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玉米光周期反应和类EMF基因的克隆与分析

玉米光周期反应和类EMF基因的克隆与分析

作者：任永哲河南农业大学

学位级别：硕士

热带、亚热带玉米种质具有丰富的遗传变异。然而，玉米的光周期反应是利用热带、亚热带种质的主要障碍，为了有效的利用热带、亚热带种质，必须研究光周期反应特性和机理。但是玉米对光周期反应最敏感的时期还不太确定，因此也就给光周... 详细信息

热带、亚热带玉米种质具有丰富的遗传变异。然而，玉米的光周期反应是利用热带、亚热带种质的主要障碍，为了有效的利用热带、亚热带种质，必须研究光周期反应特性和机理。但是玉米对光周期反应最敏感的时期还不太确定，因此也就给光周期敏感现象的研究带来了难度，目前对玉米光周期反应的研究很少从光周期反应的内在机理上去探讨，因此对玉米光周期反应最敏感时期的特性做进一步研究，分离光周期反应相关基因，探讨光周期相关基因的表达特点具有重要的理论和实际意义。本试验研究了玉米的光周期反应特性，找到玉米光周期反应最敏感的时期，并克隆到一个光周期反应相关基因，对其在不同光周期处理后的不同材料中的表达模式进行检测，并推测了该基因的功能。主要结果如下： 1．以热带玉米自交系CML288和温带玉米自交系黄早4为材料，研究了它们在每天光照9小时和15小时两种光周期处理后的反应。研究结果表明：黄早4在短日照条件下营养生长和生殖生长基本正常，但长日照处理与短日照处理相比，叶片增加了8片，抽雄、散粉、吐丝分别推迟了8天、4天和8天，散粉吐丝间隔天数增加了4天。对于CML288，长、短日照处理表现出显著差异，在短日条件下的叶片数为17，雌穗和雄穗都能够进行发育，能够进行相对正常的营养生长和生殖生长，而长日照条件下只进行营养生长。说明CML288对光周期的反应非常敏感，黄早4相对不敏感。 2．以热带玉米自交系CML288为材料，研究了它不同时期在9小时短日照和15小时长日照两种光周期相互挪动处理后的光周期反应。结果表明：CML288在短日照条件下7片叶时期是光周期反应的敏感时期，在长日照条件下9片叶时期是光周期反应的敏感时期。其叶龄指数均在40左右，处于雄穗的小穗分化期和小花分化期。总叶片数、抽雄期、散粉期、吐丝期和ASI可以作为衡量光周期反应敏感程度的指标。 3．采用同源克隆法，利用RT-PCR技术克隆到玉米上的EMF同源基因，命名为类EMF基因(基因登录号：DQ343238)。推测新克隆的基因序列含有完整的1881bp的开放阅读框，编码一条约71kD的多肽，包含626个氨基酸残基，编码的蛋白质有一个CH型锌指结构区，两个核定位信号区和一个酸性区，可能是一个转录因子。 4．利用Northern杂交检测了类EMF基因在CML288和黄早4中的空间表达。结果显示，类EMF基因在15小时长日条件下9叶期的CML288和黄早4的茎尖和叶片中均有表达，且表达量差异不大。利用RT-PCR技术检测了类EMF基因在经过9小时和15小时两种不同日照处理后的自交系CML288、黄早4及其F1的不同生长时期茎尖中的表达。结果表明。光周期对类EMF基因的表达有明显的诱导效应，经不同光周期处理后，该基因在2个自交系及F1不同生长时期茎尖中的表达情况不同，其功能可能是促进营养生长，抑制生殖生长。

关键词：玉米光周期克隆锌指结构 RT-PCR 类EMF

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玉米籽粒机收相关性状的配合力分析

玉米籽粒机收相关性状的配合力分析

作者：赵帅帅河南农业大学

学位级别：硕士

玉米籽粒机收是目前我国玉米生产实现全程机械化的一个瓶颈,研究玉米籽粒机收相关性状的遗传基础是培育籽粒机收品种的关键。本研究选用目前国内有代表性玉米品种的10个亲本自交系为材料,按照NCII遗传设计组配出25个杂交组合,在河南省... 详细信息

玉米籽粒机收是目前我国玉米生产实现全程机械化的一个瓶颈,研究玉米籽粒机收相关性状的遗传基础是培育籽粒机收品种的关键。本研究选用目前国内有代表性玉米品种的10个亲本自交系为材料,按照NCII遗传设计组配出25个杂交组合,在河南省三个不同环境下对籽粒机收相关的籽粒含水量、籽粒脱水速率、籽粒抗破碎压力、植株性状、苞叶性状、穗部性状和单株产量等进行了多点鉴定,通过对鉴定性状的配合力、遗传力和性状之间相关分析,以期能为适宜机械化收获的玉米品种的选育提供科学的依据,主要研究结果如下:1.对收获时籽粒含水量和脱水速率多点联合方差分析结果表明,籽粒含水量、收获前4个不同时期脱水速率和平均脱水速率,在基因型间、地点间和基因型×地点间互作方差均达到极显著。25个组合间收获时籽粒含水量平均为31.78%,变化幅度为26.60%—36.35%,郑单958和登海605含水量最高,先玉335中等偏低,豫单9953等6个组合低于先玉335;25个组合收获前16天平均脱水速率为0.79%,变化幅度为0.482%/天--1.015%/天,可分为脱水快、较快、中等和较慢4类组合;25个组合收获前16天4个时期的脱水速率可分为快-慢-快、慢-快-慢、先快后慢和快-慢-快-慢4种模式,郑单958符合先快后慢模式,先玉335和豫单9953均符合快-慢-快的模式。配合力方差分析表明,籽粒含水量父本间GCA、平均脱水速率父本间和母本间GCA以及SCA、4个时期脱水速率组合间SCA的方差均达到显著水平;豫14111和豫808两个父本自交系的GCA对于降低籽粒含水量具有明显的效益;4个自交系(PH4CV、豫808、豫14111、DH351)的平均脱水速率明显优于其它自交系;DH351×昌7-2、PH6WC×豫808等5个组合SCA最高。2.多点联合方差结果表明,6种水分含量籽粒抗破碎压力25个组合间的差异、含水量30%和20%时地点与组合间互作的差异均达到极显著;含水量在30%时25个组合籽粒抗破碎压力平均为235.37N,变化幅度为284.35—196.64 N,豫单9953的籽粒抗破碎压力高于郑单958和先玉335;含水量在26%时25个组合籽粒抗破碎压力平均为235.37N,变化幅度为284.35—196.64 N,豫单9953的籽粒抗破碎压力高于郑单958和先玉335;含水量在20%时25个组合籽粒抗破碎压力平均为235.37N,变化幅度为284.35—196.64 N,豫单9953的籽粒抗破碎压力低于郑单958和先玉335;30%-20%平均含水量时,25个组合籽粒抗破碎压力平均为235.37N,变化幅度为284.35—196.64 N,郑单958比先玉335高且达到显著水平,先玉335跟豫单9953差异不大。配合力方差分析表明,除30%水分含量外,其余5个水分含量籽粒抗破碎压力父本间的GCA和所有水分含量组合间的SCA差异均达到极显著,26%、20%含水量时籽粒抗破碎压力GCA高的亲本分别为豫1122、豫2121、PH4CV、DH382;30%、26%、20%含水量时籽粒抗破碎压力SCA高的组合分别为30%(组合DH351×昌7-2、组合豫1122×昌7-2)、26%(组合豫1122×昌7-2、豫2121×DH382、DH351×PH6WC),20%(组合豫1122×DH382、郑58×豫808);综合30%-20%平均含水量时籽粒抗破碎压力GCA高的亲本分别为豫1122、豫2121、PH4CV、DH382、昌7-2,籽粒抗破碎压力SCA高的组合分别为豫1122×昌7-2、豫2121×DH382、DH351×昌7-2、豫2121×昌7-2。3.现阶段育种家们公认的适宜玉米机械化收获的植株性状是:茎秆强度大,抗倒伏能力强,株高适当低,穗位适当低,收获时含水量低,苞叶层数较少,苞叶长与穗长的差值较小,根据这些性状我们筛选出了几个适宜机械化收获的组合,即组合19(豫单9953)、组合4、组合5三个组合。4.对各性状进行了相关性分析结果表明:籽粒收获时的含水量与穗位,茎秆强度、穗粗、生育期等性状达到了显著的正相关,与脱水速率和穗行数性状达到了显著的负相关性,所以对籽粒收获时含水量选择的时候,应该挑选拥有穗位较低、生育期短,穗粗较细的品种;产量性状与穗行数性状达到显著的正相关关系,与生育期和收获时含水量达到显著的负相关关系,所以选择产量性状的时候应该考虑品种的穗行数和生育期两个性状。选择收获产量高而且收获时含水量低的品种并不存在矛盾。

关键词：机械化收获脱水速率籽粒抗破碎压力相关性

玉米光周期敏感性关键基因ZmDTA5-1的克隆及互作路径分析

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玉米光周期敏感性关键基因ZmDTA5-1的克隆及互作路径分析

作者：董亚辉河南农业大学

学位级别：硕士

光周期敏感性是将热带和亚热带玉米引进温带地区种植的主要屏障,研究与利用热带、亚热带玉米种质,不仅可以丰富我国玉米种质资源的遗传基础,拓宽适应性,改良农艺性状,还有利于发现新的杂种优势群和构建新的杂种优势模式。分离玉米光敏... 详细信息

光周期敏感性是将热带和亚热带玉米引进温带地区种植的主要屏障,研究与利用热带、亚热带玉米种质,不仅可以丰富我国玉米种质资源的遗传基础,拓宽适应性,改良农艺性状,还有利于发现新的杂种优势群和构建新的杂种优势模式。分离玉米光敏感性状差异表达的基因,探寻光敏感相关基因的功能及作用机制,必将为进一步引进、有效地利用和改良热带和亚热带玉米种质提供理论依据和技术支持。在前期精细定位的基础上,利用玉米光周期敏感温热自交系豫354和单片段代换系(光周期敏感温热自交系豫354为轮回亲本,光周期钝感自交系郑60为非轮回亲本构建)为试验材料,分离了光周期相关基因ZmDTA5-1,并构建该基因的CRISPR-Cas9基因敲除载体获得其突变体;以ZmDTA5-1蛋白为诱饵,结合已构建好的酵母双杂交文库,筛选候选基因的互作基因,并将获得的可能与开花时间相关的候选基因与ZmDTA5-1采用酵母双杂交、双分子荧光互补技术验证其互作关系。主要研究结果如下:(1)本研究在课题组前期精细定位的基础上,克隆了候选基因ZmDTA5-1,该基因编码一个Replication protein A 32 k Da subunit A蛋白,包含九个外显子822bp,编码273个氨基酸;通过对光周期敏感温热自交系豫354和单片段代换系的编码序列分析结果表明,在豫354和单片段代换系之间存在6个SNPs位点的突变,其中,5个SNPs引起氨基酸的改变,这些改变并没有引起保守结构域发生改变;在ATG上游2200bp的区段内存在一个大片段(约1650bp)、8个小片段的插入/缺失及较多的SNP突变,q RT-PCR分析结果表明,ZmDTA5-1在豫354的3～6叶期的茎尖表达量均高于单片段代换系,说明ZmDTA5-1可能由于启动子序列的差异引起基因表达量的改变进而导致玉米开花时间的变化。(2)以豫354的cDNA为模板,构建ZmDTA5-1基因的CRISPR-Cas9载体,结合玉米的遗传转化,得到该基因的敲除突变体株系,为验证该基因的功能提供了材料平台。(3)亚细胞定位结果显示ZmDTA5-1基因定位在细胞核和细胞膜上。构建ZmDTA5-1基因的酵母双杂交诱饵载体,利用酵母双杂交核文库筛选ZmDTA5-1基因的互作蛋白,初步筛选出39个ZmDTA5-1基因的互作蛋白,通过Maize GDB和NCBI网站对这39个基因进行功能注释,根据注释结果挑选出6个可能与开花时间相关的基因进行酵母回转验证,结果表明GRMZM5G852759(ATPB)和GRMZM2G080107(PSAN)两个基因与ZmDTA5-1存在互作关系。选取ATPB基因进行双分子荧光互补实验进一步验证互作,构建ZmDTA5-1、Zm ATPB的双分子荧光互补载体,结果表明,两个基因互作且发生在细胞核和细胞膜上。这些研究结果为进一步解析玉米光周期敏感的分子机制提供依据。

关键词：玉米光周期敏感互作基因 ZmDTA5-1

两种密度条件下玉米株高相关性状的QTL定位与分析

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两种密度条件下玉米株高相关性状的QTL定位与分析

作者：张良坤河南农业大学

学位级别：硕士

玉米是典型的粮饲兼用型作物。在单位面积上,通过增加群体密度来最大程度的提高玉米产量可以为我国的粮食安全作出重要的贡献。株型性状与产量密切相关,并且对密度的响应比较敏感。其中株高、穗位是两个比较重要且容易测量的株型性状,... 详细信息

玉米是典型的粮饲兼用型作物。在单位面积上,通过增加群体密度来最大程度的提高玉米产量可以为我国的粮食安全作出重要的贡献。株型性状与产量密切相关,并且对密度的响应比较敏感。其中株高、穗位是两个比较重要且容易测量的株型性状,它们影响着玉米的产量、耐密性、抗倒性和生态适应性等方面。穗位系数是衡量两者是否合理的一个重要参数。本研究以豫82×豫87-1、豫82×沈137、豫87-1×综3及豫537×沈137衍生的4个RIL群体(分别用Pop.1、Pop.2、Pop.3和Pop.4代表)840个家系为材料,通过在60000株/hm2和120000株/hm2的密度下对玉米的三个株高相关性状(株高、穗位高、穗位系数)进行表型鉴定,并构建高密度SNP分子标记遗传图谱,采用复合区间作图法,筛选两密度条件下控制玉米株高相关性状的稳定主效QTL;采用元分析方法对株高相关性状进行“一致性”QTL分析。主要研究结果如下:1.对4个RIL群体和5个亲本株高相关性状表型分析结果表明,豫82的株高、穗位、穗位系数均小于豫87-1和沈137;综3的株高、穗位、穗位系数也明显小于豫87-1;豫537的株高、穗位、穗位系数小于沈137。在两密度条件下,四个RIL群体存在双向超亲分离现象且呈现连续变异,符合正态分布。另外,三个性状对密度的响应均随密度的增加而增大。例如:在高密度条件下,豫82×豫87-1衍生的RIL群体株高均值从186.63cm增加至193.46cm;穗位均值从63.47cm增加至69.73cm;穗位系数均值从0.34增加至0.36。在两密度条件下,4个RIL群体的株高、穗位、穗位系数三者的相关性全部达到极显著水平。2.利用涵盖玉米的10条染色体的3072个SNP标记,对四个RIL群体及亲本进行多态性筛选。分别筛选出1179、1116、1243和1102个多态性SNP标记。利用Jionmap 4.0作图软件,构建出总长度分别为1873.02cM、1839.75 cM、1863.00cM和1629.48 cM的图谱,标记平均间距分别为1.59cM、1.65cM、1.50 cM、1.48 cM。最终将四张遗传图谱整合成一张包含有2439个SNP标记,其总长为1933.74cM、平均间距为0.79 cM的整合图谱。3.利用复合区间作图法,对四个RIL群体在合并值进行玉米株高相关性状的QTL定位,共检测出42个QTL位点,Pop.1、Pop.2、Pop.3和Pop.4分别检测出13、8、12、9个QTL位点。其中23个QTL能在两个密度条件下同时被检测到,还有7个仅在高密度条件被检测到。单个QTL对表型的贡献率范围在5.23%-23.38%之间,其中有20个QTL位点贡献率大于10%。4.利用元分析方法对四个RIL群体定位到的42个QTL进行一致性分析,共整合出10个mQTL,包含了22个QTL,对表型变异贡献率达到52.38%,分布在第1、3、4、5、7、9、10条染色体上。每个mQTL包含2至4个来自不同群体或者不同性状的QTL。

关键词：玉米 RIL 密度株高等相关性状 QTL

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谷子光周期敏感相关性状的QTL定位与分析

谷子光周期敏感相关性状的QTL定位与分析

作者：谢丽莉河南农业大学

学位级别：硕士

光周期是影响植物生长发育的关键环境因素之一,植物开花的光周期敏感反应一直是人们研究的热点。谷子是短日照植物,光周期敏感性是不同纬度和不同海拔地区间谷子种质资源交流的主要限制因子。因此研究谷子光周期反应的分子机理,弱化谷... 详细信息

光周期是影响植物生长发育的关键环境因素之一,植物开花的光周期敏感反应一直是人们研究的热点。谷子是短日照植物,光周期敏感性是不同纬度和不同海拔地区间谷子种质资源交流的主要限制因子。因此研究谷子光周期反应的分子机理,弱化谷子的光周期敏感性,不但有利于谷子种质资源的拓宽与创新、提高谷子品种对不同地理纬度和播种季节的适应性,而且还能在谷子开花时间的光周期调控方面进行有益的探索。本研究以对光周期敏感的谷子(Setaria italica B100)与其野生近缘祖先狗尾草(Setariaviridis,A10)为亲本组建含有188个F8代重组自交系(RIL)的群体为材料,利用325个SNP分子标记构建的高密度遗传连锁图谱,采用复合区间作图法,通过两年多次的不同光周期试验,对开花时的开花时间、叶片数和稳定时的株高、叶长、叶宽、叶面积6个光周期敏感相关性状进行QTL定位和效应分析,同时利用基于混合线性模型的MCIM法分析QTL与环境的互作效应以及上位性效应,最后利用元分析方法对RIL群体定位到的不同环境下的光周期敏感相关性状QTL进行“一致性”QTL分析,以鉴定筛选控制不同环境下的光周期敏感相关性状的主效QTL。主要研究结果如下： 1、以188个RIL家系为作图群体,利用325个多态性的SNP标记,构建了覆盖谷子全基因组的分子标记连锁图谱。图谱总长度为1410.696cM,标记平均间距4.341cM。图谱存在5个间隙稍大的标记区间(大于15cM),分别是第1染色体的429992-429002、第3染色体的958212-959222与857132-857142、第4染色体的1072872-1072912、第5染色体的316072-316052。 2、利用F8代重组自交系群体,在长短日照条件下共检测到94个控制光周期敏感相关性状的QTL,分布在所有9条染色体上。其中短日照条件下检测到37个,长日照条件下检测到57个。长短日照条件下检测到的QTL不同,开花时间QTLqEP5-15、叶片数QTLqLN5-36、株高QTL qPH5-34和叶宽QTL qLW5-36均能在两个光周期中检测到;开花时间QTLqEP4-15和qEP4-18、叶片数QTL qLN4-13和qLN4-17、株高QTL qPH4-13、叶长QTL qLL4-13、叶宽QTL qLW4-12和叶面积QTL qLA4-12均在短日照条件下检测到,而在长日照条件下未检测到;开花时间QTLqEP3-22、叶片数QTLqLN3-22、株高QTLqPH9-13、叶长QTLqLL9-14、叶宽QTLqLW9-14和叶面积QTLqLA9-14均在长日照条件下检测到,而在短日照条件下未检测到。表明控制光周期敏感性及相关性状的数量性状位点在不同光周期环境中特异表达。控制短日照环境下光周期敏感相关性状的QTL集中在第4染色体的标记1067042-1068352和1069382-1069582两个区域,控制长日照环境下光周期敏感相关性状的QTL集中在第3染色体的标记963572-96346210.04区域和第9染色体的标记1212-1202区域。 3、对主效QTL的互作分析表明,长短日照条件下主效QTL与环境互作效应显著,说明光周期敏感相关性状定位到的主效QTL受长短日照环境影响较大。两位点上位性互作分析共检测到4对互作QTL,且达到显著水平,但贡献率较小。未检测到显著的上位性与环境互作。说明上位性在谷子光周期敏感相关性状的遗传中占有一定的比例,但作用较小。 4、本研究整合了94个长短日照环境下光周期敏感相关性状QTL,获得了8.个“一致性”QTL。每个“一致性”QTL整合的QTL为3-18个,平均8.5个,涉及6个性状。控制相关性状的QTL在染色体上成簇分布,第4染色体的1067042-1068352和1069382-106982标记区间是短日照环境下光周期敏感相关6个性状QTL分布的聚集区,第3染色体的963572-96342标记区间是长日照环境下开花时间、叶片数、叶面积三个性状QTL分布的聚集区,第9染色体的1252-1202标记区间是长日照条件下株高、叶长、叶宽和叶面积四个性状QTL分布的聚集区,这些QTL聚集区间可能存在控制不同光周期环境下光周期敏感相关性状的关键真实的QTL,是进一步研究的关键染色体区段。

关键词：谷子狗尾草 RIL群体光周期敏感相关性状 QTL分析 “一致性”QTL

玉米新品种济研501的选育、繁育及栽培技术研究

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玉米新品种济研501的选育、繁育及栽培技术研究

作者：岳竞之河南农业大学

学位级别：硕士

本研究在充分分析当前黄淮海玉米生产现状的基础上,根据高产、优质、多抗、广适的育种目标,选用优良的育种材料和合理的育种方法,成功选育出玉米新品种济研501。结合该品种的特点,开展了繁育和栽培等配套技术的研究,并对玉米育种的有关... 详细信息

本研究在充分分析当前黄淮海玉米生产现状的基础上,根据高产、优质、多抗、广适的育种目标,选用优良的育种材料和合理的育种方法,成功选育出玉米新品种济研501。结合该品种的特点,开展了繁育和栽培等配套技术的研究,并对玉米育种的有关问题进行了探讨。主要结果如下:1、自交系及杂交种的选育选用优良的美国杂交种PH03为基础材料,以国内黄早4系统优良自交系为测验种,定向选育出优良自交系JPV,JPV在选育过程中,F1代进行定向测试,确保选系向改良瑞德类发展,穗行间构建小群体进行优良基因二次重组;国内玉米种质系统互补性较强,可以整合在一起,合成黄旅群,与来自美国的种质有着较高的杂种优势。利用国内血缘两大杂优类群种质材料,采用系谱法选育出优良自交系J9538,J9538以昌7-2为核心,渗入丹340的成分,保持了昌7-2的配合力和适应性,吸收了丹340的丰产性,有效的将国内两大血缘系统旅大红骨和黄早四系统融合在一起,拓宽了种质。根据瑞德×塘四平头的杂优利用模式,以JPV为母本,以J9538为父本组配出玉米新品种济研501。该品种在河南省玉米区试中比对照郑单958增产显著,2008年通过河南省审定,有望成为本区主要推广品种。2、济研501的综合表现该品种具有高产优质广适的突出特点。在2006-2007年连续两年河南省夏玉米60000株/ hm2组区试中,平均产量8396.3kg/ hm2,比对照种郑单958增产7.2%,位居第1;在2007年河南省玉米生产试验中公顷产量为8385 kg/ hm2,较对照郑单958增产5.6%。据农业部农产品质量监督检验测试中心(郑州)对该品种品质分析检验报告:该品种籽粒粗蛋白质11.21%,粗脂肪4.02%,粗淀粉74.39%,赖氨酸0.324%,容重754g/L。籽粒品质达到普通玉米1等级国标;饲料用玉米1等级国标;高淀粉玉米2等级部标,该品种属高淀粉、粮饲兼用型玉米品种。据2007年河北省农科院植保所对该品种人工接种抗性鉴定报告:高抗矮花叶病(0.00%)、中抗弯孢菌叶斑病(5级)、茎腐病(13.2%),感小斑病(7级)、大斑病(7级)、瘤黑粉病(12.5%)、玉米螟(8.1级)。该品种株型半紧凑,株高、穗位中等,上部叶片上冲,下部叶片平披,茎秆粗壮,根系发达,果穗粗大,结实性好,生育期适中,综合性状优良。3、济研501繁育及制种技术济研501亲本繁育:黄淮海地区夏播母本适宜的种植密度为90000株/ hm2左右,父本适宜的种植密度为75000株/ hm2;西北地区春播母本适宜密度为105000株/ hm2,父本适宜密度为82500-90000株/ hm2。杂交制种:制种最好选择在我国西北地区,母父本行比为5︰1,或采用满天星法,种植密度根据亲本繁殖适宜的密度按行比推算,母本密度为105000株/ hm2,父本密度为90000株/ hm2。父本先播种70%,过7天后将另外30%父本浸种,与母本同期播下。4、济研501栽培技术九个密度处理的比较试验结果表明,济研501适宜的种植密度范围57000～63000株/hm2。高产栽培应在保证种植密度基础上,稳定千粒重,主攻穗粒数。本文根据济研501玉米杂交种选育成功的经验,讨论了外来优良种质资源利用、国内种质资源改良和创新、黄淮海杂优利用模式、育种过程控制的程序化、新品种推广等问题。

关键词：玉米济研501 品种选育栽培技术

两种密度条件下玉米叶型相关性状的QTL定位与分析

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两种密度条件下玉米叶型相关性状的QTL定位与分析

作者：刘海静河南农业大学

学位级别：硕士

玉米是我国重要的粮食作物,随着对其需求的增加,如何在现有耕地面积的基础上提高玉米的产量,是玉米育种的重要目标。在高密度下选育耐密性的优良玉米品种,是实现玉米高产的一个重要途径。叶片是玉米进行光合作用的重要器官,其空间形态... 详细信息

玉米是我国重要的粮食作物,随着对其需求的增加,如何在现有耕地面积的基础上提高玉米的产量,是玉米育种的重要目标。在高密度下选育耐密性的优良玉米品种,是实现玉米高产的一个重要途径。叶片是玉米进行光合作用的重要器官,其空间形态影响着玉米光合作用的效率,决定了玉米的株型,因此,在高密度条件下研究玉米叶部性状具有重要意义。本研究以紧凑型自交系豫82、半紧凑型自交系综3分别和松散型自交系豫87-1衍生的两套RILs群体(Pop.1和Pop.2)为材料,通过在4000株／亩和8000株／亩的密度下对玉米的叶部相关性状进行多个地点的表型鉴定,并利用构建的SNP分子标记遗传图谱,采用复合区间作图法对叶部性状进行QTL定位及效应分析;利用基于混合线性模型的复合区间作图法,分析叶部性状的上位性及与环境和密度的互作效应,筛选在多个地点和两密度条件下控制玉米叶部性状的稳定主效QTL;采用元分析方法对叶部性状进行“一致性”QTL分析。主要研究结果如下：1.构建了两张分别包含1179和1243个SNP标记的遗传连锁图谱,覆盖玉米的10条染色体,图谱总长度分别为1884.8cM和1864.0cM,标记平均间距分别为1.599cM和1.500cM。将两张遗传图谱整合成一张包含有1890个SNP标记、总长为1928.396cM、平均间距为1.020 cM的整合图谱。2.对两套RIL群体在两个密度条件下分3个地点的叶部性状进行表型分析,结果表明,随着种植密度的提高,3个亲本的叶夹角、叶宽和叶面积降低,叶向值增大,叶长和高点长豫82、综3表现为增大,豫87-1表现为降低。RIL群体的均值随种植密度的提高,两群体均表现为叶宽、叶面积降低,叶向值增大,而叶夹角的均值,Pop.1表现为增大,Pop.2表现为降低,叶长和高点长的均值,Pop.1表现为降低,Pop.2表现为增大。两群体的各个性状在所有环境下均存在单向或双向超亲分离,并呈现出连续变异。3.利用复合区间作图法,对两个RIL群体在三个地点环境和合并值进行玉米叶部性状的QTL定位,检测到控制叶夹角、高点长、叶向值、叶长、叶宽和叶面积的QTL分别有46、31、47、36、47和34个,单个QTL的贡献率在4.01%-44.40%之间;在3个地点环境和合并值中没有定位到位于相同区间的QTL在2个地点环境和合并值中定位到相同区间的QTL有9个,分别是4000株／亩条件下,控制高点长的位于第4染色体上的QTLs、第3染色体上控制叶向值的QTLs、第3和第4(2个)染色体上控制叶长的QTLs、第3染色体上控制叶宽的QTLs、8000株/亩条件下,第4染色体上控制高点长和叶长的QTLs、第5染色体上控制叶向值的QTLs，这些QTL可能是环境相对稳定的同一个QTL。各叶部性状在一种环境和合并分析中定位到的位于同一标记区间的QTL有23个。在两套RIL群体中都检测到多对上位性互作QTL,且所解释的表型变异占一定比例,表明上位性效应在叶部性状的遗传中大量存在。大多数QTL及上位性与地点环境和密度间均无显著的互作效应。4.对两个群体在两密度下定位到的叶部性状QTL进行分析,结果表明,两群体的叶部性状,除Pop.2群体的高点长外,均能检测到位于同一区间的QTL有26个,其中贡献率均大于10%的QTL有5个,分别为控制叶夹角的第3染色体上区间为PZE-103026528～PZE-103027544和PZE-103022844～PZE-103025592的QTLs,控制高点长的第4染色体上区间为PZE-104022145～PZB01619.2的QTLs,控制叶向值的第5染色体上区间为PZE-105123635～ PZE-105128589的QTLs以及控制叶面积的第8染色体上区间为PZE-108073336～SYN20179和PZE-108075601-PZE-108074267的QTLs,这些QTLs对密度不敏感,针对这些区间可以进一步研究,以发掘具有耐密性的叶部性状基因;同时还检测到了密度特异性的QTL有15个,其中贡献率大于10%的QTL有5个,分别为4000株/亩条件下,第1染色体上控制叶夹角的QTLs,第3染色体上控制叶向值的QTLs,第6染色体上控制叶长的QTLs,8000株/亩条件下,第1染色体上控制叶夹角的QTLs,第8染色体上控制高点长的QTLs,这些QTL对密度敏感,但地点环境稳定性好,这些区间对于玉米的耐密性研究也同样具有利用价值。5.利用元分析方法对2套RIL群体的叶部性状进行一致性QTL分析,在4000株值和8000株/亩密度条件下均获得8个mQTL,对比两密度下的QTL,发现控制高点长和叶长的m1QTL4和mhQTL4的标记区间临近,控制叶长和叶面积的mhQTL8-1在m1QTL8-2的区间内,这些mQTL不受密度

关键词：玉米 RIL 密度叶部性状 QTL

4个玉米RIL群体穗部性状的QTL定位与分析

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4个玉米RIL群体穗部性状的QTL定位与分析

作者：安允权河南农业大学

学位级别：硕士

玉米的种植面积在我国已经达到临界值,目前只能通过提高单产来满足我国对玉米的需求。研究玉米产量性状的遗传调控机制,通过分子标记辅助选育新品种是提高玉米单产的重要途径。穗行数(ER)、行粒数(KR)和穗粒重(EKW)作为玉米重要的产量... 详细信息

玉米的种植面积在我国已经达到临界值,目前只能通过提高单产来满足我国对玉米的需求。研究玉米产量性状的遗传调控机制,通过分子标记辅助选育新品种是提高玉米单产的重要途径。穗行数(ER)、行粒数(KR)和穗粒重(EKW)作为玉米重要的产量构成因子,对其进行研究分析具有重要意义。本研究利用不同时期我国4个优良玉米杂交种(中单2号、丹玉13、掖单2号、掖单13)分别构建了含有187个、189个、152个和142个家系的F9重组自交系群体。以这4个群体(Pop.1、Pop.2、Pop.3和Pop.4)为作图定位群体,分别构建SNP分子连锁图谱,采用复合区间作图法对ER、KR和EKW进行QTL定位分析。主要研究结果如下:1.构建了4张分别包含3217、2765、2409和2241个SNP标记的遗传连锁图谱,分别覆盖玉米的10条染色体,图谱总长分别为2822.3c M、2273 c M、1986.1 c M和2753.3 c M,标记间的平均距离分别为0.88 c M、0.82 c M、0.82 c M和1.23 c M。2.对4个RIL群体ER、KR和EKW在3个地点的表型分析表明,4个RIL群体3个性状在3点的表型值大都介于双亲之间,其表型值的变异系数大小均为:ER

关键词：玉米穗行数行粒数穗粒重 RIL QTL