中国苦荞种质资源性状评价和荞麦属植物亲缘关系分析

论文摘要

荞麦属于蓼科（Polygonaceae）荞麦属（Fagopyrum）植物。我国是世界上最大的苦荞生产国和世界荞麦起源中心和多样性中心,蕴含了极其丰富的荞麦种质资源。自20世纪80年代以来,中国农业科学院作物科学研究所联合全国20余个科研单位收集了近千份苦荞种质资源。本论文以中国农科院作科所荞麦基因资源创新研究组提供的973份苦荞材料和17份荞麦属植物为研究材料,较系统地评价了包括野生苦荞和栽培苦荞2个群体中的的18个主要生物学性状和考种特性,并采用液相色谱-质谱联用技术系统分析苦荞种子中黄酮类化合物构成和变异情况等信息,同时利用条形码候选片段中的核基因ITS序列及叶绿体matK和psb A-trnH非编码区序列对进行了系统发育研究,进一步梳理了各种间的亲缘关系。主要研究结论如下:1.在苦荞种质资源的性状评价中:（1）我国的苦荞种质资源来源广阔。分析发现:本研究所用材料主要包括国外的材料33份,国内的苦荞材料940份,主要涉及18个省（直辖市）270个县区（市）。其来源的经度跨度为（79.5528,123.4328）,纬度跨度为（22.7391,43.2182）。初步断定较广泛的涵盖了全国的绝大部分苦荞产区。（2）我国的苦荞种质资源表型丰富。调查发现:2个苦荞群体的共973份苦荞在主要的生物学性状（全生育期、株高、茎直径、一级侧枝数、主茎节数）和考种相关指标（单株产量、单株种子数量、千粒重、种子长度、种子宽度、种子长/宽值、种子周长、种子面积、种子圆度、种子形状、翅、果皮颜色、种子裂果特性）上均有非常丰富的差异表现。这为苦荞的核心种质资源构建和分子育种提供了坚实的基础。2.在苦荞种质资源的主要黄酮类化合物分析中:（1）本研究利用高效液相色谱法和紫外比色法建立了一种快速提取、有效检测苦荞种子中主要黄酮类化合物组成和含量的方法。其中,最佳提取条件为:超声时间为25min、超声温度50℃、以及甲醇溶液浓度80%,超声频率为40k Hz。并对该方法从专属性、精密度、稳定性、重复性和加样回收试验等展开了方法学验证。（2）本研究以水溶液和甲醇溶液（含0.1%甲酸）为流动相,梯度洗脱苦荞样品溶液,共检出3个优势峰（图3.6a）。其中t R 11.2（化合物3）为未知化合物。本研究采用HPLC-ESI-Q-TOF/MS技术,研究了其质谱裂解规律,并对其结构进行了推导,确证为山奈酚-3-O-芸香糖苷;同时也对t R 9.1和t R 13.5的芦丁和槲皮素进行了质谱裂解规律研究。（3）通过建立的方法,系统分析了我国苦荞种质资源的主要黄酮类化合物含量和变异情况,结果表明:在所有栽培苦荞中,芦丁的平均含量为19.96mg/g,变化范围为（14.67,31.00）mg/g;槲皮素平均含量为0.65mg/g,范围为（0.23,0.92）mg/g;山奈酚-3-O-芸香糖苷的平均含量为1.87mg/g,范围介于（0.44,3.95）mg/g之间。分析发现,栽培苦荞与野苦荞的芦丁含量差异不大,但是槲皮素具有更高的变异性。苦荞中的山奈酚-3-O-芸香糖苷含量,虽总体低于芦丁但一般高于槲皮素;且无论在野苦荞还是栽培苦荞中含量分布都很均匀,没有特别明显的差异趋势。3.在荞麦属植物亲缘关系分析中:（1）ITS、matK和psb A-trnH序列特征:ITS和psb A-trnH序列中具有较多的变异位点,其中具有最多信息位点的是ITS序列;而matK序列具有最多的同源性保守位点。（2）基于遗传距离分析、ITS、matK和psb A-trnH序列单基因分析、叶绿体基因的合并分析和与ITS序列共分析,可以得出以下结论:（1）核基因ITS序列、叶绿体matK序列和psb A-trnH非编码区序列单基因分析时,各有特征,说明核基因序列和叶绿体基因组序列在进化上的速率并不一致;而基于多基因序列分析时,可以以更丰富的信息构建相对准确的聚类分析图,以更好地分析荞麦属植物的种间关系。（2）基于单基因序列分析和多序列合并分析时,都稳定发现金荞和苦荞先聚为一小支,而后与甜荞聚为一支;且金荞和苦荞的遗传距离相对甜荞更小。这个证据说明,金荞虽是异花授粉植物,但与自花授粉的苦荞的亲缘关系更近。不仅如此,本研究还发现,金荞、苦荞、甜荞相对于其他野生荞麦的遗传距离类似,说明此三者之间的亲缘关系相对更近一些。（3）从叶绿体基因的合并分析的角度:金沙野荞与线叶野荞构成一小支,而后逐步与小野荞聚为一支;说明这三个种之间的亲缘关系较近,且金沙野荞与线叶野荞的关系更近一些。不仅如此,本研究还发现金荞、苦荞、甜荞逐步与丽花野荞、岩野野荞构成一支。但以上部分结果,在核基因ITS序列与叶绿体基因序列共分析中未得以重现,仅仍保留了金沙野荞与线叶野荞具有较近亲缘关系的结论。（4）普格野荞和汶川野荞具有较高且稳定的亲缘关系。仅从叶绿体基因的合并分析的角度,普格、汶川野荞可能与红叶野荞、F.macrocarpum有较近的亲缘关系,但是此结论也未在核基因ITS与叶绿体基因的合并分析中重现。（5）以核基因ITS与叶绿体基因的合并分析时,发现丽花野荞和硬枝野荞、F.macrocarpum和F.capillatum都稳定聚在一支,且支持率较高,说明它们之间可能存在潜在的亲缘关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
•   1.1 荞麦属植物的种质资源
•   1.2 中国苦荞种质资源的现状
•     1.2.1 苦荞种质资源的收集和保存
•     1.2.2 苦荞种质资源的性状评价与品质鉴定
•   1.3 中国野生荞麦资源的现状
•     1.3.1 荞麦属野生种的分类和分布
•     1.3.2 荞麦属植物分子系统学研究
•   1.4 本研究的目的、意义和主要内容
•   1.5 技术路线
• 2 中国苦荞种质资源的性状评价
•   2.1 材料与方法
•     2.1.1 试验材料
•     2.1.2 统计分析
•   2.2 结果与分析
•     2.2.1 生物学性状
•     2.2.2 考种
•   2.3 小结
• 3 中国苦荞种质资源的主要黄酮类化合物分析
•   3.1 试验材料
•     3.1.1 材料来源
•     3.1.2 试验试剂
•     3.1.3 试验仪器
•   3.2 试验方法
•     3.2.1 总黄酮含量测定方法
•     3.2.2 样品溶液的制备
•     3.2.3 主要黄酮类化合物含量测定方法建立和方法学验证
•     3.2.4 统计分析
•   3.3 结果与分析
•     3.3.1 总黄酮含量测定方法的线性考察
•     3.3.2 样品溶液提取条件的确定
•     3.3.3 方法学验证结果
•     3.3.4 三种化合物的质谱解析
•     3.3.5 主要黄酮类化合物含量的测定结果
•   3.4 小结
• 4 荞麦属植物亲缘关系分析
•   4.1 试验材料
•     4.1.1 材料来源
•     4.1.2 菌株和载体
•     4.1.3 仪器
•     4.1.4 试剂
•     4.1.5 溶液和培养基
•   4.2 试验方法
•     4.2.1 荞麦总DNA提取方法
•     4.2.2 引物设计
•     4.2.3 PCR反应体系和反应程序
•     4.2.4 PCR产物回收
•     4.2.5 目的片段与载体连接
•     4.2.6 大肠杆菌感受态的制备
•     4.2.7 质粒转化
•     4.2.8 菌落PCR鉴定
•     4.2.9 重组质粒的核昔酸序列测定
•     4.2.10 统计分析
•   4.3 总DNA提取和PCR扩增
•     4.3.1 总DNA提取情况
•     4.3.2 PCR扩增结果
•     4.3.3 中性检测
•   4.4 序列分析
•     4.4.1 ITS序列分析
•     4.4.2 matK序列分析
•     4.4.3 psbA-trnH序列分析
•   4.5 合并分析
•     4.5.1 替代模式同质性检验
•     4.5.2 基于叶绿体基因的合并分析
•     4.5.3 核基因和叶绿体基因的合并分析
•   4.6 小结
• 5 结论与展望
•   5.1 主要结论
•   5.2 不足与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 范昱

导师: 严俊,周美亮

关键词: 苦荞,种质资源,评价,荞麦属,亲缘关系

来源: 成都大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,农作物

单位: 成都大学

基金: 国家重点研发计划中欧政府间合作项目(2017YFE0117600),国家自然科学基金面上项目(31871536)

分类号: S517;Q948

总页数: 123

文件大小: 5145K

下载量: 234