爆裂玉米分子育种研究进展

爆裂玉米是一种用于生产爆米花的重要经济作物。爆裂玉米的主要育种目标是在保证膨爆品质的前提下提高产量、抗性等农艺性状。近年来,分子标记技术极大地促进了爆裂玉米重要性状的分子机制解析。分子育种策略是将遗传学和基因组学的最新研究成果与传统育种策略相结合,在未来的爆裂玉米品种开发中具有广阔的应用前景。本文对爆裂玉米不同性状的分子生物学研究进行总结,为我国爆裂玉米分子育种实践提供理论参考。

河套地区爆裂玉米品种鉴选试验

为了丰富河套地区爆裂玉米品种类型,满足不同消费市场需求,巴彦淖尔市农牧业科学研究所于2021年引进14份新品种,在杭锦后旗园子渠试验站与乌拉特前旗大佘太镇进行田间综合抗性、产量、膨爆品质、适口性比较试验。结果表明,14份品种中产量、适应性、综合指标超过对照品种球爆54830的品种有3份,分别为蝶爆240、佳球11、CZ1091,这3个品种可以在当地大面积推广应用。

阜阳市爆裂玉米引种比较试验

爆裂玉米(zea mays L1everta Sturt)作为玉米八大类型之一,是生活中制作爆米花的主要原料。爆米花口感香脆,容易消化,且营养丰富,深受人们的喜爱。目前,爆米花作为国内市场上最普遍的休闲零食之一,具有较好的市场和发展前景。但我国的爆裂玉米产量较低,品种相对较少,主要依靠从国外进口来满足国内市场的需求。因此,积极开展爆裂玉米的栽培和育种具有一定的意义。通过选取4个爆裂玉米品种进行品种比较试验,分析爆裂玉米的生育期、产量情况、植株性状、商品品质情况等指标,旨在选育出适合阜阳市当地生产种植的高产优质的爆裂玉米品种。

基于SSR标记的云南糯玉米、爆裂玉米地方种质遗传多样性研究

利用SSR标记分析了 1 6份和 1 4份代表云南不同生态地区糯玉米、爆裂玉米地方种的遗传多样性。从 96对SSR引物中分别筛选出分布于玉米基因组 1 0条染色体上的 6 1对引物和 4 3对引物 ,每对引物可以分别稳定地检测到 1～1 2个和 1～ 1 3个多态性片段 ,糯玉米共 2 2 6个 ,平均为 3.70个 ,片段大小介于 70～ 70 0bp之间 ;爆裂玉米共 2 32个 ,平均检测的多态性片段为 5 .4 0个 ,片段大小介于 6 5～ 4 90bp之间。糯玉米中检测出 1个等位基因 (allele)的引物有 9对 ,占所筛选引物的 1 4 7% ;检测出 1 1、1 2个等位基因的引物有 2对 ,占所筛选引物的 3 3% ;其余 5 0对引物检测出的等位基因一般在 2～ 7个 ,占所筛选引物的 82 0 %。爆裂玉米中能检测出 1个等位基因 (allele)的引物有 3对 ,占所筛选引物的7 0 % ;能检测出 1 2个和 1 3个等位基因的引物有 3对 ,占所筛选引物的 7 0 % ;其余 37对引物能检测出的等位基因一般为 2～ 9个 ,占所筛选引物的 86 .0 %。上述结果表明云南糯玉米、爆裂玉米地方种质具有较高的遗传多样性。通过聚类分析将云南糯玉米分为 3个类群和 5个亚群 ,云南爆裂玉米分为 3个类群和 4个亚群。

爆裂玉米距离分析与杂种优势

根据80个爆裂玉米自交系数量性状的表现估算了它们之间的遗传距离,又估算了由其中49个自交系间随机组配的67个杂交组合F_1代小区产量、爆粒率和膨胀倍数的杂种优势。相关和回归分析表明,F_1代产量的对照优势与其双亲间的遗传距离呈显著的二次曲线关系,而F_1代品质特性爆粒率和膨胀倍数的对照优势与其双亲之间的遗传距离无确定性关系。因此,可以根据亲本间数量性状的综合遗传差异—遗传距离预测爆裂玉米杂种一代的产量优势。

利用SSR标记研究爆裂玉米自交系的遗传变异及其与普通玉米的遗传关系

利用113对多态性SSR引物研究了来源于8个基础材料的26个爆裂玉米自交系的遗传多样性及其与分属6个杂种优势类群的20个普通玉米骨干自交系的种质关系。在26个爆裂玉米自交系间共检测出301条带,平均每个位点的等位基因数为2.66个,多态性信息量为0.068～0.217,平均遗传距离为0.357。利用SSR数据进行聚类分析,将46个供试自交系分为爆裂和普通玉米自交系两大类;26个爆裂玉米自交系分为8个类群,高杂种优势组合的双亲自交系均属于不同类群,而在同一类群自交系间尚未组配出具有高杂种优势的组合;普通玉米自交系的分类结果与以往研究和育种实践相一致,表明SSR标记技术可以用于爆裂玉米自交系间的遗传多样性研究。不同类群爆裂玉米自交系与各类群普通玉米自交系的平均遗传距离为0.549～0.672,应根据两类自交系间的遗传关系对爆裂玉米自交系实施有针对性的分群改良。

普通玉米种质及双回交对爆裂玉米改良效果初报

对5个普通玉米自交系与4个爆裂玉米自交系组配的20个普×爆组合F3、BC11F2、BC12F2的膨爆特性及其与两类亲本关系的研究结果表明:普通玉米种质对普×爆后代的膨爆特性影响显著,选择适宜的普通玉米种质、恰当组配普×爆组合,对于普通玉米种质在爆裂玉米育种中的有效利用起着关键性的作用;普×爆组合F3的膨爆特性均较差,一代回交可使其显著提高,最高分别为F3的750,2200,1100,基本达到对爆裂玉米膨爆特性的要求指标;双回交世代间差异不显著。

植物氨基酸液肥对爆裂玉米产量及生理指标的影响

以矿物肥为底肥,对植物氨基酸液肥拌种和拌种同时加喷施处理的效果进行研究。结果表明,植物氨基酸液肥可明显改善爆裂玉米的农艺性状和穗部性状;增强生理活性,增加叶绿素含量,提高光合速率,增强过氧化物酶活性,降低丙二醛含量;最终达到提高爆裂玉米产量的效果。

种植密度对沈爆3号爆裂玉米产量和品质的影响

在不同密度条件下,对沈爆3号爆裂玉米的产量、品质和生理指标做了研究。结果表明,叶绿素含量、单株叶面积随密度的增加而降低,叶面积指数增大;生物产量和子粒产量的变化趋势则明显不同,在3000～3600株/667m2范围内随密度的增加而增加,而在3600～4500株/667m2的生物产量、经济产量和品质变化并不很大,表现出该品种适合密植并在高密度下有较强的自动调节能力。沈爆3号在3600～4500株/667m2时,产量在408～415.5kg/667m2,膨胀倍数30以上,爆花率98%以上。

影响爆裂玉米膨爆几个因素的探讨

膨爆度是衡量爆裂玉米商品价值的最重要指标之一。本研究表明,品种、成熟度、籽粒含水率、授粉方式、籽粒形状对爆裂玉米的膨爆性均有明显影响。在当前生产的几个品种中,以石爆01的膨爆性较好;爆裂玉米籽粒达完熟时爆裂系数才达最大值;籽粒含水率为13.5％—14.0％时膨爆最好,低于11％或高于16％膨爆体积均明显下降;普通玉米串粉对籽粒的膨爆有一定影响;圆形籽粒的膨爆度较其他形状籽粒为优。

爆裂玉米膨爆机理探讨

足够的压力是玉米籽粒膨爆的必要条件和直接原因。爆裂玉米籽粒果皮及胚乳结构紧密,在其含水率为13％—15％的情况下,在高温(177℃)条件下,其内部水分汽化,形成足够压力,故而能自行爆破。而马齿型玉米籽粒在高温条件下不能形成这种压力条件,须靠外部创造高压条件才能膨爆。

爆裂玉米膨爆机理的研究进展

膨爆特性是爆裂玉米的最重要的特性,膨爆的关键是子粒内部高压的形成。果皮和胚乳的致密结构是内部高压形成的重要保证。综述了近年来国内外对子粒本身的结构特性、外在因素的影响以及遗传因素等膨爆机理的研究。对今后的研究方向提出展望。

利用高代回交方法定位爆裂玉米膨化倍数QTL

高代回交QTL分析方法可以使QTL检测和育种相结合,有效利用非适应性种质。在河南郑州春、夏播两种环境条件下,种植以普通玉米自交系丹232和爆裂玉米自交系N04为亲本构建的220个BC2S1家系群体,利用覆盖玉米10条染色体的188对多态性SSR分子标记,采用单标记分析法对控制膨化倍数QTL进行分析。研究结果表明,膨化倍数在家系间、环境间均存在极显著差异,家系与环境互作不显著。BC2S1家系呈连续正态分布,且存在超高亲分离,超高亲家系分别占12.27%和19.09%。共检测出16个QTL,其中2个在两种环境条件下均被检测到,单个QTL的贡献率为3%-9%,累计贡献率为42%和33%,增效基因均来自爆裂N04。BC2S1家系的穗粒和植株性状均得到明显改良,各性状优于爆裂亲本N04的家系占10%-100%。两种环境条件下分别有186个和204个家系的穗粒重比爆裂亲本N04高10%以上,其中23个和46个家系的膨化倍数达到或优于N04,可以直接从中选育出优良爆裂玉米自交系。

爆裂玉米的化学成分对微波膨化率的影响

通过测定黄玫瑰型３种不同产地的爆裂玉米的水分、淀粉、蛋白质含量，研究其对微波膨化效果的影响；同时对乙醇处理后的爆裂玉米的微波膨化效果，进行了初步探讨。结果表明：爆裂玉米的微波膨化率随淀粉含量的增加而提高，尤其是支链淀粉的含量；蛋白质和水分通过与淀粉之间的相互作用，影响爆裂玉米的微波膨化效果；微波膨化后，爆裂玉米的淀粉含量减少，低聚糖含量增加，蛋白质含量不变；乙醇浸渍后。

利用SSR标记划分爆裂玉米杂种优势群的研究

利用113对SSR多态性引物研究了来源比较广泛的56个爆裂玉米自交系的遗传多样性,并初步进行了杂种优势群划分。结果表明:供试自交系间存在较丰富的SSR多态性;56个爆裂玉米自交系可划分为6个杂种优势群,其中Ⅰ,Ⅴ,Ⅵ类群以国内种质选系为主,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ类群主要为外引杂交种选系,第Ⅰ类群又可分为3个亚群。该分群结果与杂交组合的组配效果相吻合,高优势组合的亲本均属于不同的优势类群(亚群),而在类群(亚群)内未组配出优良组合。SSR标记可以用于研究爆裂玉米自交系的种质基础。

爆裂玉米与普通玉米微波真空膨化特性比较

以膨化率为指标研究了爆裂玉米和普通玉米的微波真空膨化特性 .借助扫描电子显微镜 ,从机理上进行了分析探讨 .实验证明 ,爆裂玉米和普通玉米的结构是影响它们膨化特性的重要因素 .与普通玉米相比 ,爆裂玉米具有较好的膨化特性 ,其爆花质量和口感均较好 ,且膨化率较高 .在微波真空条件下 ,真空度为 2 6 .6 6kPa时 。

利用三倍体胚乳遗传模型定位爆裂玉米膨爆特性QTL

【目的】探讨爆裂玉米膨爆特性的分子遗传基础,为遗传改良和分子标记辅助选择提供有益信息。【方法】以普通玉米自交系丹232和爆裂玉米自交系N04为亲本构建259个F2﹕3家系群体,利用SSR标记构建分子标记遗传图谱,利用三倍体胚乳遗传模型和区间作图法对F2﹕3群体在两种环境条件下的膨爆特性进行了QTL定位和效应分析。【结果】构建的爆裂玉米SSR遗传连锁图谱包含183个标记,覆盖玉米基因组1762.2cM,标记间平均距离为9.63cM。爆裂玉米的膨爆特性是由效应不等的多基因控制的数量性状,同时受环境条件的影响。两种环境条件下共检测到18个爆花率QTL,17个膨化体积QTL和21个膨化倍数QTL。单个QTL可解释的表型变异介于4.4%～28.0%,可解释的表型总变异为65.8%～96.6%,基因的作用方式为加性、部分显性、显性和超显性的QTL数目分别为2、1、4、20和1、5、1、22,超显性在膨爆特性的遗传中起着最重要的作用。【结论】与以往膨爆特性以加性效应遗传为主的研究结果不一致的主要原因在于三倍体胚乳模型对显性效应的细分和对显性效应较小QTL的显性效应的高估。

我国爆裂玉米的品种评价与区域性分析

我国的爆裂玉米已发展成一新兴产业,且每年在以20%～30%的速度持续增长。优良的爆裂玉米品种是该产业的基础。通过3年在全国不同地区的爆裂玉米区域试验结果,对我国爆裂玉米的品种、产量、品质和不同区域条件下的综合表现进行分析,为我国爆裂玉米新品种选育、高产栽培、原料加工和生产区划提供技术参考。

爆裂玉米穗粒性状与爆裂性的关系研究

研究表明：穗长与各爆裂性指标呈显著正相关，对ＶＡ／ｇ的直接作用最大，通过其它各性状的间接作用均较小；百粒重虽与ＶＡ／粒呈极显著正相关，但与ＶＡ／ｇ的负相关系数较大，且对ＶＡ／ｇ的直接作用为最大负值；行粒数虽与各爆裂性指标的相关不显著，但对ＶＡ／ｇ的直接作用为较大负值；穗行数与ＶＡ／粒呈显著负相关，但对ＶＡ／ｇ的直接作用及通过其它性状的间接作用均较小；穗粒重与ＶＡ／粒呈显著正相关，对ＶＡ／ｇ的直接作用为较小正值，通过穗长的间接作用为较大正值。育种中要同时兼顾产量和爆裂性，可直接选择穗粒重，或在适当兼顾穗行数的前提下选择穗长或行粒数，对百粒重则不宜进行正向选择。

爆裂玉米叶片叶绿素含量的混合遗传分析

应用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型,以爆裂玉米杂交组合吉爆902(吉812×吉704)的P_1、F_1、P_2、B_(1:2)、B_(2:2)和F_(2:3)6个家系世代群体为材料,对爆裂玉米叶片叶绿素含量进行多世代联合分析。结果表明:叶绿素含量受1对加性-显性主基因+加性-显性-上位性多基因控制遗传。主基因加性效应为d=-0.0247,主基因显性效应值为h=0.0511。主基因存在显性效应,该组合的叶绿素含量存在杂种优势。B_(2:2)和F_(2:3)家系群体主基因遗传力分别为55.28%和42.12%,多基因遗传率分别为26.36%和34.11%。