中国玉米杂交优势群主要种质抗玉米粗缩病性鉴定

为明确中国玉米杂交优势群的抗玉米粗缩病性,加快玉米抗粗缩病育种进程,对中国玉米种质改良Reid、Lancaster、四平头、旅大红骨四大杂交优势群及其他杂优群的代表性骨干自交系抗粗缩病性进行了研究。结果表明:改良Reid群的抗性表现接近高感,平均病指为39.77;旅大红骨杂优群抗性表现感病,平均病指为29.82;Lancaster、四平头杂优群的抗粗缩病性较差,平均病指分别为22.62、23.11。其他杂优群中美P群选系抗性表现突出,六个参加鉴定系平均病指为6.89。今后玉米抗粗缩病育种应重视美P群材料的利用,利用模式应为四平头杂优群×美P群材料选系和Lancaster杂优群×美P群材料选系。     

不同杂种优势群玉米籽粒灌浆速率分析

【目的】研究不同杂种优势群玉米自交系籽粒灌浆速率的特性,筛选灌浆速率快的自交系,为高产玉米杂交种的选育提供借鉴。【方法】采用烘干法测定173份玉米自交系在授粉后10、20、30和40 d籽粒灌浆速率以及6个相关性状。应用SAS软件对灌浆速率在年际、自交系、取样时间、重复、年际×自交系、自交系×取样时间、年际×自交系×取样时间进行联合方差分析。应用SPSS软件对灌浆速率及其相关性状如10、20、30和40 d苞叶的含水率、苞叶数、40 d穗轴含水率、穗轴长、穗轴粗及40 d籽粒含水率进行相关分析。利用均匀覆盖玉米全基因组的210对SSR标记对试验材料进行全基因组扫描,通过Structure V2.3.4软件分析其群体结构。对不同杂种优势群平均籽粒灌浆速率进行方差分析,并筛选出各个群中籽粒灌浆速率快的自交系。【结果】表型分析结果表明,在P=0.01水平上,籽粒灌浆速率在不同年际、自交系、取样时间、自交系×取样时间、年际×自交系×取样时间上存在极显著差异,而重复、年际×自交系间差异不显著。通过对不同自交系籽粒灌浆速率与其相关性状间相关分析,发现10 d籽粒的灌浆速率与20 d的灌浆速率在0.01水平上达到了极显著的正相关（0.515）,与40 d的灌浆速率和籽粒的含水率在0.01水平上达到了极显著的负相关（-0.198,-0.228）;20 d的籽粒灌浆速率只与40 d籽粒含水率在0.05水平上达到了显著的负相关;在授粉后30和40 d,籽粒的灌浆速率与40 d穗轴的含水率、穗轴粗以及40 d籽粒的含水率、30和40 d苞叶含水率在0.01水平上达到了极显著正相关,30 d籽粒的灌浆速率与10 d苞叶含水率达到了显著正相关;40 d籽粒的灌浆速率与20 d苞叶的含水率达到了显著地正相关。群体结构分析表明,参试自交系分成P、旅大红骨、瑞德、兰卡斯特和塘四平头5个杂种优势群。兰卡斯特和塘四平头群在0.05水平上没有显著差异;瑞德、P群和旅大红骨群间同样不存在显著差异（P=0.05）;而兰卡斯特、塘四平头群与瑞德、P群、旅大红骨群间则存在显著差异。对各群内自交系间进行多重比较,各群内自交系间灌浆速率在0.05水平上差异均不显著。试验共筛选到33个灌浆速率高于0.8 g•100 grain-1•d-1的自交系,其中瑞德群有13个,P群、旅大红骨、兰卡斯特、塘四平头群分别有9、6、3、2个自交系。【结论】不同玉米自交系籽粒灌浆速率存在较大差异,杂种优势群间的灌浆速率变化节奏不同,P群、旅大红骨、瑞德的表现快-快-慢的节奏,兰卡斯特、塘四平头的表现快-慢-慢的节奏。     

不同优势群玉米自交系的组配模式

以分属四大杂种优势群的8个典型玉米自交系及其组配的28个双列杂交组合(不含反交)为试材,对不同优势群玉米自交系组配模式进行了研究,结果表明:不同类群间自交系所形成的杂优模式中各性状超中优势差异很大。对单株产量、穗长、穗粗、行粒数几个性状而言,唐四平头×旅大红骨是最有利模式;对于穗粒数的增加上,兰卡斯特×旅大红骨表现最优;在百粒重上,兰卡斯特×唐四平头模式最佳。     

不同杂优群玉米亲本及其杂交种抗旱生理性状比较研究

[目的]对不同杂优群玉米(Zea mays L.)亲本及其杂交种的抗旱性生理性状进行比较,为提高不同杂优模式和优良杂交种的利用率,提高玉米抗旱性育种的预见性提供参考。[方法]以来源于不同杂优群的10个自交系及其组配的7个杂交种为试材,对各杂优群亲本及其杂交种抗旱性生理性状进行比较研究。[结果]黄C的丙二醛(MDA)含量最高,抗旱性最差,而四平头群的K12表现最好。沈单16(四平头群×PB群)的MDA含量最低,抵抗干旱的能力强于其他品种。旅群或PB群杂交组配的方式不同,后代在同等干旱条件下,游离脯氨酸(Pro)含量差异显著;对过氧化物酶(POD)活性进行测定和比较,并非所有的杂交种POD活性都表现出杂种优势。[结论]基础种质有存在的必要性,利用新种质改良时应注意组配方式的选择。低Pro和MDA含量的Reid群与POD活性强的旅群自交系组合,强POD活性、低MDA含量的PB群宜作父本,而Pro含量低的PB群宜作母本分别与四平头群和Reid群组配,是F1代抗旱性改良较好的杂优模式。     

不同类群玉米自交系苞叶性状的差异分析

为改良苞叶性状、选育适合机械收获籽粒的玉米品种,测定了我国五大类群玉米在2种不同环境下的苞叶性状,分析各性状的遗传特性和各个类群之间苞叶性状的差异及环境对各个类群不同苞叶性状的影响。结果表明:苞叶性状主要受遗传因素控制且变异广泛,其中苞叶长度具有高遗传力,苞叶数量、苞叶总厚度和苞叶宽度具有中等遗传力;苞叶长度与苞叶宽度达极显著正相关;不同类群间玉米苞叶性状存在显著差异,其中苞叶长度差异最显著,苞叶宽度和苞叶数量次之,苞叶总厚度无显著差异;除兰卡斯特苞叶总厚度外,各个类群的苞叶性状受环境的影响较小。因此,在育种中多数苞叶性状可直接进行遗传改良,并且以一个性状为主目标的改良可达到与之相关的其他苞叶性状改良的效果;兰卡斯特和唐四平头的苞叶数量不多且长度适中,可作为苞叶性状改良的重要种质来源。     

河南省玉米种质基础、杂优群划分和杂交优势利用模式研究

对 1 994～ 2 0 0 0年生产上主要种植的玉米杂交种的统计分析表明 ,河南省种植的玉米杂交种种质基础是以改良Reid群、Lancaster群、四平头群和旅大红骨群四大系统为主。其中改良Reid群利用水平逐年上升 ,Lancaster群明显下降。将河南省的玉米种质划分为五大杂优群8个亚群 :即改良Reid群、Lancaster群 (Mo1 7亚群 )、四平头群、旅大红骨群和其它群 (外杂选亚群、综合种选亚群、Suwan亚群和其它低纬度种质亚群 )。总结出 7种主体杂优利用模式 ,1 3种子模式。     

Lancaster群自交系杂种优势研究

以１２个来源不同的玉米自交系组成的杂交组合为材料,对Ｌａｎｃａｓｔｅｒ种自交系的杂种优势进行初步研究,结果表明,Ｌａｎｃａｓｔｅｒ群与房四平头,Ｒｅｉｄ、旅大红骨群之间的杂种优势均随性状不同而有所差异。夏播条件下,Ｌａｎｃａｓｔｅｒ群与唐四平头群和Ｒｅｉｄ群杂交的产量优势明显大于Ｌａｎｃａｓｔｅｒ群与旅大红骨群的杂种优势。     

玉米新品种郑单23号选育研究及栽培技术

郑单23是河南省农科院粮作所于2001年春以"改良Reid群"自选系郑38为母本,以"旅大红骨杂优群"自选系郑37为父本杂交选育而成的玉米单交种。该品种表现为高产、稳产、综合性状优,适合河南省夏播种植。于2006年通过河南省农作物品种审定委员会审定。     

玉米瑞德种质铁7922衍生系的配合力及杂种优势评价

试验利用同一杂优群内的低穗位优良自交系掖478、掖107和8902,采用单交、双交等2种二环系培育策略,选育出铁7922遗传背景为基础的35个综合性状优良的衍生系,并以其他3个杂优群(四平头群、旅大红骨群和瑞德群)的骨干系作为测验种,进行了配合力、杂种优势的分析。结果表明:单交和双交方式培育的二环系的配合力及杂种优势差异较大;相对来讲,利用掖107与铁7922组配单交组合,再从中分离优良自交系的效果略好于掖478与铁9722间的单交组合,效果最差的是组配双交组合[(铁7922×掖107)×(8902×掖478)]的方式。在35个改良系中,高配合力的自交系有9个,与测验种所组配的杂交种杂种优势较强;其中,选自单交组合"铁7922×掖478"优良自交系1个(通465),其余优良自交系(通852、通1009、通1032、通1037、通1172、通1237、通1619和通1623)均选自单交组合(铁7922×掖107)。总体上,这些新选育的铁7922的衍生系与四平头群和旅大红骨群的自交系间显示出较强的杂种优势。     

5个玉米人工合成群体选系的杂优类群分析

以5个玉米人工合成群体的15个新选自交系和西南地区常用的8个骨干玉米自交系以及代表我国玉米核心种质的Mol7、黄早四、丹340、478等4个标准测验种为材料,利用SSR标记,进行了杂优类群划分,以15个新选系和8个常用骨干系按不完全双列杂交组配的120个杂交组合为材料,通过单株产量测定、杂种优势估算,分析了杂优模式.结果表明:27个自交系间遗传差异较大,可分为5个杂种优势群,其中第Ⅱ类又可分为4个亚类;5个玉米人工合成群体的15个新选系有12个划入旅大红骨群,1个划入瑞德群,2个划入其它类群;在各类群组配中,Lancaster群与旅大红骨群组配可产生较强的杂种优势,特别是Lancaster群与旅大红骨工亚群和旅大红骨Ⅳ亚群组配获得强优势组合可能性更高.     

玉米花期根系结构的表型变异与全基因组关联分析

【目的】根系作为植株吸收水分和养分的重要器官,对玉米生长及产量的形成至关重要。研究玉米根系结构的遗传机制指导玉米高产育种实践。【方法】以111份玉米优异自交系为材料,于2017年在北京、陕西永寿、山西定襄和河南原阳4个环境下对玉米地下节根层数（RLN）、地下节根总条数（TRN）、地下节根角度（RA）、地下节根面积（RS）、地下节根体积（RV）和地下节根干重（RDW）等6个玉米根系相关性状进行调查。取4个环境的平均值作为6个根系相关性状的表型数据,对6个相关性状进行统计分析和相关性分析,对不同年代、不同类群自交系的地下节根相关性状进行差异分析。基于该群体全基因组152 352个高质量SNP标记,利用FarmCPU模型进行全基因组关联分析获得显著关联SNP位点,并在LD衰减距离范围内查找候选基因,对候选基因的功能进行富集分析。【结果】表型分析表明,6个地下节根性状均呈现正态分布,且均显示出较高的遗传力;相关性分析结果表明,地下节根层数和总条数均与地下节根角度和面积呈负相关,地下节根的角度、面积、体积和干重等4个性状之间相互呈现显著正相关关系;不同年代的玉米地下根系结构存在差异,地下节根层数和总条数在年代的更替间表现出下降的趋势,地下节根角度和面积在年代更替间表现出上升的趋势,根干重和根体积在各年代间无显著差异;玉米地下根系结构在类群间也存在差异,旅大红骨类群的6个地下节根性状值均高于其余类群。全基因组关联分析共检测到26个SNP位点与地下节根层数、总条数、体积和干重性状显著关联（P<0.00001）,其中11个显著关联位点定位于前人报道的根系QTL区间内,2个显著关联SNP在地下节根层数和总条数中均被检测到。基于显著关联SNP位点共挖掘到177个候选基因,其中135个具有功能注释,Zm00001d037368可能为控制地下节根层数和总条数的一因多效候选基因。候选基因功能的富集分析结果显示,候选基因的功能主要涉及植物体内的代谢调节、应激反应、运输活性、催化活性、结合蛋白及细胞成分等。【结论】玉米自交系的根系结构在不同年代间和不同类群间存在不同程度的差异,采用全基因组关联分析策略挖掘控制玉米根系结构的相关遗传位点及候选基因,共检测到26个显著关联的SNP位点。     

抗丝黑穗病玉米种质资源的SSR标记遗传多样性分析

采用SSR标记方法研究了40份对丝黑穗病有不同抗性玉米自交系的遗传多样性。选用57对SSR扩增稳定的引物,将自交系划分为唐四平头,旅大红骨,Lancaster,Reid,PA,PB这6个类群,结果与系谱来源一致性很高。其中,33个抗病或中抗材料分布于6个类群中,根据杂种优势利用原理,均可用于改良类群内的感病自交系和选育抗病自交系。尤其是旅大红骨群、Lancaster群和PB群中抗病自交系较多,可以构建抗病种质群体。     

利用荧光SSR标记划分玉米杂种优势群研究

采用荧光SSR标记技术,对我国玉米育种中重要的32个代表性自交系进行遗传关系分析和杂种优势群划分．结果表明,兰卡斯特种质的自交系和唐四平头种质的自交系及这两种种质的自交系与其它种质的自交系遗传距离较大;而瑞德种质的自交系和旅大红骨种质的自交系遗传距离最近．所研究自交系划分为3大类群（Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ）,其中2个类群分别为兰卡斯特群（类群Ⅰ）和唐四平头群（类群Ⅲ）;而瑞德种质和旅大红骨种质的自交系及选自美国杂交种的自交系均划归同一个群（类群Ⅱ）中．     

Heterosis and heterotic patterns of maize germplasm revealed by a multiple-hybrid population under well-watered and drought-stressed conditions

Understanding the heterosis in multiple environments between different heterotic groups is of fundamental importance in successful maize breeding. A total of 737 hybrids derived from 41 maize inbreds were evaluated over two years, with the aim of assessing the genetic diversity and their performance between heterotic groups under drought-stressed (DS) and well-watered (WW) treatments. A total of 38 737 SNPs were employed to assess the genetic diversity. The genetic distance (GD) between the parents ranged from 0.05 to 0.74, and the 41 inbreds were classified into five heterotic groups. According to the hybrid performance (high yield and early maturity between heterotic groups), the heterosis and heterotic patterns of Iowa Stiff Stalk Synthetic (BSSS)×Non-Stiff Stalk (NSS), NSS×Sipingtou (SPT) and BSSS×SPT were identified to be useful options in China's maize breeding. The relative importance of general and specific combining abilities (GCA and SCA) suggests the importance of the additive genetic effects for grain yield traits under the WW treatment, but the non-additive effects under the DS treatment. At least one of the parental lines with drought tolerance and a high GCA effect would be required to achieve the ideal hybrid performance under drought conditions. GD showed a positive correlation with yield and yield heterosis in within-group hybrids over a certain range of GD. The present investigation suggests that the heterosis is due to the combined accumulation of superior genes/alleles in parents and the optimal genetic distance between parents, and that yield heterosis under DS treatment was mainly determined by the non-additive effects.     

A Classification of 45 Maize Inbred Lines Used in China with RFLP Markers

The classification of heterotic groups is essential to maize breeding because knowledge of heterotic groups could be interest to both the combination of outstanding hybrids and the improvement of elite inbred lines. RFLP has provided a powerful tool to assign maize inbred lines into heterotic groups. In this investigation, 45 inbred lines, used widely in south and southwest China, were chosen for RFLP analysis,among which 4 lines came from American, representing different heterotic groups in U.S. corn belt. 54 RFLP core markers covering 10 chromosomes of maize were used. A total DNA of each sample was digested with EcoR I, BamH Ⅰ and Hind Ⅲ . The procedure of RFLP was employed as described by a manual from maize RFLP lab at University of Missouri, Columbia. A total of 860 bands were detected among 45 inbred lines based on RFLP analysis, which were involved in 212 loci. Alleles at each locus ranged from 2 to 9 with an average of 4.06. In total, The 45 inbred lines were classified into 6 heterotic groups according to RFLP data with Ward‘s method. 3 heterotic groups, including Mo17, B73 and Oh43 respectively, seemed to be the same to U. S. heterotic groups. 21 inbred lines, most of which derived from Chinese local germplasm, were classified together into two heterotic groups, indicating domistic germplasm was different from U. S.germplasm at the molecular level and played an important role in maize hybrid production in China. Two inbred lines from tropic germplasm were assigned in the same group. These results provided useful information for our understanding maize heterotic groups and heterotic patterns in China.     

Genetic dissection of ear-related traits using immortalized F2 population in maize

Ear-related traits are often selection targets for maize improvement. This study used an immortalized F₂ (IF₂) population to elucidate the genetic basis of ear-related traits. Twelve ear-related traits (namely, row number (RN), kernel number per row (KNPR), ear length (EL), ear diameter (ED), ten-kernel thickness (TKT), ear weight (EW), cob diameter (CD), kernel length (KL), kernel width (KW), grain weight per ear (GW), 100-kernel weight (HKW), and grain yield per plot (GY)), were collected from the IF₂ population. The ear-related traits were comprised of 265 crosses derived from 516 individuals of the recombinant inbred lines (RILs) under two separated environments in 2017 and 2018, respectively. Quantitative trait loci (QTLs) analyses identified 165 ear traits related QTLs, which explained phenotypic variation ranging from 0.1 to 12.66%. Among the 165 QTLs, 19 underlying nine ear-related traits (CD, ED, GY, RN, TKT, HKW, KL, GW, and KNPR) were identified across multiple environments and recognized as reliable QTLs. Furthermore, 44.85% of the total QTLs showed an overdominance effect, and 12.72% showed a dominance effect. Additionally, we found 35 genomic regions exhibiting pleiotropic effects across the whole maize genome, and 17 heterotic loci (HLs) for RN, EL, ED and EW were identified. The results provide insights into genetic components of ear-related traits and enhance the understanding of the genetic basis of heterosis in maize.     

三峡库区玉米地方品种特异性状的筛选及其遗传研究

在三峡库区选取10个有代表性的玉米地方品种与10个骨干玉米自交系,进行主要性状的差异比较,并选择出群间差异显著的特异性状,采用不完全双列杂交设计,将地方品种与10个骨干玉米自交系进行测交。结果表明,地方品种较骨干自交系具有明显的丰产、抗倒、抗病特性;地方品种特异性状的遗传变异中,一般配合力比特殊配合力重要;丰产性与抗病性的遗传相关显著;采取利用加性效应为主的育种方案改良地方品种群体和构建杂种优势群,是开发利用地方品种的有效途径。     

玉米主要植株性状的杂种优势位点分析

【目的】鉴定玉米株高等植株性状的杂种优势位点为优良玉米新品种选育提供重要的理论依据。【方法】利用一套以综3为供体,许178为受体的单片段代换系群体及其与轮回亲本许178的测交群体,于2014年在河南浚县、新乡、长葛3个试点进行田间鉴定,完全随机区组设计,3次重复,散粉后对株高、穗位高、叶片数进行测定。利用Duncan’s多重比较和t测验分别对玉米株高、穗位高和叶片数进行QTL分析和杂种优势位点分析。【结果】单片段代换系的测交群体在主要植株性状上均表现出一定的杂种优势,其中,株高在浚县、新乡和许昌点的中亲优势值分别为4.74%、3.61%和1.09%,穗位高的中亲优势值分别为6.06%、7.77%和7.51%,叶片数的中亲优势相对较小。利用SSSL群体在3个环境中定位了9个株高的QTL、10个穗位高的QTL、5个叶片数的QTL。利用测交群体定位了6个株高的杂种优势位点,其中3个HL同时被检测到;穗位高检测到8个杂种优势位点,有1个HL被同时检测到;叶片数定位了5个杂种优势位点,有1个HL被同时检测到。利用SSSL及其测交群体分别检测到3个植株性状的24个QTL和19个HL,在5个单片段代换系同时检测到同一性状的QTL和HL。【结论】株高、穗位高和叶片数的杂种优势在单片段代换系测交群体中呈:株高穗位高叶片数。定位到的QTL和HL中的一些在不同环境间存在保守性,且具有较大贡献率,这些主效QTL/HL所在的染色体区域可能存在调控所对应性状的主要基因,可作为进一步研究的依据。而且,少数染色体片段同时调控多个性状的杂种优势,表明所测性状间存在相关性。此外,定位到的株高、穗位高多数HL表现出超显性效应,而多数总叶片数相关的HL显示出显性效应,表明所测性状杂种优势主要来源于位点间的超显性效应。所测的3个性状间存在相关性,3个性状间平衡是遗传改良的重要目标。在育种实践中,上述主效QTL和HL可通过分子标记辅助选择,应用于理想株型育种,加快3个性状间协同改良进程。     

利用单片段代换系的测交群体定位玉米籽粒性状杂种优势位点

【目的】粒型性状是玉米百粒重的重要组成部分,并具有较强的杂种优势,鉴定玉米粒型性状的杂种优势位点,可以为粒型性状关键杂种优势位点的克隆与分子标记辅助育种提供理论依据。【方法】利用一套中国优良自交系lx9801背景的昌7-2单片段代换系为基础材料,与自交系T7296测交构建包含184个测交种的群体。2013年,在河南浚县和长葛两点对测交群体、单片段代换系群体等材料进行了田间鉴定,完全随机区组设计,3个重复,成熟后连续收获10株对粒长、粒宽、粒厚和百粒重进行考种。利用方差分析和t测验比较每个SSSL×T7296测验种单个性状与对照种T7296×lx9801的显著性差异,对玉米粒型性状的杂种优势位点进行定位。【结果】单片段代换系的两个亲本在粒型性状上表现出明显的差异,昌7-2的粒长和百粒重高于lx9801,而粒厚低于lx9801。测交群体4个籽粒性状均表现出一定的杂种优势,粒长的平均中亲优势在长葛和浚县点分别为19.32%和15.30%,粒宽的中亲优势分别为10.86%和10.07%,粒厚的中亲优势分别为6.23%和4.78%,百粒重的中亲优势分别为20.97%和25.09%。相关分析结果表明,粒长与粒宽、百粒重呈显著正相关,粒宽和粒厚与百粒重也呈显著的正相关,粒宽与粒厚呈负相关关系。在2个环境中定位了13个粒长的杂种优势位点,其中1杂种优势位点同时被检测到。粒宽定位到14个杂种优势位点,在长葛点和浚县点分别检测到1个主效的杂种优势位点。粒厚检测到25个杂种优势位点,在第2、3、7和9染色体上分别定位到1个共同的杂种优势位点。百粒重在2种环境中共检测到24个杂种优势位点,有6个杂种优势位点同时被检测到,其中在第1染色体上检测到2个共同的杂种优势位点hKW1a和 hKW1b;在第7染色体上检测一个主效的杂种优势位点hKW7a,在长葛点和浚县的贡献分别为20.12%和11.03%;位于第8染色体的杂种优势位点hKW8b在2种环境中的贡献率分别为18.64%和8.76%。【结论】玉米粒型性状的杂种优势表现依次为粒长＞粒宽＞粒厚,在2种环境中共检测到75个杂种优势位点,其中11个杂种优势位点被同时检测到。由于粒长与脱籽率显著相关,而且在育种过程中难以对籽粒性状的杂种优势进行预测,因此在育种过程中可以通过分子标记对粒长的杂种优势进行选择,从而选育出脱籽率高的优良玉米杂交种。