玉米种质资源苞叶相关性状鉴定及综合评价

以220份玉米自交系为材料,通过两年两点田间试验对6个苞叶相关性状进行鉴定,利用遗传多样性分析、主成分分析、聚类分析和逐步回归分析进行苞叶性状的综合评价与评价指标筛选。结果表明:供试自交系苞叶相关性状的变异系数为13.41%~51.79%,遗传多样性指数为1.71~2.08,遗传变异丰富。主成分分析将6个性状转化为3个主成分,其累积贡献率为86.674%,第1主成分主要和苞叶干重、苞叶长度有关;第2主成分和第3主成分主要与苞叶包裹度和苞叶层数有关。220份自交系综合评价D值范围为0.161~0.728,其中101314的D值最高,7026B的D值最低。聚类分析将220份自交系划分为3类,其中第I类有62份自交系,其苞叶层数少、苞叶短且窄、干重和包裹度低。逐步回归分析表明苞叶长度、宽度和包裹度3个性状可作为玉米种质苞叶性状综合评价的关键指标。以上结果为适宜籽粒机收玉米种质资源的精准鉴定提供了理论参考。

玉米种质资源子粒容重和品质性状差异性分析

以290份遗传多样性丰富的玉米自交系为研究材料,探究子粒容重和营养品质的关系,对不同杂种优势群的玉米子粒容重进行多重比较,筛选各杂种优势群中容重较高的自交系。研究结果表明:不同自交系的容重差异达到极显著水平,子粒容重与脂肪含量、淀粉含量分别呈极显著、显著正相关关系,与水分含量和赖氨酸含量呈极显著负相关关系,与蛋白质含量呈显著负相关关系。通径分析表明,脂肪含量、淀粉含量、蛋白质含量、赖氨酸含量和水分含量对容重的直接作用系数分别为0.2821、0.1289、-0.0558、-0.1825和-0.3376。P群、旅大红骨、唐四平头群与兰卡斯特的子粒容重在0.05显著性水平上有统计学意义。另外,瑞德群中高容重自交系包括W222、掖8112等,兰卡斯特中高容重自交系包括W64a、P167、吉63等,P群中高容重自交系包括黄昌b、R136、陕89等,旅大红骨中高容重自交系包括农系5678、Lo415、B100等,唐四平头中高容重自交系包括黄昌a、D33A、浚926等。

玉米种质资源的抗倒伏性评价及鉴定指标筛选

倒伏是影响玉米高产稳产的主要问题之一。本研究以181份玉米自交系为试验材料,对22个与抗倒伏性紧密相关的性状进行测定,采用相关性分析、主成分分析、聚类分析、逐步判别分析和岭回归分析等方法,综合评价玉米自交系的抗倒伏性。相关性分析的结果表明,22个性状间存在不同程度的相关性。主成分分析的结果表明,前7个主成分代表了181份玉米自交系的22个性状74.460%的信息,其贡献率分别为25.700%、12.369%、9.782%、8.159%、7.782%、5.490%和5.177%。聚类分析的结果表明,当遗传距离为3.5时,181份玉米自交系被聚为4大类,第Ⅰ类群有35份自交系、第Ⅱ类群有47份自交系、第Ⅲ类群有49份自交系、第Ⅳ类群有50份自交系。逐步判别分析的结果表明,175份玉米自交系被正确判别,判对概率为96.69%;6份玉米自交系被误判,误判率为3.31%,这说明聚类分析的结果是准确可靠的。进一步利用岭回归方法筛选出半纤维素含量、穿刺强度、第3节间长度、第3节间直径、穗位高和维管束总面积6个性状,建立了可靠的玉米自交系抗倒伏性评价回归模型。在181份玉米自交系中,以AHU24、e220、7026B等35份自交系的抗倒伏能力最强。本研究结果为玉米抗倒伏种质资源的遗传改良和组配抗倒伏杂交种提供借鉴。

玉米CMS-S型不育系花药的转录组分析

为探索玉米CMS-S型雄性不育的分子机制,以不育系郑58cms-Q1261和保持系郑58单核晚期的花药为材料进行转录组分析,发现14565个差异表达基因(DEGs),其中7551个上调表达,7014个下调表达。GO富集分析显示这些DEGs主要富集在代谢过程、细胞和催化活性等方面。KEGG显著富集的主要代谢通路为碳代谢、淀粉和蔗糖代谢、氧化磷酸化、糖酵解/糖异生、氨基糖和核苷酸糖代谢等。选取12个DEGs进行qRT-PCR分析,结果与RNA-Seq数据一致,证明转录组数据的准确性。进一步对DEGs分析,发现2个果胶裂解酶超家族蛋白、5个果胶裂解酶类,3个热休克蛋白和2个bHLH转录因子与雄性不育有关。

不同杂种优势群玉米籽粒灌浆速率分析

【目的】研究不同杂种优势群玉米自交系籽粒灌浆速率的特性,筛选灌浆速率快的自交系,为高产玉米杂交种的选育提供借鉴。【方法】采用烘干法测定173份玉米自交系在授粉后10、20、30和40 d籽粒灌浆速率以及6个相关性状。应用SAS软件对灌浆速率在年际、自交系、取样时间、重复、年际×自交系、自交系×取样时间、年际×自交系×取样时间进行联合方差分析。应用SPSS软件对灌浆速率及其相关性状如10、20、30和40d苞叶的含水率、苞叶数、40 d穗轴含水率、穗轴长、穗轴粗及40 d籽粒含水率进行相关分析。利用均匀覆盖玉米全基因组的210对SSR标记对试验材料进行全基因组扫描,通过Structure V2.3.4软件分析其群体结构。对不同杂种优势群平均籽粒灌浆速率进行方差分析,并筛选出各个群中籽粒灌浆速率快的自交系。【结果】表型分析结果表明,在P=0.01水平上,籽粒灌浆速率在不同年际、自交系、取样时间、自交系×取样时间、年际×自交系×取样时间上存在极显著差异,而重复、年际×自交系间差异不显著。通过对不同自交系籽粒灌浆速率与其相关性状间相关分析,发现10 d籽粒的灌浆速率与20 d的灌浆速率在0.01水平上达到了极显著的正相关(0.515),与40 d的灌浆速率和籽粒的含水率在0.01水平上达到了极显著的负相关(-0.198,-0.228);20 d的籽粒灌浆速率只与40 d籽粒含水率在0.05水平上达到了显著的负相关;在授粉后30和40 d,籽粒的灌浆速率与40 d穗轴的含水率、穗轴粗以及40 d籽粒的含水率、30和40 d苞叶含水率在0.01水平上达到了极显著正相关,30 d籽粒的灌浆速率与10 d苞叶含水率达到了显著正相关;40 d籽粒的灌浆速率与20 d苞叶的含水率达到了显著地正相关。群体结构分析表明,参试自交系分成P、旅大红骨、瑞德、兰卡斯特和塘四平头5个杂种优势群。兰卡斯特和塘四平头群在0.05水平上没有显著差异;瑞德、P群和旅大红骨群间同样不存在显著差异(P=0.05);而兰卡斯特、塘四平头群与瑞德、P群、旅大红骨群间则存在显著差异。对各群内自交系间进行多重比较,各群内自交系间灌浆速率在0.05水平上差异均不显著。试验共筛选到33个灌浆速率高于0.8 g·100 grain-1·d-1的自交系,其中瑞德群有13个,P群、旅大红骨、兰卡斯特、塘四平头群分别有9、6、3、2个自交系。【结论】不同玉米自交系籽粒灌浆速率存在较大差异,杂种优势群间的灌浆速率变化节奏不同,P群、旅大红骨、瑞德的表现快-快-慢的节奏,兰卡斯特、塘四平头的表现快-慢-慢的节奏。

不同种植密度下玉米茎秆纤维性状和抗倒性相关分析

以290份遗传多样性丰富的自交系为材料,研究不同种植密度下茎秆抗推力和纤维品质性状与茎秆抗倒性之间的关系;对不同杂种优势群的抗推力和纤维素含量进行多重比较,并筛选茎秆抗推力和纤维品质性状优良的自交系。结果表明:不同种植密度和不同自交系间的抗推力的显著性差异均达到显著水平。抗推力与纤维素含量在高密度和低密度条件下均呈极显著正相关关系。多重比较结果显示,高密度条件下的纤维素含量在不同类群间没有显著性差异,高密度和低密度条件下的抗推力和低密度条件下的纤维素含量存在类群间的显著性差异。不同杂种优势群中,抗推力和纤维素含量在两个密度下均表现稳定优良的自交系,瑞德群分别包括4个和3个,兰卡斯特分别包括1个和5个,P群分别包括2个和2个,旅大红骨分别包括2个和1个,塘四平头分别包括2个和1个。

玉米自交系成熟期籽粒含水相关性状综合评价

玉米成熟期籽粒含水量是推广玉米机械化粒收的前提条件。本研究以100份玉米自交系为试验材料,对14个与含水量紧密相关的性状进行测定,采用多元分析方法综合评价玉米种质资源的含水量。结果表明,14个性状间具有一定的相关性。主成分分析的结果表明,14个性状转换成6个主成分因子,反映了原始数据信息量的72.899%。聚类分析的结果表明,基于综合评价值(D值),100份玉米自交系被分为五大类,分别包含4、27、30、18、21份自交系。判别分析的结果表明,98份玉米自交系被正确判别,判对概率为98%,表明聚类分析的结果是比较可靠的。进一步利用岭回归方法筛选出苞叶层数、穗长、穗行数、百粒重等4个性状,建立了一套玉米自交系含水量评价模型。在100份玉米自交系中,以D 88,W 966,Hai 014,Zheng 32等21份自交系的含水量最低。

玉米穗部性状及其一般配合力的关联分析

穗部性状是影响玉米产量的重要性状,一般配合力是评价玉米自交系利用价值的重要指标。为解析穗部性状及其一般配合力的遗传基础,本研究对248份玉米自交系组成的自然群体和以其中100份自交系为母本按照NCⅡ遗传交配设计与4个测验种(Mo17、昌7-2、E28和郑58)组配的400份F1杂交组合的穗部性状进行研究,并利用分布于全基因组的83057个SNP标记进行穗部性状及其一般配合力的关联分析。结果表明,穗长、穗粗2个穗部性状基因型间、环境间差异达极显著水平,其广义遗传率分别为81.22%和87.70%。母本间、父本间及不同杂交组合间穗长、穗粗差异均达极显著水平,在基因型方差中特殊配合力贡献率较大。利用2年2点4个环境下的数据分别进行关联分析,检测到34个性状SNP关联,利用BLUP值检测到7个性状SNP关联。这些性状SNP关联可解释的表型变异为0.01%~19.42%,其中有5个性状SNP关联的表型贡献率大于10%,未检测到穗部性状本身与一般配合力性状的相同SNP位点。基于该群体的LD衰减距离在显著关联SNP位点上下游各120 kb范围内进行候选基因搜索,共发现158个候选基因,推测可能的候选基因涉及泛素代谢相关基因(GRMZM2G360374、GRMZM2G049568、GRMZM2G178120),β半乳糖苷酶(GRMZM2G178106),丝氨酸苏氨酸蛋白激酶(GRMZM2G127050),赖氨酸和组氨酸特异性转运体(GRMZM2G116004)。研究结果为解析玉米穗长和穗粗及其一般配合力的遗传基础和分子辅助选择育种提供了参考。

不同杂种优势群玉米子粒脱水速率分析

采用烘干法测定170份玉米自交系的子粒的脱水速率及其相关性状,利用覆盖玉米全基因组的210对SSR标记对试验材料进行全基因组扫描,通过Structure V2.3.4软件揭示其群体结构。对不同杂种优势群平均子粒脱水速率进行方差分析,并筛选出各个类群中子粒脱水速率快的自交系。结果表明:子粒脱水速率在不同自交系间存在显著差异,与穗轴和子粒的含水率等性状间存在显著相关性。试验共筛选到子粒脱水速率大于1%的自交系20个;授粉后40 d子粒含水率低于21%的自交系10个。参试自交系分成P、旅大红骨、瑞德、兰卡斯特和唐四平头5个杂种优势群;授粉后40 d子粒脱水速率依次是瑞德群0.92%、兰卡斯特群0.85%、旅大红骨群0.82%、混合群0.80%、P群0.76%、唐四平头群0.56%。本文旨在通过研究不同杂种优势群玉米自交系子粒脱水速率的特性,筛选子粒脱水速率快的自交系,为选育适应机械化作业的玉米杂交种提供借鉴。

玉米种子活力相关性状的全基因组关联分析

种子活力是衡量种子质量的重要指标,对苗期生长及后期产量形成有积极的影响。为解析玉米种子活力的遗传基础,本试验以201份玉米自交系组成的自然群体为材料,通过标准发芽试验和加速老化试验测量发芽势、苗长、活力指数等10个种子活力相关性状,并结合群体的SNP基因型信息,对种子活力相关性状进行全基因组关联分析。结果表明,该群体种子活力相关性状有广泛的遗传变异;各相关性状基因型间差异在两种试验条件下均达极显著水平,各相关性状的广义遗传率在标准发芽试验条件下为83.33%~93.10%,在加速老化试验条件下为77.88%~91.67%。两种试验条件下,共检测到32个性状SNP关联,涉及26个SNP位点,单个性状SNP关联可解释的表型变异为0.01%~12.64%,推测可能的候选基因13个。以上研究结果为解析玉米种子活力遗传基础和分子辅助选择育种提供了参考。

不同杂种优势群玉米茎秆纤维品质及配合力分析

研究建立快速测定玉米茎秆纤维品质的近红外模型,用于评价不同杂种优势群的玉米材料的茎秆纤维品质。分析纤维品质性状的一般配合力,筛选纤维品质和配合力好的材料,为培育抗倒耐密玉米品种提供借鉴。本试验以玉米茎秆基部第3节间和第4节间为材料,利用近红外光谱漫反射光谱(NIRS)技术建立测定秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的数学模型。基于建立的纤维品质模型对一年两点的94份自交系和376份杂交种的茎秆纤维品质进行预测和分析。对不同杂种优势群间整体差异进行方差分析,并评价其一般配合力效应。结果表明,各组分数学模型的校正决定系数、交叉验证和外部验证决定系数在0.801~0.998之间,各项误差在0.131~1.454之间,该模型准确性高,能较为准确预测玉米茎秆的纤维品质,为抗倒伏种质资源材料的鉴定提供参考。各杂种优势群中,旅大红骨群的纤维品质最低,P群和唐四平头群纤维品质及其一般配合力正向效应较好。共筛选出了9个纤维品质好且一般配合力正向效应高的自交系。其中P群有2个,唐四平头群有1个,兰卡斯特群有2个,瑞德群1个,混合群3个。

不同杂种优势群玉米茎秆维管束性状比较分析

玉米茎秆维管束是玉米营养运输和抗倒伏的关键影响因素,本研究以198份玉米自交系为试验材料,研究不同杂种优势群玉米茎秆维管束相关性状的差异,并对结果进行多重比较。结果表明:在不同玉米自交系中,单个小维管束面积及单个大维管束面积变异系数分别为25.59%~54.25%、31.82%~52.60%;小维管束数目、大维管束数目、单个小维管束面积及单个大维管束面积在不同自交系间的差异均达到极显著水平。在小维管束数目性状上,瑞德群、P群和兰卡斯特较其他杂种优势群的小维管束数目受环境影响较大;在大维管束数目性状上,瑞德群和兰卡斯特受环境影响小。旅大红骨单个大维管束面积受环境影响较小。多重比较结果表明,综合小维管束数目和大维管束数目结果,来源于兰卡斯特的均值均最小,分别为57.20和55.75,说明该类群大小维管束数目均较少;塘四平头的均值均最大,分别为69.90和79.18,表明该类群含有较多维管束数目。旅大红骨群单个维管束面积最大,其单个大小维管束面积的均值分别为0.0321和0.0214,说明该类群大小维管束的面积均较大。明确不同杂种优势群中茎秆维管束性状的差异,为进一步遗传学分析和组配高产抗逆品种提供借鉴。

玉米自交系苗期耐旱性鉴定

[目的]对玉米自交系苗期耐旱性进行鉴定。[方法]利用浓度为15%的聚乙二醇高渗溶液浇灌模拟干旱胁迫环境。以43份玉米骨干自交系为试验材料,测定了9个与根系有关的形态学指标,通过差异显著性分析,进行了不同玉米自交系苗期耐旱性的鉴定。[结果]以鲜重根冠比、根系鲜重和根系干重这3项作为玉米苗期耐旱性鉴定指标,并利用耐旱系数将参试材料分成不同的耐旱等级,在3种鉴定指标下抗旱级别完全一致的材料有8份,其中丹599为极强抗旱类型,陕89为强抗旱类型,B97、DF32、A679和丹9046为中度抗旱类型,D20和苏75为极弱抗旱类型。[结论]该试验为苗期玉米耐旱种质筛选和改良提供了有效指导和借鉴。

农单玉米新品种及其亲本萌芽期抗旱性鉴定

以农单476、农单145、先玉335等3个杂交种及其亲本为研究对象,通过PEG胁迫处理进行抗旱性鉴定,在萌芽期对不同玉米品种及其亲本的胚根长、苗长、中胚轴长、胚芽鞘长、胚根鲜质量、胚根干质量、苗干质量、苗鲜质量、种子鲜质量、种子干质量10个指标进行测定。结果表明,在干旱胁迫下,杂交种农单476、自交系农系3435萌发期具有较强的抗旱性,其他参试材料萌发期抗旱性中等。

玉米籽粒容重QTL定位

以优良玉米自交系农系531(NX531)和航天诱变后的农系531(M-NX531)为亲本组配F2∶3群体,2012年在邯郸农科院试验田对亲本和定位群体进行夏播,收获后考种测得籽粒容重性状表型数据,利用SSR标记构建此群体的遗传图谱,采用复完备区间作图法(ICIM),对玉米籽粒容重性状进行QTL定位,并对其加性效应和上位性效应进行分析。研究结果表明,构建的遗传图谱总的遗传长度为1 179.8 c M,约占玉米全基因组的85.76%,标记间的平均距离为11.91 c M。通过定位分析,检测到容重的加性QTLs共3个,分别位于第1、6、8条染色体上,共解释20.29%的表型遗传变异;检测到容重的上位性QTLs共3对,涉及6个位点,分布于第1、3、4、10共4条染色体上,并解释67.08%的表型遗传变异。除了加性效应和显性效应外,上位性效应也是容重的重要遗传基础。

2个农单玉米新品种及亲本的苗期抗旱性分析

【目的】探明2个农单玉米新品种及其亲本的苗期抗旱性,为玉米抗旱品种的选育提供理论依据。【方法】以玉米杂交种农单476、农单145、先玉335(CK)及其亲本自交系为材料,以15%浓度的PEG-6000溶液模拟干旱条件对幼苗进行干旱处理,测定玉米杂交种及亲本自交系在干旱胁迫下的株高、叶面积、地上部干鲜重、根系干鲜重、根冠比、抗氧化酶活性、丙二醛含量和脯氨酸含量,分析各材料的苗期抗旱性。【结果】干旱处理的玉米株高、叶面积较正常处理下降,株高、叶面积的干旱伤害率杂交种依次为农单145>农单476>先玉335,自交系依次为农系376>农系3435>PH4CV。干旱胁迫后,玉米抗氧化酶活性和膜脂透性升高,SOD抗旱系数表现为:杂交种农单476>农单145>先玉335,自交系农系376>农系3435>PH4CV;POD抗旱系数为杂交种农单145>农单476>先玉335,自交系农系3435>农系376>PH4CV;Pro含量变化幅度:杂交种农单476>农单145>先玉335,自交系农系3435>农系376>PH4CV。【结论】杂交种农单476性状表现优异,与其父本农系3435各性状的优良表现相吻合,其杂交种的抗旱优良基因来源于父本农系3435。

利用ML-GWAS解析玉米籽粒含水量相关性状的遗传基础

玉米成熟期籽粒含水量(KMC,kernel moisture content)是影响玉米机械化粒收的关键因素,利用多位点全基因组关联分析(ML-GWAS,multi-locus genome-wide association study)挖掘与籽粒含水量相关性状显著关联的遗传位点,解析其遗传基础,可为适机收玉米品种的选育和遗传改良提供参考。本研究以205份玉米自交系为材料,在4个环境下测定成熟期籽粒、苞叶与穗轴的含水量,使用mrMLM、FASTmrMLM、FASTmrEMMA、pLARmEB、pKWmEB和ISIS EM-BLASSO 6种多位点关联分析方法结合分布于全基因组的76492个单核苷酸多态性位点(SNP,single nucleotide polymorphism)进行关联分析,挖掘其候选基因并进行基因注释。表型分析显示,205份材料的籽粒含水量相关性状的变异系数在10.47%~33.90%,广义遗传率在67.39%~81.24%。6种ML-GWAS方法共检测到26个、15个和23个SNP位点分别与籽粒含水量、苞叶含水量和穗轴含水量显著关联;其中3种及以上方法共同检测到14个显著关联SNP位点,表型贡献率(PVE,phenotypic variation explained)在1.13%~17.21%。6种方法中pLARmEB检测到的显著位点最多,FASTmrEMMA检测到的最少。基于3种及以上方法共同检测到且平均PVE≥5%的显著SNP位点为Chr1_9232728、Chr4_176596174、Chr8_57716249和Chr5_191021635,在这4个SNP位点上下游220 kb共挖掘到17个候选基因,主要富集到细胞解剖实体、新陈代谢过程和细胞进程与催化活性,推测这些基因通过调节细胞代谢与催化活性最终影响玉米籽粒、苞叶和穗轴的含水量。

基于AMMI模型和GGE双标图的西北春玉米品种区域试验综合评价

为筛选出西北地区高产稳产的品种和理想的测试点,利用AMMI模型和GGE双标图对2022年西北春玉米品种区域试验中的12个品种在19个试点的丰产性、稳产性和适应性进行分析,评价试点的区分力和代表性。结果表明,产量变异主要包括基因型、环境以及基因型与环境互作,分别占产量变异总平方和的4.39%、74.50%和10.08%。AMMI模型解释了82.76%的品种与试点互作效应。GGE双标图将19个试点分成3个生态区域;其中,甘肃省平凉市、天水市、内蒙古自治区巴彦淖尔、宁夏回族自治区平罗县、陕西省延安市、新疆维吾尔自治区昌吉州和可克达拉市7个试点的区分力和代表性较强。通过AMMI模型和GGE双标图,鉴定出适合西北地区高产稳产的品种为‘DK 2207’和‘玺旺188’。AMMI模型能够充分分解互作效应,并着重评价品种的稳定性,而GGE双标图则在评价试点的区分力和代表性方面有优势。综上,AMMI模型和GGE双标图的综合应用有助于提高西北春玉米品种和测试点评价的可靠性。

玉米S型细胞质雄性不育系可溶性糖、游离脯氨酸及丙二醛含量分析

以玉米自交系郑58及其两个S型细胞质雄性不育系为材料,对不同生育时期叶片和雄穗小花中的可溶性糖、游离脯氨酸和丙二醛含量进行比较研究。结果表明,在散粉期,郑58叶片中可溶性糖含量显著低于不育系,雄穗小花中可溶性糖含量显著高于不育系。郑58叶片中游离脯氨酸含量仅在雄穗发育末期显著低于郑58cmsQ1261;雄穗小花中游离脯氨酸含量在雄穗发育初期及散粉期均显著高于不育系。郑58叶片中丙二醛含量除雄穗发育末期和抽雄期,其他时期与不育系均有显著差异;雄穗小花中丙二醛含量在雄穗发育初期和散粉期与不育系差异均不显著。

基于高密度遗传连锁图谱定位玉米子粒容重及相关性状QTL

利用玉米优良自交系农系531和X178杂交构建的200份RIL群体,基于GBS技术获得SNP标记构建高密度的重组bin遗传连锁图谱,定位控制玉米子粒容重相关QTL。结果表明,构建的物理图谱和遗传图谱的总长度分别为2 017.03 Mb和2 568.99 cM,相邻两个bin标记之间的平均物理距离和平均遗传距离分别为0.27 Mb和0.35 cM。运用所构建的遗传连锁图谱对RIL群体获得的所有目标性状进行连锁作图,两年共定位到4个与子粒容重相关的QTL位点,分别位于chr1、chr7和chr8上;穗部性状穗长、穗粗、穗行数、行粒数和出籽率两年分别共定位到了6、5、5、1、2个QTL位点,位点分布于chr1、chr2、chr3、chr4、chr5、chr7和chr8上。