基于小麦55K SNP芯片检测小麦穗长和株高性状QTL

为了进一步挖掘小麦穗长和株高的QTL位点,将小麦品系‘20828’和国审小麦品种川农16杂交后得到的重组自交系群体(RIL)于2016-2018年种植在四川崇州、温江和雅安以及孟加拉国库尔纳市,进行穗长和株高的遗传分析。结果表明,在RIL群体内,穗长和株高均呈正态分布,符合数量性状遗传特点。在3年8个环境中共检测出44个控制穗长和株高的QTL,其中稳定的穗长QTL有5个,分布于2D、4B和5B染色体上,贡献率为2.90%～26.26%;控制株高的稳定QTL有3个,分布于2D、4B和4D染色体上,贡献率为1.96%～21.22%。在2D染色体AX-86171316～AX-109422526标记区间和4B染色体AX-109526283～AX-110549715标记区间均同时检测到了控制穗长和株高的QTL,推测为一因多效位点。 QSl.sau.2D.1、 QSl.sau.2D.2、 QSl.sau.4B.1、 QSl.sau.4B.2、 QSl.sau.5B、 QPh.sau.2D和 QPh.sau.4B可能为新的稳定QTL。本研究鉴定的这些位点对增加穗长、降低株高以及提高小麦的产量具有重要作用。     

小麦旗叶大小及穗部相关性状的QTL定位

为了发掘更多控制小麦旗叶大小及穗部相关性状的QTL,以兰考906和小偃81创制的133个F6~F7重组自交系为试验材料,在6个环境下利用SSR标记对旗叶大小及穗部相关性状进行QTL定位。结果表明,有202对SSR标记被用于构建遗传连锁图谱,图谱覆盖小麦21条染色体,全长1 678.93cM,标记间平均距离8.30cM。采用完备区间作图法共检测到30个QTL,分布在1B、2A、3D、4A、4B、4D、5D、6A、6B、6D和7D染色体上。其中,旗叶宽QTL有7个,穗长QTL有9个,小穗数QTL有5个,穗粒数QTL有5个,小穗着生密度QTL有4个,不同环境下单个QTL可解释的表型变异率为4.94%~23.14%,有14个QTL的表型贡献率大于10%,有8个QTL可在2个或2个以上环境中被检测到。其中,Qflw-4A在3个环境中被检测到,贡献率为10.13%~20.77%,是控制旗叶宽的稳定主效QTL;Qsl-4D.2在4个环境中被检测到,贡献率为12.58%~23.14%,是控制穗长的稳定主效QTL;Qker-5D在2个环境中被检测到,贡献率为11.44%~14.32%,是控制穗粒数的稳定主效QTL。这3个稳定主效QTL可作为改良叶宽和增加穗粒数的功能QTL作进一步研究。     

大穗材料高麦1号/ 密小穗F2群体穗长性状的QTL初步定

为了解小麦穗长性状的遗传特性,并将其应用于分子标记辅助育种,以大穗材料高麦1号/密小穗的292个植株的F2群体为材料,利用SSR标记对穗长进行了QTL定位分析.结果表明,选用500对SSR引物对高麦1号和密小穗两个亲本进行多态性检测,共获得180对在双亲问有多态性的引物,多态性引物检出率为36.0％.利用这180对引物进一步进行F2群体筛选,有96对引物在群体中表现出多态性,占多态性标记的53.3％.利用QTL_IciMapping软件构建出小麦染色体组的8个连锁群图谱,并将96对SSR引物定位到遗传连锁图谱上.图谱全长1 383.29 cM,标记间的平均遗传距离15.37 cM.平均每个连锁群有11.25个标记,含有标记最多的是4A和6B染色体,各有17个标记,其次是3A和7B染色体,含有9～14个标记,1B和5D染色体含有的标记最少,只有5～7个.共检测出7个与穗长相关的QTL位点,包括6个加性QTL和1个加性+显性QTL.7个QTL的加性效应值均为正值,单个QTL的贡献率为2.04％～15.26％.其中3A染色体上的QTL位点距离其最近标记只有0.58 cM,为连锁最紧密的一个位点,并且其加性效应值最大,可解释表型变异的15.26％.因此,3A染色体上存在控制穗长的主效基因.     

大穗材料高麦1号/密小穗F_2群体穗长性状的QTL初步定位

为了解小麦穗长性状的遗传特性,并将其应用于分子标记辅助育种,以大穗材料高麦1号/密小穗的292个植株的F2群体为材料,利用SSR标记对穗长进行了QTL定位分析。结果表明,选用500对SSR引物对高麦1号和密小穗两个亲本进行多态性检测,共获得180对在双亲间有多态性的引物,多态性引物检出率为36.0%。利用这180对引物进一步进行F2群体筛选,有96对引物在群体中表现出多态性,占多态性标记的53.3%。利用QTL_IciMapping软件构建出小麦染色体组的8个连锁群图谱,并将96对SSR引物定位到遗传连锁图谱上。图谱全长1 383.29cM,标记间的平均遗传距离15.37cM。平均每个连锁群有11.25个标记,含有标记最多的是4A和6B染色体,各有17个标记,其次是3A和7B染色体,含有9~14个标记,1B和5D染色体含有的标记最少,只有5~7个。共检测出7个与穗长相关的QTL位点,包括6个加性QTL和1个加性+显性QTL。7个QTL的加性效应值均为正值,单个QTL的贡献率为2.04%~15.26%。其中3A染色体上的QTL位点距离其最近标记只有0.58cM,为连锁最紧密的一个位点,并且其加性效应值最大,可解释表型变异的15.26%。因此,3A染色体上存在控制穗长的主效基因。     

普通小麦穗部性状QTL分析

为给小麦穗部性状标记辅助选择提供可供选择的分子标记,并进一步对小麦穗部相关性状QTL进行精细定位及相关基因克隆,利用普通小麦Heyne×Lakin杂交F2代单粒传获得的145个F6代重组自交系(recombinant inbred line,RIL)群体,构建了含有2 210个标记(2 068个SNP标记和142个SSR标记)的总长度为2 139.35cM的遗传连锁图谱,并利用该图谱对小麦穗部性状(穗长、小穗数、穗密度)进行了QTL分析。结果表明,共检测出16个加性QTL,其中,与穗长相关的QTL有6个,分布在2A、2D、3B、4D、5A和7D染色体上,可解释表型变异7.58%~15.94%;与小穗数相关的QTL有4个,分布在1A、4A和7D染色体上,可解释表型变异7.28%~14.78%;与穗密度相关的QTL有6个,位于4D、5A和6B染色体上,可解释表型变异5.60%~20.06%。     

水稻剑叶气孔性状QTL分析

为剖析水稻叶片气孔性状的遗传机理,以典型籼稻七山占和典型粳稻秋光构建的F10重组自交系群体为材料,用该群体包括122个SSR标记的遗传连锁图谱对水稻齐穗期剑叶气孔性状进行了QTL分析。共检测到9个控制气孔相关性状的QTL。包括4个控制气孔密度的QTL(qSD-1、qSD-4、qSD-7和qSD-8),分别位于第1、4、7和8染色体上,贡献率分别为7.2%、8.1%、9.1%和5.9%;2个控制气孔长度的QTL(qSL-4和qSL-6),位于第4和6染色体上,贡献率分别为6.6%和10.5%;3个控制气孔宽度的QTL(qSW-5、qSW-7和qSW-10),位于第5、7和10染色体上,贡献率分别为12.4%、9.7%和5.6%。与其他研究结果相比较发现,除qSD-1外,其余8个QTL过去均未曾报道过,其中位于第4染色体上控制气孔密度的qSD-4与前人检测到的控制光合速率的QTL重叠。     

扬麦17/ 宁麦18的F2群体穗部性状QTL定位

小麦穗部性状特别是穗顶部、基部结实性对穗粒数的建成及产量具有重要影响。为给QTL精细定位、基因克隆及穗部性状分子标记的开发和辅助选择奠定基础,本研究以扬麦17与宁麦18杂交获得的310个F₂群体及其衍生的F_2:3家系为材料,构建了一个由215个SSR标记组成的全长为1 717 cM的遗传连锁图谱,共覆盖19条染色体（1D和6A未涉及）,标记间平均距离为7.99 cM,并对6个穗部性状进行QTL定位。利用复合区间作图法共检测出22个QTL,分布在1A、1B、2B、2D、3B、3D、4B、5A、5B和7A染色体上。其中,穗顶部结实粒数QTL有7个,穗基部结实粒数QTL有2个,穗长QTL有5个,总小穗数QTL有3个,不育小穗数QTL有2个,穗粒数QTL有3个,表型贡献率为2.56%～13.66%。控制穗顶部和基部结实粒数QTL的增效基因来源于宁麦18,表明该品种可作为具有高产潜力的小麦育种材料加以利用。     

小麦产量性状的QTL分析

为寻找更多与小麦产量性状相关的数量性状位点（QTL）,利用江苏地方品种望水白与墨西哥小麦品种Alondra杂交构建的重组自交系群体（104个家系）,在3个试验环境下进行了单株有效穗数、主穗粒数、单穗粒数和千粒重4个性状的QTL分析,结果在5A染色体上检测到与单株有效穗数相关、可以解释10．3％～18．8％表型变异的QTL1个;检测到与主穗粒数相关的QTL8个,分别位于染色体1B、1D、3B、4A、5D、6B上和连锁群4上（未知具体染色体归属）,单个QTL可以解释9．9％～19．9％的表型变异;检测到与单穗粒数相关的QTL11个,分别位于染色体1B、1D、2A、2B、3B、4A、5D、6B和7A上,单个QTL可解释7．5％～43．4％的表型变异;检测到与千粒重相关的QTL5个,分别位于2A、2B、3B、4D和7A染色体上,单个QTL可解释9．6％～25．7％的表型变异。获得的QTL可以用于分子标记辅助育种。     

四倍体小麦株高和穗长性状的QTL定位及其遗传效应分析

株高和穗长是影响小麦高产稳产的重要农艺性状。为进一步发掘控制株高和穗长的主效QTL,以硬粒小麦矮兰麦和野生二粒小麦LM001构建的F₈代重组自交系（RIL）群体为材料,基于小麦55K SNP芯片构建的遗传连锁图谱,并结合5年8个生态环境的株高和穗长表型数据,进行QTL定位和遗传解析。结果表明,在RIL群体中,株高和穗长均呈现正态分布,符合数量性状遗传特征。共检测到24个QTL,其中7个与株高相关,分布在2A、2B、4B、5A、6A和7A染色体上,可解释7.46%~20.03%的表型变异;17个与穗长相关,分布在2A、2B、3A、4A、4B、5A和6B染色体上,可解释6.52%~17.10%的表型变异。控制株高的 QPh.sicau-AM-4B和 QPh.sicau-AM-7A以及控制穗长的 QSl.sicau-AM-2B.2和 QSl.sicau-AM-4B.4能够同时在单环境和多环境分析中检测到,为稳定的主效QTL,分别解释了9.17%~20.03%、10.44%~ 14.48%、10.41%~16.29%和7.54%~11.70%的表型变异。此外,在RIL群体子代中存在超亲分离现象,进一步的QTL聚合效应分析表明,株高位点 QPh.sicau-AM-4B和 QPh.sicau-AM-7A的聚合或者穗长位点 QSl.sicau-AM-2B.2和 QSl.sicau-AM-4B.4的聚合均能极显著地提高株高和穗长表型,表明鉴定到的控制株高和穗长的QTL位点具有累加效应。     

小麦分蘖数和单株穗数QTL定位及上位性分析

为了明确小麦分蘖性状和单株穗数的遗传基础,以中国春（母本）和兰考大粒（父本）杂交获得的F₂群体为作图群体,构建了含169个分子标记的遗传连锁图谱。将F_2:3家系分别种植于陕西乾县、岐山和杨凌三地,利用完备区间作图方法对小麦冬前分蘖、春季分蘖和单株穗数进行多环境联合QTL分析,共检测到21个相关的加性QTL位点。其中,6个冬前分蘖QTL位于2A、2D、5D和7A染色体上,单个QTL可解释1.38%～6.73%的表型变异;7个春季分蘖QTL位于1A、2D、4B、5D、7A和7D染色体上,单个QTL可解释1.97%～32.60%的表型变异;8个单株穗数QTL位于1A、2B、2D和4B染色体上,单个QTL可解释2.29%～41.21%的表型变异。共检测到30对加性×加性上位性QTL。其中,控制冬前分蘖的为1对,可解释21%的表型变异;控制春季分蘖的为20对,可解释0.59%～48.7%的表型变异;控制单株穗数的为9对,可解释0.08%～22.18%的表型变异。控制冬前分蘖、春季分蘖和单株穗数的加性QTL存在差异,同一QTL在不同性状中的遗传贡献率也不同;基因间上位性效应以春季分蘖最大,单株穗数次之,冬前分蘖最小,且不同性状涉及的QTL位点具有差异。小麦分蘖遗传主要受加性效应控制,本研究初步定位到的一些重要QTL可为进一步精细定位、基因挖掘和高产育种的分子标记辅助选择提供依据。     

冬小麦麦穗生长过程的模拟研究

为了实现小麦麦穗生长过程的可视化表达，以不同氮肥处理条件下不同类型小麦品种的两年田间试验为基础，通过连续观测并记载不同处理条件下的小麦主茎和分蘖麦穗形态指标（包括穗长、穗宽和穗厚），综合分析了小麦麦穗形态指标随生育进程和环境条件的变化规律，并利用系统分析方法和动态建模技术，构建了冬小麦麦穗生长过程的动态模拟模型。结果表明，麦穗的伸长过程符合S型曲线，而不同蘖位麦穗的最终长度符合二次曲线，且在不同氮肥处理之间均差异明显；采用Logistic方程描述了麦穗长度的动态变化过程，用二次曲线和线性方程定量描述了穗形的动态变化过程，同时采用旗叶的SPAD值量化了氮素对麦穗生长特征的影响；并利用不同小麦品种的田间试验资料对所建模型进行了测试和检验。结果显示，不同时期麦穗穗长、穗宽和穗厚预测值的平均RMSE分别为0．28、0．05和0．04cm。表明模型具有较强的动态预测性和可靠性，从而为进一步建立虚拟小麦生长系统奠定了基础。     

不同日龄玉米花丝授粉对产量相关性状的影响

以浚单29、浚单3136和浚单509为试材,通过对不同日龄花丝人工授粉,收获后统计3个玉米品种的穗长、穗粗、秃尖长、百粒重、穗粒数和穗粒重。结果表明,随着授粉花丝日龄的增大,穗粗和百粒重呈下降趋势;穗长先增加后水平波动,最后快速下降;秃尖长在第1天授粉处理最长,第4天授粉处理降到低谷;穗粒数和穗粒重变化相似,先上升,第4天授粉处理达到峰值后缓慢下降,第10天以后授粉处理下降较快。对各性状的相关系数分析后发现,穗粒数与穗粒重相关性最大。以自然授粉为参照,3个玉米品种在吐丝后的第4天授粉处理花丝活力最高,吐丝后第6天左右授粉处理花丝活力仍与对照相当。花丝日龄影响穗行数,授粉花丝日龄越小穗行数越多。     

玉米株型与穗部某些性状相关性的研究

1998年对6个玉米品种的穗位叶叶长,穗位叶及穗位叶上一、二叶,下一、二叶的茎叶夹角,玉米果穗直径,穗轴直径,穗粒列数性状特征进行了分析和研究,结果表明:穗位叶叶长与果穗直径密切相关,其相关系数r为0.9561,即穗位叶长的品种表现出穗的直径大,穗粗.近穗位叶茎叶夹角平均值与穗轴直径及穗的子粒列数呈显著的负相关,其相关系数r分别为-0.9725和-0.9369.茎叶夹角大的品种穗轴直径小,穗的子粒列数少.茎叶夹角小的品种,穗轴直径大,穗的子粒列数多.     

内源激素与多小穗小麦幼穗分化持续时间的关系

以多小穗小麦品系１０－Ａ及其改良系为供试材料,在小麦幼穗分化发育过程中,研究了吲哚乙酸（ＩＡＡ）、玉米素（ＺＴ）、赤霉酸（ＧＡ３）和脱落酸（ＡＢＡ）等４种内源激素与小麦幼穗分化持续期和小穗数间的关系。结果表明,小穗数与单棱分化和二棱分化持续期具有显著的正相关关系（ｒ值分别为０．７６和０．８８）。相对较高水平的ＺＴ含量、ＺＴ／ＩＡＡ值、ＺＴ／ＡＢＡ值和ＧＡ３／ＩＡＡ值具有延长小麦幼穗分化持续期的作用     

利用玉米穗粒性状三要素估测产量水平

玉米穗粒性状与穗粒重间均有固定的对应数学关系。以穗长、穗粗、粒长三个要素求得穗粒体积约数,其排序位次与穗粒重的排序位次有较高的一致性。两组试材体积约数与粒重的极显著高度正相关的相关程度是一致的。因此,可用三要素求得的体积约数排序位次,判断粒重的排序位次。用这一方法在新组合初试的田间,即可快捷、准确地评价各参试组合的产量位次趋势。     

Analysis of Spike Development of Three Spring Wheat Genotypes under Various Cultural Conditions

Abstract

The spike development in three spring wheat genotypes was studied under various cultural conditions. Two genotypes weakly responsive to cultural conditions in spikelet number per spike (T1 from Nepal and Haruyutaka from Japan) and one weakly responsive to cultural conditions in spike length (U6 from Xinjiang Uygur district of China) were grown under three cultural conditions with different seeding density and fertilization levels : 680 seeds m^?2 without fertilizer (unfavorable), 340 seeds m^?2 with common fertilizer (common) and 170 seeds m^?1 with double fertilizer (favorable). The durations of the vegetative phase, spikelet phase and the spike elongation phase were scarcely influenced by these cultural conditions, although the leaf number was influenced. The development of spikelets seemed to be determined by several factors other than those affecting the developmental processes of the spike. In U6, the increase in shoot apex length during the floral initiation period under the favorable condition was accompanied with an increase in double ridge number and spikelet number per spike, but such a relationship was not observed in T1 and Haruyutaka. T1 and Haruyutaka had a higher rate of spikelet formation under the favorable condition than under the unfavorable condition, but U6 showed a rather lower rate of spikelet formation under the favorable condition. Thus, the effects of the cultural conditions on the spikelet number per spike differed with genotype. At the time of terminal spikelet formation, U6 tended to have a longer spike than T1 and Haruyutaka. However, since the rate of spike elongation was higher in T1 and Haruyutaka than in U6, the spike length at anthesis was shorter in U6.     

西藏半野生小麦研究进展

西藏半野生小麦(Triticumaestivumssp.tibetanumShao)是具有原始染色体结构的普通小麦,遗传研究表明它比原始栽培类型中国春更原始、更接近野生种。断穗和包壳是西藏半野生小麦典型的原始和分类性状,对其进行研究有助于更清晰地认识西藏半野生小麦的起源和分类地位。本文对西藏半野生小麦的分类、细胞学、生化及分子标记的研究进展进行了综述。     

春小麦幼穗分化进程及其与植株生长发育的关系

为了给春小麦高产栽培提供理论依据，研究了水浇地不同品种在不同年份、地区及农艺栽培措施下的幼穗分化规律及其与植株生长发育的相关性．结果表明。春小麦幼穗分化开始于出苗后的ll～16d，穗分化全过程持续32～41d，不同品种之间以及同一品种在不同水肥条件下均存在较大差异。随着密度的增加，幼穗分化提前，随着施肥量的增加，幼穗分化推迟，分化持续天数延长，氮、磷、钾肥合理配施对促进穗分化的效应明显。春小麦幼穗分化进程与生育时期、叶龄指数具有显著的相关性，叶龄指数可作为判断春小麦幼穗分化进程和实施栽培措施的形态指标．     

大麦穗长和株高QTL的鉴定

为挖掘大麦穗长和株高的QTL位点,以1个大麦重组自交系（recombinant inbred line,RIL）群体（以J36528和BMJ89为亲本,包含125个F₁₀代）为材料,基于本课题组前期利用DArT标记构建的连锁图谱,结合4年2点共6个不同生态环境测得的穗长和株高表型数据,鉴定大麦穗长和株高QTL。结果表明,共鉴定到3个穗长QTL和2个株高QTL,分别分布在2H、3H、6H和7H染色体上,其中,穗长位点 Qsl.sicau-JB-2H在2个环境中被检测到,能够解释11.38%~14.66%的表型变异; Qsl.sicau-JB-7H在6个环境中均被检测到,能够解释35.10%~46.34%的表型变异;而 Qph.sicau-JB-6H仅在1个环境中被检测到,可解释17.99%的表型变异。株高位点 Qph.sicau-JB-6H在5个环境中均被检测到,能够解释16.36%~21.18%的表型变异;而 Qph.sicau-JB-3H仅在1个环境中被检测到,可解释15.40%的表型变异。本研究为解析大麦植株形态和产量性状遗传机制以及分子辅助育种奠定了基础。     

大麦主茎穗与分蘖穗出穗差异及其对穗型的影响

为明确大麦主茎穗与分蘖穗出穗差异及其对穗型的影响,以1个二棱大麦和1个六棱大麦品种为材料,考察大麦主茎穗和不同分蘖穗的出穗顺序及其穗部性状。结果表明:供试品种主茎和分蘖的出穗期不一致,随出穗期延迟,穗长、每穗粒数和千粒质量呈下降趋势,主茎穗与分蘖穗1和分蘖穗2之间的差异较小。因此,大麦高产栽培应控制合理的基本苗和2个左右的分蘖穗。