玉米抗倒伏性状的表型鉴定及QTL初步分析

摘要

作物倒伏是由种植方式或外界环境因素引发的植株茎秆从自然直立状态到无法直立生长的现象。玉米抗倒伏是玉米高产的关键性状，近年来，玉米倒伏现象成为制约我国玉米高产优质、机械化收获的关键因素。玉米倒伏性状是复杂的数量遗传性状，目前对此性状的表型评价及遗传研究存在诸多困难。依靠单一性状研究玉米倒伏表型具有局限性，因此多个性状结合可有效研究玉米倒伏遗传机理。本研究以倒伏与抗倒伏自交系为材料，通过对其茎秆表皮穿刺强度测定、茎秆表皮解剖结构观察以及茎秆木质纤维素组分含量测定，对倒伏生物学性状进行表型评价；通过构建倒伏遗传分离群体，利用分子生物学方法对倒伏遗传机理进行初步分析，对控制玉米倒伏的 QTL进行初步定位，以期为玉米的抗倒伏育种提供指导，为玉米抗倒伏 QTL的精细作图及图位克隆奠定基础。本研究获得的主要结果如下：
　　1.通过对玉米骨干自交系田间倒伏性状调查，选择8个倒伏玉米自交系，3个抗倒伏玉米自交系和1个脆杆自交系作为研究材料，倒伏自交系表现为遇大风等恶劣天气，无法直立生长，脆杆自交系地上部分表现为脆性，遇大风易折断；
　　2.通过测定茎秆表皮穿刺强度对研究材料进行茎秆机械强度评价，结果表明倒伏自交系较正常自交系茎秆机械强度低，脆杆材料表现为机械强度最低，说明茎秆机械强度低的材料其抗倒伏能力弱；
　　3.选取玉米茎秆地上部第三节间为材料，利用徒手切片法观察玉米茎秆横切面解剖结构，间苯三酚染色，抗倒伏自交系表皮及维管束周围组织细胞被间苯三酚染为红色，说明木质素沉积多；倒伏自交系表现为染色反应慢，表皮厚壁组织细胞及维管束鞘细胞着色浅，木质素沉积少；
　　4.利用扫描电镜观察玉米茎秆表皮下及维管束周围厚壁组织细胞结构及细胞壁厚度，结果表明倒伏自交系表皮厚壁组织及维管束鞘组织细胞壁加厚不明显，细胞壁薄；抗倒伏自交系相应组织细胞壁加厚；
　　5.利用HPLC方法、UV法与灼烧法结合测定玉米茎秆木质纤维素含量，结果表明倒伏自交系茎秆纤维素含量较正常自交系没有显著变化，但其木质素含量较低，脆杆自交系较正常自交系纤维素含量降低，半纤维素含量升高，说明茎秆木质素、纤维素含量与植株倒伏能力相关，其中木质素含量可作为植株倒伏性状的评价指标进行研究；
　　6.利用倒伏材料20790与抗倒伏材料LH277构建F2群体，对F2群体进行表型分析，利用SSR标记进行遗传作图，借助软件，对控制玉米倒伏性状的QTL进行初定位，找到25个与玉米抗倒伏相关的QTL，倒伏QTL分别位于玉米第1、第2、第4、第5、第7和第9号染色体，贡献率为5.5％-52.5%不等；
　　综上结果表明倒伏材料茎秆表皮穿刺强度低、木质素沉积少、表皮及维管束组织细胞壁薄，玉米倒伏性状与其茎秆机械强度、茎秆解剖结构、木质纤维素含量相关；各表型均可作为植株倒伏性状的评价指标，但多个表型结合评价玉米倒伏性状将增加倒伏性状鉴定的科学性与准确性；倒伏相关基因位点分布广泛，主效QTL挖掘难度大，与脆杆性状的单基因控制遗传机理不同，倒伏遗传机理较为复杂，本研究结果将为玉米倒伏QTL的进一步精细定位与克隆奠定基础，研究所用SSR标记将为玉米遗传研究与改良提供参考。

目录

声明

符 号 说 明

1引言

1.1倒伏现象

1.2倒伏类型

1.3倒伏原因

1.4抗倒伏措施

1.5作物抗倒伏评价方法与指标

1.6本研究的目的意义

2 试验材料与方法

2.1试验材料

2.2试验方法

3结果与分析

3.1玉米抗倒伏性状的表型鉴定

3.2玉米抗倒伏性状QTL定位

4.讨论

4.1玉米倒伏种质对玉米抗倒伏育种的研究意义

4.2玉米自交系倒伏性状表型鉴定分析及其重要意义

4.3抗倒伏QTL初定位评价

4.4 QTL“呈簇”分布现象及定位结果的一致性分析

4.5玉米抗倒伏QTL定位研究的意义与展望

5结论

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文