摘要
倒伏是严重降低油菜产量、品质和影响机械化生产的重要影响因素之一。培育和应用抗倒伏性强的油菜品种是实现油菜机械化生产和高产的重要措施,而提高抗倒伏能力的重点是提高茎秆强度。因此,本研究以包含197个芥菜型油菜株系的重组自交系(RILs,recombinant inbred lines )群体为研究材料,2023年分别在贵阳和贵定两个环境条件下测定了该群体的茎粗、茎秆鲜干比、茎秆充实度、茎秆密度、茎秆抗折力和茎秆抗折强度等6个性状,6个性状均表现出较大的变异,变异系数为14.29%~41.35%,且符合正态分布。相关性分析显示,两个环境条件下,茎秆充实度与茎秆密度、抗折强度二者之间均呈极显著正相关。进一步对茎秆抗折强度表现为高中低的3类材料进行茎秆微观结构观察,相比较于低抗倒材料,高抗倒材料的皮层更厚、维管束个数更多、维管束排列更紧密与维管束面积占比更大。QTL初定位检测到4个QTL与茎秆茎粗有关;2个QTL与茎秆鲜干比有关;2个QTL与茎秆充实度有关;2个QTL与茎秆密度有关;4个QTL与茎秆抗折力有关,可解释的表型变异为4.1%~5.1%;9个QTL与茎秆抗折强度有关,可解释的表型变异为7.5%~11.0%。本研究的开展可为后续芥菜型油菜抗倒伏相关基因的克隆提供基础数据信息,并对油菜抗倒伏育种有一定参考价值。
油菜为十字花科芸苔属植物,是重要的食用油和蛋白质饲料来源,也是加工工业及生物能源的重要原
茎秆强度是一个复杂的性状,甘蓝型油菜的茎秆强度和抗倒伏能力相关的QTL研究较多,但芥菜型油菜这方面研究极少。甘蓝型油菜中,顾
本研究以包含197个株系的芥菜型油菜重组自交系群体为研究对象,2023年在贵州省贵阳和贵定两个环境条件下测定了该群体的茎粗、鲜干比、茎秆充实度、茎秆密度、茎秆抗折力和茎秆抗折强度等6个性状,对抗倒能力不同(高中低)的3类材料进行了茎秆微观结构观察,并对芥菜型油菜茎秆抗倒伏性状进行了QTL定位。本研究结果可为油菜抗倒伏研究和育种提供参考信息。
试验所用材料为课题组前期创建的芥菜型油菜重组自交系群体,群体母本为7H881,父本为YufengZC,包含197个F8家系的重组自交系群体。群体全部材料及两亲本于2022年10月分别种植在贵州省贵阳市花溪区贵州大学教学实习场(106°71’N,26°57’E)和贵州省黔南布依族苗族自治州贵定县辛巴镇乐邦村(107°22’N,26°58’E)两个试验点,每个材料各种植1行,行长3 m,行宽0.4 m,行距0.4 m,株距0.15 m。田间管理包括苗期浇水,间苗,除草,苗期施一次肥,间苗时再施一次肥,其余同一般大田管理。
在角果灌浆期,每个株系选取3株具有代表性的单株(避免边际效应及异常株),在基部30 cm处往上取30 cm长的茎秆。测量茎秆茎粗、茎秆鲜重、茎秆干重、茎秆鲜干比、茎秆充实度、茎秆密度、茎秆抗折力和茎秆抗折强度。测定和计算方法如下:
茎秆鲜干比=茎秆鲜重/茎秆干重。
茎秆充实度=茎秆干重/长度。
茎秆密度=m/v,m为鲜重质量,v为圆台体积。茎秆上、下底面积不同,为圆台而非圆柱,圆台体积= ⅓πh (r′²+r²+r′r),其中r′是上底面半径,r是下底面半径,h是茎秆长度。
茎秆抗折力:将取回的30 cm长的茎秆两端放置于两桌子之间,中间悬空,用SH-100数显式推拉力计在中心位置向下推,直到茎秆折断为止,仪器自动记录最大值,最大值为茎秆抗折力。
茎秆抗折强度=L/s,s=πr²,L是茎秆抗折力,s是茎秆折断点截面面积。茎秆抗折强度为单位面积的抗折力。
根据茎秆抗折强度将材料分为高抗倒伏(茎秆抗折强度≥0.6)、中抗倒伏(0.3<茎秆抗折强度<0.6)和低抗倒伏(茎秆抗折强度≤0.3)3类,选取高、中、低抗倒伏3类材料各2个株系进行茎秆显微结构观察。在角果灌浆期,每个株系选取3个代表性单株,每个单株截取其基部60 cm处2 cm的主茎段,切下的茎段置于FAA固定液中保存,采用Lecia的CM1900冰冻切片机滑走切片法制作切片,进行番红-固绿双重染色,碱性染料番红将导管染色,而酸性染料固绿将筛管染色。并用3DHISTECH P250 FLASH显微镜拍摄照片。所拍照片用CaseViewer软件在选定的比例用标尺进行观察分析。
结合2022-2023年度贵阳和贵定重组自交系群体茎秆抗倒伏相关性状数据及课题组基于该重组自交系群体创建的芥菜型油菜高密度遗传连锁图
2个环境中197份材料的6个茎秆倒伏相关性状具有广泛的表型变异(
性状 Traits | 环境 Environment | 最小值 Min. | 最大值 Max. | 平均值 Mean | 标准差 SD | 变异系数(%) CV |
---|---|---|---|---|---|---|
茎粗 (mm) SD | GY | 5.30 | 16.01 | 10.00 | 1.96 | 19.63 |
GD | 6.35 | 14.19 | 9.95 | 1.47 | 14.74 | |
茎秆鲜干比 SFDR | GY | 1.83 | 8.03 | 4.75 | 0.82 | 17.29 |
GD | 3.33 | 7.01 | 4.61 | 0.66 | 14.29 | |
茎秆充实度 (g/cm) SF | GY | 0.04 | 0.18 | 0.09 | 0.03 | 29.53 |
GD | 0.05 | 0.22 | 0.10 | 0.03 | 28.90 | |
茎秆密度 (g/cm³)D | GY | 0.25 | 0.89 | 0.53 | 0.10 | 19.41 |
GD | 0.39 | 0.90 | 0.58 | 0.09 | 16.20 | |
茎秆抗折力(N) SBF | GY | 8.10 | 92.10 | 30.29 | 12.52 | 41.35 |
GD | 13.75 | 100.00 | 46.03 | 16.76 | 36.42 | |
茎秆抗折强度 (N/cm²)SFS | GY | 0.20 | 0.68 | 0.38 | 0.11 | 27.57 |
GD | 0.23 | 0.99 | 0.57 | 0.14 | 24.74 |
GY:贵阳;GD:贵定;下同
GY:Guiyang;GD:Guiding;SD:Stem diameter;SFDR: Stem fresh-dry ratio;SF:Stem fullness;D:Stem density;SBF:Stem breaking force;SFS: Stem breaking strength.;The same as below

图1 茎秆抗倒伏相关性状的频率分布
Fig.1 Frequency distribution of traits related to stem lodging resistance
对两个环境主要茎秆性状进行频率分布分析(
相关性分析结果(
性状 Traits | 环境 Environment | 茎粗 SD | 茎秆鲜干比SFDR | 茎秆充实度 SF | 茎秆密度 D | 茎秆抗折力SBF |
---|---|---|---|---|---|---|
茎秆鲜干比SFDR | GY |
0.64 | ||||
GD |
0.31 | |||||
茎秆充实度 (g/cm)SF | GY |
0.61 |
0.25 | |||
GD |
0.69 | 0.048 | ||||
茎秆密度 (g/cm³)D | GY |
-0.34 |
-0.14 |
0.16 | ||
GD | -0.100 |
0.32 |
0.24 | |||
茎秆抗折力(N) SBF | GY |
0.67 |
0.35 |
0.76 | 0.085 | |
GD |
0.61 | 0.071 |
0.86 |
0.31 | ||
茎秆抗折强度 (N/cm²)SFS | GY | -0.265 |
-0.29 |
0.17 |
0.56 |
0.35 |
GD | 0.006 |
-0.24 |
0.45 |
0.56 |
0.55 |
*:在0.05水平上的相关显著性;**:在0.01水平上的相关显著性
*: Correlation significance at 0.05 level; **: Correlation significance at 0.01 level
在两环境中,茎秆充实度、茎秆密度和茎秆抗折力皆与茎秆抗折强度呈显著正相关关系,说明茎秆充实度、茎秆密度和茎秆抗折力越高,茎秆抗折强度就越大。其中茎秆密度与茎秆抗折强度的相关系数较大,对茎秆抗折强度贡献最大。在两环境中,茎秆鲜干比与茎秆抗折强度都呈极显著负相关关系,说明茎秆鲜干比越大,其茎秆抗折强度越低。有的性状间的相关性在两环境中差异较大。如茎秆密度与茎秆鲜干比,在贵阳环境下呈显著负相关,在贵定环境下则呈极显著正相关;茎秆密度和茎秆抗折力,在贵阳环境下无显著关系,在贵定环境下则呈极显著正相关。
根据茎秆抗折强度结果,选取高抗倒伏(RIL283、RIL364)、中抗倒伏(RIL194、RIL339)、低抗倒伏(RIL366、RIL369)3类材料共6个株系进行茎秆显微结构观察(
株系编号 Line No. | 抗倒伏类型Lodging resistant type | 表皮厚度(μm) Epidermal thickness | 皮层厚度(μm) Cortical thickness | 维管束个数Bundle number | 维管束面积 (mm²) Bundle area | 维管束面积占比 (%) Area proportion of vascular bundle |
---|---|---|---|---|---|---|
RIL366 | 低 | 10.80a | 305.20b | 66b | 16.3b | 19.93b |
RIL369 | 11.75a | 329.10b | 61b | 14.6b | 20.48b | |
RIL194 | 中 | 11.80a | 287.65ab | 80ab | 18.4ab | 26.86ab |
RIL339 | 11.55a | 332.20ab | 62ab | 18.9ab | 33.84ab | |
RIL283 | 高 | 10.30a | 379.95a | 78a | 28.7a | 37.03a |
RIL364 | 12.10a | 357.30a | 88a | 31.4a | 38.11a |
不同字母表示P<0.05水平差异显著
Different letters indicate significant differences at P<0.05

图2 芥菜型油菜抗折强度不同的株系茎秆显微结构观察图
Fig.2 Observation on the microstructure of the stems of different strains of mustard rapeseed with different bending strength
A:株系366;B:株系369;C:株系194;D:株系339;E:株系283;F:株系364。1:表皮;2:皮层;3:维管束;4:髓
A:Line 366; B:Line 369; C :Line 194; D:Line 339; E:Line 283; F:Line 364. 1:Epidermis; 2:Cortex; 3:Vascular bundle; 4:Pulp
本研究在已有高密度遗传图谱的基础上,用QTL Map6.0软件复合区间作图法,对芥菜型油菜RIL群体抗倒伏性状进行QTL定位和效应检测。在两个环境条件下,共检测到23个QTL位点(

图3 芥菜型油菜茎秆抗倒伏性状相关QTL定位
Fig.3 QTL mapping of stem lodging resistance traits in mustard rapeseed
QTL名称表示qtl+性状+环境+染色体。不同颜色代表不同性状
QTL name represents qtl+trait+environment+chromosome.Different colors represent different traits
关的QTL分布在A01、B03连锁群上,LOD值为3.03~3.87,单个QTL可解释的表型变异为4.1%~5.1 %,两个环境下均能在A01和B03连锁群上检测到茎秆抗折力相关的QTL位点;9个与茎秆抗折强度有关的QTL,分布在A01、A02、A07、A08和B01连锁群上,LOD值为3.15~4.9,单个QTL可解释的表型变异为7.5%~11.0%,两个环境下均能在A01、A07、A08和B01连锁群上检测到茎秆抗折强度相关的QTL位点。
在贵阳和贵定两个环境下,茎秆抗折力、茎秆抗折强度的变异系数均在20%以上,说明群体株系间变异较大,是研究油菜茎秆抗倒伏的理想材料。两环境中茎秆密度、茎秆充实度均与茎秆抗折强度呈显著正相关关系,茎秆密度越大,内容物越充实,茎秆承受力就越大,茎秆抗倒伏能力就越强。两环境下茎秆抗折力和茎秆抗折强度呈显著正相关,与官
油菜茎秆抗倒伏性状在生产上意义重大,抗倒伏单株可以有效避免倒伏后引起的缺水、易感染病害、晚熟等不良表现。油菜茎秆抗倒能力是茎秆纤维素含量、株高和天气等综合因素共同作用的结果,而茎秆本身组成结构对倒伏的影响很大,如茎秆中维管束的大小、数量
本研究对芥菜型油菜RIL群体的不同抗倒伏类型的6个株系的茎秆显微结构进行了观察。结果发现,所有材料的茎秆表皮只有一层,且其表皮厚度差异不显著,而高抗倒材料的皮层、维管束个数、维管束排列与维管束面积占比要比低抗倒材料皮层厚、维管束个数多、维管束排列紧密、维管束面积占比大,这与谢晋
本研究在两个环境条件下共检测到芥菜型油菜抗倒伏性状相关的23个QTL位点,分布在A01、A02、A06、A07、A08、A09、B01、B03和B07连锁群上。其中,4个QTLs与茎秆茎粗有关;2个QTLs与茎秆鲜干比有关;2个QTLs与茎秆充实度有关;2个QTLs与茎秆密度有关;4个与茎秆抗折力有关的QTL,可解释的表型变异为4.1%~5.1%;9个与茎秆抗折强度有关的QTL,可解释的表型变异为7.5%~11.0%。相关研究在芥菜油菜中鲜有开展,而在甘蓝型油菜中开展了部分相关研究工作。本研究的开展,可以为芥菜型油菜相关研究提供案例和借鉴,也可为芥菜型油菜高抗倒性状的育种应用打下基础。
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