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。     

标记辅助改良热带粳稻利用水稻亚种间杂种优势

培育亚种间杂交水稻品种是开发水稻产量潜力的一个重要研究内容。本研究通过复合杂交结合分子标记辅助选择(MAS)培育出新型的籼稻基因渗入热带粳稻品系。这些基因渗入系表现出良好的农艺性状，经RAPD标记检测，遗传上更相似于热带粳稻，大部分品系具有广亲和特性。进一步用SSR和SSR-RAPD分子标记分析这些籼稻渗入系热带粳稻与3个温敏核雄性不育系间的遗传差异性，利用具有较大的分子标记多态性的组合亲本配制杂交稻种子，鉴定获得了多个具有强杂种优势的组合。结果表明，MAS是亚种问杂交水稻育种中辅助选择杂交亲本、鉴定广亲和位点、育种品系的遗传多样性和遗传距离分析和杂交稻组合选配的有效技术手段。     

玉米主要杂种优势类群特点及杂种优势模式利用

玉米杂种优势的利用为我国玉米产量大幅度提高发挥了决定性作用。杂种优势类群的划分是玉米杂种优势利用的基础,对杂交种组配和自交系改良具有重要的指导意义。在前人研究的基础上,总结了玉米主要杂种优势类群性状表现的特点;结合育种现状,分析了我国玉米杂种优势利用模式的现状及发展趋势。为了适应商业化育种的要求,杂种优势模式将逐渐简化,最终将归结为A×B模式,即Reid×非Reid模式。     

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.     

亲本间数量性状遗传距离在高赖氨酸玉米育种中的应用初探

以八个高赖氨酸玉米自交系考查产量品质等16个性状作亲本间遗传距离研究,同时以相应的杂种一代作验证。结果表明,基于性状间遗传相关的主成分值可以较充分地概括众多育种性状的遗传信息,以主成分为基础的遗传距离可以较充分地反映出亲本间的遗传差异,用类平均法比用最短距离法对亲本进行聚类能较好地反映出亲本间的关系。遗传距离与超标优势间不存在明显的相关关系。超亲优势这一参数在高赖氮酸杂种玉米育种中无实际利用价值。一个亲本与其它所有亲本的遗传距离的平均(~2)与该亲本的一般配合力效应(GCA)有曲线关系的趋势。在一定范围内~2与GCA 呈直线关系,r(~2,GCA)=0.7896(P<0.1121)。直线回归方程为GCA=-0.6341+0.8D~2。~2与由该亲本构成的优良组合的比例间存在着显著的线性关系,r(~2,优良组合比例)=0.9027(P<0.05)。因此可望用~2来预测亲本的 GCA 及获得成功的把握性,从而减少实测配合力的大量繁重劳动,提高育种效率。以单位面积赖氨酸产量为指标能较好地概括高赖氮酸玉米育种的目标。     

山东省主要审(认)定玉米杂交种种质分析

自1982年以来,山东省审(认)定了167个玉米新品种,本文对其中的125个普通玉米品种做了分析。结果表明,20世纪80年代山东省审(认)定品种核心种质是Lancaster、四平头和Reid,主要杂优模式是四平头×Reid和Lancaster×地方种质,骨干系是黄早四和Mo17。U8112是山东省利用国外种质选系成功的代表。90年代种质基础狭窄,核心种质是四平头和Reid,主要杂优模式是四平头×Reid,骨干系是掖478。期间利用外来种质育成优良自交系齐319。2001年至今,种质基础得到了有效拓宽,核心种质是四平头、Reid和PB,主要杂优模式是四平头×Reid和Reid×PB,骨干系是lx9801和齐319。     

玉米单倍体诱导与加倍方法研究

以玉米孤生殖诱导系TY1和5个生产上大面积利用的玉米杂交种为材料,探究了不同环境条件下玉米单倍体的诱导率和加倍率.结果表明,不同基因型杂交种的单倍体诱导率存在显著的差异,郑单958和浚单18的单倍体诱导率较高,在海南的单倍体诱导率要明显高于甘肃点和郑州点.不同试剂和质量浓度的加倍结果表明,利用0.6 g.L-1的秋水仙素处理萌动的单倍体种子具有较好的加倍效果,而且不同遗传背景的单倍体加倍率同样存在显著的差异,在甘肃具有较高的加倍率.在单倍体育种过程中,应当利用中国良好的生态资源,在海南和甘肃分别建立单倍体诱导和加倍基地,以提高玉米单倍体的育种效率.     

玉米近等基因系群体的构建及其应用

玉米是我国重要的粮食作物,也是研究植物遗传和功能基因组学的理想材料。近等基因系群体是构建分子遗传图谱、QTL定位和分子辅助育种重要的材料。我国广泛栽培的杂交种先玉335和郑单958在植株形态、果穗性状、籽粒含水量和脱水速率等方面存在差异。以郑单958亲本郑58和昌7-2为材料,分别与先玉335的亲本PH6WC和PH4CV进行杂交、回交和多代自交,构建了含有先玉335亲本背景的近等基因系材料的混合群体,利用玉米55K芯片分析了这些材料的基因型和群体结构。对2016年和2017年在廊坊与三亚的2年4点的表型数据进行了性状差异分析及性状间相关性分析,结果表明这些材料在株型、果穗性状、籽粒含水量等方面存在差异。利用该群体,应用全基因组关联分析准确定位到了控制穗轴颜色的基因。未来可利用该群体结合全基因组关联分析,开展株高、穗位、籽粒脱水速率等数量性状的基因定位、分子标记开发和分子辅助育种等工作,提高育种效率。     

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。     

不同籼稻光(温)敏不育系配组的优势比较

采用安农S-1,衡农S-1,W6154S 及5460S 等4种籼稻光(温)敏不育系分别与14个水稻品种(系)配置杂交组合,在同一条件下栽培,进行杂种优势分析.结果表明:4种籼稻光(温)敏不育系杂种产量都具有明显的平均杂种优势与超亲优势,并且都有一定比例的竞争优势组合;安农S-1可作杂交早稻不育系利用;衡农S-1与5460S 只能用作晚稻不育系;W6154S 则主要用作晚稻不育系;结实率及千粒重是影响4种籼稻光(温)敏不育系杂种产量提高的主要因素,在两系杂交稻测交组合鉴定及不育系与父本品种选育中,应注意结实率及千粒重的改良;并提出两系亚种间杂交稻选育应以选育广亲和光(温)敏不育系途径为主,此外两系杂交稻选育还应注意亲缘隔离.     

利用籼粳杂种一代若干问题的探讨

 水稻亚种间杂种与亚种内杂种及亲本品系相比较，表现结实率偏低、生育期偏长、植株偏高、较易落粒，但穗大粒多、分蘖力较强。供试组合中农艺性状的广泛变异为利用其有利优势提供了选择的余地。亚种间组合的亲子相关分析表明，杂种F#-1的株高、生育期、落粒性、百粒重、每穗颖花数及有效分蘖数均与中亲值有显著相关。为了获得理想的籼粳杂种，要选择矮秆基因互为等位，感光性、感温性、落粒性互补的品种作亲本。为最大限度地提高产量潜力，亚种间F#-1必须具有高而稳定的结实率，并将良好的水稻株型与有利优势结合起来。     

Genome-wide pedigree analysis of elite rice Shuhui 527 reveals key regions for breeding

Hybrid rice significantly contributes to the food supply worldwide. Backbone parents play important roles in elite hybrid rice breeding systems. In this study, we performed pedigree-based analysis of the elite backbone parent rice variety, namely, Shuhui 527(SH527, Oryza sativa), to exploit key genome regions during breeding. Twenty-four cultivars(including SH527, its six progenitors and 17 derived cultivars) were collected and analyzed with high-density single nucleotide polymorphism(SNP) array. Scanning all these cultivars with genome-wide SNP data indicated the unique contributions of progenitors to the SH527 genome and identified the key genomic regions of SH527 conserved within all its derivatives. These findings were further supported by known rice yield-related genes or unknown QTLs identified by genome-wide association study. This study reveals several key regions for SH527 and provides insights into hybrid rice breeding.     

高产早熟耐密抗倒伏宜机收玉米新品种‘京农科728’的选育与配套技术研究

为实现中国粮食增产500亿kg,玉米作为中国粮食增产的主力军,选育并应用优良玉米新品种是提高玉米单产保证总产持续增加的主要途径。通过利用玉米优异资源为基础,集成“高大严”、IPT、DH等多种育种方法,进行选育优良自交系和杂交种研究。以自育优良自交系‘京MC01’为母本,‘京2416’为父本杂交选育成玉米新品种‘京农科728’。试验结果表明,该品种耐密植,抗倒伏,综合抗性好,产量高,增产潜力大,稳产性好,脱水快,早熟,适宜机械化收获。该品种于2012年通过国家审定（国审玉2012003）,2014年通过北京市审定（京审玉2014006）,适宜在北京、天津两市,河北省的唐山、廊坊、保定北部、沧州中北部夏玉米种植区种植。该品种的种子生产技术简便,产量高,降低生产成本。在生产中结合科学管理,提高单产,带动总产增加,为保障粮食安全奠定基础。     

Analysis on potential approaches to utilize genic male sterility in plant hybrid breeding

The exploitation of plant heterosis is an effective approach to increasing the food production. The heterotic hybrid varieties in major crops such as rice, cotton, and wheat can show more than 20% yield advantage over best conventional ones under the same cultivation conditions. The difficulties in breeding elite male sterile lines and the inconveniences for commercial hybrid seed production are hampering the development of hybrid crops breeding.     

应用种间杂交方法进行谷子抗除草剂育种的初步研究

野生青狗尾草与中国栽培谷子进行杂交,并用浸有氟特力溶液的小培养皿进行发芽试验,快速鉴别F2代的抗除草剂性能。抗性被隐性基因控制,但更确切的结果有待进一步试验。氟特力不同用药量的选择试验表明,对氟特力抗性与敏感不同的谷子品种在 0~2.4 L/hm2 的处理表现不同,抗型品种的抗性大约是敏感型抗性的5倍。为我们选育谷子抗性新品种提供了依据。     

玉米育种技术体系的构建及有关问题的讨论

本文围绕玉米商业化育种的思路,基于二群论、杂交种产量增益与自交系改良同步、高密度抗逆育种等育种技术原理,构建了玉米商业化育种技术体系,分析了技术体系的组成：群内杂交构建选系群体,群间杂交配制优势组合,人为创造高密度等逆境选系,以及多点测试等。对育种中经常遇到的一些关键问题如株型、叶片、早熟、抗倒、籽粒脱水、抗病、选系群体的大小和测配等进行了初步的探讨。     

辽宁省玉米育种现状和发展方向探讨

对2005～2009年期间辽宁省玉米育种的审定情况进行分析和总结,阐述了辽宁省玉米育种现状,包括种质基础、杂种优势模式、审定品种应用情况和玉米育种的基础研究等,提出了辽宁省玉米育种存在的问题和玉米育种的发展方向。     

玉米叶夹角的遗传与分子调控研究进展

培育高产品种是玉米育种的主要目标之一,而叶夹角是株型选择进而提高产量的重要指标,对叶夹角的形成及相关基因的克隆和分子机理解析是开展耐密高产玉米品种选育的基础。从叶夹角对玉米生长发育的影响,叶夹角的形态建成、遗传基础、分子调控机制及QTL定位和基因克隆等方面归纳了国内外对玉米叶夹角的遗传与分子调控研究进展,总结现有研究存在的问题,初步提出未来玉米叶夹角的主要研究方向,为利用分子标记辅助选择培育耐密型品种,提高玉米产量潜力提供信息参考。