玉米穗三叶叶面积主基因+多基因遗传模型分析

以玉米组合PH6WC/7873的六世代P1、P2、F1、B1、B2、F2为材料,在春播和夏播条件下,研究了玉米穗三叶叶面积的主基因+多基因遗传规律,旨在为玉米株型、高光效育种提供理论基础。结果表明,春播和夏播环境下,穗三叶叶面积均检测到主基因,穗三叶叶面积在春播环境下符合D-2模型,夏播环境下符合E-1模型。春播环境下,穗三叶叶面积的多基因遗传率在B1、B2、F2世代分别为87.22%、83.64%、49.38%,以多基因遗传为主。夏播环境下,穗三叶叶面积在F2世代存在较大的主基因遗传率(75.82%),以主基因遗传为主。由此可见,叶面积在夏播和春播环境下,受主基因和多基因的控制表现并不一致,因此要注意在不同的环境下,选择不同的方法对叶面积进行改良。

玉米穗三叶叶宽QTL定位及Meta分析

为了鉴定控制玉米穗三叶叶宽的主效QTL,以玉米自交系郑58和D863F为亲本,构建了包含241个家系的重组自交系群体,对河南原阳、西平以及海南乐东3个环境下的玉米穗三叶叶宽进行表型测定,利用215对SSR标记构建遗传图谱,对3个环境下的玉米穗三叶叶宽进行QTL定位研究。结果表明,郑58与D863F的穗三叶叶宽存在极显著差异,且RIL群体中穗三叶叶宽表现出连续变异,基本符合正态分布,属于典型的数量性状。3个环境下的穗三叶叶宽共定位到17个QTL,单个QTL解释表型变异率为5.30%~12.77%。其中,有3个QTL分别在2个及以上环境同时检测到,是控制穗三叶叶宽的主效QTL。通过Meta-QTL分析共得到12个mQTL,检测到的5号染色体上的qThiLW 2-5位于mQTL5-1区段内,qFirLW 2-6位于mQTL6-1区段内,qFirLW 1-8、qFirLW 2-8、qSecLW 2-8位于mQTL8-1区段内。

玉米穗三叶叶长和叶面积的QTL定位

玉米叶长和叶面积是重要的农艺性状,为解析玉米穗三叶叶长和叶面积的遗传机制,以郑58和D863F及其杂交构建的241个RIL家系为材料,在2018,2019年春播和夏播环境下分别进行QTL定位分析。结果表明:玉米穗三叶叶长和叶面积在RIL群体中表现出连续变异,呈正态分布,属于典型的数量性状,性状间呈极显著相关,且广义遗传力分别为88.04%,88.45%,87.86%,85.04%,85.27%和85.73%。2 a共检测到23个QTL,其中控制叶长的QTL 14个,控制叶面积的QTL 9个,分布于玉米的第1,2,4,5,6,8染色体上,单个QTL的表型贡献率为5.84%~17.81%。在春、夏播环境下同时检测到控制叶长的QTL 3个(qFirLL1-2、qFirLL5-1和qSecLL1-2),叶面积QTL 2个(qFirLA2-1和qSecLA2-1),其余位点只能在春播或夏播环境下被单独检测到。在第2染色体(bnlg1316~bnlg1141)和第5染色体(umc1591~umc2298)区间内同时检测到影响穗下叶叶长、穗位叶叶长、穗上叶叶长、穗下叶叶面积、穗位叶叶面积和穗上叶叶面积等6个性状的QTL,贡献率为6.42%~17.81%,为主效QTL位点;这2个标记区间是调控玉米穗三叶叶长和叶面积的重要区段,可能包含调控叶片性状的关键基因。

玉米穗三叶与产量的相关和通径分析

通过对168份玉米杂交组合的穗三叶长、宽、面积与产量的相关性分析,探究各性状与玉米产量的相关性,为优良玉米品种的选育提供理论基础。结果表明,小区产量的变异系数较大,达到19.27%,穗三叶各性状的变异系数范围为6.34%~9.59%,变异程度相似。相关分析表明,小区产量与穗三叶各性状为正相关关系。通径分析中各性状对玉米产量的正向直接通径系数大小依次为穗上叶宽、穗上叶长、穗位叶面积、穗位叶长、穗下叶面积、穗下叶宽、穗下叶长、穗位叶宽、穗上叶面积,负向直接通径系数大小依次为穗下叶长、穗位叶宽、穗上叶面积。因此,增加穗三叶叶面积可以有效提高玉米产量,尤其是通过增加穗下叶宽和穗位叶长提高叶面积的玉米杂交种,更有利于产量的增加。

氮高效玉米杂交种穗三叶氮积累及生理特性对氮效率的贡献

试验选择不同氮效率的超高产玉米杂交种为材料,应用裂区设计,通过逐步回归和相关分析,研究氮高效杂交种穗三叶生理特性及穗三叶氮积累特点,明确穗三叶氮积累量及生理特性对氮效率的贡献。结果表明,不论是否施用氮肥,吸收效率对氮效率的贡献均高于利用效率,是氮效率差异的主要来源,且高效型杂交种吐丝期穗三叶含氮量及转移量均高于低效型。低氮下,穗三叶吐丝期含氮量、光合速率、胞间CO2浓度、穗三叶硝酸还原酶含量对氮效率的贡献较大,是低氮高效品种筛选的重要指标;高氮下,穗三叶吐丝期含氮量、光合速率、穗三叶硝酸还原酶含量对氮效率贡献较大,是高氮高效品种筛选的重要指标。

不同氮效率玉米品种穗三叶生理特性研究

试验以氮高效和氮低效玉米品种为材料,应用裂区试验设计,在高氮和低氮条件下,研究氮高效玉米穗三叶的生理特性。结果表明,氮高效玉米品种穗位叶无论在高氮还是低氮条件下均具有稳定的叶绿素SPAD值,延长和稳定光合效率峰值持续期,且穗三叶硝态氮含量及硝酸还原酶活性较氮低效品种具有优势。因此,氮高效品种在高氮与低氮土壤环境下均具有一定的适应性,且穗三叶具有较高的氮素积累利用能力,能够有效促进氮效率的提高。

玉米穗三叶与其他主要性状的相关研究

以定西地区的4个玉米主栽品种为试验材料,通过相关分析,研究了该地区玉米穗三叶对穗长、穗粗、穗粒数、千粒重、秃顶、株高、茎粗、穗位高八个主要性状的影响。结果表明,穗三叶的叶面积与穗长、穗粗、穗粒数、千粒重、株高、茎粗、穗位高度成正相关,相关系数均在+0.8925以上,其中穗位叶面积与千粒重的相关性最为密切;穗上叶面积与穗粗的相关性最强;穗下叶面积对穂长的影响程度最大;而与秃顶成负相关,其中穗上叶面积与秃顶的相关程度最为密切,相关系数为-0.9628。此外,叶形值与千粒重、穗位高的相关系数达显著正相关,与秃顶达显著负相关;茎粗系数和穗高系数是评价抗倒伏性的主要指标。

玉米叶宽的遗传效应分析

叶片是玉米植株进行光合作用最主要的器官,对玉米产量贡献巨大。利用1份玉米穗三叶窄叶和2份穗三叶宽叶自交系为材料,构建2套6世代分离群体(群体1和群体2),利用经典植物数量性状混合遗传模型主基因+多基因多世代联合分析方法,对玉米穗三叶叶片宽度的遗传效应进行分析。结果表明,2套群体穗三叶叶宽遗传均受不同的基因数量控制,属于不同的多基因遗传模型。在群体1中,穗上叶叶宽符合1对加性-显性主基因+加性-显性-上位性多基因模型(D-0),穗位叶叶宽符合2对基因加性-显性-上位性模型(B-1),穗下叶叶宽符合2对基因加性-显性模型(B-2)。在群体2中,穗上叶叶宽符合2对加性主基因+加性-显性多基因模型(E-3),穗位叶和穗下叶叶宽符合1对加性主基因+加性-显性多基因模型(D-2)。综上可知,玉米叶宽主要受主效基因控制,且在不同的遗传背景下,玉米穗三叶的遗传模式存在差异,穗位叶、穗上叶及穗下叶的遗传模式均受遗传背景的影响。