水稻茎秆形态结构特征和化学成分与抗倒伏关系综述

水稻茎秆形态结构特征和化学成分与其抗倒伏性能相关。本文对水稻茎秆高度、茎秆基部第1、2节间长度、茎秆粗细、茎壁厚度、厚壁组织(机械组织)数量和强度、维管束数量、细胞壁纤维素和木质素含量、细胞中碳水化合物积累的数量、硅与钾的含量以及茎秆抗倒伏相关的QTL等与水稻的抗倒伏性的相互关系进行了综述,为水稻抗倒伏优良品种性状的选育提供参考。     

小麦抗倒性研究进展

倒伏是严重影响小麦子粒产量和品质的一个重要因素。本文系统阐述了小麦茎秆形态和结构特性、茎秆化学成分与抗倒伏关系以及抗倒性的遗传和分子标记等方面的最新研究进展。株高、基部节间长度与抗倒性呈负相关;而基部节间粗度、秆壁厚、单位长度干重与抗倒性呈正相关。茎秆机械组织细胞层数、厚度,维管束数目、面积以及髓腔大小与抗倒性密切相关。茎秆化学成分中纤维素、木质素以及碳水化合物含量和硅、钾元素含量与抗倒性呈正相关。小麦抗倒性呈数量性状遗传特征,除受多对主基因控制外,可能还受微效修饰基因作用。采用分子标记技术已将抗倒性以及与抗倒性相关的茎秆形态性状进行了QTL定位。     

水、旱条件下水稻茎秆主要抗倒伏性状的QTL分析

以粳型旱稻IRAT109和粳型水稻越富杂交的116个DH株系的群体为材料,利用已构建的分子标记连锁图(包括94个RFLP标记和71个SSR标记),定位了水稻茎秆主要抗倒伏性状的QTL。在水田、旱田栽培条件下,考查了乳熟期DH系及其亲本的茎基粗、茎秆长及茎秆强度等性状。相关分析表明,茎基粗与茎秆长、茎基粗与茎秆强度及茎秆长与茎秆强度间均呈极显著正相关。利用QTLMAPPER进行水、旱田单环境定位分析及水、旱田联合定位分析定位了控制这些性状的QTL。水、旱田单环境定位分析结果表明：3个性状共检测到9个加性QTL和5对上位性QTL;联合定位分析表明：茎基粗、茎秆长共检测到6个加性QTL和6对上位性QTL,其中6个加性QTL和1对上位性QTL在两种方法下都检测到。旱田条件下检测到2个加性及2对上位性QTL(bctla、ct9、c16a-c16c和cs5-cs12)对表型变异的贡献率(简称贡献率)大于30％。这些高贡献率QTL可能对旱田条件下旱稻抗倒伏分子育种有重要意义。     

玉米茎秆强度形成与木质素积累关系的研究

为探究玉米基部节间质量性状与茎秆强度形成的内在关系,该研究选用不同耐密性玉米品种为材料,采用随机区组设计,在田间条件下研究玉米基部节间形态特征、干物质积累的变化特点,分析茎秆内部木质素积累动态变化及其相关合成酶活性对茎秆强度形成的影响。结果表明：(1)耐密品种‘先玉335’基部节间单位长度干重(DWUL)和直径均较高,不同品种的茎秆强度快速形成时期有一定差异,与木质素的积累密切相关。(2)耐密品种茎秆穿刺强度(RPS)和木质素积累快速形成时期较不耐密品种‘新玉41’长5~7 d,穿刺强度高于不耐密品种24.9%~36.6%,其木质素积累量高于不耐密品种12.5%~47.0%,且RPS和木质素积累速率较不耐密品种快。(3)玉米抽雄期(VT)前是基部节间木质素快速积累的关键时期,玉米大喇叭口期(V12~V15)酶活性与抽雄期木质素积累量呈显著或极显著正相关,对茎秆强度形成至关重要。(4)在玉米12叶期耐密品种‘先玉335’的木质素合成相关酶均显著高于不耐密品种‘新玉41’,PAL、TAL、CAD和POD分别较‘新玉41’高1.85、0.30、0.11和0.42 U·mg^-1。研究认为,玉米大喇叭口期茎秆干物质积累量较高、木质素合成相关酶的活性较强,能有效促进木质素的快速积累,增加茎秆抗倒伏强度,进而提高玉米茎秆抗倒伏能力。     

硅钾肥配施对水稻茎秆理化性状及抗倒伏能力的影响

该研究以易倒伏品种‘B优827’为试验材料,通过分析硅钾肥配合施用对水稻茎秆的弯曲力矩、抗折力以及倒伏指数的影响,探索通过肥料调控提高水稻抗倒伏能力的方法与技术措施。结果显示:(1)硅钾肥配施能显著增加水稻基部节间茎秆直径和壁厚,缩短节间长度,并在低硅中钾处理(T2,硅肥300kg/hm2、钾肥400kg/hm2)下基部各节间长度缩短幅度最大(12.44%~20.80%),直径和壁厚增加幅度分别为2.82%~5.76%、22.95%~28.57%。(2)硅钾肥配施处理后,水稻基部各节间纤维素、木质素及灰分含量显著变化,并以低硅中钾处理(T2)差异较显著,且基部节间木质素含量分别比对照显著提高14.55%、8.67%、7.73%。(3)硅钾肥配施处理能显著增加水稻基部节间抗折力,降低倒伏指数,同时仍以低硅中钾处理(T2)的抗折力最大、倒伏指数最小,对提高‘B优827’植株抗倒伏能力效果最好。研究表明,合理的硅钾肥配比(硅肥300kg/hm2、钾肥400kg/hm2)能显著增加易倒伏水稻品种‘B优827’的茎秆壁厚和直径,缩短基部节间长度,提高抗折力,同时还能增加其基部节间木质化程度,最终增强植株抗倒伏能力;硅钾肥配合施用可通过改善茎秆物理化学特性有效增强易倒伏水稻植株的抗倒伏能力。     

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.
     

用RFLP标记剖析水稻穗颈维管束及穗部性状的遗传基础

采用籼、粳亚种间杂种F1(圭630×02428)花药培养获得的DH群体,对水稻穗颈大、小维管束数和倒数第2节间大、小维管束数等4个维管束性状,以及一、二次枝梗数,每穗颖花数3个穗部性状进行QTL分析,共检测到16个QTLs,其中有7个QTLs的加性效应较大,单个QTL的贡献率在20%以上。发现有4个QTLs成簇分布于第1染色体从RZ776到C11的大约35cM的区段上,来源于亲本"圭630"的这一染色体区段对穗颈大维管束、第2节间大维管束、第2节间小维管束和二次枝梗数4个性状的表达均具有增效作用。还讨论了利用分子标记辅助选择聚合增效QTLs、实现穗颈维管束性状遗传改良的策略。     

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。     

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。     

粳型超级稻品种'沈农265'穗部和穗颈维管束性状的QTL剖析

采用粳型超级稻品种'沈农265'和普通品种'丽江新团黑谷'的176株F2群体分析24个穗部和穗颈维管束数量性状位点(QTL)的结果显示,共检测到37个QTL,它们分布在水稻的第1、2、3、4、5、6、7,8,9和12号染色体上,单个QTL对性状表型贡献率在11.0%-65.0%之间,其中大于20%的有15个.这些QTL,分别在第3、4、6、9和12号染色体上.以6个QTL簇(QCR)的形式存在.QCR-3和QCR-12控制穗部和穗颈维管束性状,QCR-4a、QCR-4b、QCR-6和QCR-9控制穗部性状.在这些区域已经定位了多个控制穗部性状的QTL,说明紧密连锁或成簇分布是穗颈维管束性状和穗部性状高度相关的遗传学基础之一.     

Identification and fine mapping of quantitative trait loci for the number of vascular bundle in maize stem

Studies that investigated the genetic basis of source and sink related traits have been widely conducted. However, the vascular system that links source and sink received much less attention. When maize was domesticated from its wild ancestor, teosinte, the external morphology has changed dramatically; however, less is known for the internal anatomy changes. In this study, using a large maize‐teosinte experimental population, we performed a high‐resolution quantitative trait locus (QTL) mapping for the number of vascular bundle in the uppermost internode of maize stem. The results showed that vascular bundle number is dominated by a large number of small‐effect QTLs, in which a total of 16 QTLs that jointly accounts for 52.2% of phenotypic variation were detected, with no single QTL explaining more than 6% of variation. Different from QTLs for typical domestication traits, QTLs for vascular bundle number might not be under directional selection following domestication. Using Near Isogenic Lines (NILs) developed from heterogeneous inbred family (HIF), we further validated the effect of one QTL qVb9‐2 on chromosome 9 and fine mapped the QTL to a 1.8‐Mb physical region. This study provides important insights for the genetic architecture of vascular bundle number in maize stem and sets basis for cloning of qVb9‐2.     

水稻株高构成因素的QTL剖析

利用水稻籼粳杂交 (圭 6 30× 0 2 42 8) F1 的花药离体培养建立的一个含 81个 DH家系的作图群体 ,对水稻株高构成因素 (穗长、第 1节间长、……、第 5节间长 )进行基因定位。DH群体中株高构成因素均呈正态分布。相邻的构成因素间呈极显著的正相关 ,而相距较远的构成因素间的相关较弱或不显著。采用 QTL(Quantitative trait lo-cus)分析 ,定位了影响株高构成因素的 6个 QTL:qtl7同时影响穗长和第 1、2、3节间长 ,qtl1 和 qtl2 同时影响第 4和第 5节间长 ,qtl1 0 a和 qtl1 0 b仅影响第 1节间长 ,qtl3 仅影响第 3节间长。采用 QTL 互作分析 ,检测到 19对显著的互作 ,每个构成因素受 2个或 2个以上的 QTL 互作对的影响。并且还发现 ,同一个 QTL 互作对可能影响不同的性状 ,以及一个 QTL 可以分别与不同的 QTL 产生互作而影响同一个性状或影响不同的性状 ,但总的看来 ,加性效应是主要的。这些结果揭示了株高构成因素间相关的遗传基础 ,在水稻育种中运用这些 QTL 将有助于对株高 ,以及对穗长和上部节间长度进行精细的遗传调控。     

Genetic analysis of morphological index and its related taxonomic traits for classification of indica/japonica rice

A doubled haploid population derived from anther culture of ZYQ8/JX17 F1, a typical indica and japonica hybrid, was used in this study. Morphological index and its related taxonomic traits were investigated in 121 DH lines. The quantitative trait loci (QTLs) for morphological index and its related taxonomic traits were analyzed. Two major QTLs for leaf hairiness, three QTLs for length/width of grain, one QTL for color of hull when heading, one QTL for hairiness of hull, two QTLs for length of the first and second panicle internode, and one major QTL and two QTLs for phenol reaction were detected. Four QTLs for morphological index were also identified on chromosomes 1, 3, 4 and 6, respectively, three of which on chromosomes 1, 3 and 6, respectively, were found to be located in the same chromosome regions where some QTLs for the related taxonomic traits were located.     

Genetic analysis of morphological index and its related taxonomic traits for classification of indica/japonica rice

A doubled haploid population derived from anther culture of ZYQ8/JX17 F₁, a typical indica and japonica hybrid, was used in this study. Morphological index and its related taxonomic traits were investigated in 121 DH lines. The quantitative trait loci (QTLs) for morphological index and its related taxonomic traits were analyzed. Two major QTLs for leaf hairiness, three QTLs for length/width of grain, one QTL for color of hull when heading, one QTL for hairiness of hull, two QTLs for length of the first and second panicle internode, and one major QTL and two QTLs for phenol reaction were detected. Four QTLs for morphological index were also identified on chromosomes 1, 3, 4 and 6, respectively, three of which on chromosomes 1, 3 and 6, respectively, were found to be located in the same chromosome regions where some QTLs for the related taxonomic traits were located.     

穗颈维管性状与产量相关性状的遗传分析

穗颈维管性状是实现"源"合成的同化物输送至籽粒中的唯一通道。本研究利用来源于籼稻93-11(受体)和粳稻日本晴(供体)构建的染色体片段代换系群体,调查穗颈维管性状与穗部产量性状。结果表明,大部分穗颈维管性状与穗部产量性状呈显著相关;7个穗颈维管性状共检测到42个QTL,其中16个位点日本晴等位基因起增效作用;6个穗部产量性状共检测到45个QTL,其中14个位点日本晴等位基因起增效作用。综合分析穗颈维管性状与产量性状的QTL定位区间,发现有6个同时调控穗颈维管性状和穗部产量性状的QTL簇,结合已有报道与候选基因序列分析,推测一因多效基因Ghd7和IPA1可能分别调控第7染色体9 Mb和第8染色体25 Mb的QTL簇。这些结果表明了水稻穗颈维管性状和产量性状既存在不同的遗传基础,也存在共同的遗传机制。挖掘更多控制"流"的QTL与同时调控"流"和"库"的一因多效基因可为水稻聚合育种、品种改良提供十分重要的理论与实践意义。     

云南元江普通野生稻穗颈维管束和穗部性状的QTL分析

以云南元江普通野生稻为供体亲本,籼稻品种特青为轮回亲本构建高代回交群体,用SSR标记构建连锁图谱,在第1、2、3、4、7和10染色体上定位到7个控制穗颈大维管束数的QTL,在第1、2、3、4和8染色体上定位到5个控制穗颈小维管束数的QTL,在第11和12以外的10条染色体上,共定位到15个控制穗一、二次枝梗数和穗颖花数QTL。来自野生稻的等位基因大多表现负效,能显著减少群体的穗颈维管束数、枝梗数和颖花数,说明从野生稻演化成栽培稻的过程中,可能淘汰了一些对产量不利的QTL,保留了有利的QTL。相当一部分控制穗颈维管束数、枝梗数及颖花数的QTL在染色体上成簇分布或紧密连锁,且加性效应的方向一致,从理论上解释了这些性状表型显著相关的遗传基础,同时也说明在人工选择或自然选择下,这些性状可能存在平行进化或协同进化的关系。     

不同生长环境下水稻最上节间长度QTL定位研究

利用由98 个家系组成的 Nipponbare/Kasalath//Nipponbare 回交重组自交系(backcross inbred lines, BIL)作图群体(BC1F12和BC1F13)和复合区间作图方法(CIM), 在3种不同的生长环境下对水稻最上节间长度进行了 QTL 分析。结果表明, 3种不同的生长环境共检测到 13 个 QTL , 分布于第 1, 2, 3, 5, 6, 8, 10, 11 染色体上, 解释性状变异的 3.97%～15.21%。其中qUIL-6在3种不同生长环境中均检测到, qUIL-1a, qUIL-3a, qUIL-3b和 qUIL-10a 等4个位点在两种不同生长环境中均被检测到, 说明这些 QTL 位点受环境影响较小, 表达较为稳定。     

Identifying quantitative trait loci and determining closely related stalk traits for rind penetrometer resistance in a high-oil maize population

Stalk lodging in maize causes annual yield losses between 5 and 20% worldwide. Many studies have indicated that maize stalk strength significantly negatively correlates with lodging observed in the field. Rind penetrometer resistance (RPR) measurements can be used to effectively evaluate maize stalk strength, but little is known about the genetic basis of this parameter. The objective of this study was to explore a genetic model and detect quantitative trait loci (QTL) of RPR and determine relationships between RPR and other stalk traits, especially cell wall chemical components. RPR is quantitative trait in nature, and both additive and non-additive effects may be important to consider for the improvement of RPR. Nine additive-effect QTLs covering nine chromosomes, except chromosome 5, and one pair of epistatic QTLs were detected for RPR. CeSA11 involved in cellulose synthesis and colorless2 involved in lignin synthesis were identified as possible candidate genes for RPR. Internode diameter (InD), fresh weight of internode (FreW), dry weight of internode (DryW), fresh weight and dry weight as well as cell wall components per unit volume significantly positively correlated with RPR. The internode water content (InW) significantly negatively correlated with RPR. Notably, these traits significantly correlated with RPR, and the QTLs of these traits co-localized with those of RPR. The corresponding results obtained from correlation analysis and QTL mapping suggested the presence of pleitropism or linkage between genes and indicated that these different approaches may be used for cross authentication of relationships between different traits.