大豆高光效育种的遗传基础及源库均衡与产量相关分析研究
- Title:
- Genetic Basis of High Photosynthetic Efficiency Breeding in Soybeans and Correlation Analysis of Source-Sink Balance with Yield
- 摘要:
- 在本人50年的大豆育种科研生涯中，从1997年起，运用作物生理学与遗传学研究方法，围绕大豆高光效育种的遗传基础及“源”“库”均衡与产量关联性等领域展开系统研究。结果表明，大豆品种间光合速率存在明显差异，且该性状具有相对遗传稳定性，其遗传模式属于数量性状遗传，主要受细胞核控制，同时受叶绿体基因组影响。具体而言，大豆F2代光合速率的广义遗传力为43%～61%，F3代则大于55%。大豆叶绿体希尔反应活性呈现较强的母性遗传倾向，但基于亲本对比优势指数分析，亦不排除它受细胞核的作用。3个不同杂交组合的双亲叶绿体希尔反应活性均有不同程度提升，表现出明显的互补作用。对大豆F1代光合酶活性研究表明，各组合F1代光合酶活性与亲本存在显著差异，且均高于双亲中值，表明光合碳同化酶活性具有杂种优势，这正是目标选择的核心方向。“源”“库”均衡与产量的相关分析是高光效育种的重要内容。结果表明，经济系数、实际收获指数、表观收获指数及粒茎比之间的遗传相关系数较高，且均与经济产量呈正相关，说明对其中某一转化系数的选择可协同提升其他转化系数，从而提高产量。在高光效种质与高产品种“源”“库”均衡研究中发现，通过去除不同层次的叶荚以改变原有的“源”“库”比例后，存留叶片的光合作用及干物质积累均表现出强烈的补偿效应。上述有关高光效育种的遗传基础剖析，以及源库均衡与产量关系的深入分析结果，为大豆研究领域带来了启示。基于此，结合当前大豆分子生物学与分子遗传学的发展态势，对未来10年内该研究领域的发展提出如下建议：在大豆分子育种研究领域，关注光合作用和“源”“流”“库”的均衡协调发展，并作为分子育种的目标之一，将“源”“流”“库”理论运用于分子育种，逐步实现对光合速率、C3和C4途径酶系（主要是RuBPCase、PEPCase和PPDKCase）的高通量检测技术；在大豆功能基因研究领域，将对调控以上酶系的功能基因的挖掘和调控网络研究作为目标之一；在大豆多维组学研究领域，把光合作用遗传控制研究推进至分子遗传水平，解析分子机理和基因调控网络；在重要性状基因挖掘研究领域，应首要关注生态性状，并系统解析其生理特性。我国大豆种质资源丰富，但其光合活性潜力尚未充分挖掘。质体（线粒体和叶绿体）遗传信息解析及功能基因挖掘是大豆研究的重要方向，这不仅是突破大豆单产瓶颈的关键科学问题，亦是推动农业低碳发展的重要研究领域。
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