我国玉米自交系茎秆性状多样性分析

研究我国玉米自交系茎秆性状特征及其多样性,是培育宜机收玉米品种的重要前提。本研究以兰卡斯特、PB、四平头、旅大红骨和瑞德五大主要类群70份主要玉米自交系为材料,调查12个茎秆相关性状(茎高、穗位高、穗位系数、茎节数、穗位节、穗节系数、穗茎长、穗茎粗、茎鲜重、茎干重、含糖量和含水量),分析性状相关性和类群多样性。结果表明,我国地方种质四平头和旅大红骨茎秆性状表型变异丰富;灌浆期玉米茎秆含水量比较稳定;玉米植株高度与茎节长度显著相关;玉米雌、雄穗节之间的节间数比较恒定;玉米茎秆含糖量与茎节长度、茎粗、果穗着生位置有关;有效降低穗位高度应从降低果穗着生节入手;类群茎秆特征鲜明:兰卡斯特茎节较少,瑞德茎秆较粗,PB茎秆较细,旅大红骨茎秆较粗、茎节较短,四平头植株较矮、茎秆含糖量较低、干物质含量较低;兰卡斯特×四平头和兰卡斯特×PB类群间存在较强的生物量及籽粒产量杂种优势;挖掘和利用茎节较长、穗位较低的玉米地方种质是我国宜机收玉米育种的技术途径。本研究结果对玉米育种具有重要指导意义。     

玉米5个农艺性状的QTL定位

利用“豫玉22”构建的266个玉米F2：3家系为材料,通过一年两点的随机区组田间试验和分子标记分析,研究了玉米穗位高、雄穗分支数、茎粗、抽雄期、吐丝期5个重要农艺性状。相关分析表明,穗位高、雄穗分支数、茎粗与单株产量显著正相关,抽雄期与吐丝期高度正相关,雄穗分支数与茎粗显著正相关。采用复合区间作图法,通过500次排列测验分别确定各性状的LOD阈值,在武汉和襄樊两地共定位了7个穗位高QTL、9个雄穗分支数QTL、8个茎粗QTL、9个抽雄期QTL和7个吐丝期QTL;这些QTL在染色体上分布不均匀,具有集中分布的特点。研究表明,数量性状间的表型相关可能源于控制数量性状的QTL位点间的相关。     

玉米株高和穗位高的遗传基础与分子机制*

株高和穗位高是玉米重要育种性状,直接影响植株的养分利用效率及抗倒伏性,进而影响玉米产量。玉米株高和穗位高属于典型数量性状,目前通过数量性状位点(quantitative trait loci mapping,QTL)定位和全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)等方法已挖掘到较多相关遗传位点,通过QTL精细定位及利用突变体克隆了一些调控株高和穗位高关键基因。但是由于各研究组所利用的群体类型和大小、标记类型和密度以及统计方法不同,所鉴定QTL差异较大,单个研究难以揭示玉米株高和穗位高遗传结构。早期QTL定位的结果多以遗传距离来展示,不同时期GWAS研究所使用参考基因组版本不同,这进一步增加了借鉴和利用前人研究结果的难度。首次将目前已鉴定株高和穗位高遗传定位信息统一锚定至玉米自交系B73参考基因组V4版本,构建了株高和穗位高性状定位的一致性图谱,并鉴定出可被多个独立研究定位的热点区间。进一步对已克隆玉米株高和穗位高调控基因进行总结与分类,揭示株高和穗位高性状调控机制,对深度解析株高和穗位高遗传结构、指导基因克隆和利用分子标记辅助选择优化玉米株高和穗位高性状均具有重要意义。     

国内部分玉米地方品种的品质与农艺性状的表型多样性分析

以710份玉米地方品种为材料,采用随机区组设计,研究了其在脂肪、蛋白质与淀粉等品质性状以及株高、穗长等农艺性状上的表型多样性,分析了这些研究材料的表型多样性在地理来源上的分布.结果表明:(1)平均油分含量4.92%,达到高油3、2和1等级的材料各11、2和3份,地区间差异不显著;(2)平均蛋白质含量12.55%,96%的材料达到食用玉米1等级蛋白质舍量,地区间差异显著;(3)平均淀粉含量70.88%,所有材料均未达高淀粉玉米品种审定标准;(4)株高、穗位高和雄穗分枝数等3个植株性状的变异程度大,地区间差异显著,华南、西南和西北的植株高大,雄穗发达,而华北和东北的植株矮小,雄穗分枝数较少;(5)在3个果穗性状中,变异程度大小依次是穗长、穗行数和穗粗,地区间差异显著,筛选到长穗、粗穗和多穗行材料各5、1和3份;(6)不同地区和不同性状的多样性指数均有显著差异,以华南、华东和西南玉米材料的多样性水平较高.所有研究材料的表型多样性分析结果显示这些材料的脂肪与蛋白质含量较高,淀粉舍量较低;华南、华东和西南种质的多样性水平明显高于其他地区的种质.     

阴湿环境对玉米杂交种生长发育特性的影响

比较了在人工遮光增湿环境和自然环境下18个玉米杂交种生长发育特性的差异,研究了阴湿环境对玉米杂交种生长发育特性的影响.结果表明: 遮光增湿环境使空气湿度比自然环境增加15.0%～16.4%,土壤湿度增加27.0%～78.4%,光照强度降低72.9%～77.9%,光量子减少72.8%～79.6%,差异均达显著或极显著水平,但不影响环境温度.阴湿环境导致玉米植株第7叶宽、有效功能叶数、成株叶片数、雄穗分枝数、茎粗、株高、穗位高、穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重和单株粒重13个性状表现为负向变异(表型值变小),其中单株粒重降幅达72.3%,株高降幅7.1%,其余性状降幅介于14.8%～53.8%之间;第7叶长、第7叶长宽比、散粉至抽丝间隔天数(ASI)、小斑病指数和纹枯病指数等5个性状表现为正向变异(表型值增大),分别增大39.8%、80.5%、114.3%、73.0%和54.8%.用ASI、雄穗分枝数、成株叶片数、株高、单株粒重、小斑病指数和纹枯病指数7个性状计算出的综合耐阴湿系数作为玉米杂交种耐阴湿鉴定的指标,具有一定的可靠性,且简便易行.运用该指标可将18个杂交种划分为耐阴湿性强、耐阴湿性中等和耐阴湿性弱3类.     

基于玉米导入系群体的3个农艺性状QTL分析

通过回交育种程序结合SSR标记构建以玉米自交系农系531为受体亲本、10个具有不同农艺性状的自交系为供体的染色体片段导入系群体,在该群体BC3F3世代,利用GGT32图示基因型软件和Windows QTL IciMapping v1.0对导入片段进行检测、并结合田间调查对控制玉米穗位高、穗上叶夹角和株高的QTL进行分析.研究表明,导入系群体的创建在遗传结构上改良了农系531穗位偏高、穗上叶夹角偏大的不足,并得到基本符合育种目标的改良株系.通过QTL分析,在具有相同性状改良的单株上,分别检测到4个包含穗位高、4个包含穗上叶夹角和6个包含株高QTL的共同的导入染色体片段.     

玉米优异地方种质资源的筛选与评价

本文对20个玉米优异地方品种资源主要农艺性状进行了研究,运用灰色系统理论的方法,分析了资源的综合性状及各性状间的关系。研究结果表明,株高影响穗粗,穗位高影响穗长,株高和穗位均低的资源不会有较高的单株粒重;叶片数对资源的筛选、利用有一定的影响,对穗长、穗粗、单株粒重有显著影响;利用生育期较短的资源可能会选出单株粒重较高的自交系和杂交种。据此结果结合育种目标评价,筛选出白头霜、高油玉米、洛阳85、白鹤、二夏、品综2号、本地黄玉米、金皇后8个玉米地方品种,综合农艺性状好,具有较高的利用价值。     

不同食料对亚洲玉米螟种群增长的影响

研究表明,食料对亚洲玉米螟的发育、存活、繁殖和种群增长的影响显著。取食玉米雌穗的幼虫发育快、历期短,取食棉花茎秆的幼虫发育慢、历期长。无论是2代还是3代,均表现为食玉米雌穗的幼虫滞育率高．食棉铃和棉茎的滞育率低。饲以玉米雌穗的种群世代存活率最高,棉铃次之,棉茎最低;以玉米雌穗、棉铃与棉茎为食料的种群趋势指数依次为42．28、25．77和0．64。影响第三代玉米螟种群增长的主要虫期是第二代5龄幼虫的滞育或营养不良。     

氮高效玉米主要性状的遗传分析

采用两个氮高效玉米杂交组合的P1、P2、F1、F2、B1、B2世代,随机区组试验设计,对氮高效玉米主要性状的遗传力进行了研究。研究结果表明,不同氮水平下氮高效玉米各性状的遗传力是不同的。低氮处理中,广义遗传力介于0.78～0.46之间,狭义遗传力介于0.68～0.23之间;高氮处理中,广义遗传力介于0.76～0.49之间,狭义遗传力介于0.67～0.25之间。低氮条件下,氮高效玉米主要性状中抽丝期穗位叶叶绿素含量、氮效率、穗重和穗位叶叶面积,高氮条件下,抽丝期生物量、穗重、抽丝期穗位叶叶绿素含量和成熟期生物量等性状的遗传力较高,可分别在低氮、高氮条件下,对其进行早代选择。     

大田增强UV-B辐射对元阳梯田地方水稻茎秆性状和倒伏指数的影响

大田原位种植元阳梯田2个地方水稻品种——白脚老粳和月亮谷,研究2年不同强度(0、2.5、5.0和7.5 kJ·m^-2)UV-B辐射对水稻穗下第1至第4节的茎秆性状(节间长、茎秆粗和茎壁厚)和倒伏指数的影响.结果表明: 增强UV-B辐射对水稻茎秆的节间长和茎秆粗没有显著影响,但导致茎壁厚度显著减小,其中,7.5 kJ·m^-2 UV-B辐射对水稻穗下第4节茎秆茎壁厚度的影响较大,降幅为11.6%～19.6%;增强UV-B辐射导致水稻茎秆的倒伏指数增加,增大水稻倒伏的风险,水稻穗下第4节茎秆倒伏指数最大,并大于倒伏临界值(200);水稻穗下第4节、第3节和第2节茎秆的倒伏指数与茎壁厚度呈显著负相关.表明增强UV-B辐射显著减小元阳梯田水稻茎秆的茎壁厚是增加其倒伏风险的主要原因.
     

新疆自然高温环境下玉米自交系开花期耐热性鉴定与评价

在新疆夏季自然高温环境下,以田间玉米空秆率、果穗结实率、相对结实率为主要评价指标,综合籽粒产量与穗部性状,对26份国内外玉米骨干自交系连续2年进行耐热性鉴定与评价,结合新疆当地高温干燥的气候特点,建立一套适宜玉米种质资源大田耐热性的鉴定、评价体系,为中国玉米耐热种质资源的遗传改良和新品种选育提供参考。结果表明:(1)不同基因型玉米自交系空秆率、果穗结穗率、相对结实率和耐热性差异较大,其中GW5F、GW4F、GW7F和PH6WC耐热性最强,在高温胁迫下空秆率最低,果穗结实率与相对结实率最高;其次为PHBA6、新自351等8份自交系,在高温胁迫下籽粒产量及综合表现较好;其余自交系对高温均表现敏感。(2)高温胁迫导致玉米穗部性状严重衰退,其中的穗重、穗行数和行粒数所受影响最大。(3)在年份或材料之间,玉米自交系籽粒产量与其主要农艺性状相关性差异较大,并以果穗重与籽粒产量相关性最高。(4)以相对结实率为主要指标通过层次聚类可将参试材料分为两大群,耐热性最强的GW5F、PH6WC、GW4M聚为第Ⅰ群,其余自交系聚为第Ⅱ群;第Ⅱ群中‘吉63’、Mo17等6份自交系可聚为第1亚群,PHBA6、LH82等6份自交系聚为第2亚群,郑58、新农育6390M等11份自交系聚为第3亚群。综合分析来看,该研究中表现极耐高温的4份自交系均为国外优异种质,可用于玉米耐高温基础研究和遗传改良;表现较强耐热性的8份品系多来自于新疆本地选育的材料,其遗传基础较为广泛,适应当地的高温环境,也是优异的耐热育种资源。     

QTL analysis of shading sensitive related traits in maize under two shading treatments

During maize development and reproduction, shading stress is an important abiotic factor influencing grain yield. To elucidate the genetic basis of shading stress in maize, an F(2:3) population derived from two inbred lines, Zhong72 and 502, was used to evaluate the performance of six traits under shading treatment and full-light treatment at two locations. The results showed that shading treatment significantly decreased plant height and ear height, reduced stem diameter, delayed day-to-tassel (DTT) and day-to-silk (DTS), and increased anthesis-silking interval (ASI). Forty-three different QTLs were identified for the six measured traits under shading and full light treatment at two locations, including seven QTL for plant height, nine QTL for ear height, six QTL for stem diameter, seven QTL for day-to-tassel, six QTL for day-to-silk, and eight QTL for ASI. Interestingly, three QTLs, qPH4, qEH4a, and qDTT1b were detected under full sunlight and shading treatment at two locations simultaneously, these QTL could be used for selecting elite hybrids with high tolerance to shading and high plant density. And the two QTL, qPH10 and qDTS1a, were only detected under shading treatment at two locations, should be quit for selecting insensitive inbred line in maize breeding procedure by using MAS method.     

玉米茎秆高糖种质资源筛选与评价

以151个玉米自交系为材料,对玉米茎秆高糖种质资源进行了筛选与评价。结果表明,自交系茎秆含糖量(B rix)变化范围为3.5%～16.9%,能为茎秆高糖玉米新品种选育所利用的自交系(B rix≥10%)种质资源比较丰富,约占测定自交系总数43.1%。通过聚类分析,151个玉米自交系按茎秆含糖量差异可分为3大类,第3类属于茎秆高糖类型(12.3%～16.9%),共有22个自交系,这一类群种质可能是培育茎秆高糖玉米新品种的重要亲本材料,其中78599-1-550、78599-2、YXD053-646、Y53-245、预CY509等5个自交系尤其适合作为茎秆高糖玉米育种亲本。     

玉米空间诱变后代SP4选系配合力效应分析

利用返回式卫星“实践八号”搭载3份玉米自交系08-641、RP125和18-599, 从SP4代中选出多个诱变系按不完全双列杂交设计配制杂交组合, 在四川和云南两个环境条件下进行种植鉴定。配合力分析结果表明, 3份玉米自交系经空间诱变后各性状的配合力发生不同程度的变化, 同组诱变系材料在四川和云南两种环境条件下的配合力表现存在较大差异, 且表现配合力差异的性状不同。诱变系C03的穗长、穗行数、行粒数和单株产量4个性状一般配合力(General combining ability, GCA)在该组试验中的正向效应值均表现为最大, 且显著高于基础材料08-641, 可能具有较大育种潜势; 诱变系C01和C04部分产量构成性状的GCA显著高于对照, 但单株产量GCA表现不明显, 需在育种中加以改良利用; 诱变系C06、R18和S22所配杂交组合在产量及产量构成性状上的特殊配合力(Specific combining ability, SCA)表现较优, 这些结果为玉米杂交种的选育提供了重要参考。     

中国17个优良玉米自交系的分子标记杂合性及其与杂交种性状的关系研究

在玉米单交种育种中 ,鉴定高产杂交种和具有优良特性的自交系是一个重要的问题。研究以 1 7个优良玉米自交系为亲本 ,按照双列杂交配组合 ,利用 RAPD技术分析了 1 7个自交系的多态性以及 RAPD标记与 9个重要农艺性状 (包括产量 )的关系。基于 RAPD标记计算的相似系数聚类将 1 7个自交系分为 5个类群 ,经分析与系谱亲缘关系基本一致。杂交种性状及其特殊配合力与亲本间的遗传距离是高度相关的 ,与聚类前比较 ,聚类后平均遗传距离与平均产量、平均特殊配合力的相关系数显著提高 ,类间平均产量高于类内平均产量。RAPD技术可揭示优良玉米自交系的系谱亲缘关系 ,将自交系划分成不同的类群 ,从而为选择类间自交系杂交 ,进行亲本选配和分子标记辅助育种提供一种方法。     

The genetic relationship among plant-height traits found using multiple-trait QTL mapping of a dent corn and popcorn cross.

Plant height (PH) is one of the most important traits in maize breeding programs. In popcorn, inferior plant traits can be improved with the dent/flint corn germplasm. In the current study, a total of 259 F2:3 families, developed from a cross between a dent corn inbred and a popcorn inbred, were evaluated for 4 PH traits. Quantitative trait loci (QTLs) for each trait were detected using composite interval mapping methods. In addition, genetic interrelationships were investigated using multiple-trait joint analysis for PH with ear height (EH), and for PH with top height (TH). In total, 6, 5, 2, and 6 QTLs were identified for PH, EH, TH, and TH/PH in single-trait analysis, respectively. Joint-analysis data suggest a strong and complex genetic relationship between PH and EH, and between PH and EH, with no QTLs controlling any single trait independently. In addition, 4 kinds of QTLs detected were classified as closely linked QTLs, pleiotropic QTLs, QTLs with opposite effects, and additional QTLs. It was, consequently, difficult to improve lodge resistance through selection on any individual PH trait. The current study demonstrates that multiple-trait joint analysis not only identified additional QTLs, but also revealed the genetic relationship among different highly correlated traits at the molecular level.     

The Genetic Basis of Natural Variation in Kernel Size and Related Traits Using a Four-Way Cross Population in Maize

Kernel size is an important component of grain yield in maize breeding programs. To extend the understanding on the genetic basis of kernel size traits (i.e., kernel length, kernel width and kernel thickness), we developed a set of four-way cross mapping population derived from four maize inbred lines with varied kernel sizes. In the present study, we investigated the genetic basis of natural variation in seed size and other components of maize yield (e.g., hundred kernel weight, number of rows per ear, number of kernels per row). In total, ten QTL affecting kernel size were identified, three of which (two for kernel length and one for kernel width) had stable expression in other components of maize yield. The possible genetic mechanism behind the trade-off of kernel size and yield components was discussed.