中国玉米地方品种核心种质花期相关性状的表型多样性研究

【目的】研究中国玉米地方品种资源在抽雄期(T)、吐丝期(S)、抽雄-散粉间隔期(TAI)以及散粉-吐丝间隔期(ASI)等4个花期相关性状上的表型多样性,为玉米地方品种资源表型多样性的整体鉴定与评价提供参考和依据。【方法】选取中国玉米地方品种核心种质库的799份种质,采用多环境试验设计,在植株进入生殖生长期后调查抽雄期、吐丝期、抽雄-散粉间隔期以及散粉-吐丝间隔期等4个花期相关性状的表型观测值,计算其Shannon-Weaver多样性指数,并进行显著性检验,评价中国玉米地方品种资源在这4个花期相关性状上的整体多样性水平。【结果】方差分析表明,不同省、市、地区的玉米地方品种资源在研究的4个花期相关性状上的表型观测值均达到极显著水平的差异,而这4个性状除TAI差异不显著外,T、S以及ASI的Shannon-Weaver多样性指数的差异均达到极显著水平。在6个不同的玉米生态区上,这4个花期相关性状的表型观测值也均达到极显著水平的差异,在Shannon-Weaver多样性指数上,TAI的差异不显著,另3个性状则均达到显著或极显著水平的差异。其中,西南山地玉米区在抽雄期、散粉期、抽雄-散粉间隔期和散粉-吐丝间隔期性状上的Shannon-Weaver多样性指数分别为1.85、1.90、0.88和1.20。【结论】中国玉米地方品种资源在抽雄期、吐丝期、抽雄-散粉间隔期以及散粉-吐丝间隔期等4个花期相关性状上表现出了较高水平的多样性,尤其是西南山地玉米区,在表型观测值和Shannon-Weaver多样性指数上均明显高于另5个生态区,表明西南地区玉米种质资源具有较高的保护价值和利用潜力。

基于元分析和生物信息学分析的玉米抗旱相关性状QTL一致性区间定位

定位玉米基因组中一致的抗旱性区段是玉米抗旱分子育种的重要基础。本研究对至今发表的在干旱条件下定位的相关性状QTL信息搜集整理,以IBM2 2008 Neighbors为参考图谱,利用overview分析和元分析方法进行Meta-QTL(MQTL)检测,共发掘79个MQTL,生物信息学分析结果显示,有43个区间内包含抗旱相关基因信息,占检出MQTL总数的54.43%。基于MaizeGDB网站的Genome Browser中的遗传图谱与物理图谱的整合信息,进行MQTL物理距离的估算,根据maizesequence网站的玉米基因组序列信息,进行初步的抗旱基因预测表明,这些区段中包含丰富的MYB、bZIP以及DREB转录因子序列信息以及大量的LEA基因家族成员。

应用聚类分析法划分重庆玉米种植区研究

应用聚类分析法,根据重庆市2006年和2007年2年共19个点次试验、13个玉米单交种的产量和株高性状表现,将重庆市的玉米种植区划分为6类.第1类包括丰都、涪陵、长寿、南川、潼南;第2类为合川;第3类为江津;第4类为万州;第5类为酉阳;第6类为黔江.其分类结果与按地理位置分类结果基本一致,说明根据玉米自身的重要性状表现,应用聚类分析法进行种植区划是一种经济、实用、准确的方法,可为玉米生产、引种和区域试验提供科学依据.

玉米化学诱变材料利用研究I.F_1杂种品质性状的杂种优势表现

以4个常用自交系作母本,5个经过EMS化学诱变处理并经多代自交纯合的材料作父本,按NCII设计配成20个杂交种,研究了其中3个品质性状的杂种优势表现。结果表明:①杂交种在脂肪含量上的平均表现介于雌亲平均数和雄亲平均数之间;在淀粉含量上既低于雌亲平均数又低于雄亲平均数;在蛋白质含量上既高于雌亲平均数又高于雄亲平均数;②离中优势较为普遍,有53.3%的性状-组合存在显著的离中优势,尤其是蛋白质含量,离中优势显著的组合达85%;③有18.3%的性状-组合存在显著的超高亲优势,有11.7%的性状-组合存在显著的超低亲优势;④在蛋白质含量上,材料M04003、M04008、M04010所配制的组合几乎都表现出超亲优势,为较好组合。

玉米穗扁平性的QTL分析及其与穗粒性状的相关性研究(英文)

玉米穗扁平(ear flat,ef)是指成熟果穗的横切面不为圆形而表现为一定程度椭圆的现象.相关性分析表明果穗适度扁平可以增加玉米的穗行数、穗粒质量、穗质量和减小秃尖长,从而促进大穗型品种的培育.以092×095的F2世代为定位群体,利用SSR标记,构建了一张含90个位点,总遗传距离为841.86 cm,平均距离为9.35 cm的遗传图谱.在该图谱上检测到5个调控穗扁平的QTL位点ef1-ef5,共解释表型变异的39.9%.5个QTL中,ef1、ef4、ef5的增效基因来自于正常亲本"交51",ef2、ef3的增效基因来自于穗扁平亲本"092",因此,在利用穗扁平QTL以创制优良育种新材料时,双亲材料的遗传贡献均应当引起重视.

内源激素对不同穗库特性玉米自交系雌穗发育的影响研究

内源激素对植株的器官发育与性状表现具有重要影响.本研究用酶联免疫法(ELISA)分别测定不同穗库特性的玉米自交系082(多雌穗,第一穗发育受抑制)、48-2(单雌穗)与3H-2(多雌穗,第一穗发育正常)雌穗中内源激素脱落酸(abscisic acid,ABA)、生长素(indoleacetic acid,IAA)、玉米素核苷(zeatin riboside,ZR)、赤霉素(gibberellin acid,GA)的质量分数.结果显示,在吐丝前雌穗发育过程中,082的GA质量分数随雌穗发育不断下降,48-2与3H-2下降之后有一个上升的阶段.在发育后期,082雌穗的ABA质量分数明显上升,48-2与3H-2稍有下降.在激素间的平衡上,在吐丝前12d,082与3H-2的IAA/ZR和ABA/ZR值均表现为最低,48-2的IAA/ZR和ABA/ZR值表现为最高.研究结果表明吐丝前12d可能是影响植株除第一雌穗以外其他穗发育的关键时期,此时低IAA/ZR和ABA/ZR值抑制第一雌穗的发育,促进其他雌穗的发育,而高IAA/ZR和ABA/ZR值则表现出相反的作用.这一结果将为雌穗发育的化学调控与高产玉米自交系的培育提供参考.

基于40个核心SSR标记揭示的820份中国玉米重要自交系的遗传多样性与群体结构

【目的】选择有代表性的材料进行遗传多样性与群体结构的解析是进行等位基因发掘、复杂性状关联分析、研究,及作物育种实践的重要基础。【方法】利用覆盖玉米全基因组的40个核心SSR标记,采用基于测序的基因型鉴定技术对820份代表中国玉米育种资源种质基础的自交系进行全基因组扫描,通过PowerMarker V3.25与Structure V2.3.3等软件揭示其基因多样性与群体结构。【结果】在820份自交系中,40个SSR标记所检测到的等位变异为10—72个,平均36.87个/位点;基因多样性为0.46—0.9458,平均0.8430;PIC为0.43—0.94,平均0.83。聚类分析表明,K=5时,△K值最大,即这些自交系可以划分成5个类群,依次为兰卡斯特、旅大红骨、塘四平头、瑞德与P群,各类群内平均等位变异与遗传多样性分别为24.23个/位点与0.8145、22个/位点与0.8398、11.8个/位点与0.7054、17.45个/位点与0.7686以及14.65个/位点与0.7495。【结论】中国玉米自交系在育种实践中形成了相对独立的优势类群,蕴含了比较丰富的遗传变异,显示出了较高水平的基因多样性。不同类群之间的遗传多样性水平存在一定的差异,在划分的5个类群中,兰卡斯特与旅大红骨类群的遗传变异相对较丰富,基因多样性相对较高,其次为瑞德与P群,塘四平头相对较低。

中国玉米地方品种的种族划分及其特点

【目的】系统了解中国玉米地方品种多样性及所包括的种族类型,是研究作物生态分化、进一步挖掘优异基因资源、实现育种持续发展的重要基础性工作。【方法】以能代表中国地方品种多样性的核心种质中所包括的730份地方品种为材料,采用随机区组设计,对研究材料进行包括生育期性状在内的31个农艺性状进行了多年鉴定,基于这些表型性状的调查值,进行主成份分析以及聚类分析,依据聚类分析所揭示的表型性状计算730份玉米品种的欧式距离(Euclidean distance),进而对中国玉米地方品种进行种族划分。【结果】主成份分析结果表明,前13个主成份可以囊括所有表型的86.2%遗传信息,基于这13个主成份所揭示的11个表型性状的Neighbor-Joining(NJ)聚类结果表明,中国玉米可以划分为9个种族,即西南黄色硬粒种族、西南白色硬粒种族、北方黄色硬粒种族、北方白色硬粒种族、西南马齿种族、北方马齿种族、衍生种族、南方糯质玉米种族以及爆裂玉米种族。【结论】中国的玉米地方品种对本土具有良好的适应性与自身的特点,基于广泛地理来源的地方品种,所划分的9个玉米种族各自具有不同的表型特征与育种利用价值,但与南美及美国所拥有的玉米多样性相比,中国地方品种的遗传基础显得相对狭窄。引进和利用国外不同类型地方品种,依然具有重要的科学与实践意义。

不同密度下不同行距对玉米光合及产量的影响

试验以重庆及西南地区的最适玉米品种类型—半紧凑型品种为材料,采用4种密度(主处理)和3种行距(副处理)的两因素裂区设计,研究了重庆地区不同密度下不同行距对玉米光合速率、产量及产量性状的影响,为选育出最适合重庆及西南地区的玉米种植密度及种植方式提供理论和实践依据.试验结果表明,密度对产量有极显著影响,密度为3 500株/667m2时产量最高.密度对穗长、穗粗、行粒数有极显著影响,对百粒质量有显著影响,对穗行数和秃尖长没有显著影响;随着密度的增大,株高、穗位高增大,茎粗减少;光合速率降低,穗位叶叶面积先增大后减少.行距配置对产量有显著影响,行距配置为0.9m时产量最高.行距配置对穗部性状没有显著影响,随着行距配置的增大,株高、穗位高、光合速率、穗位叶叶面积呈先上升后下降的趋势,茎粗呈下降趋势.密度和行距配置对产量的互作效应不显著.种植密度和行距配置对产量、产量相关性状、植株性状、光合速率、叶面积有调节作用.种植密度为3 500株/667m2,且行距配置为0.9m时,有效协调了群体与个体的矛盾,产量最高,这可作为重庆及西南地区玉米种植参考.

种植密度对不同株型玉米蔗糖代谢和淀粉合成相关酶活性的影响

试验选取平展型玉米"长玉13"、半紧凑型玉米"东单60"和紧凑型玉米"郑单958"为材料,分别在2600株·667m-2、3200株·667m-2、3800株·667m-23种密度下种植,探讨种植密度对不同株型玉米灌浆过程中功能叶蔗糖代谢和籽粒淀粉合成相关酶活性的影响。结果表明,种植密度对功能叶片蔗糖含量、磷酸蔗糖合成酶和蔗糖合成酶活性影响较大,高密度不利于功能叶片中蔗糖的合成,低密度有利于蔗糖积累;而籽粒中的淀粉合成相关酶——ADPG焦磷酸化酶和UDPG焦磷酸化酶活性受种植密度影响较小;平展型"长玉13"和紧凑型"郑单958"是源端限制型品种,而半紧凑型"东单60"是库端限制型品种;种植密度对不同株型玉米品种的影响程度有差异,对平展型"长玉13"影响最大,而对紧凑型"郑单958"影响最小。

玉米籽粒中花色苷和黑色素含量的QTL分析

花色苷和黑色素是黑玉米籽粒中重要而有益的化学成分,深入开展其QTL定位研究,对于色素相关基因的克隆与转化和分子标记辅助育种,具有重要的理论意义和应用价值。本文利用1个黑玉米自交系SDM为共同父本,分别与白玉米自交系木6和黄玉米自交系Mo17杂交,构建2个相关F2:3群体(分别缩写为WD和YD),对玉米籽粒中花色苷含量和黑色素含量进行QTL分析。结果表明,黑玉米SDM籽粒中的花色苷和黑色素含量均极显著高于木6和Mo17,2种色素含量间呈极显著正相关。2个群体中共检测到17个色素相关的QTL,其中与花色苷含量相关的QTL在2个群体中各4个,分布在第4、第6、第7和第10染色体上,与黑色素含量相关的QTL在WD和YD群体中分别为4个和5个,分布在第1、第2、第6、第7和第10染色体上。2个群体检测到QTL的数量、分布和对表型的贡献率均高度一致,而且解释花色苷含量和黑色素含量变异大的QTL在2个群体中均有成簇分布的现象,主要表现在bin6.04处的标记区间umc1796-mmc2006内和bin10.04处的标记区间umc2043-bnlg1028内,分别解释表型变异的12.7%～21.3%和8.6%～21.3%。它们可能是一因多效的同一QTL或者是在该区段内紧密连锁的不同QTL。上位性分析表明,2个群体中检测到的上位性QTL的数量、位置和对表型的贡献率差别均较大,WD群体的上位性效应明显大于YD群体,说明上位性效应对遗传背景更加敏感,需要进一步深入研究贡献率大的上位性QTL及其利用。

玉米株型性状的QTL定位

以玉米自交系L26和095组配的F2世代为作图群体,采用SSR分子标记技术和复合区间作图法对玉米茎粗等7个株型性状进行基因定位。共检出21个QTL,其中茎粗检测到1个位点(qSD1),穗位高、株高均检测到3个QTL位点(qEH1-qEH3、qPH1-qPH3),雄穗分枝数检测到5个QTL位点(qTBN1-qTBN5),叶片数检测到4个QTL位点(qLN1-qLN4),叶型系数检测到3个QTL位点(qLSC1-qLSC3),叶向值检测到2个QTL位点(qLOV1-qLOV2)。21个QTL中,qTBN1、qTBN4、qLN1、qLN3、qLN4这5个QTL解释表型变异率超过30%,表现出明显的主效QTL效应。研究还发现,有5个影响不同性状的QTL位于染色体上相同标记区间内或与相同标记连锁,分为Ch3-2和Ch8-1两个区段,表现出了成簇分布的特性。

基于两个相关群体的玉米花期相关性状QTL定位

【目的】利用具有共同亲本黄早四的2个F2﹕3群体,定位控制玉米的抽雄期(DTT)、散粉期(DTP)、吐丝期(DTS)以及散粉-吐丝间隔期(ASI)的QTL,为玉米分子育种与相关基础研究提供参考和依据。【方法】以自交系齐319和掖478分别与黄早四杂交构建的230个和235个F2﹕3家系为定位群体(分别写作Q/H和Y/H),利用完备区间作图方法,对在不同生态环境下(2007-北京、2008-北京、2007-河南、2008-河南、2007-新疆以及2008-新疆)玉米花期相关性状进行QTL定位。同时利用基于混合线性模型的QTL Network-2.0软件进行基因×环境互作及上位性的分析。【结果】尽管4个花期相关性状的表现在2个群体中存在明显差异,但它们之间均呈现高度的相关性。在6个环境下对2个群体的4个性状进行了QTL检测,Q/H群体共定位到了85个QTLs,分布在玉米的10条连锁群上;Y/H群体共检测到了30个QTLs,呈现成簇分布。在Q/H群体中检测到2个重要的与多个性状相关且在不同环境条件下同时表达的QTL区域,分别位于第8染色体的umc1562—bnlg1651和第10染色体的phi062—umc1115区段;在Y/H群体中也检测到了1个与多性状相关且在多环境表达的QTL区域,位于第3染色体的nc030—umc2166区域。进一步分析发现,贡献率较大的QTL同时控制着多个性状。对比2个群体的定位结果,共检测到4个在不同遗传背景下的"一致性"QTLs。【结论】玉米花期相关性状的遗传机制较为复杂,而在不同环境及不同遗传背景下能够稳定存在的QTL可为这类性状的生产应用以及精细定位与图位克隆提供有价值的参考。

玉米穗部性状的QTL定位

以玉米自交系L26和095组配的F2世代为定位群体,采用SSR分子标记技术构建了包括98个位点的连锁图谱,结合F2穗部性状的鉴定结果,利用复合区间作图法对秃尖长等8个穗部性状进行基因定位,共检出21个QTL.其中穗长检测到3个QTL;穗粗、穗行数分别检测到2个QTL;行粒数检测到3个QTL;轴粗检测到2个QTL;200粒质量检测到3个QTL;穗粒质量检测到6个QTL;秃尖长没有检测到QTL.检出的21个QTL中,有10个QTL的解释变异率超过了20%,表现为主效QTL效应.研究还发现,穗部性状QTL在玉米10条染色体上分布不均匀,且成簇分布.该试验中检测到的21个QTL中,有10个影响不同性状的QTL位于3个染色体区域.各个QTL位点上起增、减效作用的等位基因在亲本间分布不均匀.

玉米诱变系的SSR遗传变异分析

从97对SSR引物中筛选出52对扩增产物具有稳定多态性的引物,对基础材料玉米自交系”082“及其48个诱变系进行检测,共检测到170个等位基因变异,每对引物检测出2~6个等位基因,平均为3.27个;每个位点的多态性信息量（PIC）变化于0.039~0.715之间,平均为0.327;49个材料之间的遗传相似系数变化范围在0.377~1.000,平均为0.823。UPGMA聚类分析将49个材料分成6类,表明材料间存在着广泛的遗传差异。这些遗传变异与材料的品质性状、农艺性状相关。

低磷胁迫对玉米叶片色素和形态的影响

通过大田试验,以4个基因型玉米为材料,研究了低磷胁迫下玉米叶片色素和形态变化及其内部生理机制。结果表明,低磷条件下,玉米叶片叶绿素/类胡萝卜素、叶绿素/紫色素和叶绿素/红色素均减少,其中基因型"7922"和"掖107"的叶绿素/类胡萝卜素、叶绿素/紫色素和叶绿素/红色素减少幅度较大,为高磷条件下的0.4～0.8倍,且减少幅度高于"178"和"*082"。低磷条件下,苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性和总黄酮含量均增加,其中基因型"7922"和"掖107"为高磷条件下的1.5～2.0倍,增加幅度高于基因型"178"和"*082"。"7922"和"掖107"的叶宽和鲜重在两个供磷水平下差异显著,"掖107"的叶片主叶脉直径和总叶片数差异显著。低磷土壤条件下玉米叶宽和主叶脉直径变小,鲜重和总叶片数减少。不同基因型玉米叶片色素和形态变化差异显著。初步推测,"7922"和"掖107"不耐低磷,"178"和"*082"较耐低磷。

密度对不同株型玉米产量及主要农艺性状的影响

该试验选取平展型长玉13、半紧凑型东单60和紧凑型郑单958等3种株型玉米为试材,分别在39 000,48 000,57 000株/hm2等3个密度下种植,分析了种植密度对不同株型玉米籽粒产量、穗粒性状和植株性状的影响.结果表明:3个品种的玉米产量随种植密度的增加而增加,且半紧凑型东单60产量最高;随种植密度的增加,行粒数、穗长、穗粗、轴粗、穗位叶面积和千粒质量呈下降趋势;株高、穗位高和雄穗分枝数呈上升趋势;各性状受株型与密度的互作影响不大.因此,在重庆提高玉米单产的关键是选取优良的丰产品种,并合理密植.

玉米种皮和穗轴中总酚含量的QTL分析

利用黑玉米自交系SDM作为父本,与黄玉米自交系MO17杂交,构建F2∶3群体,对玉米种皮中总酚含量(PCP)和穗轴中的总酚含量(PCC)进行了QTL分析.结果表明:SDM种皮和穗轴中总酚含量均极显著高于MO17,种皮和穗轴中的总酚含量呈极显著正相关.与玉米种皮和穗轴中总酚含量相关的QTL各检测到4个,分布在第4,6,7,9,10共5条染色体上,增效基因均来自父本SDM.其中位于第6和第10染色体上的4个QTL对表型的贡献率最大.控制种皮中总酚含量的2个QTL PCP-6a和PCP-10b分别解释表型变异的13.00%和17.05%,所在的标记区间分别为mmc0523-umc2006和umc1506-bnlg1028,基因作用方式分别为部分显性和加性.控制穗轴中总酚含量的2个QTL PCC-6a和PCC-10a分别解释表型变异的12.20%和21.10%,所在的标记区间分别为umc1014-mmc0523和umc1506-bnlg1028,基因作用方式均为部分显性.位于第6和第10染色体上控制2个性状的QTL可能是一因多效的同一QTL,也可能是紧密连锁的不同QTL.

基于混合分离分析策略发掘控制玉米分蘖性状位点

分蘖性状不仅与玉米的进化密切相关，对玉米育种也具有重要意义。利用具有共同系谱来源的8个分蘖自交系与3个不分蘖自交系，提取 DNA 并分别等量混合，形成分蘖与不分蘖基因池；采用混合分离分析策略（bulked segregation analysis ，BSA），利用覆盖玉米全基因组的1013个 SSR 标记对2个基因池进行多态性筛选，共获得了16个与玉米分蘖相关联的位点。这16个位点分布在玉米7条染色体上，其中包括2，4，5，6，7，8和9号染色体。参照IBM22008高密度整合遗传连锁图谱，这16个位点分别位于11个 Bin 区段中，基因功能注释显示这些片段中基因的数量在7～37个之间。这些研究结果为克隆控制玉米分蘖基因奠定了良好的基础。

玉米自交系幼胚培养体系的建立

以重庆地区常用的8个玉米自交系幼胚为外植体,研究不同基因型和培养基对玉米幼胚愈伤组织诱导率的影响.结果表明:自交系082在N6B5培养基的愈伤诱导率最高,达到98%,Hy04未诱导出愈伤组织,不同基因型愈伤诱导率的差异具有高度统计学意义.海09042在G1继代培养基的胚性愈伤组织呈颗粒状分散、结构松软、淡黄色,愈伤接种在加KT或加NAA的分化培养基中,以加NAA的绿苗数多.