
• 附图 12～17 P9～14 居群的染色体数目
• 附图 18～23 P15～21 居群的染色体数目
• 附图 24～29 P22～27 居群的染色体数目
• 附图 30～33 P28～31 居群的染色体数目
• 附图 34 P1 居群的染色体核型
• 附图 35 P2 居群的染色体核型
• 附图 36 P4 居群的染色体核型
• 附图 37 P5 居群的染色体核型
• 附图 38 P7 居群的染色体核型
• 附图 39 P8 居群的染色体核型
• 附图 40 P9 居群的染色体核型
• 附图 41 P10 居群的染色体核型
• 附图 42 P11 居群的染色体核型
• 附图 43 P13 居群的染色体核型
• 附图 44 P14 居群的染色体核型
• 附图 45 P16 居群的染色体核型
• 附图 46 P17 居群的染色体核型
• 附图 47 P18 居群的染色体核型
• 附图 48 P19 居群的染色体核型
• 附图 49 P20 居群的染色体核型
• 附图 50 P21 居群的染色体核型
• 附图 51 P23 居群的染色体核型
• 附图 52 P24 居群的染色体核型
• 附图 53 P25 居群的染色体核型
• 附图 54 P26 居群的染色体核型
• 附图 55 P27 居群的染色体核型
• 附图 56 P28 居群的染色体核型
• 附图 57 P29 居群的染色体核型
• 附图 58 P30 居群的染色体核型
• 附图 59 P31 居群的染色体核型
• 附表 5-1 盐胁迫中期黄花苜蓿幼苗耐盐成活指数
• 作者简介