基于高密度遗传图谱的玉米籽粒灌浆特性遗传解析

【目的】灌浆是玉米籽粒形成的重要生理过程,直接决定了籽粒的最终产量。了解玉米籽粒灌浆特性相关性状对粒重形成的作用,解析灌浆特性的遗传基础,为玉米高产育种实践提供指导。【方法】以中国玉米骨干自交系黄早四(HZS)、旅28(Lv28)为亲本构建的包含172个家系的重组自交系(recombination inbred line,RIL)群体为试验材料。首先,利用Logistic模型与Richards模型,进行玉米籽粒灌浆过程拟合度的比较分析。其次,利用方差分析、相关性分析及回归分析分别比较亲本籽粒灌浆特性的差异,研究群体中不同灌浆特性相关性状的关系及其对百粒重的贡献。然后,利用GBS方法,对群体进行基因型分型,选择亲本间多态性标记,构建遗传图谱。最后,利用完备区间作图法(inclusive composite interval mapping,ICIM)进行灌浆特性与生育期相关性状的QTL分析。【结果】籽粒灌浆一般呈现慢-快-慢的变化趋势,可分为缓增期、快增期以及减缓期3个阶段。通过比较不同灌浆模型的拟合度发现,基于Richards模型的预测值与表型值间的决定系数显著高于Logistic模型。比较亲本间灌浆特性的差异发现,黄早四的平均灌浆速率为旅28的1.28倍,但旅28的灌浆持续时间为黄早四的1.07倍,亲本之间在灌浆特性方面差异明显。群体表型相关性分析发现,除缓增期灌浆持续时间(T1)外,其他灌浆特性相关性状均与百粒重(HKW)存在显著的正相关关系。回归分析发现,快增期灌浆持续时间(T2)与灌浆速率(G2)可分别解释百粒重表型变异的57.50%和30.00%。利用多态性SNP标记构建了全长为1 471 c M,标记间平均遗传图距为1 c M的遗传图谱。多个环境下共检测到26个灌浆特性相关QTL、3个百粒重相关QTL及14个生育期相关的QTL,分布在玉米除第7染色体外的其他染色体上,LOD值介于3.27—9.05,单个QTL贡献率为5.97%—21.16%。同时,利用联合环境分析发现,控制不同性状的QTL定位在染色体相同或相近的位置,形成了多个分布于玉米基因组bin 1.05、bin 2.03、bin 4.05、bin 4.06、bin 7.04、bin 9.04的QTL富集区域。其中,在位于bin 4.05(48.24 Mb—135.73 Mb)和bin 9.04(110.40 Mb—114.73 Mb)的区间之内,共定位到多个仅与灌浆速率相关的主效QTL。【结论】Richards模型能够更好地模拟玉米籽粒的灌浆过程。在灌浆特性相关性状中,快增期灌浆速率与灌浆持续时间对于玉米粒重的增加具有重要作用。单环境检测发现,灌浆持续时间相关位点仅能在单环境中得以检测,表现为环境敏感类型。联合环境分析发现,在bin 4.05和bin 9.04区间内分别检测到仅与灌浆速率相关的主效QTL,可作为玉米籽粒灌浆研究的重点区域。     

分子标记辅助选择玉米杂种后代创新种质方法研究

【目的】目前,玉米生产上利用的杂交种95%以上是单交种。利用分子标记辅助选择手段探索从杂交种后代中高效发掘分别适合作父本和母本材料的方法,对于提高杂交种类资源的利用效率,推动玉米育种发展进程具有重要意义。【方法】以爆裂玉米杂交种JB1的F_1代种子作为试验材料,首先利用玉米全基因组范围内SSR分子标记,经聚合酶链式反应(PCR)扩增,非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)对杂交种种皮和胚进行基因型检测,筛选多态性SSR分子标记,明确相应父、母本的基因型。在此基础上,选取10条染色体上均匀分布的多态性SSR分子标记对F_2及后续2个世代的分离群体进行逐代分子标记辅助选择,获得的后代材料可分为3组,即类父本材料、类母本材料和中间型材料。为了进一步评估所选材料的杂种优势恢复程度及在育种工作中的实际应用价值,在F_4代对类父本和类母本两组材料配制了组内、组间杂交组合;同时,利用3个测验种与基于分子标记选择获得的类父本材料、类母本材料以及在早代通过育种经验选取的优异材料进行测交试验,对最终获得的2 780个各种类型组合在北京顺义和河北蔚县2个不同环境下进行产量鉴定及综合评价。【结果】分子标记辅助选择显著提高了分离后代中材料的选择效率,F_4代辅助选择材料中,类父本材料与父本的相似度最高可达79.5%,类母本材料与母本的相似度最高可达73.7%,显著高于随机选择条件下的亲本相似度均值。不同类型辅助选择材料间保持了较大的遗传距离,最大可达86%。F_4代材料相互组配,不同亲本类型辅助选择材料组配的杂交种小区产量显著高于同类型辅助选择材料组配的杂交种。测验种组配的测交组合鉴定结果显示,本研究中与类父本材料组配的杂交种表现出较强的杂种优势,产量显著高于与类母本材料及早代通过育种经验选取的优异材料组配的测交组合,且存在产量超过原杂交种最大值的组合。【结论】利用分子标记技术作为辅助选择手段,从杂交种资源中发掘优异育种材料、开展种质创新的方法,可有效提高杂交种资源的利用效率。     

玉米抗南方型锈病基因共分离分子标记的研究

本文以玉米(Zea mays L.)抗南方型锈病自交系P₂₅和感病自交系F₃₄₉的F₁与F₃₄₉回交，并连续回交所得BC₅代的F₃₄₉抗病近等基因系（nearly isogenic lines，NILs）为材料，以RGA（resistance gene analogs）的方法，在抗病自交系中克隆出一条321 bp的特异性DNA条带。根据序列比对的结果，设计出新的引物作为分子标记，在96株BC₇、BC₄F₅NILs及其亲本和杂种F₁群体上进行鉴定，其中94株的田间抗感结果与分子检测结果一致，选择的有效率达97.9%。此标记扩增效果清晰，可重复性强，在抗玉米南方型锈病的分子标记辅助育种研究中有应用价值。     

抗除草剂草丁膦转基因玉米后代筛选方法的研究

Bar基因作为除草剂筛选标记基因具有高效、快速、简便等优点。为高效筛选转基因玉米阳性植株,加快转基因玉米纯合速度和回交转育速度,本试验以郑58自交系及其转基因后代种子为材料,优化了筛选抗草丁膦转基因玉米的方法。研究结果表明,当草丁膦浓度为30mg/L时,利用浇灌的方法可以高效地淘汰大量非转基因植株和Bar基因表达量低的株系或个体。此方法具有筛选效率高、不受环境因素影响等优点,目前已运用此方法,成功地对大量玉米转基因后代进行了筛选。     

辣椒品种疫霉菌抗性鉴定试验研究

对引进的辣椒品种在5～6叶期,接种孢子囊浓度为10250个/mL,体积为5mL的疫霉菌,进行疫霉菌抗性鉴定试验。结果表明,在供试的28份干椒和线椒品种中,高抗品种有12个,抗病品种有6个;38份供试的牛角椒和羊角椒品种中抗病品种有4个。     

白僵菌和绿僵菌在农业害虫防治中的应用研究进展

本文就白僵菌和绿僵菌的主要防治对象及其中毒症状,中毒机制,主要剂型和防治效果做了介绍。     

带田玉米上棉铃虫危害特性的研究

棉铃虫在青海省东部农业区,以第２代幼虫危害玉米,７月下旬中期至８月上旬中期为卵盛期,平均百株卵量达２６.３粒。玉米雌穗和叶片正面是成虫产卵的主要部位,占全株着卵量８２.０１％。自然条件下卵历期平均为３.４１ｄ,幼虫历期平均为２１.２ｄ。一般情况下一个雌穗上只有１条幼虫,一生危害玉米籽粒２～３４粒,少有转株、转穗危害现象,平均损失粒重１.９１４７ｇ,损失率为１.４５％左右。     

转基因玉米株高、ASI和穗部性状与抗旱性的关系研究

[目的]干旱是限制我国玉米生产的主要因素,利用转基因技术可有效提高玉米抗旱育种效率。对转基因玉米材料进行抗旱性鉴定评价,为筛选转基因玉米抗旱种质和转基因玉米抗旱育种提供科学依据。[方法]通过开花期干旱胁迫的方法,对61份转基因玉米材料进行抗旱性鉴定评价,研究转基因玉米材料ASI(散粉至吐丝的间隔期,天)、株高、产量与抗旱性的关系,受旱后粒重和穗重、轴粗和穗粗、百粒体积和百粒重等比值的变化;以及在受体基础上通过转基因提高玉米抗旱性的效果。[结果]正常灌水条件下株体适当、产量较高,而在受旱后株高下降少、ASI小的转基因玉米材料通常有较强的抗旱性,这与以往非转基因玉米的研究结果一致;无论受旱与否,玉米的穗粗和轴粗、穗重和粒重、百粒体积和百粒重之间存在显著的正比关系。[结论]转基因玉米的抗旱性在其受体基础上可提高25%～53%,突破果穗和籽粒之间的正比关系可能是大幅提高玉米产量的一条关键途径。     

浸虫法测定5种农药对甘蓝蚜的室内毒力

通过采用浸虫法,对甘蓝蚜室内毒力测定结果表明,阿维菌素、吡虫啉、毒死蜱、苏云菌.薄荷10%乳油和苏云菌.薄荷3%乳油,处理24h后LD50分别为0.962 1、2.103 6、9.442 1、996.397和2 283.659 2;处理48h后LD50分别为0.005 1、0.018 3、0.274 9、86.465 1和91.725 6;处理72h后LD50分别0.000 3、0.001 3、0.024 6、0.741 0和24.804 4。     

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。