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。     

谷子抗倒伏性和株高、穗部性状的相关性研究

倒伏是限制作物产量提高的重要因素,而株高、穗长、穗粗、穗粒重等性状与产量密切相关,因此弄清抗倒伏性与这些性状的关系,对开展抗倒伏高产育种具有重要意义。本研究系统调查了41份谷子材料倒伏指数、株高、穗长、穗粗、穗码数、码粒数、穗粒重7个性状,结果表明：所有调查的7个性状指标在41份谷子材料中存在显著差异,除穗粗变异幅度较小,其余6个性状指标均存在丰富的遗传变异。相关性分析表明谷子基部第一、第二、第三节倒伏指数均与株高呈一定负相关,但未达到显著水平,与穗长、穗码数、码粒数、穗粒重均呈一定正相关,但只有第二节倒伏指数与穗长间的相关达到了显著水平（P<0.05）。倒伏指数与穗粗的相关性较复杂,第一、第三节倒伏指数与穗粗呈负相关,而第二节倒伏指数与穗粗呈正相关,但都未达到显著水平。株高与穗长、穗粗、穗码数、穗粒重4个产量关键性状间呈显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）正相关;穗长、穗粗、穗码数、码粒数、穗粒重5个性状间呈极显著正相关（P<0.01）。研究结果认为在80 cm范围内,增加株高不会减弱谷子的抗倒伏性,谷子倒第二节抗倒伏性对整株植株抗倒伏性起到关键作用,应在抗倒伏高产育种中加以重视。     

作物抗倒伏相关性状及其信号转导调控机理的研究进展

倒伏是影响作物品种选育和产业化推广的重要限制因子,会使作物籽粒与秸秆的产量和品质显著降低且易引发病虫害,不利于机械化收割使作物经济效益显著降低。株高、茎秆强度、壁厚、分蘖数、分蘖夹角等性状同作物茎秆抗倒伏特性密切相关。倒伏主要分为为根倒伏和茎倒伏,茎倒伏与茎秆特性相关,其中株高与分蘖数分别受赤霉素信号转导和独脚金内酯信号转导的调控;根部各性状主要受生长素、乙烯以及细胞分裂素等激素信号转导的调节。本文对植物抗倒伏相关性状与抗倒伏的关系以及各重要性状相关信号转导途径方面的研究进行综述,并对基于激素信号转导途径的作物抗倒伏性状改良和分子育种今后的研究方向进行了展望。     

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。     

“黄欧”系列玉米自交系宜机械粒收特征特性研究

黄旅群种质是我国重要的地方种质,具有较强的生态适应性。20世纪80、90年代以来我国育种家对黄改群和旅大红骨群种质进行了大量创新研究工作,通过相互改良,聚积了丰富的有利基因,通过导入外源种质,拓宽了遗传基础,为品种更新换代做出了突出贡献。机械粒收是未来我国玉米生产的重要方向,黄旅群种质急需提升籽粒脱水速度、成熟后抗倒伏(折)和抗茎腐病等农艺性状以适应机械化粒收,而在黄旅群种质内部缺少这些关键性状基因。本研究利用欧洲早熟种质硬粒种质UH004F和欧洲早熟Iodent种质UH004M改良黄旅群种质的机收特性,通过系谱法和回交转育法获得宜机械粒收黄旅群后代系,称之为"黄欧系"。通过对其农艺性状的观察研究,发现:(1)抽雄日数、吐丝日数和生育期缩短,表现出良好的早熟性;开花散粉至吐丝日数(ASI)增大;株高有增加趋势;穗位高有降低趋势;雄穗主支长有增加趋势;雄穗分支数在6～9个之间,与原有黄旅系相比互有增减;茎粗变细;穗位上节间长有增加趋势;田间倒伏(折)率大幅度降低,抗倒伏(折)能力进一步提高;穗长有增加趋势;穗行数略有减少的趋势;穗粗和轴粗均有下降趋势,其中轴粗下降趋势更加明显;籽粒长度有增加的趋势;在百粒重方面,除昌7-2后代系外,黄旅系后代系均有所降低;穗粒重有降低趋势;出籽率有增加趋势;籽粒含水量明显降低;(2)导入25%和50%比例的UH004F和UH004M的黄欧系在大多数性状上都有一定的变化趋势,主要表现在抽雄吐丝和生育期提早、ASI值增大、株高增高、穗位降低、雄穗主支长变长、雄穗分支数增加、茎粗变细、穗位上节间长拉长、抗倒伏(折)能力提高、穗长增加、穗行数减少、穗粗和轴粗降低、百粒重和穗粒重降低、收获时籽粒含水量降低等趋势。上述大多数性状都是在导入50%比例的欧洲早熟硬粒种质UH004F的变化趋势进一步增强。本研究表明,欧洲早熟种质含有适合创新改良黄旅群种质在机械粒收性状方面的优良等位基因,利用欧洲早熟种质改良黄旅群种质在宜机械粒收农艺性状的效果明显,可为后续大规模"黄欧系"的选育和应用提供理论指导。     

240份玉米自交系纹枯病抗性鉴定与评价

在人工接种条件下,连续3年对240份玉米自交系纹枯病抗性进行鉴定和评价,分析了玉米纹枯病抗性与主要农艺性状的相关性。结果表明,玉米纹枯病抗性资源较为缺乏,240份自交系中无免疫或高抗的材料,有中抗自交系4份、感病自交系18份、高感自交系218份。旅大红骨、Reid、PA和塘四平头类群自交系中未发现玉米纹枯病抗源,PB类群和Lancaster类群自交系纹枯病抗性相对较好,今后应主要从这两类种质中寻找玉米纹枯病抗源。玉米纹枯病病情指数与株高、穗位高、穗位高/株高、穗下节间数和穗下平均节间长均呈极显著负相关,这些表型可以作为非接种条件下筛选抗玉米纹枯病种质的参考指标。     

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。     

玉米茎秆细胞壁和组织构建对抗压强度的影响

耐密抗倒伏玉米品种是玉米育种的重要方向,探究影响玉米茎秆抗压强度的机制是培育玉米新品种的重要途径。本实验采用组织化学、显微观察的方法研究了10个玉米品种茎秆的形态结构、解剖特征和细胞壁的化学组成,并分析了这些变量之间的相关性,结果表明:茎的皮层/半径、厚壁组织比例、机械组织比例和纤维素含量、木质素含量与抗压强度呈极显著正相关关系;薄壁组织比例、茎长/茎粗、维管束个数与抗压强度呈极显著负相关关系。利用共线性诊断和逐步线性回归分析发现,影响茎秆抗压强度的主要因素为皮层/半径、机械组织比例、维管束个数、纤维素含量和木质素含量。利用通径分析进一步定量研究了这5个变量与抗压强度之间的直接作用和间接作用,明确了决定玉米茎秆抗压强度的主要因素为纤维素含量、木质素含量和单位面积维管束个数。本实验还建立了玉米茎微观结构与细胞壁化学构成的数学模型,为进一步揭示玉米茎微观力学形成机理提供了思路,进而为耐密抗倒伏玉米育种提供了研究方向。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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.