玉米SSR连锁图谱构建与株高及穗位高QTL定位

用玉米自交系组合R15×掖478的F₂群体构建连锁图谱,并通过1年2点随机区组试验设计,考察玉米229个F_2:4家系成株期的株高和穗位高。所建连锁图谱上共拟合146个SSR标记位点,覆盖基因组1 666 cM,标记间平均距离为11.4 cM。用复合区间作图法进行QTL分析,共检测到8个控制株高的QTL,分别位于第2、3、4、5和8染色体;3个控制穗位高的QTL位点,位于第4染色体。单个株高QTL的贡献率变幅为6.67%~11.59%,单个穗位高QTL贡献率变幅为10.46%~12.15%。     

玉米籽粒含水量性状相关SSR分子标记的筛选和分析

籽粒含水量高是影响玉米机收的主要限制性因素之一。目前对于玉米籽粒含水量的内在遗传基础了解的还很少。本研究利用快速脱水自交系Li18和慢速脱水自交系昌7-2组配了252个F2家系群体。通过田间表型分析,分别选取20个低含水量家系和23个高含水量家系构建DNA混池。利用500对SSR标记进行多态性筛选,发现位于玉米第8染色体的标记umc1627和umc1415与籽粒含水量性状紧密相关,两个标记间的遗传距离为2.9 cM。本研究将为快速脱水品种的选育提供理论依据。     

玉米第10染色体大刍草单片段代换系的构建及穗长QTL分析

为了构建玉米第10染色体大刍草单片段代换系群体并进行穗长QTL的筛选。以玉米野生近缘种墨西哥类玉米为供体亲本,以玉米自交系郑58为受体亲本和轮回亲本连续进行多代回交。利用BC_7F_1至BC_9F_1连续回交群体,选用45对在供体和受体亲本间有明显多态性差异的引物进行SSR分子标记辅助选择,构建以墨西哥类玉米为供体亲本的玉米第10染色体单片段导入系群体。对穗长性状QTL在第10染色体上位置进行初步定位。经过连续多代回交和SSR标记跟踪检测,获得了以郑58为遗传背景的墨西哥类玉米导入系群体,共检测到单片段代换系材料107份,代换片段平均长度为25.52~45.97 c M,总长度为944.15~1 884.74 c M,对第10染色体覆盖率为70.38%~89.65%。在BC_9F_1回交群体中鉴定了4个来自墨西哥类玉米并位于第10染色体的穗长QTL,初步定位于umc2528、phi054、bnlg1360和umc1877标记附近。结果表明,利用大刍草作为供体亲本可以获得大量玉米第10染色体单片段代换系材料,为优良QTL性状的发掘和筛选奠定了材料基础,拓宽了玉米新品种选育的种质资源范围。     

玉米抗纹枯病QTL定位

以玉米自交系R15（抗）×掖478（感）的229个F₂单株为作图群体,构建了包含146个SSR标记位点的遗传连锁图谱,全长1 666 cM,平均图距11.4 cM。通过麦粒嵌入法对F2:4群体进行人工接种纹枯病菌,并以相对病斑高为病级划分标准鉴定了玉米纹枯病的抗性。用复合区间作图法分析抗病QTL及遗传效应,共检测到9个抗性QTL,分布于第1、2、3、4、5、6和10条染色体上,单个QTL可解释表型方差的3.72%~7.19%,其中有2个QTL位于染色体6.01抗病基因簇附近。     

玉米种子休眠性的QTL定位

选用两个种子休眠性差异较大的普通玉米自交系R08与A318组配的F2群体共331个单株,构建了包含137个SSR标记的分子遗传连锁图谱,覆盖玉米基因组2 076.7 cM,平均图距15.2 cM。采用复合区间作图法对F_2:3家系种子休眠性数据进行分析,共检测到7个QTL,分别位于玉米第1、3、5和10染色体上。7个QTL的贡献率在2.45%~26.     

玉米不同叶位叶面积的QTL定位

玉米叶面积大小及分布对玉米的有效光吸收、干物质积累和产量的形成有重要作用,探究玉米不同叶位叶面积的遗传机理对高产玉米新品种的选育具有重要意义。本研究以两个叶面积差异显著的自交系为亲本组配了含有259个单株的F2群体;以此群体为作图群体,构建了一张总长1 735.1 c M的遗传连锁图谱,该图谱包含218个SSR标记,平均图距7.96 c M。用复合区间作图法(CIM)对玉米9片叶叶面积(穗上4片叶,穗位叶,穗下4片叶)分别进行了QTL定位分析,共定位到36个叶面积QTL,主要分布于第1、2、3和5染色体上,且控制不同叶位叶面积的QTL有集中分布现象。在第2和5染色体上定位到7个贡献率大于10%的QTL,第2染色体phi090-umc1256标记区间内的3个QTL位点可解释穗上3片叶的表型变异分别为12.7%、13.1%和11.1%;第5染色体umc1563-umc2301标记区间内的4个QTL位点可解释穗位叶及穗下第2、3、4叶的表型变异分别为15.4%、13.1%、12.3%和10.4%;这两个标记区间可能是调控玉米叶面积的重要区段。研究结果有助于进一步探究玉米不同叶位叶面积的遗传机制。     

玉米丝裂病的抗性QTL定位

选用感丝裂病的玉米自交系R08与抗丝裂病的自交系Es40组配F₂群体共348个单株,构建了包含115个SSR标记的分子遗传连锁图谱,覆盖玉米基因组2 178.6 cM,平均图距为18.9 cM。采用复合区间作图法,对F_2:4家系丝裂病数据进行抗性QTL分析,共检测到12个QTL,分别位于第1、2、4、5和7染色体,贡献率为4.22%~37.95%。其中在第1、3染色体上检测到主效QTL,贡献率均大于30%,基因作用方式均为显性,其余10个QTL的作用方式多为加性或部分显性。     

基于高密度遗传图谱的玉米籽粒性状QTL定位

籽粒大小及百粒重是决定玉米产量的重要因素。为解析籽粒性状遗传基础,本研究以玉米自交系黄早四(HZS)和Mo17为亲本,构建包含130个重组自交系(recombination inbred line,RIL)的RIL群体。基于GBS(genotypingby-sequencing)技术获得的高密度多态性SNP(single nucleotide polymorphism)位点,构建了包含1262个Bin标记的高密度遗传图谱。采用完备区间作图法,对5个环境条件下的粒长、粒宽、百粒重、粒长/粒宽4个性状分别进行QTL(quantitative trait locus)定位,共检测到30个QTL。利用5个环境性状均值,共检测到11个QTL。其中粒长主效QTL qklen1、粒长/粒宽主效QTL qklw1在3个单环境条件下均被检测到,且定位在第1染色体相邻区域,物理位置分别为210~212 Mb、207~208 Mb,表型贡献率分别为22.60%和26.79%,被认为是控制玉米籽粒形状的主效位点。针对第1染色体207~212 Mb区间,采用成组法t检验,对黄早四(受体)和Mo17(供体)构建的BC3F1回交群体进行单标记分析。结果表明,在BC3F1群体中qklen1和qklw1同样具有显著的遗传效应。本研究结果不仅为分子标记辅助选择籽粒性状提供了实用标记,而且为主效基因的进一步精细定位和候选基因挖掘奠定了基础。     

利用种子性状QTL定位高油玉米淀粉含量QTL

以普通玉米自交系8984与高油玉米自交系GY220为亲本组配得到284个F2:3家系群体,利用185个SSR标记构建玉米遗传连锁图谱。通过包含母体效应的种子性状QTL作图方法对玉米籽粒淀粉含量进行QTL定位和效应分析,共检测到7个与淀粉含量相关的QTL,分别位于第5,8,10染色体上,除qSTA8-3的遗传作用方式表现为加性外,其余QTL作用方式为部分显性。单个QTL贡献率为5.87%～10.93%,累计贡献率为53.37%。所有QTL的增效基因均来自普通玉米亲本8984。淀粉含量QTL qSTA5-2贡献率较大,可以作为进一步精细定位的主要目标QTL。     

利用种子性状QTL定位高油玉米蛋白质含量QTL

利用普通玉米自交系8984与高油玉米自交系GY220为亲本构建了284个F2∶3家系群体及含有185个SSR标记的玉米遗传连锁图谱。通过包含母体效应的种子性状QTL作图方法对玉米子粒蛋白质含量进行定位和效应分析,共检测到4个QTL,位于第5和第8染色体上。除qPRO8-2遗传作用方式表现为加性外,其余QTL作用方式均为部分显性。单个QTL贡献率为3.86%~5.17%,累计贡献率为18.54%。所有QTL的增效基因均来自高油亲本GY220。     

种植密度对玉米籽粒灌浆及脱水特性的影响

为了研究种植密度对玉米籽粒灌浆、脱水特性及产量的影响,探寻玉米收获时籽粒含水量与籽粒灌浆速率和脱水速率的相关性,建立玉米高产、高品质及合理密植栽培模式。以‘绿单2号’、‘绥玉10号’、‘鑫鑫1号’、‘德美亚3号’、‘吉单27’、‘嫩单11’为试验材料,采取裂区设计,种植密度为主区（种植密度设6.0万株/hm²、7.5万株/hm²、9.0万株/hm²、10.5万株/hm² 4个水平）,玉米品种为副区,测定授粉后不同时期各玉米品种籽粒灌浆速率、脱水速率、籽粒含水量、产量及产量相关性状,研究种植密度对不同玉米品种籽粒灌浆及脱水特性的影响。结果表明,‘德美亚3号’10.5万株/hm²种植密度下,授粉后55天灌浆即停止,其他玉米品种授粉后56~60天、61~65天籽粒灌浆速率差异不明显,并趋于0;授粉后41~65天,‘绿单2号’7.5万株/hm²处理籽粒含水量低于其他密度处理(P＜0.05),65天籽粒含水量最低,为41.34%;‘德美亚3号’7.5万株/hm²种植密度籽粒脱水速率表现单峰曲线趋势,峰值出现在授粉后51~55天,为3.90%/d;6个玉米品种10.5万株/hm²处理产量均低于其各自玉米品种其他密度处理,说明三江平原地区10.5万株/hm²密度不适于该6个玉米品种。综合籽粒灌浆、脱水特性及产量性状,‘鑫鑫1号’、‘绥玉10号’最适密度为6.0万株/hm²,‘绿单2号’、‘德美亚3号’、‘吉单27’最适密度为7.5万株/hm²;‘嫩单11’对密度处理不敏感。     

玉米果穗乳熟期水分运动变化

旨在明确玉米果穗乳熟期穗轴、籽粒、苞叶、穗柄水分运动变化。本文利用生育期一致，乳熟期籽粒脱水速率差异的品种‘先玉696’、‘合玉29’为供试材料，采用烘干减重法（《ISTA水分测定手册》2007）测定乳熟期穗轴、苞叶和籽粒含水量与不同时期变化量与吸湿法测定穗柄中水分运动，结果显示不同脱水类型品种玉米穗轴、苞叶和籽粒展现出相同的趋势苞叶＞籽粒＞穗轴，先玉696快于合玉29。脱水快品种先玉696表现出随着生育期推移茎秆向果穗输水逐渐下降，苞叶含水量前期快速降低，籽粒含水量下降较快。脱水慢品种合玉29茎秆向果穗输水量高于先玉696并且输水量没有发生变化，苞叶水分降低缓慢，籽粒含水量下降缓慢。本研究也显示籽粒脱水与苞叶、穗轴的脱水速率密切相关。籽粒生理成熟后自然脱水过程中水分并没有由果穗向茎秆转移，茎秆对果穗脱水起负效应，但不同品种输水量和变化量不同（差异不显著）。     

不同熟期夏玉米品种籽粒灌浆脱水特性和激素含量变化

本文旨在研究不同熟期夏玉米品种籽粒灌浆与脱水特性和内源激素含量与平衡的变化,以期为黄淮海夏玉米机械化收获籽粒和高产高效品种筛选提供理论依据。以早熟玉米品种登海518(DH518)、衡早8号(HZ8)和晚熟玉米品种郑单958(ZD958)、登海605(DH605)为试验材料,研究玉米籽粒形成过程中干物质积累、水分含量及内源激素含量变化。结果表明,早熟品种较晚熟品种灌浆期短,籽粒开始脱水早,脱水速率高,生理成熟期粒重低,产量低,但早熟品种中DH518的产量显著高于HZ8。不同熟期玉米品种籽粒内源激素含量及其变化模式不同,但同一激素含量随籽粒发育的变化趋势一致。两早熟品种籽粒的ABA含量高于两晚熟品种,尤其表现在灌浆中后期。各品种籽粒灌浆、脱水速率均与内源激素含量有关,两早熟品种的籽粒脱水速率与玉米素核苷(ZR)含量呈显著正相关。     

不同产量潜力玉米籽粒胚乳细胞增殖与籽粒充实期的生理活性

不同产量潜力玉米间单籽粒的胚乳细胞数目差异显著,高产潜力玉米多于中产和低产潜力玉米,中产潜力玉米又多于低产潜力玉米。籽粒的生理状态影响着籽粒灌浆。籽粒灌浆速率、籽粒淀粉磷酸化酶活性及GA3含量的动态变化在时间进程上基本一致,籽粒淀粉磷酸化酶活性及GA3含量对籽粒物质充实有直接作用,其较高含量利于籽粒的干物     

黄土高原旱作玉米籽粒水分与机械粒收质量的关系

玉米机械粒收是全程机械化的关键, 但存在着籽粒破碎、果穗和落粒损失严重等备受关注的问题。开展机械粒收质量及其影响因素研究, 对推进旱作玉米机械粒收技术应用具有重要意义。本研究选择国内玉米主栽品种33个, 于2016-2017年在甘肃泾川同一地块上用福田雷沃谷神收割机械粒收, 分析籽粒水分与机械粒收质量指标的关系。结果表明, 基因型差异是造成玉米机械粒收质量不同的主要原因, 两年收获时平均籽粒水分26.05%, 破碎率7.47%, 产量损失率3.25%, 落穗损失率2.58%, 杂质率1.04%; 籽粒水分(X)与破碎率(Y₁)、产量损失率(Y₂)显著正相关, 并且存在Y₁ = 0.027X ²-0.987X+14.06 (R ² = 0.373 ^**, n = 51), Y₂ = 0.052X ²-2.223X+24.86 (R ² = 0.418 ^**, n = 51)的变化关系, 籽粒水分依次下降到18.3%、21.4%时, 对应的破碎率(5.1%)、产量损失率(1.1%)最低, 即在一定含水率范围内随着籽粒水分的增加破碎率、产量损失率升高, 机械粒收的籽粒适宜水分为18%~22%, 破碎率可控制在5.0%~5.5%的范围内; 籽粒水分对落穗损失的影响大于落粒损失, 随着籽粒水分增加落穗损失率增加的幅度明显高于落粒损失率的升高; 各因素对玉米机械粒收产量损失的影响为: 落穗损失率(0.924)>籽粒水分(0.048)>破碎率(0.043), 因而籽粒水分高和落穗损失量大是影响黄土高原旱作玉米机械粒收质量的主要因素。     

倒伏对玉米机械粒收田间损失和收获效率的影响

通过大田机械粒收过程田间植株倒伏、机收落穗、落粒损失的大样本数据分析以及人工模拟倒伏控制试验, 研究了倒伏率与机械粒收产量损失率及收获效率之间的定量化关系。结果表明, 黄淮海夏玉米区田间倒伏率、机械粒收落穗率、落粒率均高于北方和西北春玉米区。大田自然条件下, 倒伏对产量损失的影响主要表现为落穗损失, 倒伏率每增加1%, 落穗率增加0.15%; 分区分析表明, 倒伏每增加1%, 春玉米区落穗率增加0.12%, 夏玉米区落穗率增加0.15%; 不同类型收获机械的测试结果表明, 采用全喂入式机械时落穗率随倒伏率增加呈指数递增趋势, 采用半喂入式机械时落穗率和倒伏率呈线性增加趋势, 即倒伏在黄淮海夏玉米区对机械粒收落穗损失的影响更大。在倒伏控制试验条件下, 倒伏每增加1%, 落穗率增加0.59%; 落粒与倒伏则呈显著负相关, 可能与倒伏增加使进入机械的果穗减少从而降低了机械落粒有关; 收获速度随倒伏率增加呈指数递减趋势, 降低收获机割台可以减少落穗损失, 但是降低了收获速度。通过选用抗倒伏品种、构建高质量群体、适时收获等防止倒伏措施, 能够有效降低玉米机械粒收的田间损失。     

甘肃省近年来玉米品种主要性状的演化及育种方向分析

2000-2018年共搜集整理了309份甘肃省审定玉米品种信息,并选取其中245份普通玉米品种综合分析了其19个相关性状的变化情况及彼此间的关联性,以期为进一步了解品种更替对玉米品种相应性状的影响及为未来玉米育种方向提供参考。结果表明:(1)随年份更替,审定品种的株高、种植密度、千粒重、产量、粗淀粉积累量呈显著升高,其年均分别升高1.7 cm、772.5株/hm^2、1.92 g、232.2 kg/hm^2、1.35 g;穗位高、粗淀粉含量、粗脂肪积累量呈缓慢升高趋势;穗行数和行粒数基本维持不变,其年均分别为16.6行和39.78粒;穗长、穗粗、出籽率、粗蛋白含量呈显著降低,其年均分别降低0.21 cm、0.02 cm、0.13%、0.11%;生育期、粗脂肪、赖氨酸含量、粗蛋白及赖氨酸积累量呈缓慢降低趋势。(2)相关及热图聚类分析表明,玉米品种的这19个相关性状间彼此紧密关联,彼此间协同或抑制作用共同形成了品种的DUS特性。(3) PCA分析筛选出了对总体方差累计贡献率达72.565%的6个主成分,其中株高、穗长、穗粗、穗行数、行粒数、千粒重、赖氨酸含量及粗蛋白、粗脂肪、粗淀粉和赖氨酸积累量等是造成这些品种间差异的主要因素。(4)从审定品种的亲本间筛选出了20份适用于今后进行遗传改良的优良自交系。(5)今后在玉米理想株型育种方面,应适当降低其株高、以便进一步增加其种植密度、抗倒伏性及耐旱性;穗行数和千粒重是影响玉米高产最为重要的因素,在高产育种上应进一步改良增加其穗行数和千粒重;籽粒中粗淀粉含量和积累量较为快速的提高可能对其粗蛋白、粗脂肪及赖氨酸等品质性状的含量和积累量造成"碳稀释效应",更好地协调玉米籽粒中各品质组分间关系是培育优质粮饲兼用或青贮玉米新品种的重要策略。     

不同熟期玉米不同粒位籽粒灌浆和脱水特性对密度的响应

研究密度对不同熟期玉米品种不同粒位的籽粒灌浆和脱水特性的调控效应,为陕北灌区春玉米密植高产机械粒收技术提供依据。于2018—2019年以中熟品种先玉335(Xianyu 335)和晚熟品种东单60(Dongdan 60)为材料,设置45,000(D1)、60,000(D2)、75,000(D3)、90,000(D4)株hm^–2四个种植密度,分析其不同粒位籽粒灌浆、脱水特性及其与气候因子的相关性。结果表明,密度的增加能显著提高不同熟期品种玉米籽粒产量,其中2018年2个品种均在D4处理下达到最高产量;2019年先玉335和东单60分别在D4和D3处理下达到最高产量,2年平均最高产量分别为18,739 kg hm^–2和17,111 kg hm^–2,较D1处理产量分别提高了32.2%和27.7%。随着种植密度的增加,不同粒位的籽粒灌浆速率降低,粒重减小,脱水速率加快。在D4种植密度下,先玉335下部和上部籽粒平均灌浆速率较东单60分别高0.08 g d^–1和0.04 g d^–1,粒重较东单60分别高3.6 g和1.6 g。生理成熟时不同粒位的籽粒含水率与吐丝到生理成熟间有效积温呈显著正相关,总脱水速率与灌浆速率相关性不显著。先玉335不同粒位的籽粒脱水速率快,且下部和上部籽粒平均脱水速率较东单60高0.006和0.005%℃d^–1。与下部籽粒比,上部籽粒灌浆速率低、灌浆期长、粒重小、后期脱水快、含水率达到28%和25%所需积温少。可见,2个品种籽粒灌浆和脱水特性对增密的响应其上部籽粒更敏感;与东单60相比,先玉335密植下籽粒灌浆速率高,粒重大,且后期脱水速率快。因此,选择中熟品种结合适宜增密能够实现陕北灌区玉米密植高产机械粒收生产。     

北疆玉米密植高产宜粒收品种筛选

筛选耐密植、产量潜力大、脱水快、适宜机械粒收的品种是玉米密植高产全程机械化绿色生产的关键。在密植栽培条件下,2012-2017年在北疆昌吉奇台总场、伊犁新源71团和伊宁县3地开展了15个点次、133个品种/组合267个品次的品种/组合筛选试验,收获时采取机械粒收测产方式,测试收获质量、子粒含水率和单产,并按子粒含水率和产量水平2个指标采用双向平均法作图进行品种分类。试验结果表明：（1）267个样本收获时子粒破碎率均值为5.20%,略高于国家标准（GB/T 21961—2008）规定的5%水平;杂质率和产量损失率均值分别为0.67%和0.92%,低于国家标准3%和5%的要求;（2）子粒含水率均值为24.65%,子粒含水率与破碎率呈极显著正相关（r=0.461）,子粒含水率高是造成破碎率高的主要原因,两者关系可以用二次函数y=0.0346x ²-1.443x+18.998（R ²=0.3799,n=267）拟合,当子粒含水率为20.9%时,破碎率最低;（3）筛选出子粒含水率低、单产水平高的品种华美1号、晋单73、金9913、MC670、增玉1317和豫单9953,推荐为玉米密植高产全程机械化绿色生产技术适宜品种;早熟、脱水快、但产量水平低于平均值的品种有KX9384、KWS5383、登海1786、泽玉501和郑单528,推荐在热量资源偏少的地区种植,或作为热量资源适合地区的搭配品种。     

基于全基因组关联分析解析玉米籽粒大小的遗传结构

玉米籽粒大小是产量重要构成因子之一,也是受多基因调控的复杂数量性状,挖掘玉米籽粒大小相关性状的关键调控基因,将有助于提高玉米的产量。本研究以212份优良玉米自交系为材料,于2018年和2019年分别对粒长、粒宽和粒厚进行测定,并结合均匀分布于玉米基因组的73,006个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)标记进行全基因组关联分析。基于FarmCPU算法,在玉米的10条染色体上检测到47个与籽粒大小相关性状关联的SNP。结合B73玉米自交系籽粒发育的动态时空转录数据,在显著SNP标记的连锁不平衡区域内,共检测到58个与籽粒大小相关的候选基因,其编码的蛋白与多种蛋白存在互作关系,参与并调控多个与籽粒发育密切相关的生物学过程。本研究为解析玉米籽粒发育的分子调控机制,改良籽粒大小和提高作物产量提供了新的参考。