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花生黄曲霉产毒抗性的遗传重组潜力及抗性机理研究

作　者: 田立荣
导　师: 廖伯寿
学　校: 中国农业科学院
专　业: 生物化学与分子生物学
关键词: 花生黄曲霉产毒抗性含油量油酸亚油酸抗性机制
分类号: S565.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

我国是世界上最大的花生(Arachis hypogaea L.)生产、消费和出口国,花生在保障我国植物油供给、增加农民收入和扩大出口创汇等方面占有重要地位。长期以来,黄曲霉毒素污染是影响花生食用卫生安全性、危害消费者健康和制约花生产业持续发展的重要因素。培育和应用抗黄曲霉花生品种是降低毒素污染的重要技术途径,但迄今国内外花生抗黄曲霉育种进展缓慢。花生对黄曲霉的抗性存在抗侵染和抗产毒两种类型,抗侵染能力主要依赖于花生种皮的完整性,一旦种皮破裂抗性即丧失,所以发掘和创造抗产毒的花生品种具有更为重要的意义。然而,关于花生黄曲霉产毒抗性的改良存在若干问题:一是产毒抗性受微效基因控制,抗性水平不高而且稳定性较差;二是现已发掘的抗产毒种质多数籽粒小、产量低、含油量低,育种价值较低;三是缺乏对产毒抗性机理的了解和快捷廉价的抗性评价手段。因此,有必要探索花生黄曲霉产毒抗性改良的新思路和新途径。本研究以不同遗传背景花生种质杂交构建的重组近交系(RIL)群体为材料,研究了产毒抗性的分离和重组,分析了通过微效基因的累加或互补提高产毒抗性的潜力,探讨了产毒抗性与其他性状的遗传关系,并初步研究了产毒抗性的生理生化机制。主要研究结果如下:(1)以不同遗传背景花生种质“远杂9102”(中抗黄曲霉产毒,高抗青枯病,小株体)与“中花5号”(高感产毒,高含油量,高感青枯病,大株体)杂交构建重组近交系群体,通过对该群体117个家系在实验室条件下进行黄曲霉菌人工接种和黄曲霉毒素含量测定,发现RIL群体对黄曲霉菌的产毒抗性存在较大变异,产毒抗性表现为连续变异的数量性状遗传特点,而且抗性存在明显的超亲优势。这一研究结果首次阐明了通过不同基因或不同等位点的聚合能有效提高花生黄曲霉产毒抗性。该结论在另一花生高油酸杂交组合(KO1-6×开农30)的分离家系中得到了进一步证实。(2)通过分析RIL群体和高油酸群体后代家系黄曲霉产毒抗性与含油量、青枯病抗性、株体大小、荚果大小、油酸及亚油酸含量之间的相关性,明确了花生黄曲霉产毒抗性与这些重要性状之间不存在紧密连锁关系,相互为独立遗传。由此说明,实现花生黄曲霉产毒抗性与高产、优质等重要育种目标的整合具有良好的前景。(3)通过对RIL群体中筛选到的抗产毒和感病材料进行人工接种和生理生化测定,明确了源于超亲优势的抗产毒家系材料在抗性相关生化机制上与抗产毒对照品种中花6号相似。供试材料种仁在受黄曲霉菌侵染后,苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)等活性均有所提高,而抗产毒材料酶活性的提高程度更大;受侵染后种仁的木质素及绿原酸含量与对照相比均有所提高,抗产毒材料的木质素及绿原酸积累量显著高于感病材料。结果表明苯丙烷代谢产生的木质素及绿原酸等物质对产毒抗性有特殊作用。(4)通过产毒抗性鉴定并结合生理生化指标的测试,首次筛选到一批高产、高油、高抗青枯病、高油酸遗传背景的抗黄曲霉产毒种质材料,提出了进一步开展抗黄曲霉产毒优质高产育种的技术思路。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-25
  1.1 我国花生产业发展现状与方向  12-14
    1.1.1 国内外花生生产发展简况  12
    1.1.2 我国花生产业的优势  12-13
    1.1.3 我国花生产业发展的技术需求方向  13-14
  1.2 花生黄曲霉毒素污染及控制措施  14-16
    1.2.1 黄曲霉菌及黄曲霉毒素的性质与危害  14-15
    1.2.2 影响花生黄曲霉毒素污染的因素  15
    1.2.3 花生黄曲霉毒素污染的控制技术研究  15-16
  1.3 花生黄曲霉抗性遗传改良研究进展  16-18
    1.3.1 抗性类型及抗性评价体系的建立  16
    1.3.2 抗性资源的筛选及抗性遗传规律研究进展  16-17
    1.3.3 抗黄曲霉育种进展  17-18
  1.4 植物抗病反应及黄曲霉抗性机制研究进展  18-23
    1.4.1 植物抗病反应  18-19
    1.4.2 植物抗病的物质代谢基础  19-22
    1.4.3 花生黄曲霉抗性机制研究进展  22-23
  1.5 花生黄曲霉抗性遗传改良研究存在的主要问题  23-24
  1.6 研究目的与意义  24-25
第二章花生杂交后代黄曲霉产毒抗性的遗传变异  25-31
  2.1 引言  25
  2.2 材料与方法  25-27
    2.2.1 花生材料及黄曲霉菌株  25-26
    2.2.2 主要试剂与设备  26
    2.2.3 黄曲霉菌接种及毒素测定方法  26-27
    2.2.4 数据分析与处理  27
  2.3 结果与分析  27-30
    2.3.1 花生 RIL 群体黄曲霉产毒抗性分析  27-28
    2.3.2 花生高油酸群体后代的黄曲霉产毒抗性分析  28-30
  2.4 讨论  30-31
第三章花生黄曲霉产毒抗性与主要性状的相关关系  31-44
  3.1 引言  31-32
  3.2 材料与方法  32-33
    3.2.1 花生材料  32
    3.2.2 主要农艺性状鉴定  32
    3.2.3 青枯病抗性鉴定  32
    3.2.4 种子品质特性分析  32-33
    3.2.5 数据处理  33
  3.3 结果与分析  33-42
    3.3.1 “远杂9102×中花5 号”RIL 群体的主要性状鉴定结果  33-37
    3.3.2 “K01-6×开农-30”分离家系材料的主要性状鉴定  37-40
    3.3.3 黄曲霉产毒抗性与主要性状之间的相关性分析  40-41
    3.3.4 抗产毒优异花生种质的获得  41-42
  3.4 讨论  42-44
第四章花生种子黄曲霉产毒抗性机制的研究  44-54
  4.1 引言  44
  4.2 材料与方法  44-46
    4.2.1 供试材料及主要仪器、试剂  44-45
    4.2.2 黄曲霉菌的接种及毒素测定方法  45
    4.2.3 寄主主要防御酶的活性测定  45
    4.2.4 与寄主抗性有关的生化物质含量的测定  45-46
  4.3 结果与分析  46-52
    4.3.1 花生种子接种黄曲霉菌后不同时间毒素含量的测定  46
    4.3.2 不同品种接种黄曲霉菌后苯丙氨酸解氨酶活性的变化  46-47
    4.3.3 不同品种接种黄曲霉菌后过氧化物酶活性的变化  47-48
    4.3.4 不同品种接种黄曲霉菌后多酚氧化酶活性的变化  48-49
    4.3.5 不同品种接种黄曲霉菌后木质素含量的变化  49-50
    4.3.6 不同抗性材料接种黄曲霉菌后绿原酸含量的变化  50
    4.3.7 各类指标的相关性分析  50-52
  4.4 讨论  52-54
第五章全文结论  54-55
  5.1 主要结论  54
  5.2 进一步研究的方向  54-55
参考文献  55-63
致谢  63-64
作者简历  64

花生黄曲霉产毒抗性的遗传重组潜力及抗性机理研究

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