玉米叶夹角形成的分子调控机理研究

玉米叶夹角是影响高密度种植的一个重要性状,与株型及产量高度相关,是玉米非常重要的农艺性状之一。本文总结了近年来调控玉米叶夹角形成及发育相关QTLs/基因,综述了调控叶夹角形成的分子调控机制。国内外的研究表明,对控制叶夹角关键QTLs/基因的研究不仅为选育耐密理想株型的辅助选择提供有效的分子标记,还为通过提高群体光合效率而增加产量的分子育种提供了重要的基因资源。     

玉米穗上叶夹角和叶间距的QTL定位

玉米(Zea mays L.)的叶夹角和叶间距是玉米株型的两个重要性状,不同株型通过影响群体冠层内的光分布状况和群体的光能利用而影响产量。为了解玉米叶夹角和叶间距的遗传机制,利用紧凑型玉米自交系CY5和平展型玉米自交系YL106组配构建的F2世代为作图群体,构建具有212个SSR标记的遗传连锁图谱,图谱总长度为1 153.39 cM,标记平均间距5.44 cM。利用144个F2∶3家系在3个环境下的表型值,结合已构建的遗传连锁图谱,采用完备区间作图法,对穗上叶夹角和穗上叶间距进行基因定位。结果表明,在单环境分析中,共检测出22个QTL,叶夹角和叶间距分别检测到10和12个QTL,其中西南大学玉米研究所歇马试验基地(简称XM)检测到9个,北碚试验基地(简称BB)检测到8个,合川试验基地(简称HC)检测到5个;在多环境联合分析中,共检测出11个QTL,分别位于1、3、5和7号染色体上,其中叶夹角检测到5个,位于1、3和5号染色体上,叶间距检测到6个,位于1和7号染色体上;在单环境和多环境中同时检测到的一致性QTL有3个,分别是穗上二叶夹角(qSecLA1a)、穗上三叶夹角(qThiLA1a)和穗上三叶间距(qThiLS7),其中在单环境中qSecLA1a位于1号染色体bnlg1803～bnlg1007,分别解释表型变异率26.99%和18.51%,qThiLA1a位于1号染色体bnlg1803～bnlg1007,分别解释表型变异率24.14%和22.00%,qThiLS7位于7号染色体bnlg1305～umc1787,分别解释表型变异率13.77%和9.96%;以上3个QTL在多环境联合分析中的贡献率分别为29.10%、31.86%和11.20%。因此,qSecLA1a、qThiLA1a和qThiLS7 3个位点在不同环境中可稳定表达。本研究结果可为玉米叶夹角和叶间距的遗传改良和分子标记辅助育种提供参考资料。     

普通玉米和特用玉米的SSR标记聚类

利用SSR标记研究了64份玉米自交系（包括普通玉米和特用玉米自交系）的亲缘关系。用30对扩增带型稳定的SSR引物,从供试材料中检测出116个等位基因变异,每对引物检测出等位基因2~10个,平均3.87个。SSR引物的PIC介于0.306~0.893之间,平均多态性信息量为0.717。按UPGMA方法对供试自交系进行聚类,以遗传距离0.586为基准,可将材料划分为11类。64份自交系的SSR标记聚类分析表明,普通玉米与特用玉米糯玉米、甜玉米、爆裂玉米等并不能严格地各自划为一类,只有亲缘关系较近的特用玉米自交系聚在一起,有些特用玉米与普通玉米聚在一起,部分特用玉米具有丰富的普通玉米种质资源遗传背景。特用玉米自交系间的遗传距离与普通玉米自交系间的遗传距离差异达到0.01的极显著水平。此外,不同类型特用玉米间、特用玉米与普通玉米间的遗传差异较大,特用玉米在进化和选育过程中积累并保存了丰富的遗传变异。     

不同水分环境下玉米叶形相关性状与SSR标记的关联分析

玉米的叶形结构与其抗旱性紧密相关,挖掘不同水分环境下调控玉米叶形相关性状的显著关联分子标记位点,可为揭示玉米叶形结构的分子遗传机理、克隆相关调控基因并进行抗旱理想株型育种提供参考。本研究在不同水分环境下分析187份玉米自交系叶长、叶宽、叶夹角、叶向值、叶面积、叶形系数及叶片卷曲度等7个叶形相关性状的变化,采用SSR标记对这些材料进行全基因组扫描并分析其遗传多样性,采用一般线性模型(GLM)寻找不同水分环境下与玉米7个叶形相关性状关联的分子标记。结果表明:1)干旱环境下187份玉米自交系的叶长、叶宽、叶夹角、叶面积均显著降低,而叶向值、叶形系数及叶片卷曲度均明显升高,且干旱环境下这7个叶形相关性状的变异比率为30.53%～198.31%。2)145对SSR标记共检测出652个等位变异,变异范围在2～13个;多态性信息量(PIC)变异范围为0.201～0.966,平均0.478。采用UPGMA聚类及群体遗传结构分析均将供试材料分为旅大红骨(LRC)、唐四平头(TSPT)、兰卡斯特(Lan)、P及瑞德(Reid)等5大类群。3)采用GLM模型,在不同水分环境下共检测到15个SSR标记与玉米的7个叶形相关性状在P0.01水平下关联,各标记对表型的解释率为2.25%～27.30%,72.97%的标记可在干旱环境下被检测到;其中umc1124、umc2363、umc2214、umc1742、phi331888、umc1378、bnlg1863、umc2134和umc1345标记同时与不同水分环境下的多个叶形相关性状连锁,表现出明显的"一因多效"现象。这些研究结果将为玉米叶形结构的遗传改良及抗旱理想株型分子标记辅助选择育种提供参考。     

高油玉米亲本遗传距离与杂种表现的相关性及分子选配的可行性

以BHO、ASK、SYNDO、RYD等4个高油群体20个高油玉米自交系和5个普通玉米(ZeamaysL.)自交系的100个杂交组合为材料,从亲本分子选配角度对玉米亲本遗传距离与杂交种产量性状的相关性进行了研究。结果表明,SSR遗传距离与F1组合的产量之间没有显著相关性,同一群体衍生系的杂交组合也表现类似趋势,表明既使是共同种质背景的高油自交系,SSR遗传距离也不能直接用于预测杂交种产量表现。但亲本分子遗传距离与杂交种在个别产量构成性状上存在一定相关性,表明分子标记有可能在个别性状上为亲本的分子选配提供有价值的参考信息。     

玉米主要株型性状与产量的全基因组关联分析

为了深入剖析玉米的株型性状和产量性状的遗传基础及其相关关系,本研究以204份玉米自交系作为关联群体,利用分布于玉米全基因组上的558 529个单核苷酸多态性标记(SNPs)对5个相关性状进行全基因组关联分析。结果表明,供试自交系各性状基本呈正态分布,且各性状间存在丰富的变异,变异系数在9.00%~50.00%之间;通过相关性分析和热图层次聚类分析株型和产量相关性状间彼此紧密关联;且由主成分分析筛选出总体方差累计贡献率达到71.667%的主成分2个;以P≤1×10^-5为显著阙值,利用Q+K模型对供试材料的5个相关性状进行全基因组关联分析,在株高、穗位高和单穗重间共检测到13个显著的SNP位点,分别分布于玉米的第3、第5、第6、第7号染色体上,而在总叶片数和穗上叶数间未检测到显著的SNP位点;在显著SNP上下游各50 kb范围共搜索到39个相关候选基因,其中有注释的基因12个,并对株高与穗位高最佳候选基因进行了预测。本研究通过对玉米株型及产量相关性状进行全基因组关联分析,为后期基因功能的验证与新功能的开发奠定了良好的基础。     

糯玉米淀粉RVA黏度性状配合力与杂种优势分析

蒸煮食味品质是评价鲜食糯玉米品种优劣的核心指标。为探究糯玉米蒸煮品质性状的配合力、杂种优势及与亲本遗传距离关系，本研究选用55个糯玉米自交系，采用NCⅡ设计组配的156个杂交组合，研究其快速黏度分析（RVA）特征谱配合力效应并结合单核苷酸多态性（SNP）标记，分析遗传距离与杂种优势、配合力的相关性。结果表明，在被测自交系中，ZFF、XH55和NFHH一般配合力效应较高，利用其组配的杂交组合峰值黏度也普遍较高，说明利用这3个自交系组配杂交组合后代产生优势杂交种的潜力较大。相关性分析结果发现，SNP分子标记遗传距离与RVA黏度性状杂种优势显著相关，但相关系数普遍偏低（0.162～0.345），说明遗传距离对糯玉米杂交组合RVA黏度性状的预测具有一定的价值，但遗传距离与F1黏度性状之间的相关程度不足以准确预测杂种优势。另外，亲本的总配合力和特殊配合力与杂种优势显著相关，决定系数也较高，变幅在-0.781～0.830和-0.662～0.786。结果表明，在预测糯玉米黏度性状的杂种优势时，不能只依靠遗传距离，还应重点考虑亲本的配合力。本研究为后续优质糯玉米品种选育提供了亲本以及杂交组配的理论依据...     

91份俄罗斯玉米自交系的遗传多样性分析

为了有效提高俄罗斯玉米种质资源的利用效率,拓宽黑龙江省玉米自交系的遗传基础,利用SSR分子标记技术研究91份俄罗斯玉米自交系的遗传多样性,并对其进行聚类分析。结果表明,50个多态性SSR标记共检测到248个等位基因,平均4.96个;位点多态性信息指数(PIC)平均为0.67,表明俄罗斯玉米自交系的遗传多样性较为丰富。聚类分析(邻近法)结果将俄罗斯玉米自交系划分为8个类群,类群I占25.27%,兰卡斯特和瑞德群各占20.88%,旅大红骨和塘四平头分别占13.19%和9.89%;类群II、类群III和P群分别占4.40%、3.30%和2.20%。俄罗斯玉米自交系类群I种质资源较为丰富,可能与光温不敏感特性有关。在遗传多样性分析基础上,利用11个SSR标记构建了91份俄罗斯玉米自交系特异分子身份证,为黑龙江省玉米杂种优势利用及育种实践提供了科学依据。     

糯玉米新品种酒糯4103选育报告

随着鲜食玉米产业的不断发展，甘肃鲜食玉米品种选育相对滞后，为此酒泉市农业科学研究院以自交系Pg-B为母本、自交系15N2为父本组配选育出了鲜食糯玉米一代杂交种酒糯4103。该品种在2017 — 2018年进行的甘肃省鲜食玉米糯玉米组区域试验中，2017年鲜穗平均折合产量为18 166.5 kg/hm2，比对照品种京科糯569增产15.15%；2018年鲜穗平均折合产量19 720.5 kg/hm2，比对照品种白玉糯909增产15.90%。苗期生长势强，成株茎秆粗壮，株型紧凑。株高265 cm，果穗锥型，籽粒白紫色、糯质型。籽粒含粗淀粉(干基)608.3 g/kg、粗蛋白121.4 g/kg，支链淀粉含量为100%，直链淀粉含量为0。鲜穗采收期为101 d，鲜穗采收最佳时期一般在吐丝后26～28 d。品质综合评价评分为85.5分，达到农业农村部颁布的糯玉米二级标准。高抗丝黑穗病和瘤黑粉病。适宜在甘肃省酒泉、张掖、武威、兰州、白银、天水、庆阳、平凉、陇西等地及相似生态区域种植。     

12C6+重离子束辐照玉米后代的生物学效应

为给玉米种质创新及品种改良创制优异的资源材料,采用不同剂量0(对照)、30、60、90、120 Gy 的¹²C⁶⁺重离子束辐照自育骨干玉米自交系LY8405干种子,并对各剂量辐照后代植株的生物学效应进行详细的对比分析。结果表明,随着辐照剂量的增加,自交系LY8405 M₁种子发芽率、株高、穗位高和花粉活力均低于对照组,相同剂量辐照的M₂生理损伤检测指标较M₁有较大程度的恢复,但仍显著低于对照组,而90和120 Gy剂量辐照后的M₁、M₂种子发芽率、株高和穗位高均与对照组表现出极显著差异;辐照剂量为30 Gy时,在M₂、M₃植株变异表型筛选中,创制出了多种农艺性状表型变异突变体,说明30 Gy是对自交系LY8405的生物学效应最为明显的辐照剂量,60 Gy影响效应次之,同时60 Gy是辐照半致死阈值;M₂和M₃突变类型包括植株矮化、穗位高度降低,叶片皱缩、叶色黄化、白化、花叶,穗型变大、变长,穗轴颜色由白变红,籽粒颜色由黄变为酒红色,粒型由马齿型变为硬粒型。生物学效应表明,30~40 Gy辐照剂量是0~120 Gy范围内重离子辐照选育玉米自交系LY8405的适宜剂量。本研究结果为不同玉米自交系创制新的种质资源提供了方法,更为玉米选育新品种提供了稳定的遗传材料。     

顶小穗簇生型早籼稻新种质的创制与鉴定

为获得理想的顶小穗簇生型早籼稻新种质,本研究以ZC1、中嘉早17、中佳早10号、嘉兴06-6、温814、温922、台早10-02、辐017、Z10-08、中佳早06和NZ07-51为亲本材料,利用顶小穗3粒簇生型常规中籼稻突变体与常规早籼稻有性杂交、后代复交,并经世代选育,育成了12份性状稳定、顶小穗2~5粒簇生的常规早籼稻新种质,再通过叶瘟抗性、生育期、产量、农艺及穗部簇生性状和稻米品质的鉴定,明确各种质的性状特征表现。结果表明,育成的12份顶小穗簇生型早籼稻新种质簇生粒率高,生育期和结实率较为理想,其中C1、C8、C9、C10和C11为粘稻,其余为糯稻,C3、C12叶瘟抗性较好,C1、C2、C4、C8、C9和C11千粒重在26.0 g 以上,C1、C5、C6、C7、C9、C10、C11和C12产量较对照增加,其中C10具有较高的增产潜力。本研究结果为顶小穗簇生穗性状研究和育种利用提供了一定的种质资源和技术支撑。     

小麦远缘杂交种质资源创新

小麦近缘种是改良小麦的一个重要基因库, 具有许多栽培小麦所不具备的优良特性。我们通过远缘杂交、染色体工程的方法创制了一大批不同类型的材料, 经基因组原位杂交GISH、多色FISH 和特异分子标记鉴定, 抗条锈病、白粉病、叶锈病鉴定, 品质、营养性状以及产量性状鉴定, 共选育出10 类可为育种家利用的抗病、优质、富含微量营养元素、氮高效、丰产性状优良的远缘杂交新种质和新不育系种质; 开发了414对黑麦基因组专化的EST 引物, 31 个黑麦染色体(臂)专化的EST 分子标记, 可应用于分子标记辅助育种, 或追踪检测小麦背景中的黑麦染色体或染色体片段; 进行了抗病新基因的遗传分析和分子标记定位工作。利用新种质, 选育出了一批表现突出的抗病、营养高效的小麦-黑麦、小麦-冰草远缘杂交新品系     

玉米抗玉米蚜种质的鉴定与抗性位点的定位分析

玉米蚜是世界性的玉米害虫,利用玉米自身的抗性是控制玉米蚜虫危害的重要途径。为培育抗蚜新品种,提高玉米的抗性,首先需要鉴定筛选抗性种质,明确其抗性遗传模式,发掘抗性基因。本研究首先对新收集的国内外玉米种质资源进行抗玉米蚜鉴定,然后采用分离群体分组分析与高通量测序技术相结合的方法,对鉴定出的高抗蚜玉米自交系携带的抗性位点进行了定位分析。结果表明,在98份玉米种质资源中有5份表现高抗玉米蚜,其中高抗蚜自交系32t33的抗蚜性受多基因控制,表现数量遗传特征,测序分析在第3、第5染色体上获得了2个与抗蚜性状关联的区域,其大小分别为19.66和6.34 Mb,并在关联区域初步筛选出5个抗蚜候选基因。本研究结果丰富了玉米的抗蚜基因资源,为最终分离出抗性基因、明确抗蚜的遗传机制和培育抗蚜品种奠定了基础。     

双价抗虫节水抗旱稻新材料旱恢3CA的创制

绿色超级稻的育种目标是少打农药、少施化肥、节水抗旱和优质高产。为培育“少打农药,节水抗旱”的资源节约型、环境友好型水稻品种,本研究以T1C-19、T2A-1作为cry1C^*和cry2A的基因供体,与节水抗旱稻恢复系旱恢3号品种杂交,利用分子标记辅助选择技术对目标基因进行筛选,最终获得同时含有cry1C^*和cry2A基因的稳定株系。通过PCR以及对Cry1C^*和Cry2A蛋白的定性和定量检测,结合正常管理田间农艺性状考察及不防治螟虫田间管理的抗虫性鉴定,筛选出双价抗虫节水抗旱稻新恢复系旱恢3CA。结果显示,对照旱恢3号与旱恢3CA在农艺性状上无显著差异,但早恢3CA高抗稻纵卷叶螟。本研究结果为培育既节水抗旱又抗虫的水稻新品种奠定了材料基础。     

玉米品种(系)的主要性状分析

玉米在粮食生产中占有极为重要的地位。为进一步研究玉米品种(系)的适应性,筛选出适应大面积种植的玉米品种(系),在90 000株/hm2的种植密度下,运用聚类分析、相关性分析等方法对13个玉米品种(系)的农艺性状及产量构成要素进行了分析。结果表明,甘肃农业大学应用技术学院正在选育研究中的玉米品种T7穗叶夹角和叶面积低于平均值19.24%、3.93%,表现株型紧凑。T7、T6的产量高于平均值8.25%、7.85%,这2个品种(系)群体增产效果明显,可在该区域作为主导玉米品种种植。     

高产高淀粉粮饲兼用型玉米新品种丰玉3号选育报告

为解决甘肃自育优良玉米新品种较匮乏、外引玉米新品种对甘肃的生态条件较难适应且退化严重的问题，张掖市博丰农业科技有限责任公司采用重离子辐照结合分子标记辅助选择等现代育种方法，以自育自交系BT0521为母本、自育自交系0571为父本杂交选育出了高产高淀粉粮饲兼用型玉米新品种丰玉3号。2012 — 2013年参加甘肃省玉米中晚熟高密组新品种区域试验，2 a 10点(次)平均折合产量15 621.0 kg/hm2，较对照品种增产2.7%。其中2012年平均折合产量16 536.0 kg/hm2，较对照品种郑单958增产5.4%；2013年平均折合产量14 706.0 kg/hm2，较对照品种先玉335增产2.3%。2014年参加甘肃省玉米中晚熟高密组新品种生产试验，平均产量为16 122.0 kg/hm2，比对照品种先玉335增产7.8%。丰玉3号在甘肃省张掖市春播生育期132 d，株高273 cm，穗长21.0 cm，穗粗5.2 cm，出籽率88.8%，千粒重347.7 g。容重734.2 g/L。丰玉3号籽粒(干基)含粗淀粉766.0 g/kg、粗蛋白89.7 g/kg、赖氨酸3.1 g/kg、粗脂肪36.9 g/kg，属高淀粉玉米品种。该品种高抗茎基腐病和瘤黑粉病，抗大斑病，中抗丝黑穗病，感矮花叶病和红叶病。适宜在甘肃、新疆及同类生态区种植。     

覆膜高密度下棉花抗旱性产量和品质指标的特征分析

用胁迫敏感指数对覆膜高密度种植模式下的58份棉花资源进行了抗旱性分级评价,分析了抗旱性相关的产量和品质指标的特征,为棉花抗旱资源的筛选和品种选育提供依据.结果表明,其中根据胁迫敏感指数(SI)可将58份棉花资源中定义为抗、中抗和不抗.新陆早36号、山东大桃长绒、武棉2号和93外引31-21的抗旱性强;在正常灌溉条件下,...     

叶面过量施硒对玉米产量、硒和矿质营养元素含量的影响

为了明确过量施硒对作物生长的毒害效应,为合理施用硒肥提供依据,本研究在田间条件下探究了叶面过量施硒对糯玉米京科糯2000和普通玉米郑单958两个品种产量、硒含量和矿质营养元素含量的影响。结果表明,叶面喷硒量(亚硒酸钠)≤0.2 g·L^-1时,京科糯2000植株生物量和籽粒产量与对照(不喷硒)相比持平或略有增加,未表现出毒害效应;京科糯2000在叶面喷硒量≥0.5 g·L^-1时,郑单958在叶面喷硒量≥0.1 g·L^-1时,其植株生物量和籽粒产量均明显降低;随着叶面喷硒浓度的增加,两品种玉米籽粒硒含量均逐步增加,郑单958产量和籽粒硒含量的变化幅度高于京科糯2000。叶面喷硒可显著提高玉米籽粒锌和铁的吸收量,对铜、磷、镁和钙的吸收基本无影响,但抑制硼的吸收。总体来看,过量施硒抑制2个不同品种玉米生长,造成产量下降,但可提高籽粒硒、锌和铁的营养水平。本研究对玉米微量元素营养调控具有一定的借鉴指导意义。     

抗旱丰产春小麦新品种陇春43号选育报告

为甘肃省小麦生产提供抗旱、抗病、丰产、优质小麦新品种,以促进小麦更新换代,实现小麦稳产增产,以衡7728为母本、陇春27号为父本进行了有性杂交,通过异地生态选择、采用系谱法成功选育出了抗旱丰产春小麦新品种陇春43号。2018 — 2019年参加甘肃省旱地春小麦区域试验,平均折合产量3 074.70 kg/hm2,较对照品种西旱2号增产10.02％。2020年参加甘肃省旱地春小麦生产试验,平均折合产量3 582.61 kg/hm2,较对照品种西旱2号增产9.81%。该品种具有高产稳产,优质,株型紧凑,抗旱,抗倒伏,中抗条锈和白粉病等特点,适宜在甘肃省中部旱地春麦区以及类似生态地区种植。     

鲜食甜玉米引种筛选试验初报

为筛选出适合福建省种植的高产优质鲜食甜玉米，以粤甜16为对照，于2021年春季对10个鲜食甜玉米进行引种筛选试验。结果表明，供试甜玉米新品种的产量、品质和综合抗性差异较大，其中金冠218和广良甜27综合性状表现优良，株型为紧凑型或半紧凑型，果穗为筒型，籽粒排列整齐，蒸煮后食味优，抗逆性强；产量分别为20 331.25、20 037.50 kg/hm2，分别较对照品种粤甜16增产8.0%、6.4%，可作为鲜食甜玉米优良品种在福建省推广种植。鄂甜玉3号和珍珠牛奶的早熟、珍珠牛奶的低穗位等特性可以作为优质资源供育种利用。