【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）木豆種質(zhì)資源遺傳多樣性分析作物遺傳育種碩士論文

密級 論文編號： 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 學(xué)位論文 木豆種質(zhì)資源遺傳多樣性分析 L.) L.) I 摘 要 木豆 (熱帶和亞熱帶地區(qū)一種重要的食用豆類作物 ，近年木豆產(chǎn)業(yè)在我國發(fā)展迅速。本研究旨在分析栽培木豆遺傳多樣性的基礎(chǔ)上，探討不同地理來源栽培木豆種質(zhì)資源間的關(guān)系，尋找遺傳差異 。 對國家作物種質(zhì)庫中保存的 140 份 木豆種質(zhì)資源進行田間繁種 、 鑒定，發(fā)現(xiàn)不同地理來源的木豆種質(zhì)資源生態(tài)適應(yīng)性較差；參試品種平均 形態(tài)變異系數(shù) 為 最大為育成品種 平均 息 指數(shù)為 最 大為育成品種 者變化趨勢不同 ；木豆開花習(xí)性 、 初花天數(shù)、全生育日數(shù)、株高和主莖分 枝 數(shù) 之間存在 極顯著正相關(guān) 關(guān)系 ，因子分析表明五個主因子代表形態(tài)多樣性 變異； 基于木豆形態(tài)性狀鑒定的資料， 通過離差平方和法聚類，把 77 份木豆種質(zhì)劃分為三大組群。 以 2 份栽培木豆 ( 1 份野生木豆 (源為試材，將術(shù)體系在木豆種質(zhì)資源研究上進行優(yōu)化，篩選出 20 對多態(tài)性高的 物組合 ，優(yōu)化了木豆種質(zhì)資源遺傳多樣性研究中 術(shù)的各項參數(shù) ，推薦用于木豆種質(zhì)遺傳多樣性分析。 利用 17 對 物，以野生木豆 (對照，對來自印度、中國、非洲和美洲的 139 份木豆栽培種 (質(zhì)的基因組 行擴增，得到 502 條清晰可辨的帶，其中 494 條為 多態(tài)性譜帶，多態(tài)性百分比 印度資源 共擴增出 347 條多態(tài)性帶，多態(tài)性帶的比例為 具有最豐富的遺傳變異，不同來源材料之間 息指數(shù)基本相同。 根據(jù) 態(tài)性數(shù)據(jù)繪制的聚類圖，將 139 份木豆資源分為 9 個類群，并在分子水平上初步探討了它們之間可能存在的演化關(guān)系，支持了木豆起源于印度，并在非洲東部形成次生起源中心的觀點，并提出中國可能是栽培木豆的又一次生起源中心。 研究中還發(fā)現(xiàn)，木豆核質(zhì)互作雄性不育系統(tǒng) (不育系 (A)和保持系 (B)間存在獨特的帶差 異 ,該發(fā)現(xiàn)可能有助于分子標(biāo)記輔助的木豆雜種優(yōu)勢利用和雜交種培育。 關(guān)鍵詞 ： 木豆 ( 遺傳多樣性 ，地理分布，起源演化 .) is of in of is to of on in to up of on to be if of V to to of of on 77 by of of 20 of to of A 39 an by 7 In 502 of 94 8%. to eis(1972) of E 9 of A B MS in be on of 目 錄 第一章 引言 . 1 豆的起源、傳播及分類 . 1 豆的起源與傳播 . 1 類 . 2 豆種質(zhì)資源研究概況 . 4 豆種質(zhì)資源的收集和保存 . 4 豆種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的鑒定與評價 . 4 樣性分類與親緣關(guān)系研究 . 5 交育種和品種改良 . 6 究發(fā)展方向 . 6 傳多樣性研究的方法與途徑 . 7 傳多樣性的概念 . 7 要遺傳標(biāo)記 . 7 傳多樣性研究在種質(zhì)資源研究中的應(yīng)用 . 12 傳多樣性分析 . 13 究的意義及目標(biāo) . 16 第二章 木豆種質(zhì)形態(tài)多樣性鑒定與分類研究 . 19 料與方法 . 19 料 . 19 法 . 19 果與分析 . 20 豆種質(zhì)資源形態(tài)多樣性基本統(tǒng)計分析 . 20 豆主要形態(tài)性狀的相關(guān)分析 . 24 同來源木豆種質(zhì)資源形態(tài)多樣性比較 . 24 于形態(tài)性狀的聚類分析 . 26 第三章 木豆種質(zhì)資源遺傳多樣性研究中的 術(shù)建立 . 31 料與方法 . 31 驗材料 . 31 驗方法 . 31 果與分析 . 34 證了酚 取 . 34 選到 20 對木豆 物組合 . 35 化后的 術(shù)在木豆遺傳多樣性研究中可行 . 36 論與小結(jié) . 37 苗培養(yǎng) . 37 取 . 37 切 . 37 泳與銀染 . 37 第四章 木豆種質(zhì) 子標(biāo)記鑒定與分類研究 . 38 料與方法 . 38 驗材料 . 38 驗方法 . 40 果與分析 . 41 培木豆種質(zhì)的 態(tài)性 . 41 同 來源參試品種遺傳多樣性分析 . 42 豆栽培種內(nèi)的類群劃分 . 43 國木豆種質(zhì)資源聚類分析 . 46 培木豆的起源、傳播 . 46 胞質(zhì)雄性不育材料帶型差異分析 . 47 論與小結(jié) . 47 第五章 主要結(jié)論與建議 . 50 要結(jié)論 . 50 一步加強木豆種質(zhì)資源收集、保護、評價和利用的建議 . 50 參考文獻 . 50 附 錄 . 56 致 謝 . 61 作者簡歷 . 62 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 引言 1 第 一章 引言 木豆 (.)中文俗稱黃豆樹、豆蓉樹、三葉樹 (云南 )、千年豆 (廣西 )、樹豆、鴿子豆、蓉豆、柳豆、花豆、米豆等；英文名為 熱帶和亞熱帶地區(qū)一種重要的食用豆類作物 (宗緒曉等， 2003；鄭卓杰等， 1997； ， 1990)。木豆 (詞可能來源于美洲，因鴿子 (食其籽粒而得名。在很多發(fā)展中國家，被眾多的小農(nóng)戶融入當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)耕作體系，用以改良土壤，并在不同耕作制度中均具有重要意 義 (，1990)。除主要做 “豆?fàn)?”(宗緒曉等， 2002)(干籽粒脫去種皮形成的豆瓣 )用于烹飪外，其嫩綠的籽粒用作蔬菜 (， 2003； ， 1986)，破碎的干籽粒及加工后剩下的殘渣用作家畜、家禽飼料，干、鮮莖葉用作飼草，干枝條用作薪柴、搭建棚屋、編制籃子等，活植株也可作為紫膠蟲寄主用于生產(chǎn)紫膠。木豆還經(jīng)常用于構(gòu)建農(nóng)家小院的活籬笆墻，種于山坡地以減少水土流失(宗緒曉等， 2003； ， 2001)。 目前世界上 90 多個國家有木豆栽培。亞洲是世界上最大的木豆產(chǎn)區(qū)，面積和 產(chǎn)量均占世界木豆生產(chǎn)的 92%以上，其中印度又是世界上最大的木豆生產(chǎn)國 (計資料 )。亞洲除印度之外，緬甸、尼泊爾、中國、孟加拉也有較大面積的木豆生產(chǎn)。非洲是世界第二大木豆產(chǎn)區(qū)，種植面積占世界木豆總種植面積的 產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的 在非洲有四個木豆主產(chǎn)國，依次是馬拉維、烏干達、坦桑尼亞和肯尼亞。另外，中南美洲有少量的木豆種植面積，主要分布在海地、巴拿馬、牙買加、特立尼達和多巴哥、波多黎各及格林納達，種植面積占世界木豆總種植面積的 產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的 右。澳大利亞約有 5000 公頃的木豆栽培面積。中國木豆栽培較少，主要分布于長江以南的海南、云南、廣西、貴州、廣東以及福建、湖南、四川、江西、浙江、臺灣等省區(qū)。據(jù)估計， 2000 年以前每年種植面積一直徘徊在 3500頃，總產(chǎn)量約為 3000 噸。 1997 年開始，針對中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水土保持以及消費習(xí)慣的實際需要，從國際半干旱熱帶作物研究所 (選擇的引進木豆改良品種進行推廣，到 2002 年中國木豆種植面積已上升到 15000 公頃以上 (， 2001)。 豆的起源、傳播及分類 豆的起源與傳播 源 對于木豆的起源，尚存在兩種觀點。第一種觀點認(rèn)為木豆起源于非洲的安哥拉至上尼羅河一帶，主要依據(jù)是在埃及古墓中發(fā)現(xiàn)了一粒公元前 2400的木豆種子。第二種觀點認(rèn)為木豆起源于印度，目前有足夠充分的證據(jù)支持第二種觀點。首先，上世紀(jì) 70 年代從印度的 世紀(jì)的小粒木豆種子殘存物；其次印度有最廣泛的近緣野生種分布，目前已發(fā)現(xiàn)的 32 個近緣野生種中，分布于印度的有 17 個；第三，印度語言學(xué)家 木豆最初的梵文名詳細(xì)考證后指出，它是從印度當(dāng)?shù)孛Q 來；第四，印度擁有全世界 82%的木豆種質(zhì)資源和近 80%的種植面積。另外，木豆在印度的加工和食用方法很多，也為木豆起源于印度提供了間接證據(jù) （鄭卓杰等， 1997； ， 1974； ， 1980； ，1990） 。因此，木豆起源于印度的觀點已被越來越多的學(xué)者所接受。 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 引言 2 播 木豆 2000 多年前起源于印度，馴化成栽培種后，向外傳播的時間相當(dāng)早。木豆從印度南部傳入馬來西亞；從印度西北部傳入尼羅河流域及非洲其他地區(qū)，并在非洲東部形成了木豆栽培 種遺傳多樣性的次生中心；從印度東部傳入中國和澳大利亞；后來又經(jīng)非洲傳入歐洲和美洲。現(xiàn)在，木豆已廣泛栽培于南北緯 30 度之間的廣大地區(qū) （宗緒曉等， 2003；鄭卓杰等， 1997） 。 類 豆在分類學(xué)上的地位 木 豆 種 (.) 2n=22)(990) 是 豆 科 (菜 豆 族(豆亞族 (豆屬 (的一個栽培種 （宗緒曉等， 2003；鄭卓杰等，1997） 。木豆亞族 由 11 個屬組成，是一個 野生 程度非常高的組群 。 栽培木豆是木豆亞族中僅有的食用栽培作物，另外有數(shù)個木豆屬的種可劃入木豆種的第二基因 源 ，大多數(shù)其他種屬于外圍基因源 或最多可劃入其第三基因 源 。 986)對木豆亞族的分類學(xué)體系進行了修訂，將與其關(guān)系最近的蟲豆屬 (入木豆屬 （ ， 1990） 。 豆屬內(nèi)的種 木豆屬 下 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的種有 32 個，被劃分為 6 個組 （ ， 1990） 。 包括木豆種及 與 其親緣 關(guān)系 最近的種 兩種間的雜交障礙可以克服； 含 以外所有的直立種； . & A.) 個半蔓生種。 木豆屬分布于亞洲的種有 18 個，分布于澳大利亞的種有 15 個，分布于非洲的種有 1 個 (分布于 澳大利亞的 15 個種中，有 13 個是原產(chǎn)的；印度次大陸和緬甸分布有 8 個原產(chǎn)于本地的種；其他的種分布于更廣泛的地理范圍。 表 核實的木豆屬內(nèi)的種及其分布 號 種名 分布 序號 種名 分布 1 大利亞 17 大利亞 2 W. & A.) 度南部、斯里蘭卡 18 W. & A.) 度西南部、斯里蘭卡 3 大利亞 19 大利亞 4 L.) 熱帶、亞熱帶廣大地區(qū) 20 大利亞 5 度東南部 21 馬拉雅山腳丘陵 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 引言 3 6 澳大利亞 22 甸、中國南部 7 澳大利亞 23 度次大陸、爪哇 8 大利亞 24 大利亞的昆士蘭州 澳大利亞 9 亞、東南亞 25 大利亞、新幾內(nèi)亞 澳大利亞 澳大利亞 10 度東北部、越南 26 W. & A. ) 度西南部、斯里蘭卡 澳大利亞 11 印度、亞洲東南部 27 L.) 大利亞 亞洲南部和東南部、太平洋 沿岸、非洲海濱 12 度東北部、中國南部 28 度南部 13 W. & A.) 度西南部、斯里蘭卡 29 度西南部、斯里蘭卡 14 洲西部 30 度東北部 15 大利亞 31 大利亞 16 大利亞 32 律賓 、印度尼西亞 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 引言 4 豆種內(nèi)的劃分 在木豆種內(nèi)，現(xiàn)已確定了兩個變種，一個是黃花變種 (c)，另一個是紫紋變種 (c)。木豆是短日性作物，其 株型、株高、開花期等 表現(xiàn)型受溫度和光照的影響很大，這給 依據(jù)形態(tài)性狀的傳統(tǒng) 種內(nèi)分類帶來許多困難 。 因此，有關(guān)木豆的分類，還有待進一步研究 (鄭卓杰等， 1997)。 豆種質(zhì)資源研究概況 豆種質(zhì)資源的收集和保存 位于印度海德拉巴市郊的國際半干旱 熱帶作物研究所 (是世界上收集木豆種質(zhì)資源最全面和份數(shù)最多的研究機構(gòu)。 截至 1989 年 4 月，共有來自全世界 51 個國家的 11171 份木豆資源保存在 質(zhì) 庫，其中包括木豆亞族中 6 個屬 47 個野生種的 270 份野生資源 ； 之后，又有 2000 多份新收集到的 種質(zhì)資源 陸續(xù) 存入 質(zhì) 庫 。到目前為止， 共有 來自 72 個國家的 13548 份木豆資源保存在 質(zhì) 庫 ，并構(gòu)建了包含 1290 份核心種質(zhì)的核心種質(zhì)庫 。 另外，尼日利亞和菲律賓還分別保存著 1600 和 300 份木豆資源。 木豆是中國栽培面積 較小的食用豆類，從未對其地方品種資源進行過系統(tǒng)收集。但 1960 年至今，有據(jù)可查的局部收集共有 6 次。例如， 在 1986 開展的 海南省作物資源考察中，搜集到 21 份木豆資源， 它們 分別來自海南省的 19 個縣市，均為栽培種，多年生灌木，分布于海拔300 米以下地域； 1987 年，貴州安順地區(qū)農(nóng)科所專程前往黔、桂、滇三省區(qū)交界處的南盤流域進行初步考察，發(fā)現(xiàn)貴州冊亨、安龍、望漠，廣西隆林、沙縣等地均有多年生木豆，且屬半野生類型 （謝居林等， 1991）； 1999 年， 豆育種專家 廣西考察期 間，發(fā)現(xiàn)廣西有木豆野生種 正紅等對國內(nèi)木豆資源調(diào)查結(jié)果進行了總結(jié) （李正紅等，2001） ，見表 前，中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所 (北京 )、中國林科院資源昆蟲研究所 (昆明 )、廣西農(nóng)科院各保存有少量木豆地方資源。預(yù)計在海南、廣東、廣西、云南、貴州、福建和四川等省，仍有不少處于野生和半野生狀態(tài)的本地栽培木豆資源，有待收集、鑒定和研究利用。 40 年前我國就 曾 從印度、澳大利亞、菲律賓、夏威夷引進 過 30 份木豆種質(zhì)資源，用于放養(yǎng)紫膠蟲，其中僅有適于紫膠生產(chǎn)的晚熟高大株型的品種得 以推廣，其余品種全部丟失。 1985關(guān)單位再次從 進過 40 份粒用木豆改良品種，但至今也已全部丟失。 1997 年，中國 農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物品種資源研究所 從 選擇的重新引進木豆改良品種，在廣西、海南、江西、云南等省區(qū)試種、示范，并通過國際合作的形式使得引進木豆在我國得到很好的推廣。 豆種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的鑒定與評價 木豆種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀鑒定與評價，通常在木豆 資源鑒定圃 中進行 ，考種記載的形態(tài)性狀共40 個。 因 鑒定圃 中木豆試驗 不設(shè)重復(fù)，無法估測環(huán)境因素的影響，因此像單位面積 產(chǎn)量、收獲指數(shù)、出仁率等數(shù)量性狀， 僅 是對木豆相關(guān)遺傳潛力的粗略估測。然而，如果 將 生育期相近的臨近對照品種 與參試資源 相比較的話，上述 性狀 數(shù)據(jù)通常是 可靠的 。 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 引言 5 表 內(nèi)木豆資源調(diào)查結(jié)果 份 調(diào)查地區(qū) 收集份數(shù) 主要農(nóng)學(xué)形狀 20 世紀(jì) 60 年代 云南 20 余份 無文字總結(jié)材料 20 世紀(jì) 80 年代 云南等 28 粒色有灰、棕、花斑 3 種 1987 云南、廣西、貴州交界的南盤 江 流域 10個縣 花色：紅、黃 莢 色：紅褐、黃褐、黑褐 粒色：淡黃、黑褐、茶色 粒型：扁圓、扁橢、圓形、橢圓 種子百粒質(zhì)量： 8高 3，均為晚熟品種 1986南省 13 個縣市 25 粒色：灰、褐、黑、花斑 粒形：圓、橢圓、矩形 百粒質(zhì)量： 熟期： 270 天左右 1996南省 10 個縣市 90 云南地方品種 16 份 。 花底色：象牙黃、淺黃、黃、紫紅 花次級色：無色、紫色、紅色 莢色：綠、紫 條紋：有、無 粒色：白、淺灰、灰、深灰、奶油、淺褐、褐、深褐、紅棕 粒形：圓、橢圓、方 全生育期 ：大于 240 天 大豆 入類型 14 份 樣性分類與親緣關(guān)系研究 對于木豆種質(zhì)資源的分類與親緣關(guān)系研究，過去主要是依據(jù)形態(tài)學(xué)特征、細(xì)胞學(xué)特征、雜交育性和種子蛋白特征進行的 (1974;956;958;985;981)。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，目前， 記已被廣泛的應(yīng)用于該類研究。 印度農(nóng)業(yè)研究所 (木豆資源的分類進行了研究，并提出了許多分類 標(biāo)準(zhǔn) 和原則，包括抗病型鑒定的分級標(biāo)準(zhǔn)等。 對 木豆 搜集材料 ，通過自交 純 合 后 進行系統(tǒng)鑒定， 將其 劃分為86 個類型。目前， 在繼續(xù)木豆資源的系統(tǒng)分類工作。近幾年，在分子水平上展開 了對 木豆種質(zhì)資源遺傳多樣性 的 研究工作 ； 通過對 據(jù)庫查詢，已見到利用 法研究木豆種質(zhì)資源遺傳多樣性的文獻報道， 這些報道 多側(cè)重于研究木豆屬內(nèi)不同種間的親緣關(guān)系。 (2001)對 23 個木豆突變系 的單株莢數(shù)、單莢粒數(shù)、百粒重、單株產(chǎn)量和莢傷中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 引言 6 害率進行調(diào)查，通過 組間遺傳距離 (析劃分為 9 個組群 。 結(jié)果表明，百粒重、單株莢數(shù)和單株產(chǎn)量 3 個性狀指標(biāo)對遺 傳多樣性的貢獻率分別為 組群間的遺傳差異高于組群內(nèi)的遺傳差異，第 4 和第 9 組群間的 (大，雜交育種時可從這兩個組群間選 配 親本。 (2000)對 64 個 不同基因型木豆品種的 10 個農(nóng)藝性狀指標(biāo)進行調(diào)查分析 ， 并 將上述基因型 劃分為 15 個組群 。 結(jié)果表明，組群間的遺傳差異大于組群內(nèi)的遺傳差異，參試材料中存在著豐富的遺傳多樣性 ； 同時，聚類結(jié)果表明遺傳差異不總是與地理來源相關(guān)，在雜交育種時可以從不同的組群間選配親本，而不能只依據(jù)不同的地理來源選配親本組合 。 (2002)利用 術(shù)對木豆屬內(nèi) 6 個組 12 個種的 28 個品種進行評價，發(fā)現(xiàn)參試材料具有較高的遺傳豐富度 ； 通過聚類分析，將原屬于蟲豆屬的 4 個品種單獨劃為一類 ；在原屬于木豆屬的品種中， 內(nèi) C. 中的 4 個品種聚為一類， . 中 5 個品種聚為一類 ， 而該組中的 獨立形成類 ； . 中 4 個品種聚為一類 ， 而該組內(nèi)其他 種被劃分到不同類中。 (2003)利用 20 個 物對 10 個木豆品種 (不育系 67A、 288A，保持系67B、 288B， 栽 培種 野生種 C. 因組 行擴增，得到 (298 條 )多態(tài)性帶，表明在參試材料中存在著豐富的遺傳多樣性， 利 用 記 可將參試材料區(qū)分開。 (2001)開發(fā)了 10 對可用于木豆種質(zhì)資源遺傳多樣性研究的 物。 蔣慧萍等