【毕业学位论文】（Word原稿）木豆种质资源遗传多样性分析作物遗传育种硕士论文

密级 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 木豆种质资源遗传多样性分析 L.) L.) I 摘 要 木豆 (热带和亚热带地区一种重要的食用豆类作物 ，近年木豆产业在我国发展迅速。本研究旨在分析栽培木豆遗传多样性的基础上，探讨不同地理来源栽培木豆种质资源间的关系，寻找遗传差异 。 对国家作物种质库中保存的 140 份 木豆种质资源进行田间繁种 、 鉴定，发现不同地理来源的木豆种质资源生态适应性较差；参试品种平均 形态变异系数 为 最大为育成品种 平均 息 指数为 最 大为育成品种 者变化趋势不同 ；木豆开花习性 、 初花天数、全生育日数、株高和主茎分 枝 数 之间存在 极显著正相关 关系 ，因子分析表明五个主因子代表形态多样性 变异； 基于木豆形态性状鉴定的资料， 通过离差平方和法聚类，把 77 份木豆种质划分为三大组群。 以 2 份栽培木豆 ( 1 份野生木豆 (源为试材，将术体系在木豆种质资源研究上进行优化，筛选出 20 对多态性高的 物组合 ，优化了木豆种质资源遗传多样性研究中 术的各项参数 ，推荐用于木豆种质遗传多样性分析。 利用 17 对 物，以野生木豆 (对照，对来自印度、中国、非洲和美洲的 139 份木豆栽培种 (质的基因组 行扩增，得到 502 条清晰可辨的带，其中 494 条为 多态性谱带，多态性百分比 印度资源 共扩增出 347 条多态性带，多态性带的比例为 具有最丰富的遗传变异，不同来源材料之间 息指数基本相同。 根据 态性数据绘制的聚类图，将 139 份木豆资源分为 9 个类群，并在分子水平上初步探讨了它们之间可能存在的演化关系，支持了木豆起源于印度，并在非洲东部形成次生起源中心的观点，并提出中国可能是栽培木豆的又一次生起源中心。 研究中还发现，木豆核质互作雄性不育系统 (不育系 (A)和保持系 (B)间存在独特的带差 异 ,该发现可能有助于分子标记辅助的木豆杂种优势利用和杂交种培育。 关键词 ： 木豆 ( 遗传多样性 ，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 录 第一章 引言 . 1 豆的起源、传播及分类 . 1 豆的起源与传播 . 1 类 . 2 豆种质资源研究概况 . 4 豆种质资源的收集和保存 . 4 豆种质资源农艺性状的鉴定与评价 . 4 样性分类与亲缘关系研究 . 5 交育种和品种改良 . 6 究发展方向 . 6 传多样性研究的方法与途径 . 7 传多样性的概念 . 7 要遗传标记 . 7 传多样性研究在种质资源研究中的应用 . 12 传多样性分析 . 13 究的意义及目标 . 16 第二章 木豆种质形态多样性鉴定与分类研究 . 19 料与方法 . 19 料 . 19 法 . 19 果与分析 . 20 豆种质资源形态多样性基本统计分析 . 20 豆主要形态性状的相关分析 . 24 同来源木豆种质资源形态多样性比较 . 24 于形态性状的聚类分析 . 26 第三章 木豆种质资源遗传多样性研究中的 术建立 . 31 料与方法 . 31 验材料 . 31 验方法 . 31 果与分析 . 34 证了酚 取 . 34 选到 20 对木豆 物组合 . 35 化后的 术在木豆遗传多样性研究中可行 . 36 论与小结 . 37 苗培养 . 37 取 . 37 切 . 37 泳与银染 . 37 第四章 木豆种质 子标记鉴定与分类研究 . 38 料与方法 . 38 验材料 . 38 验方法 . 40 果与分析 . 41 培木豆种质的 态性 . 41 同 来源参试品种遗传多样性分析 . 42 豆栽培种内的类群划分 . 43 国木豆种质资源聚类分析 . 46 培木豆的起源、传播 . 46 胞质雄性不育材料带型差异分析 . 47 论与小结 . 47 第五章 主要结论与建议 . 50 要结论 . 50 一步加强木豆种质资源收集、保护、评价和利用的建议 . 50 参考文献 . 50 附 录 . 56 致 谢 . 61 作者简历 . 62 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 引言 1 第 一章 引言 木豆 (.)中文俗称黄豆树、豆蓉树、三叶树 (云南 )、千年豆 (广西 )、树豆、鸽子豆、蓉豆、柳豆、花豆、米豆等；英文名为 热带和亚热带地区一种重要的食用豆类作物 (宗绪晓等， 2003；郑卓杰等， 1997； ， 1990)。木豆 (词可能来源于美洲，因鸽子 (食其籽粒而得名。在很多发展中国家，被众多的小农户融入当地的农业耕作体系，用以改良土壤，并在不同耕作制度中均具有重要意 义 (，1990)。除主要做 “豆尔 ”(宗绪晓等， 2002)(干籽粒脱去种皮形成的豆瓣 )用于烹饪外，其嫩绿的籽粒用作蔬菜 (， 2003； ， 1986)，破碎的干籽粒及加工后剩下的残渣用作家畜、家禽饲料，干、鲜茎叶用作饲草，干枝条用作薪柴、搭建棚屋、编制篮子等，活植株也可作为紫胶虫寄主用于生产紫胶。木豆还经常用于构建农家小院的活篱笆墙，种于山坡地以减少水土流失(宗绪晓等， 2003； ， 2001)。 目前世界上 90 多个国家有木豆栽培。亚洲是世界上最大的木豆产区，面积和 产量均占世界木豆生产的 92%以上，其中印度又是世界上最大的木豆生产国 (计资料 )。亚洲除印度之外，缅甸、尼泊尔、中国、孟加拉也有较大面积的木豆生产。非洲是世界第二大木豆产区，种植面积占世界木豆总种植面积的 产量占世界总产量的 在非洲有四个木豆主产国，依次是马拉维、乌干达、坦桑尼亚和肯尼亚。另外，中南美洲有少量的木豆种植面积，主要分布在海地、巴拿马、牙买加、特立尼达和多巴哥、波多黎各及格林纳达，种植面积占世界木豆总种植面积的 产量占世界总产量的 右。澳大利亚约有 5000 公顷的木豆栽培面积。中国木豆栽培较少，主要分布于长江以南的海南、云南、广西、贵州、广东以及福建、湖南、四川、江西、浙江、台湾等省区。据估计， 2000 年以前每年种植面积一直徘徊在 3500顷，总产量约为 3000 吨。 1997 年开始，针对中国农业生产、水土保持以及消费习惯的实际需要，从国际半干旱热带作物研究所 (选择的引进木豆改良品种进行推广，到 2002 年中国木豆种植面积已上升到 15000 公顷以上 (， 2001)。 豆的起源、传播及分类 豆的起源与传播 源 对于木豆的起源，尚存在两种观点。第一种观点认为木豆起源于非洲的安哥拉至上尼罗河一带，主要依据是在埃及古墓中发现了一粒公元前 2400的木豆种子。第二种观点认为木豆起源于印度，目前有足够充分的证据支持第二种观点。首先，上世纪 70 年代从印度的 世纪的小粒木豆种子残存物；其次印度有最广泛的近缘野生种分布，目前已发现的 32 个近缘野生种中，分布于印度的有 17 个；第三，印度语言学家 木豆最初的梵文名详细考证后指出，它是从印度当地名称 来；第四，印度拥有全世界 82%的木豆种质资源和近 80%的种植面积。另外，木豆在印度的加工和食用方法很多，也为木豆起源于印度提供了间接证据 （郑卓杰等， 1997； ， 1974； ， 1980； ，1990） 。因此，木豆起源于印度的观点已被越来越多的学者所接受。 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 引言 2 播 木豆 2000 多年前起源于印度，驯化成栽培种后，向外传播的时间相当早。木豆从印度南部传入马来西亚；从印度西北部传入尼罗河流域及非洲其他地区，并在非洲东部形成了木豆栽培 种遗传多样性的次生中心；从印度东部传入中国和澳大利亚；后来又经非洲传入欧洲和美洲。现在，木豆已广泛栽培于南北纬 30 度之间的广大地区 （宗绪晓等， 2003；郑卓杰等， 1997） 。 类 豆在分类学上的地位 木 豆 种 (.) 2n=22)(990) 是 豆 科 (菜 豆 族(豆亚族 (豆属 (的一个栽培种 （宗绪晓等， 2003；郑卓杰等，1997） 。木豆亚族 由 11 个属组成，是一个 野生 程度非常高的组群 。 栽培木豆是木豆亚族中仅有的食用栽培作物，另外有数个木豆属的种可划入木豆种的第二基因 源 ，大多数其他种属于外围基因源 或最多可划入其第三基因 源 。 986)对木豆亚族的分类学体系进行了修订，将与其关系最近的虫豆属 (入木豆属 （ ， 1990） 。 豆属内的种 木豆属 下 现已发现的种有 32 个，被划分为 6 个组 （ ， 1990） 。 包括木豆种及 与 其亲缘 关系 最近的种 两种间的杂交障碍可以克服； 含 以外所有的直立种； . & A.) 个半蔓生种。 木豆属分布于亚洲的种有 18 个，分布于澳大利亚的种有 15 个，分布于非洲的种有 1 个 (分布于 澳大利亚的 15 个种中，有 13 个是原产的；印度次大陆和缅甸分布有 8 个原产于本地的种；其他的种分布于更广泛的地理范围。 表 核实的木豆属内的种及其分布 号 种名 分布 序号 种名 分布 1 大利亚 17 大利亚 2 W. & A.) 度南部、斯里兰卡 18 W. & A.) 度西南部、斯里兰卡 3 大利亚 19 大利亚 4 L.) 热带、亚热带广大地区 20 大利亚 5 度东南部 21 马拉雅山脚丘陵 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 引言 3 6 澳大利亚 22 甸、中国南部 7 澳大利亚 23 度次大陆、爪哇 8 大利亚 24 大利亚的昆士兰州 澳大利亚 9 亚、东南亚 25 大利亚、新几内亚 澳大利亚 澳大利亚 10 度东北部、越南 26 W. & A. ) 度西南部、斯里兰卡 澳大利亚 11 印度、亚洲东南部 27 L.) 大利亚 亚洲南部和东南部、太平洋 沿岸、非洲海滨 12 度东北部、中国南部 28 度南部 13 W. & A.) 度西南部、斯里兰卡 29 度西南部、斯里兰卡 14 洲西部 30 度东北部 15 大利亚 31 大利亚 16 大利亚 32 律宾 、印度尼西亚 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 引言 4 豆种内的划分 在木豆种内，现已确定了两个变种，一个是黄花变种 (c)，另一个是紫纹变种 (c)。木豆是短日性作物，其 株型、株高、开花期等 表现型受温度和光照的影响很大，这给 依据形态性状的传统 种内分类带来许多困难 。 因此，有关木豆的分类，还有待进一步研究 (郑卓杰等， 1997)。 豆种质资源研究概况 豆种质资源的收集和保存 位于印度海德拉巴市郊的国际半干旱 热带作物研究所 (是世界上收集木豆种质资源最全面和份数最多的研究机构。 截至 1989 年 4 月，共有来自全世界 51 个国家的 11171 份木豆资源保存在 质 库，其中包括木豆亚族中 6 个属 47 个野生种的 270 份野生资源 ； 之后，又有 2000 多份新收集到的 种质资源 陆续 存入 质 库 。到目前为止， 共有 来自 72 个国家的 13548 份木豆资源保存在 质 库 ，并构建了包含 1290 份核心种质的核心种质库 。 另外，尼日利亚和菲律宾还分别保存着 1600 和 300 份木豆资源。 木豆是中国栽培面积 较小的食用豆类，从未对其地方品种资源进行过系统收集。但 1960 年至今，有据可查的局部收集共有 6 次。例如， 在 1986 开展的 海南省作物资源考察中，搜集到 21 份木豆资源， 它们 分别来自海南省的 19 个县市，均为栽培种，多年生灌木，分布于海拔300 米以下地域； 1987 年，贵州安顺地区农科所专程前往黔、桂、滇三省区交界处的南盘流域进行初步考察，发现贵州册亨、安龙、望漠，广西隆林、沙县等地均有多年生木豆，且属半野生类型 （谢居林等， 1991）； 1999 年， 豆育种专家 广西考察期 间，发现广西有木豆野生种 正红等对国内木豆资源调查结果进行了总结 （李正红等，2001） ，见表 前，中国农科院作物科学研究所 (北京 )、中国林科院资源昆虫研究所 (昆明 )、广西农科院各保存有少量木豆地方资源。预计在海南、广东、广西、云南、贵州、福建和四川等省，仍有不少处于野生和半野生状态的本地栽培木豆资源，有待收集、鉴定和研究利用。 40 年前我国就 曾 从印度、澳大利亚、菲律宾、夏威夷引进 过 30 份木豆种质资源，用于放养紫胶虫，其中仅有适于紫胶生产的晚熟高大株型的品种得 以推广，其余品种全部丢失。 1985关单位再次从 进过 40 份粒用木豆改良品种，但至今也已全部丢失。 1997 年，中国 农业科学院作物品种资源研究所 从 选择的重新引进木豆改良品种，在广西、海南、江西、云南等省区试种、示范，并通过国际合作的形式使得引进木豆在我国得到很好的推广。 豆种质资源农艺性状的鉴定与评价 木豆种质资源农艺性状鉴定与评价，通常在木豆 资源鉴定圃 中进行 ，考种记载的形态性状共40 个。 因 鉴定圃 中木豆试验 不设重复，无法估测环境因素的影响，因此像单位面积 产量、收获指数、出仁率等数量性状， 仅 是对木豆相关遗传潜力的粗略估测。然而，如果 将 生育期相近的临近对照品种 与参试资源 相比较的话，上述 性状 数据通常是 可靠的 。 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 引言 5 表 内木豆资源调查结果 份 调查地区 收集份数 主要农学形状 20 世纪 60 年代 云南 20 余份 无文字总结材料 20 世纪 80 年代 云南等 28 粒色有灰、棕、花斑 3 种 1987 云南、广西、贵州交界的南盘 江 流域 10个县 花色：红、黄 荚 色：红褐、黄褐、黑褐 粒色：淡黄、黑褐、茶色 粒型：扁圆、扁椭、圆形、椭圆 种子百粒质量： 8高 3，均为晚熟品种 1986南省 13 个县市 25 粒色：灰、褐、黑、花斑 粒形：圆、椭圆、矩形 百粒质量： 熟期： 270 天左右 1996南省 10 个县市 90 云南地方品种 16 份 。 花底色：象牙黄、浅黄、黄、紫红 花次级色：无色、紫色、红色 荚色：绿、紫 条纹：有、无 粒色：白、浅灰、灰、深灰、奶油、浅褐、褐、深褐、红棕 粒形：圆、椭圆、方 全生育期 ：大于 240 天 大豆 入类型 14 份 样性分类与亲缘关系研究 对于木豆种质资源的分类与亲缘关系研究，过去主要是依据形态学特征、细胞学特征、杂交育性和种子蛋白特征进行的 (1974;956;958;985;981)。随着分子生物学的发展，目前， 记已被广泛的应用于该类研究。 印度农业研究所 (木豆资源的分类进行了研究，并提出了许多分类 标准 和原则，包括抗病型鉴定的分级标准等。 对 木豆 搜集材料 ，通过自交 纯 合 后 进行系统鉴定， 将其 划分为86 个类型。目前， 在继续木豆资源的系统分类工作。近几年，在分子水平上展开 了对 木豆种质资源遗传多样性 的 研究工作 ； 通过对 据库查询，已见到利用 法研究木豆种质资源遗传多样性的文献报道， 这些报道 多侧重于研究木豆属内不同种间的亲缘关系。 (2001)对 23 个木豆突变系 的单株荚数、单荚粒数、百粒重、单株产量和荚伤中国农业科学院硕士学位论文 第一章 引言 6 害率进行调查，通过 组间遗传距离 (析划分为 9 个组群 。 结果表明，百粒重、单株荚数和单株产量 3 个性状指标对遗 传多样性的贡献率分别为 组群间的遗传差异高于组群内的遗传差异，第 4 和第 9 组群间的 (大，杂交育种时可从这两个组群间选 配 亲本。 (2000)对 64 个 不同基因型木豆品种的 10 个农艺性状指标进行调查分析 ， 并 将上述基因型 划分为 15 个组群 。 结果表明，组群间的遗传差异大于组群内的遗传差异，参试材料中存在着丰富的遗传多样性 ； 同时，聚类结果表明遗传差异不总是与地理来源相关，在杂交育种时可以从不同的组群间选配亲本，而不能只依据不同的地理来源选配亲本组合 。 (2002)利用 术对木豆属内 6 个组 12 个种的 28 个品种进行评价，发现参试材料具有较高的遗传丰富度 ； 通过聚类分析，将原属于虫豆属的 4 个品种单独划为一类 ；在原属于木豆属的品种中， 内 C. 中的 4 个品种聚为一类， . 中 5 个品种聚为一类 ， 而该组中的 独立形成类 ； . 中 4 个品种聚为一类 ， 而该组内其他 种被划分到不同类中。 (2003)利用 20 个 物对 10 个木豆品种 (不育系 67A、 288A，保持系67B、 288B， 栽 培种 野生种 C. 因组 行扩增，得到 (298 条 )多态性带，表明在参试材料中存在着丰富的遗传多样性， 利 用 记 可将参试材料区分开。 (2001)开发了 10 对可用于木豆种质资源遗传多样性研究的 物。 蒋慧萍等