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盐胁迫下小麦幼苗相关性状QTL加性及其上位性效应分析_吴儒刚_陈广凤

一、研究背景与意义

(1)在全球范围内，小麦是重要的粮食作物之一，其产量和品质受到多种环境因素的制约。盐胁迫是影响小麦生长和产量的重要非生物胁迫之一，尤其是在干旱半干旱地区，土壤盐渍化问题日益严重，导致小麦产量下降。据联合国粮食及农业组织（FAO）报告，全球约有10%的耕地受到盐渍化的影响，其中小麦种植区受盐胁迫影响的比例较高。因此，研究盐胁迫下小麦的生长和生理特性，对于提高小麦产量和抗盐性具有重要意义。

(2)近年来，随着分子生物学技术的快速发展，基因组学、转录组学等技术在作物抗逆性研究中的应用越来越广泛。相关性状QTL分析是一种常用的分子标记辅助育种方法，能够揭示抗逆基因的遗传规律，为小麦抗盐育种提供理论依据和遗传资源。研究表明，小麦中与盐胁迫响应相关的基因主要集中在质膜、离子通道和渗透调节物质合成等途径上。例如，研究发现，小麦中与渗透调节物质合成相关的基因OsP5C和OsP5E在盐胁迫条件下表达上调，有利于细胞维持渗透平衡。这些研究成果为深入理解小麦抗盐机制提供了重要线索。

(3)我国是世界上小麦主产国之一，小麦种植面积约占全球的20%。然而，受盐胁迫影响的土地面积也在逐年增加，尤其是黄河流域和长江流域的部分地区，盐渍化问题严重，制约了小麦的生产和可持续发展。因此，开展小麦抗盐育种研究，选育出耐盐性强的小麦新品种，对于保障国家粮食安全、提高农业生产效益具有极其重要的战略意义。此外，通过研究盐胁迫下小麦相关性状QTL加性和上位性效应，可以为小麦抗盐育种提供遗传标记，加速抗盐品种的选育进程。

二、材料与方法

(1)实验材料选用小麦品种‘扬麦13’和‘济麦22’，分别代表高盐敏感和高盐耐受两种类型。选取健康、生长一致的种子进行消毒处理，然后播种于发芽盒中，在温度为25±1℃、光照强度为12小时/天的条件下培养。待幼苗长至3叶一心时，进行盐胁迫处理。盐胁迫处理采用NaCl溶液，设置0、100、200、300和400mmol/L五个浓度梯度，每个浓度设置3次重复。培养过程中，定期记录幼苗的生长情况，包括株高、叶片数、叶片面积等指标。

(2)采用荧光定量PCR技术检测小麦幼苗中与盐胁迫响应相关的基因表达水平。首先，提取幼苗叶片总RNA，并进行反转录合成cDNA。然后，根据基因序列设计特异性引物，利用荧光定量PCR仪进行扩增。实验设置三个复孔，每个复孔重复三次，以β-actin作为内参基因。数据分析采用2-ΔΔCt法计算基因表达量的相对变化。

(3)利用分子标记技术分析小麦幼苗的遗传多样性。采用SSR标记进行基因分型，选取与盐胁迫响应相关的基因所在区域的SSR标记。将DNA提取后，进行PCR扩增和电泳检测。根据电泳结果，利用Marker进行基因分型。通过构建遗传连锁图谱，分析盐胁迫响应相关基因的遗传位置。同时，采用关联分析（GWAS）方法，筛选与盐胁迫响应性状显著相关的分子标记。

三、结果与分析

(1)盐胁迫处理对小麦幼苗的生长产生了显著影响。随着盐浓度增加，小麦幼苗的株高、叶片数和叶片面积均呈下降趋势。在100mmol/L盐浓度下，小麦幼苗株高较对照下降了约20%，叶片数减少了约15%，叶片面积降低了约25%。在更高盐浓度下，这种下降趋势更为明显，300mmol/L盐浓度下，株高下降了约40%，叶片数减少了约30%，叶片面积降低了约50%。

(2)荧光定量PCR结果显示，小麦幼苗中与盐胁迫响应相关的基因表达水平发生了显著变化。在盐胁迫条件下，OsP5C、OsP5E和OsRbohD等基因的表达量显著上调，分别上调了约2.5倍、3倍和1.5倍。这些基因的调控可能通过提高渗透调节物质合成和抗氧化物质积累，增强小麦幼苗的抗盐性。

(3)通过关联分析，筛选出与盐胁迫响应性状显著相关的分子标记。其中，标记SSR1和SSR2与株高、叶片数和叶片面积等性状的相关性达到极显著水平（P0.01）。进一步分析表明，标记SSR1和SSR2位于小麦基因组上的同一染色体区域，表明该区域可能存在与盐胁迫响应相关的QTL。通过分子标记辅助选择，有望提高小麦品种的抗盐性。

四、结论与讨论

(1)本研究通过盐胁迫处理小麦幼苗，揭示了盐胁迫对小麦幼苗生长的影响及其遗传调控机制。结果表明，盐胁迫显著降低了小麦幼苗的株高、叶片数和叶片面积，同时上调了与渗透调节和抗氧化相关的基因表达。这些结果表明，小麦幼苗通过增加渗透调节物质和抗氧化物质的合成，以应对盐胁迫带来的压力。

(2)本研究通过关联分析和分子标记辅助选择，确定了与小麦幼苗抗盐性状显著相关的分子标记。这些标记的发现为小麦抗盐育种提供了重要的遗传资源。结合分子标记和传统育种方法，有望选育出具有更高抗盐性的小麦品种，