【毕业学位论文】（Word原稿）中国马铃薯审定品种系谱分析及遗传多样性研究蔬菜学硕士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 中国马铃薯审定品种 系谱分析 及 遗传多样性研究 （ .） .） I 摘 要 作为主要农作物之一，马铃薯在我国农业生产中日显重要。产业的发展和市场需求的变化对马铃薯育种提出了新的目标和更高的要求。审定 品种 不仅在生产中发挥重要作用，而且是育种的重要亲本来源。全面、系统 的 了解审定品种的 系谱和遗传多样性 将为我国马铃薯育种提供依据。本研究以我国马铃薯审定品种为试材，通过系谱分析、表型鉴定和 记分析研究 品种间的系谱关系和 遗传多样性。 主要 取得以下结果： 1. 我国 288 个审定品种系谱分析结果表明： 1983 年以前 ， 育成的 93 个品种遗传基础狭窄，多子白等 7 个亲本育成了其中的 60 个品种，占当时品种总数的 65； 1983 年 1990 年为育种低迷期， 审定品种仅 31 个 ； 1991 年 2000 年 ， 审定的品种 67 个， 亲本出现多样化 趋势 ，育成品种较多作为亲本用于新品种选育，占 44； 2001 年至今，审定品种的数量增加 迅速 ，共 94 个，品种遗传基础有所拓宽。 记 对 4 个时期品种 的 多态性评价结果与系谱分析一致。 2. 国外品种作为亲本资源在我国育种工作中占有重要地位。审定品种中，含美国亲本血缘的占 共 100 个；含德国亲本血缘的占 共 93 个；含波兰亲本血缘的占 共58 个；含 拿大和荷兰资源血缘的占 共 63 个；含地方品种血缘的占 共 26个。 3. 根据对收集的 185 份马铃薯品种的 20 个田间 生物学 性状的聚类分析结果， 标准可将 185 份材料分为两大类群，以分类距离 标准又可将第二类群分为两个亚群。以 分类距离 标准可以将全部品种分为 11 个类群，其中类群 6 包含品种最多，达 90 个。 4. 利用 12 对 物对 203 份审定品种 记遗传多样性研究发现，我国马铃薯审定品种遗传多样性较低。 共检测到 125 个 多态性位点 ，每对引物检测到 5 18 个，平均为 。203 个品种的遗传距离变幅在 间，平均值为 时期多态性分析表明， 1983 年以前育成品种的 遗传 距离最小，为 2001 年以后育成的品种 遗传距离最大为 且 与前3 个时期育成的品种遗传距离较远。 5. 记的聚类分 析结果是：以遗传相似系数 标准可将 203 份材料分为两个个类群，马铃薯野生种群和普通栽培种群。以相似系数 标准可以将全部品种分为 15 个类群，大部分亲缘关系较近的品种被分到了一个类群， 其中第 1 类群含 91 个品种。 关键词 ： 马铃薯 审定品种 ， 系谱分析， 遗传多样性 ， 田间表型性状 ， 记 s of is in to be in to of of to to be in In of by SR as 1. 88 by (1) 93 983 a 60 3 (2) It 1 983 990; (3) in as 991 000, to (4) so 001 4 (5) s at SR as 2. As to in 35 00 SA 3 8 3 IPs. 3. 0 85 be =be =85 1 = 0 4. 12 to 03 a 25 in an 0.4 8. 03 an 5. SR 03 of S =5 S =1 录 第一章 文献综述 . 1 遗传多样性研究的意义与技术的发展 . 1 标记技术在马铃薯种质遗传多样性研究中的应用 . 2 表型水平研究 . 2 同工酶水平研究 . 2 平研究 . 3 记和 记 . 3 记和 记 . 3 记 . 3 记技术在指纹图谱研究构建中的应用 . 5 我国马铃薯种质资源研究进展 . 6 育成品种现状 . 6 种质资源研究 . 7 本研究的目的和意义 . 7 第二章 中国马铃薯审定品种亲缘系谱关系分析 . 9 材料与方法 . 9 试验材料 . 9 试验方法 . 9 结果与分析 . 9 各 时期审定品种亲缘关系分析 . 9 1983 年以前育成品种亲缘关系分析 . 9 1983 年至 1990 年审定品种亲缘关系分析 . 10 1991 年至 2000 年品种亲缘关系分析 . 11 2001 年至今的品种亲缘关系分析 . 12 审定品种系谱分析 . 14 美国品种衍生系 . 14 德国品种衍生系 . 14 波兰品种衍生系 . 14 兰和加拿大品种衍生系 . 21 我国地方品种衍生系 . 22 结论与讨论 . 23 第三章 中国马铃薯审定品种表型性状亲缘分析 . 25 材料与方法 . 25 试验材料 . 25 试验方法 . 30 结果与分析 . 30 结论与讨论 . 39 第四章 中国马铃薯审定品种的 点遗传多样性分析 . 40 材料与方法 . 40 试验材料 . 40 试验方法 . 40 马铃薯总 取 . 40 验方法 . 41 统计分析 . 43 结果与分析 . 44 马铃薯审定品种的 记多态性 . 44 各阶段马铃薯审定品种的 态性分析 . 46 马铃薯审定品种的聚类分析 . 47 结论与讨论 . 52 第五章 全文结论 . 53 参考文献 . 54 致谢 . 59 作者简历 . 60 V 英文缩略表 英文缩写 英文全称 中文名称 际马铃薯中心 单串联重 复序列 位标 核苷酸多态性 增片段长度多态性 即扩增多态性 制性片段长度多态性 异性、一致性、稳定性 丙烯酰胺 凝胶电泳 传相似系数 D 传距离指数 加权类平均法 中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 文献综述 1 第一章 文献综述 马铃薯（ .）是粮、菜 、饲和工业原料兼用的主要农作物，由于其适应性广、丰产性好、营养丰富和经济效益高，在世界上成为继水稻、小麦、和玉米后的第四大粮食作物 ， 在世界 153 个国家有栽培（ 织统计， 2007）。我国是世界最大的马铃薯生产国，栽培面积 488 万公顷，总产 7086 万吨（中国农业统计年鉴， 2005）。我国马铃薯产业 的 发展 ，对育种提出了更高的要求。审定品种不仅具有国外引进品种（品系）的优良性状，而且具有对当地自然环境条件良好的适应性，是我国马铃薯育种的重要亲本来源。明确马铃薯 审定品种的遗传多样性和亲缘关系，对了解我国品种现状 和指导杂交育种 有重要意义。在育种实践中，传统遗传多样性鉴定方法由于受环境及人的主观因素的影响而效率较低。分子标记 反应 平遗传差异 ， 与传统鉴定方法相比在种质资源的鉴定、评价以及种质资源遗传多样性分析等方面具有较大优越性。 近年来， 分子标记相继得到不同程度的应用，特别是 具有可靠性强 、 重复性高 、 多态性丰富 、 共显性等优点 （ ， 1997） ，已成为 经济、实用的分子标记技术之一 ， 广泛应用于 遗传图谱绘制、分类学研究、分子标记辅佐选择以及栽培品种鉴定等方面。随着大量 物的开发和使用， 术的标准化以及 动分析技术的应用， 记的优势更加突出。 遗传多样性研究 的意义 与 技术 的 发展 遗传多样性 （ 的研究具有十分重要的意义。 一个物种 的遗传多样性 水平高低和其群体的遗传结构是长期进化的结果，它还将影响其未来的生存和发展。 生物多样性是生物及其环境形成的生态复合体以及与此 相关的各种生态过程的总和 , 它包括数以百万计的动物、植物、微生物和它们所拥有的基因以及它们与生存环境形成的复杂的生态系统。主要包括四个层次 : 遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性。其中 , 遗传多样性是生物多样性的其础。 广义的讲，遗传多样性是遗传信息的总和 （陈灵芝， 1993） ，狭义的遗传多样性，即通常所说的遗传多样性主要指种内基因的变化 （ 杨志平， 2006） 。遗传多样性被认为是生物多样性的核心问题。蕴藏于物种内或种间的分子、细胞和个体水平的遗传变异，是遗传多样性的基础，也是物种保持进化潜能的基本条 件。因而，遗传多样性的研究也是生物多样性研究中发展较快的领域。一方面，现代生物学的理论、技术和方法 ， 尤其是分子生物学和生物技术 ， 被广泛应用于遗传多样性的研究；另一方面，研究结果和新方法的应用又形成了一些新的理论和学科，同时也使遗传多样性 研究 的理论和方法 不断产生、发展和完善 。 遗传多样性的检测方法是随着 遗传标记的 不断改进而逐步 发展 起来的。 过程主要分为 4 种类型： （ 1） 形态标记； （ 2） 细胞标记； （ 3） 生化标记； （ 4） 分子标记（ 齐建双， 2006； 邱芳等， 1998）。前 3 种标记都是基因表达型的标记，是对基因的间接反应 ，易受环境影响，因此不能完全或真实地反映遗传变异。 近十多年来，相继建立的多种检测 态性的技术方法，使人们能客观真实准确地检测作物基因组 平差异。 态性普遍存在于生物有机体中，反映了物种形成、选择、迁移、重组和交配体系等的进化历程，因此在种质资源遗传多样性的鉴定中特别有用中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 文献综述 2 （高婷等， 2003）。 广义的分子标记包括两类，即：同工酶标记和 记，狭义的分子标记仅指 记。记可分为三大类：一类是依据传统的 交技术的分子标记，如 二类是以 术为核心的 分子标记，分为使用随机引物进行扩增的 使用特定引物或引物对扩增的 两类；第三大类是 酶切技术相结合的分子标记，主要指 术（张海英等， 2001）。 子标记可以直接检测基因组的遗传变异，能更准确揭示同一物种内不同种、变种、品种、品系间个体的差异，与表型鉴定和同工酶检测相比具有以下优越性： （ 1） 较高的可靠性， 记直接检测遗传物质 乎不受环境因素、取样部位和发育阶段的影响，不存在表达与否的问题； （ 2） 数量极多，遍及整个基因组； （ 3） 多态性高 ，自然存在着许多等位变异，不需专门创造特殊的遗传材料； （ 4） 表现为 中性 即不影响目标性状的表达，与不良性状无必然的连锁； （ 5） 有许多分子标记表现为共显性，能够鉴别出纯合基因型与杂合基因型，提供完整的遗传信息 （贾继增， 1996） ，如 记 、 记和 记等 。因此， 子标记技术不仅广泛应用于遗传图谱构建、基因定位等方面，而且在作物种质资源研究中也具有重要意义（ 郑敏和罗玉萍， 1999； 方宣钧等， 2001； 张海英等， 2001），被认为是鉴别品种、品系及分析种质资源遗传多样性的有利工具。 标记 技术 在马铃薯种质 遗传多样性 研究中的应用 马铃薯是世界上第四大粮食作物，在 156 个国家都有栽培。 全世界共 育成了 3200 多个马铃薯栽培品种 （ . 和 U. 2003） 。 传统的鉴定方法已经难以应付现代大量品种的鉴定。快速准确鉴定马铃薯栽培品种对品种选育、注册、检验以及知识产权的保护等方面 具有 有重要意义。 表型 水平 研究 利用表型性状鉴定马铃薯栽培品种最直接也最简单易行 。长期以来，种质资源的分类、鉴定及育种材料的选择通常是依据表型性状来进行的，育成品种、杂种的注册登记及识别也都依赖于形态特征 。马铃薯植株的重要特征在不同 的马铃薯种和品种间变化很大 ， 植株茎的颜色、花色、薯形、薯皮和薯肉颜色等存在着各种各样的形态类型 （ 金黎平 ， 2006） 。 如 马铃薯新品种 测试，就是根据马铃薯品种 表型 性状 差异，在 马铃薯生长的不同时期 鉴定品种。 但是表型性状常会受容易受环境条件和 个 人判断标准不同的影响，所需周期长 ， 而且我国马铃薯品种遗传基础狭窄，表型性状 不能完全准确的鉴别马铃薯品种。 同工酶 水平 研究 70 年代发展起来的同功酶标记 能 检测基因的直接产物，表现相对稳定 ， 受环境影响较小， 可用于 早期鉴定 （ 1983） 。国内外研究人员曾通过比较不同同功酶酶谱带型差异研究马铃薯亲缘进化关系， （ 1985；白艳菊等， 2001） 。也有研究利用同工酶差异谱带，鉴定纯合四倍体转基因马铃薯（王清， 2005）。 但同功酶标记多态性 位点较少，而马铃薯栽培种内酶变化水平较低，利用同功酶技术进行品种多样性鉴定比较困难。 中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 文献综述 3 究 正确评价马铃薯种质资源的遗传多样性，对于拓宽遗传基础十分重要，与传统方法相比 些年来， 子标记在鉴别马铃薯栽培品种和评价马铃薯遗传多态性中取得了很大成就。 （ 1988）用 记成功鉴定出 20 个四倍体 马铃薯 品种中的 19 个和 38 个二倍体中的 33 个 （ C. , 1989） 。 （ 1992）用 针成功的从 134 个马铃薯栽培 品 种中鉴别出 122 个， （ 1996）用 别出 8 个马铃薯栽培品种 。（ 2006）用 记与 记分析了 185 份安第斯山脉四倍体马铃薯栽培品种的遗传多样性以及 6 份智利国内马铃薯品种，结果发现安第斯山脉中部特别是在玻利维亚的马铃薯品种显示了较高的多态性。 术也被用于检测马铃薯栽培品种遗传多样性（ 1996； ， 1996； , 1994； A. S. 等 ， 1996；. K. 等 ， 2001） ， A. S. 等（ 1996）证实了在每个种和栽培品种中均存在增的重要且重复性好的区域，而在这些区域也许可以用品种和种属特异的 记区分马铃薯栽培品种和种。另外我国的陈绪清等（ 1999）完善了马铃薯 记的 术，刘福翠和邸宏等（ 2004）也分别采用 记对马铃薯栽培品种的遗传 多样性进行了分析。 随着分子标记的发展 记也用于多态性分析和品种鉴定。 （ 2002）用 法评价 28 个 马铃薯栽培 品 种之间的遗传差异，用所选 9 个引物中 有 3 个能区分所有的马铃薯品种 ，研究还发现阿根廷的和欧洲的马铃薯品种容易鉴别，多态性高于美国品种 。 近年来 ，由于 术可在一次实验中同时检测到更多的多态性片段，有助于遗传差异的全面综合和对相似群进一步分类，已被用于各种作物的遗传多样性研究 ，并在多篇研究中用于 记技术的比较 。 （ 1997）利用 术分析了多种四倍体马铃薯栽培种的遗传关系。（ 2000）进行了 39 种马铃薯栽培种的 析 ， 鉴定其遗传多样性 ， 结果表明 我国邸宏也对 79 个马铃薯品种进行了 记的多态性分析。 名微卫星（ 是目前应用比较广泛的分子标记技术之一。是指基因组中由 1 6 个核苷酸组成的基本单位重复多次构成的一段 泛分布于基因组的不同位置（ ， 2003） 。由于基因组中某一特定的微卫星的侧翼序列通常都是保守性较强的单一序列，因而可以将其侧翼的 段克隆、测序，然后根据微卫星的侧翼序列就可以人工合成引物进行 增，从而将单个微卫星位点扩增出来。单个微卫星位点的重复次数在物种间、品种间甚至个体间均具有非常大的变异性，这些变异还表现为微卫星数目的整倍性变异或重复单位序列中的序列有可能不完全相同，因而造成多个位点的多态性，所以 记能揭示较高的多中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 文献综述 4 态性。研究发现马铃薯染色体中平均两个 间的距离是 2000） 。 马铃薯 1995 年， 记首次应用于马铃薯花药培养苗的遗传组份分析 （ ， 1995） 。随后 记就被用于研究马铃薯栽培品种的遗传关系 （ ， 1996； 997） 。 物的筛选始于 1997 年， 通过建立 库筛选设计了 25 对 ， 1997） 。同时马铃薯高密度遗传图谱 （ ， 1988； ，1992） 的发展证明了番茄和马铃薯高度保守区域的相似性，也极大促进了番茄等茄科作物的 科作物 物的的开发，也增加了马铃薯 物的数量。在马铃薯中验证了 112 对茄科作物的 物，其中 98 对在马铃薯中表现多态性（ ， 1998） 。 近年来研究报道显示，在表达序列标签（ 可筛选交叉物种的 ， 2002； ， 2003； e ， ， 2004） ，马铃薯的 大约 5含有 此可利用已有的 列开发 物。利用 ，得到 61 对有用的 物并建立了 30 个南美、北美、欧洲或以它们为亲本的品种的指纹图谱 （ ， 2005） 。 M. 用 931 份马铃薯材料筛选 156 对 中 130 对有扩增产物 （ M. ， 2004） 。另外， 在 据库中用番茄和马铃薯的 列筛选了一些 于番茄遗传图谱绘制，经试验证明其中 76 对 4 对多态性表现很好 （ ， 2005） 。 马铃薯 物对的不断开发，引物序列的公开发表，极大促进了 记在马铃薯多态性研究中的应用，并在马铃薯品种鉴定方面呈现出广阔的发展前景。 品种鉴别与遗传多样性 由于成本低、技术操作简单， 记被视为马铃薯栽培品种鉴定的理想工具 （ ，2002） 。 记自用于马铃薯品种鉴别与遗传多样性研究以来，已经证明可以有效的用于区分马铃薯的四倍体栽培品种 （ ， 1996； ， 1996； 1997； 等， 2000； ， 2000； ， 2001） 。 在 5聚丙烯酰胺凝胶上用 2 对引物，在 3琼脂糖凝胶上用 4 对引物就可以很好的区分 17 个北美马铃薯无性系 （ ， 2004） 。 有人也将 记与其它分子标记一起使用，以便将 其它分子标记作比较。 1997）比较了 3 个 基于 术的分子标记 这 3 种标记研究了 16个马铃薯栽培种的多样性。结果发现这 3 种标记都可用于区分这 16 个栽培品种，并发现由于较高的多态性，实验的快速方便性，及较高的重复性， 记更适于区分和描述马铃薯栽培品种的特征。 （ 2000）用 39 个马铃薯品种中比较了 4 种 纹图谱技术（ ，结果显示，每个标记技术都可以单独区分这些品种，在多态性方面 可重复性达 100， 但有的研究也表明 多态性优于 士学位论文 第一章 文献综述 5 （ ， 1997） 。 由此可见， 记在马铃薯品种分类，和遗传多样性研究方面非常适用。 另一份 判断相似性和指纹图谱构建上的潜力研究中，用 41 份苹果栽培品种作为一个群体（曾用 记做过分析），结果除了来自细胞突变的栽培品种外，其余品种都可用 种标记鉴别。由于用的是同一个群体这份研究将 4 种标记的结果直接进行了对比，指出基于 术的实验结果显著相关，发现 记因为更高的可重复性在品种鉴定和表征关系评价中比 用 （ 2001） 。 纹图谱由于具有高度的个体特异性、品种变异的可识别性、环境的稳定性及丰富的多态性而被认为 是评价遗传多样性和进行