玉米回交导入后代群体中耐旱种质的鉴定研究

发掘玉米种质资源中的有利基因可以对现有玉米自交系进行快速有效的改良和创新,本研究以优良玉米自交系丹340、掖478和齐319为受体与34个供体自交系构建的回交导入后代群体为材料,在干旱胁迫条件下,通过测定单株雌雄开花间隔(ASI)天数和群体结实株数百分率进行耐旱鉴定和筛选。结果表明:1)在干旱胁迫下的BC2F2群体内,有50%以上的单株不能正常散粉吐丝,绝大多数结实较好的单株的ASI小于或等于6 d;2)有些供体自交系对缺水环境敏感,但在其回交后代群体中出现了耐旱植株,表明这些供体带有耐旱有利基因;这种潜在耐旱基因的表达受遗传背景影响较大,同时与特定组合有关;3)对不耐旱受体自交系进行耐旱性改良的效果较好,对耐旱的受体自交系继续进行耐旱性改良则比较困难,但仍可以筛选到耐旱性更强的后代材料。研究表明,通过大规模回交导入并对后代进行严格的表型鉴定和筛选,是发掘种质中耐旱基因的有效途径,可以明显地提高玉米回交导入后代群体的耐旱性。     

利用SSR荧光标记分析90个糯玉米地方品种的遗传多样性

试验以2个CIMMYT热带群体Pob 25和Pool26为基础材料,以丹340、掖478及其杂交种F₁(掖单13)为测验种,采用三重测交(TTC)设计,对两群体各性状进行了基因效应分析,在两群体中均发现了部分性状存在显著的上位性效应,并提出了各类上位性分量的可能利用途径,为两群体的遗传改良打下了基础。     

玉米抗丝黑穗病的基因效应

利用2个抗玉米丝黑穗病自交系（齐319和Mo17）与2个感病系（E28和黄早四）,组配4个抗感杂交组合。2004年,对4个组合的亲本、F₁、F₂、BCR（F₁与抗病亲本回交1代）和BCS（F₁与感病亲本回交1代）6个世代群体分别在北京和黑龙江进行丝黑穗病的人工接种鉴定,采用世代平均值分析玉米抗丝黑穗病的遗传特点。研究表明,各杂交组合的抗病性均含有显著的加性效应,其中3个组合有显著的显性效应。不同杂交组合的抗病遗传模式表现不同,用感病亲本E28组配的2个组合（齐319×E28）和（Mo17×E28）的抗病性基本符合加性-显性遗传模型;而用另一个感病亲本黄早四组配的组合（齐319×黄早四）和（Mo17×黄早四）的抗病性存在明显的上位性效应。这说明玉米对丝黑穗病的抗性呈现较复杂的遗传模式。因此,在抗玉米丝黑穗病育种中既要重视对自交系抗病水平的鉴定,也要加强杂种F₁的合理组配及抗病性评估。     

提高玉米育种效率的技术途径与策略

李明顺谢摘要玉米育种技术要从被动遵循必然规律跃升到自由境界,就要了解和遵循客观规律。首先要提高育种和产业技术的理论基础。种质的扩增、改良与创新是育种的基础,要根据客观的育种目标和正确的思路,调整育种技术和方法,推广高密度育种法,创造适度的逆境条件和选择压力。协调好育种目标与各种生物技术和传统方法的关系。这些就构成了育种效率的基本内容。     

种植密度对玉米籽粒灌浆及脱水特性的影响

为了研究种植密度对玉米籽粒灌浆、脱水特性及产量的影响,探寻玉米收获时籽粒含水量与籽粒灌浆速率和脱水速率的相关性,建立玉米高产、高品质及合理密植栽培模式。以‘绿单2号’、‘绥玉10号’、‘鑫鑫1号’、‘德美亚3号’、‘吉单27’、‘嫩单11’为试验材料,采取裂区设计,种植密度为主区（种植密度设6.0万株/hm²、7.5万株/hm²、9.0万株/hm²、10.5万株/hm² 4个水平）,玉米品种为副区,测定授粉后不同时期各玉米品种籽粒灌浆速率、脱水速率、籽粒含水量、产量及产量相关性状,研究种植密度对不同玉米品种籽粒灌浆及脱水特性的影响。结果表明,‘德美亚3号’10.5万株/hm²种植密度下,授粉后55天灌浆即停止,其他玉米品种授粉后56~60天、61~65天籽粒灌浆速率差异不明显,并趋于0;授粉后41~65天,‘绿单2号’7.5万株/hm²处理籽粒含水量低于其他密度处理(P＜0.05),65天籽粒含水量最低,为41.34%;‘德美亚3号’7.5万株/hm²种植密度籽粒脱水速率表现单峰曲线趋势,峰值出现在授粉后51~55天,为3.90%/d;6个玉米品种10.5万株/hm²处理产量均低于其各自玉米品种其他密度处理,说明三江平原地区10.5万株/hm²密度不适于该6个玉米品种。综合籽粒灌浆、脱水特性及产量性状,‘鑫鑫1号’、‘绥玉10号’最适密度为6.0万株/hm²,‘绿单2号’、‘德美亚3号’、‘吉单27’最适密度为7.5万株/hm²;‘嫩单11’对密度处理不敏感。     

Mn对超富集植物短毛蓼（Polygonum pubescens Blume）抗氧化机理的影响

采用水培的方法,研究了不同浓度Mn（0、0.5、1、2、4、8mmol·L-1）对新发现的Mn超富集植物短毛蓼（Polygonum pubescens Blume）生长、Mn吸收及Mn对其抗氧化酶和非酶系统的影响。结果表明,锰处理显著增加了（P〈0.05）短毛蓼根、茎、叶中Mn的含量,锰处理还引起了短毛蓼叶片中过氧化氢（H2O2）和丙二醛（MDA）的累积。当Mn处理浓度大于1mmol·L-1时,显著降低了短毛蓼的株高、株重（P〈0.05）;当Mn处理浓度为8mmol·L-1时,短毛蓼叶片中叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a＋b含量最低,与对照差异显著（P〈0.05）。Mn处理显著提高了短毛蓼叶片中超氧物歧化酶（SOD）活性（P〈0.05）,而过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性呈先升后降趋势,表明Mn处理打破了短毛蓼活性氧物质的正常代谢,并启动了抗氧化酶系统。8mmol·L-1的Mn处理,显著提高了短毛蓼叶片中巯基（-SH）、还原型谷胱甘肽（GSH）的含量（P〈0.05）,比对照分别提高了10.6%和20%,表明-SH、GSH在短毛蓼缓解Mn毒害的过程中起着重要作用。     

玉米opaque2突变体子粒表型及营养成分分析

通过回交转育构建o2突变型的近等基因系CAL58/o2,对其子粒进行扫描电镜和透射电镜观察,发现与CAL58相比,CAL58/o2中淀粉颗粒排列松散,形状更加规则,CAL58/o2子粒中蛋白体体积变小。分析子粒的营养成分,CAL58/o2赖氨酸含量极显著提高了55.88%,氨基酸总量显著减少9.79%,粗蛋白显著减少8.86%,粗脂肪显著增加30.96%,粗淀粉显著增加5.87%。同时,提取成熟子粒醇溶蛋白进行比较,CAL58/o2子粒的α、β-醇溶蛋白含量明显降低,γ-醇溶蛋白含量增加。     

基于RNA-Seq技术的o2胚乳差异表达分析

Opaque2(O2)转录因子在玉米胚乳的发育进程中起重要作用。o2突变体中赖氨酸含量增加,玉米品质提高,但在很多农艺性状上表现较差。以授粉后18 d的玉米胚乳为材料,使用RNA测序(RNA-Seq)技术筛选到3 051个差异表达基因(DEGs)。通过GO和KEGG富集分析发现,DEGs覆盖了物质跨膜运输、次生代谢物的生物合成、植物激素信号转导、脂质代谢、氮代谢等多方面的功能。由此推测,O2是玉米胚乳发育过程中多种代谢途径的关键性调节因子。     

糯玉米opaque2基因近等基因系的创制

opaque2基因能够提高糯玉米赖氨酸、色氨酸等必需氨基酸的含量。用2种优质蛋白玉米(QPM)CA339和鲁2548自交系作为opaque2基因供体,25个品质较好的糯玉米自交系作为受体,利用回交技术和SSR分子标记辅助选择育种,创制糯玉米opaque2近等基因系。分子标记结果表明,不同受体以及两种供体间都存在多态性。5套创制成功的opaque2近等基因系的赖氨酸含量比其轮回亲本分别提高了59.0%、52.7%、48.5%、46.3%和61.9%,分别由0.308%、0.313%、0.309%、0.341%、0.323%提高到0.489%、0.478%、0.458%、0.498%、0.522%。本研究表明,可以利用此方法通过向不同遗传背景的多种受体导入opaque2,选取赖氨酸含量提高较大、透明表型的近等基因系,提高糯玉米的营养价值和经济价值。     

10个玉米群体改良杂交种吉单261的育种利用分析

以5个国内合成群体和5个美国群体为父本,吉单261双亲自交系为母本,组配20个测交组合。基于有利等位基因频率的群体改良理论,分析了10个群体改良我国东北区杂交种吉单261产量和穗行数的育种潜力及改良策略。研究表明,供试群体具有改良杂交种性状的利用价值,辽旅综、中综3号、BSCB1等3个群体具有同时提高杂交种产量和穗行数的潜力。建议采用吉853回交吉853×辽旅综和吉853×中综3号组合,或对W9706×BSCB1组合连续自交,获得新改良系,期望实现对现有杂交种吉单261的持续改良。