DNA分子标记技术及其在玉米育种中的应用

概述了分子标记技术的基本类型,综述了近年来分子标记技术在玉米遗传连锁图谱的构建及基因定位、遗传多样性分析、杂种纯度及真伪的鉴定、杂种优势预测、分子标记辅助选择育种中的研究及应用现状.     

玉米分子育种研究进展

玉米我国最重要的禾谷类作物之一。尽管传统育种技术在作物遗传改良方面取得了显著成就,但已不能满足当前玉米生产对优良品种的需求。随着生物技术的发展,分子育种已经成为玉米育种的重要研究方向。本文扼要总结了分子育种学形成的背景;分子育种的主要研究内容;转基因玉米的主要种类;分子标记的主要类型。综述了国内外玉米产量、农艺、品质、生物和非生物抗性等性状QTL定位的有关结果,及其在育种中的应用;简介了关联分析和功能分子标记的概念,基于比较基因组学和生物信息开发分子标记的策略。     

生物技术在玉米育种中的应用

近年来生物技术在玉米育种中的应用取得了一定成果。通过转基因技术和SSR、AFLP分子标记的应用,加快了玉米研究进程,育成了抗虫、抗病、抗除草剂的玉米,有利于研究玉米群体遗传多样性,建立玉米杂种优势群,提高玉米QPM育种效率,缩短育种进程。但由于研究费用过高,基因技术与SSR标记缺乏有用的玉米基因,基因沉默现象也成为开展玉米生物技术育种的限制因素。随着生物技术的飞速发展及其研究的日趋成熟,在拓宽玉米自交系种质材料,提高杂交种抗逆、抗病性和产量,完善玉米转基因技术体系,发掘玉米高产、优质、高抗、高油、高直链淀粉基因并进行相关标记的定位等方面将发挥更大的作用,应用前景广阔。     

华北平原夏玉米氮利用效率的遗传参数估计

为研究玉米品种氮利用效率相关性状的遗传参数,本试验选择20个具不同氮利用效率的单交种在华北平原的2个地点同期进行试验,氮肥处理设高氮(施氮,折合纯氮225 kg/hm2)和低氮(不施氮,其地块经过连续2年耕种使氮素耗竭)2个水平。试验结果表明,供试品种在低氮水平下的平均产量比高氮降低了22.6%,从8.45 t/hm2降低到6.45 t/hm2,穗粒数减少幅度较大为17.12%;而千粒重、出籽率、干物质含量、株穗率、籽粒含油率、籽粒蛋白质和淀粉含量在2个氮水平下的平均表现相近。2个试验点的联合方差分析表明,以上大部分籽粒性状的遗传方差在2个氮水平下均达到显著水平;所有性状的基因型×氮的互作方差都不显著。在2种氮水平下,籽粒淀粉含量与籽粒含油率及籽粒蛋白质含量间都表现出显著负相关,籽粒含油率与蛋白质含量表现出较弱的正相关。高氮和低氮水平下的产量表型相关系数为0.759,表明可以在高氮水平进行氮高效品种的筛选。     

玉米和水稻全基因组控制重组频率QTL的遗传定位分析

 【目的】尝试利用分子标记和QTL定位技术直接定位影响重组频率的QTL,探索物种遗传变异难易的分子基础。【方法】分别借助3张玉米和3张水稻分子标记连锁图,以所有染色体上标记的交换次数为性状进行分析。【结果】分别定位了7个和11个影响玉米和水稻重组频率的QTL。以玉米和水稻高密度分子标记连锁图IBM302和Genetic98每条染色体上标记的交换次数为性状,分别在玉米和水稻上定位了12个和57个QTL。【结论】影响重组频率的基因真实存在。培育高重组频率材料将有助于加速基因的定位和克隆、比较图位克隆基因和遗传育种进程。     

水磷耦合效应对玉米苗期生长和水分利用效率的影响

利用Hogland全磷和缺磷处理进行了室内砂培桶栽试验，研究了玉米5叶期前的生长状况、生理特性、水分消耗、干物质积累与分配及水分利用效率。结果表明，水磷耦合效应取决于水分的供应方式，以干湿交替施磷效果最佳，其次为干旱施磷，再次为湿润施磷处理。干湿交替施磷能显著提高光合速率，增加作物气孔导度，促进根系生长，增加根冠比，调节整株水平下干物质资源的合理分配；提高玉米苗期水分利用效率。     

DNA分子标记及其在水稻遗传育种研究中的应用

简要综述了DNA分子标记的概念、特点、种类,分子标记在水稻遗传连锁图谱的构建、基因定位、种质资源研究、分子标记辅助选择育种、水稻品质性状的分子标记等研究中的应用,并对DNA分子标记技术在水稻遗传育种研究中的应用前景进行了展望。     

黑龙江省春玉米近二十年产量及肥料利用率变化

为明确近年来黑龙江省春玉米产量及肥料利用率变化,采用多年多点田间小区试验方法,结合黑龙江省统计年鉴数据,分析了2000—2019年174个春玉米田间试验中的522个玉米产量数据及近2 000个成熟期养分吸收量数据,探讨玉米产量和氮磷钾肥利用率变化及其原因。结果表明,2000—2009年玉米平均产量为7 347 kg·hm^-2,2010—2019年平均产量为8 859 kg·hm^-2,2010—2019年较2000—2009年玉米平均增产1 512 kg·hm^-2,增产率达20.6%;黑龙江省玉米平均收获指数2000—2009年为0.45,2010—2019年为0.50。玉米产量与植株氮磷钾吸收量均呈显著的对数函数关系,玉米产量与氮素吸收量相关性最高,其次为钾素,与磷素相关性最低。根据化肥施用及肥料利用率可将研究时期进一步划分为三个阶段,即2000—2010年、2011—2015年、2016—2019年,氮磷钾肥利用率表现为先降低后增加的趋势。氮肥利用率在这三个阶段的平均值分别为38.5%、34.4%、39.4%,磷肥（P₂O₅）利用率分别为18.8%、15.8%、20.7%,钾肥（K₂O）利用率分别为47.9%、46.4%、49.9%。研究表明,2000—2019年黑龙江省玉米单产整体呈上升趋势,氮磷钾肥料利用率则呈先降低后增加的趋势。收获指数及肥料用量的增加是玉米产量提高的主要原因,肥料用量的增加是导致肥料利用率降低的主要原因。     

广西主要玉米自交系氮利用效率评价

[目的]对低氮胁迫和正常施氮条件下玉米植株的生理指标、产量性状与耐低氮的关系进行研究,为玉米自交系氮利用效率进行有效评价提供参考.[方法]以96份广西主要玉米自交系为材料,通过两年一点两个水平的田间试验,鉴定玉米自交系在低氮和正常氮水平下的产量、吐丝期穗位叶SPAD值、低氮农学利用效率(LNAE)、株高、穗粒数、百粒重和ASI值等性状指标,分析它们之间的相关关系,计算遗传力等,对玉米自交系氮利用效率进行有效评价.[结果]在低氮和正常施氮条件下,各性状遗传变异较大;铁7922、9046、金黄55、P1201-1-1-6、89-1、D黄212、Su137-3P798-1-3-1-3、M017和越F1-1等玉米自交系氮利用效率较高,应充分利用.低氮条件下,各遗传力较高,正常氮下则较低;穗粒数与产量相关性最高,达0.76.[结论]低氮条件下选育自交系的效率更高;低氮农学效率(LNAE)可作为玉米自交系氮利用效率评价指标;选择与产量相关性较高的性状,能提高选择材料效率.     

不同养分增效剂对玉米产量和养分利用的影响

采用田间小区试验方法,研究了不同养分增效剂(机械活化磷、长效复合肥添加剂NAM、聚合氨基酸类肥料增效剂PAA)对玉米产量及养分吸收利用的影响,旨在为提高氮磷肥利用效率,实现玉米的高产高效生产提供科学依据。结果表明:与NPK(常规施肥)处理相比,添加20%机械活化磷的NPK1、添加30%机械活化磷的NPK2、添加NAM的NPK3以及添加PAA的NPK4,干物质累积量分别提高了7.52%,10.59%,6.78%和14.54%,产量也表现出了增加的趋势,尤以NPK3增产效应最为明显,提高了11.83%。此外,养分增效剂的添加还显著促进了玉米植株对氮、磷、钾的吸收,与没有使用增效剂的NPK处理相比,4个处理植株的氮累积量分别提高了6.94%,6.54%,2.82%和9.71%;磷累积量分别提高了10.15%,14.23%,9.18%和14.12%;钾累积量分别提高了13.08%,24.42%,20.22%和34.45%。氮肥利用率以NPK4最高,达42.4%,磷肥利用率以NPK2最高,为25.0%;氮肥和磷肥的农学效率和收获指数则均以NPK3最高。此结果说明,在生产实践中,PAA的添加更有利于促进玉米植株对氮的吸收累积;30%机械活化磷的添加更有利于磷养分的活化,提高磷肥利用效率;而NAM施用后的增产效果最为突出,更有利于养分向籽粒中转移,提高养分的生产效率。     

中国水稻分子育种现状与展望

转基因育种和分子标记辅助选择育种是分子育种的主要内容,本文从产量、适应性、品质、抗性和杂种优势利用方面阐述了水稻分子育种的生物学基础,以及开展分子育种以来所取得的一些重要成就;随着水稻基因组测序和重要农艺性状基因的精细定位和图位克隆,转基因技术的日渐完善,生物信息学的快速发展,模拟育种软件的开发等,使分子设计育种逐渐成为水稻育种的手段。     

基于Meta-Analysis方法分析滴灌对玉米水分利用效率及产量的影响

为探究灌溉方式、灌溉水平和品种对玉米水分利用效率及产量的定量影响,基于中国知网及Web of Science,以“玉米”、“滴灌”、“水分利用效率/产量”等为主题检索词,检索到2000-01-01—2020-12-31发表的110篇文献,并根据已定筛选标准,最终纳入21篇文献的94组相关数据进行Meta-Analysis。结果表明：1）以灌溉量为40%～60%的作物需水量（ETc）为对照,与60%～80%、100%～120%和120%～140%的ETc相比,灌溉量为80%～100%ETc时,玉米水分利用效率的效应值最高,标准均值差SMD=2.83(P<0.05),产量的效应值也较高,SMD=1.70(P>0.05);2）灌溉量在80%～100%ETc的水平下,以滴灌为对照,畦灌、沟灌和漫灌的玉米水分利用效率的合并效应值SMD=-4.55(P<0.05),产量的合并效应值SMD=-1.34(P<0.05);3）灌溉量在80%～100%ETc的水平下,以‘郑单958’为对照,与‘西蒙6号’、‘沈单10号’、‘秋乐126’和‘农华101’相比,种植‘京科958’的玉米...     

控释配方肥的磷肥用量对富磷土壤香蕉产量及磷肥利用效率的影响

目的 探讨土壤富磷情况下,施用磷肥的必要性和重要性,明确控释配方肥中磷肥用量对香蕉产量、磷累积量及磷肥利用率的影响,为确定控释配方肥磷的配比及富磷土壤合理施用磷肥提供理论依据。方法 采用磷梯度大田试验,研究控释配方肥的磷肥供应水平对香蕉产期、产量、磷累积量和磷肥利用率的影响。结果 在Bray-P为158 mg·kg^-1的富磷土壤上,固定氮(N)200 g·株^-1和钾(K₂O) 400 g·株^-1的供应水平下,当磷肥(P₂O₅)用量为80 g?株^-1时,促进香蕉提早抽蕾和提前收获效果最为明显,同期收获率较其他处理提高5.3~31.1个百分点;随着磷肥用量的增加,香蕉产量和肥料利用率均呈先增加后降低的趋势,其中磷肥用量为80 g·株^-1时,香蕉产量和当季磷肥表观利用率最高,分别达到27.7 kg·株^-1和16.0%。结论 在有效磷高的富磷土壤上,施磷可以提高香蕉产量和增加经济效益,建议控释配方肥的氮(N)、磷(P₂O₅)、钾(K₂O)的配比为1.0∶0.4∶2.0,香蕉氮(N)、磷(P₂O₅)、钾(K₂O)推荐施肥量分别为200、80和400 g·株^-1,其中控释氮占总氮的20%。     

优质高产多抗玉米育种的可能和实践

以高产、优质、多抗玉米单交种桂单22号为例,探讨了适应广西生态特点和需求的玉米品种特性及选育技术:在高产的基础上,突出选育籽粒为黄色硬粒、光泽性好、白轴的杂交种,同时主攻耐旱耐瘠抗病;选系基础材料的选择和杂种优势模式的利用是提高育种效率的关键;采用生态育种和选育保绿性强的杂交种均能提升品种的抗逆性和适应性,降低育种风险。     

分子生物技术在马铃薯育种上的应用

对分子生物技术在马铃薯育种上的应用进行了综述,介绍了包括分子标记以及转基因等生物技术在马铃薯品质育种、抗病育种、抗逆育种等方面的应用成果,为马铃薯分子育种提供理论依据与技术支持.     

分子标记在植物遗传育种中的应用原理及现状

分子标记是继形态标记、细胞标记和生化标记之后发展起来的一种新的较为理想的遗传标记 ,已被广泛地应用于生命科学研究的各个领域。在植物遗传育种中 ,分子标记主要用于基因组图谱构建、基因定位、辅助标记选择、种质资源评价、基因克隆、杂种优势预测、杂交育种及跟踪育种过程等方面。文章主要介绍了分子标记在植物遗传育种中的应用原理及分析方法 ,并对其应用前景进行了展望。     

高产田不同玉米品种养分吸收、分配及利用效应研究

以玉米高产为目标,采用大田试验方法,研究了高产管理措施下不同玉米品种对N、P、K养分的吸收、分配和利用效应。结果表明:随玉米生育进程,不同玉米品种N、P、K养分含量呈缓慢下降趋势,植株体内的养分阶段净累积量呈双峰或单峰曲线,养分累积量大小顺序为N>K>P;从全生育期来看,"丰玉4号"吸收N、K量最高,分别为275.73 kg/hm2和243.55 kg/hm2,而"京单28"吸P量最高,为50.28 kg/hm2;各器官养分分配比例随生育时期变化不大;产量以"丰玉4号"最高,为12 391.05 kg/hm2,每形成100 kg子粒所需要的氮钾养分量均以"京单28"最高,"丰玉4号"次之,"浚单20"最低;对磷的需要量仍以"京单28"最高,但"丰玉4号"和"浚单20"2品种基本相当。3品种对N、P2O5、K2O的吸收比例为1∶0.40~0.44∶0.98~1.06。     

Cultivar selection can increase yield potential and resource use efficiency of spring maize to adapt to climate change in Northeast China

Northeast China (NEC) is one of the major maize production areas in China.Agro-climatic resources have obviously changed,which will seriously affect crop growth and development in this region.It is important to investigate the contribution of climate change adaptation measures to the yield and resource use efficiency to improve our understanding of how we can effectively ensure high yield and high efficiency in the future.In this study,we divided the study area into five accumulated temperature zones (ATZs) based on growing degree days (GDD).Based on the meteorological data,maize data (from agrometeorological stations) and the validated APSIM-Maize Model,we first investigated the spatial distributions and temporal trends of maize potential yield of actual planted cultivars,and revealed the radiation use efficiency (RUE) and heat resource use efficiency (HUE) from 1981 to 2017.Then according to the potential growing seasons and actual growing seasons,we identified the utilization percentages of radiation (P_R) resource and heat resource (P_H) for each ATZ under potential production from 1981 to 2017.Finally,we quantified the contributions of cultivar changings to yield,P_R and P_H of maize.The results showed that during the past 37 years,the estimated mean potential yield of actual planted cultivars was 13 649 kg ha~(–1),ranged from 11 205 to 15 257 kg ha~(–1),and increased by 140 kg ha~(–1) per decade.For potential production,the mean values of RUE and HUE for the actual planted maize cultivars were 1.22 g MJ~(–1) and 8.58 kg (℃ d)~(–1) ha~(–1).RUE showed an increasing tendency,while HUE showed a decreasing tendency.The lengths of the potential growing season and actual growing season were 158 and 123 d,and increased by 2 and 1 d per decade.P_R and P_H under potential production were 82 and 86%,respectively and showed a decreasing tendency during the past 37 years.This indicates that actual planted cultivars failed to make full use of climate resources.However,results from the adaptation assessments indicate that,adoption of cultivars with growing season increased by 2–11 d among ATZs caused increase in yield,P_R and P_H of 0.6–1.7%,1.1–7.6% and 1.5–8.9%,respectively.Therefore,introduction of cultivars with longer growing season can effectively increase the radiation and heat utilization percentages and potential yield.     

青贮玉米豌豆间作对产量和水分利用效率的影响

在不灌水和灌水60mm条件下将青贮玉米与豌豆以6种带型种植,研究了玉米、豌豆行间土壤水分变化、各群体鲜草产量及干物质水分利用效率。结果表明,豌豆生长旺盛期需水量大,在共生期对水分竞争强烈,影响了玉米的生长;玉米豌豆3:3间作具有明显的间作产量优势和较高的群体水分利用效率;不灌水和灌水60mm处理的土地当量比(LER)分别为1.29和1.33,群体水分利用效率不灌水和灌水60mm处理比玉米单作分别提高了24.86%和19.24%,比豌豆单作分别提高了14.58%和37.25%。播前灌水60mm可使玉米间作行间土壤水分状况得到改善,豌豆产量较不灌水处理增长显著。