不同氮水平下玉米苗期根系形态和氮吸收量的 QTL 定位

【目的】玉米的根系形态与氮素吸收能力关系密切,利用单片段代换群体对玉米苗期根系形态相关性状和植株氮吸收量进行 QTL 定位,可为进一步精细定位并克隆控制玉米低氮下优异根系形态和氮吸收的主效 QTL 奠定基础。【方法】以氮效率差异显著的两亲本许 178 和综 3 构建的 150 个玉米单片段代换系 (SSSL) 群体作为研究材料,进行水培试验。以 Ca (NO₃)₂ 作为氮源,设置高氮 (4 mmol/L NO₃– )和低氮 (0.05 mmol/L NO₃– ) 两个处理,培养 20 d 后分根、冠收获植株,测定生物量和氮含量。通过 WinRHIZO 根系分析系统获得根系的总根长、根表面积、根体积、根直径和根尖数等指标。根据代换系与亲本许 178 表型值的 T-test 结果,利用该群体 SSR 遗传连锁图谱,在 P ≤ 0.001 条件下定位所调查性状的 QTL。【结果】高氮条件下 SSSL 群体除了根直径与总根长和根尖数没有显著相关性以外,其它各性状之间均显著或极显著正相关,并且植株氮吸收量也与根系各性状呈显著或极显著正相关;低氮条件下,除了根直径以外,植株氮吸收量与其他根系性状均呈极显著正相关,并且地上部和根部氮累积量均与根表面积的相关性最大。在高氮条件下共检测到 102 个 QTL 位点,包括 40 个根形态相关 QTL、34 个植株生物量 QTL 和 28 个氮吸收量 QTL;在低氮条件下共检测到 85 个 QTL 位点,包括 47 个根形态 QTL、22 个植株生物量 QTL 和 16 个氮吸收量 QTL。所检测到的根形态相关 QTL 与生物量和氮积累量 QTL 成簇存在,同一 QTL 区间多同时检测到根形态 QTL 和氮吸收量 QTL。高氮条件下,在代换系 1428、1376、1282、1266 和 1473 的代换区间上检测到高氮特异的 QTL 簇,同时包括多个根形态和氮吸收量 QTL,贡献率从–43% 到 84%。低氮下,在代换系 1419 和 1314 的代换区间上同时检测到低氮特异的多个根形态和氮吸收量 QTL,贡献率从–32% 到 55%。【结论】单片段代换系 1419 和 1314 所包含的代换片段 bnlg182—bnlg2295 和 umc1013—umc2047 检测到多个低氮特异的 QTL,并且这两个区间在前人的研究中均有玉米氮效率相关 QTL 检测到,说明该区间包含有玉米根系形态和氮吸收量的主效 QTL,在玉米氮高效吸收中可能起重要作用。     

田间条件下控制玉米开花前后根系性状的QTL定位

在田间原位条件下,利用根系形态差异显著的自交系掖478和武312为亲本构建的BC4F3群体,采用改进的PLABQTL软件中的复合区间作图法对抽雄期（开花前10 d）和灌浆初期（开花后15 d）玉米根系性状的变化和地上部生物量进行QTL定位。并分析其遗传机制。结果表明,花前花后对根干重、总根长、侧根长、轴根长、轴根数等根系性状共检测出27个QTL,单个QTL贡献率为52%157%,其中在染色体臂602和1004区域同时检测到控制着地上部生物量、总根长、侧根长和轴根数等性状的QTLs,两个不同生育时期检测到的共同QTL共有8个。玉米花前花后控制根系生长的QTL因生长发育阶段不同而存在着特异性,而且对地上部生物量形成有重要贡献,这为了解田间条件下根系的生长发育和进一步进行遗传改良奠定了遗传基础。     

水稻苗期生长对缺磷响应的QTL定位

缺磷是抑制全球水稻产量主要因素之一。本研究利用Asomonori（粳型）/IR24（籼型）杂交重组自交株系,对5个水稻苗期性状（相对苗高、相对根长、相对根重、相对苗重以及相对总重）在缺磷条件下的响应QTL进行定位。共检测到20个水稻苗期生长对缺磷响应的QTL位点,分别位于第1（4QTLs）、第4（4QTLs）、第5（2QTLs）、第7、第8（4QTLs）、第9（2QTLs）、第11（2QTLs）和第12号染色体上,其中13个QTLs位于与C3029C、XNpb302、C621B、C621C、R2976和C1263分子标记紧密连锁的6个基因组区域上。另外,每个性状均能从双亲中检测到正负效应QTL位点,这些能解释重组自交系群体中出现超亲和连续分布的现象。本文主要报道了水稻第5、第7和第11染色体上存在水稻苗期生长对缺磷响应的QTL位点。研究表明,该结果及其中检测到的QTLs两侧的连锁分子标记可用于水稻苗期耐低磷性分子育种。     

玉米自交系苗期耐低磷的根系生理特性研究

以磷高效型04419和磷低效型04065玉米自交系为材料,研究了砂培试验条件下,二者在需磷临界期(苗期)的根系生理特性差异。低磷处理下,4～8叶期磷低效型04065玉米根系酸性磷酸酶(APase)活性显著高于磷高效型04419玉米,而其根系磷含量显著低于04419,表明根系APase水平能够反映不同基因型玉米磷效率的差异。当低磷处理至6～8叶期,除根冠比外,二者根系APase、根系活力、根系丙二醛(MDA)、根系总长和干物质积累差异显著,表明不同基因型玉米对低磷的耐受能力是多种生理反应综合作用的结果。     

根系分泌物对镉生物有效性的影响

通过凝胶色谱分析和吸附，解吸，扩散，盆载试验研究表明：玉米根系水溶性有机分泌物与镉的络合可达１２８ｍｍｏｌｅ／１００ｇ，新鲜根系分泌物减少土壤对镉的吸附，提高其扩散性，但经培养分解后则起相反作用。施用铵态氮显著降低根际土壤ｐＨ，增加土壤可解吸性镉和株吸镉量，施用硝态氮肥则相反。     

玉米自交系苗期磷营养特性评价

利用一元线性回归模型对9种基因型玉米自交系在6叶龄苗期的磷(P)营养特性进行了评价。以幼苗的全株或地上部生物量(mg/plant)分别与培养介质对其供磷量(P.mg)建立线性模型,其回归系数作为全株或地上部磷效率的指标;以幼苗的全株或地上部生物量分别与相应的全株或地上部磷含量(P.mg/plant)建立线性模型,其回归系数作为全株或地上部磷利用效率的指标;以幼苗全株磷含量与培养介质对其供磷量建立线性模型的回归系数作为幼苗磷吸收效率的指标。结果表明,9种玉米基因型的磷效率,磷利用效率和磷吸收效率的平均值分别为53.95(全株)和42.61(地上部)、131.84(全株)和124.45(地上部)、0.41。自交系04419的磷效率比平均值约高出45%(全株)和59%(地上部),属于磷效率高效型;而自交系04065和04088的磷效率分别比平均值约低43%、38%(全株)和55%、51%(地上部),属于磷效率低效型;其余自交系的磷效率介于两者之间,为磷效率中间型。玉米自交系苗期的磷效率与磷吸收效率呈显著正相关,与磷利用效率关系不明显;磷吸收效率可作为苗期磷效率预筛选的生理指标。     

玉米株高主效QTL定位研究综述

总结阐述了作物株高与产量高度相关、玉米株高主效QTL定位研究进展及与株高相关基因的功能与响应途径,并对玉米株高主效QTL定位研究进行了展望。     

甘蓝型油菜不同磷效率品种苗期根系生长及磷营养的差异

对甘蓝型油菜磷高效品种 970 81和磷低效品种 97029苗期根系生长状况和体内无机磷含量及酸性磷酸酯酶活性进行了比较。结果表明 ,磷高效品种的主根长 ,根体积、根 /冠比及根系活力受缺磷影响均比低效品种降低9 3、2 1.9、10 .9、7.8个百分点 ,表现出根系良好的适应性。在缺磷条件下 ,2个品种各部位无机磷含量都有所降低 ,而酸性磷酸酯酶活性则增加。其中磷低效品种 970 2 9各部位无机磷含量降低幅度较大 ,酶活性增长较快 ,表明其根系吸收能力较差 ,体内有机磷分解的程度高 ,苗期即需通过再利用来维持其基本生长 ,使后期的生长失去保障。磷高效品种 970 81各部位无机磷所受影响较小 ,酶活性增长较少 ,根系衰老较慢 ,再利用程度小 ,后期生长潜力大。     

作物氮、磷、钾利用相关性状的QTL定位研究进展

选择和培育养分高效的作物品种,结合合理的耕作方式是解决土壤养分缺乏、肥料资源短缺和农业生态恶化等问题的有效途径。作物养分吸收利用等相关性状受微效多基因控制,易于产生基因与基因,基因与环境的互作,难以通过传统的育种手段提高作物养分的吸收和利用效率。然而,数量性状座位(Quantitative Traits Loci,QTL)的定位分析为作物的养分效率的数量性状遗传学研究和高效品种的选育提供了有效的手段和途径。本文主要对近年来国内外利用分子标记对作物养分吸收利用相关性状进行QTL定位的研究结果进行综述。     

不同水分条件下水稻苗期根系性状的QTL分析

以超级杂交稻协优9308(协青早B/中恢9308)衍生的234个重组自交系(RIL)为材料,在正常水分和20%聚乙二醇(PEG-6000)模拟水分胁迫处理下对水稻苗期最长根长、总根长、根表面积、根体积、根平均直径、根尖数、根鲜重和根冠比进行QTL定位分析。采用复合区间作图法,共检测到影响8个根部性状的21个QTL,单个QTL可解释的表型变异介于4.80%～11.35%。其中,正常水分条件下检测到7个QTL,分布在第2、3、9、10、11染色体上;水分胁迫条件下检测到14个QTL,分布在第2、3、5、6、9染色体上。不同水分条件下检测到的QTL位点差异很大,表明不同水分条件下的遗传机制不同。在第3和第6染色体上各检测到1个根部性状的QTL簇,尤其在第3染色体RM6283-RM7370区间发现苗期根系性状与抗旱性及产量相关性状之间存在连锁关系,利用这些QTL紧密连锁的分子标记进行辅助选择,可望同时对多个相关性状进行遗传改良。     

利用三重测交群体剖析玉米苗期性状杂种优势的遗传学基础

为了探讨玉米苗期性状及其杂种优势形成的遗传学基础,以强优势玉米(Zea maysL.)杂交种组合豫玉22及其重组近交系为基础材料,采用三重测交(triple testcross,TTC)遗传交配设计,组配了包含312个测交后代的TTC群体,通过复合区间作图法检测到了30个控制发芽后第4天的最长根长、苗高、初生根数、根干重及叶干重的QTLs,并且在第2、3和7染色体上存在4个同时控制不同苗期性状的QTL区域。分析发现,在利用Z1和Z2数据定位出的22个QTLs中,以超显性位点最多(11个),加性(5个)和部分显性较少(5个),而显性最少(1个)。另外,还检测到8个QTLs与遗传背景之间的互作和16对不同标记间的互作。据此,我们提出超显性和上位性是玉米苗期性状及其杂种优势形成的主要遗传学基础。关键词玉米,苗期性状,三重测交,杂种优势,QTL定位     

Response of Two Maize Inbred Lines with Contrasting Phosphorus Efficiency and Root Morphology to Mycorrhizal Colonization at Different Soil Phosphorus Supply Levels

ABSTRACT

A pot experiment investigated the response of two maize inbred lines with contrasting root morphology and phosphorus (P) efficiency to inoculation with Glomus mosseae or Glomus etunicatum compared with non-mycorrhizal controls. Soil phosphorus was supplied at rates of 10, 50, and 100 mg P kg ^?1 soil. Root length, specific root length, and specific phosphorus uptake of maize line 178 (P-efficient) were significantly higher than of line Hc (P-inefficient). Percentage of root length colonized showed the opposite trend regardless of soil P supply level. The two maize lines did not differ significantly in growth response to mycorrhizal colonization. Root colonization rate decreased with increasing soil phosphorus supply. The beneficial effect of the two AM fungi on plant growth and P uptake was greatest at low soil P level and the responses were negative at high P supply. Mycorrhizal responsiveness also decreased with increasing P supply and differed between the two mycorrhizal fungal isolates.     

Metal binding properties of high molecular weight soluble exudates from maize (Zea mays L.) roots

Summary A high molecular weight (MW > 1000) soluble root exudate fraction (HS) was isolated from hydroponic axenic maize cultures in order to investigate its metal-binding properties. Measurements of the maximum binding ability (MBA) and the overall stability constants (log K) for cadmium-, copper-, lead- and zinc-HS associations were obtained from dialysis and ion-selective electrode titrations. All results showed the occurrence of organometallic bindings. Data fitted to linear Langmuir isotherms. The MBA, measured by dialysis titration, varied from 160 to 206 mEq/100 g HS according to the nature of the metal. log K values, following the series Pb > Cu > Cd 5 Zn, varied from 3.15 to 3.65. Due to these metal-binding properties, soluble root products could play a role in the transfer of metal into the rhizosphere.     

Variability Among Maize (Zea mays L.) Inbred Lines for Seed Longevity

Genotypes conserved in active collections may suffer genetic erosion and modifications. The objective of this work was to investigate changes in germination and vigour in maize (Zea mays L.) inbred lines during cold storage in an active collection. Seeds of 16 maize inbreds produced along 16 years were evaluated for emergence and seedling vigour in a growth chamber. Linear and quadratic regressions of vigour and viability-related traits over seed age were calculated and tested for homogeneity. The seed of five production years of five inbreds that behaved differently in the regression analysis was multiplied in 1998, and original and renewed seed were evaluated in a growth chamber in 1999. Viability and vigour decreased linearly with age for most inbreds, particularly for B84 and EP10, varied at random for a few inbreds, and remained high for EP56 and A295. Aging caused reduction of vigour and loss of viability in most inbreds. There was variability for seed longevity among inbred lines; longevity was highest for inbred EP56. During storage, some seeds of each inbred died, while enduring seeds, when multiplied, produced new seed with enhanced viability and vigour compared to the average seed of the inbred, suggesting natural selection for viability and vigour during storage within inbred lines.     

大麦白粉病抗性的遗传分析与QTL定位

为探究大麦白粉病抗性遗传,定位其抗性QTL,本研究以抗病品种Gairdner和感病品种扬饲麦1号杂交F₁花药培养构建的DH群体及亲本为材料,对大麦白粉病抗性进行鉴定与遗传分析,并利用91对在亲本间多态性好的SSR标记构建了群体的遗传连锁图谱,采用Windows QTL IciMapping 4.0软件中的完备区间-加性模型对大麦白粉病抗性QTL进行定位。结果表明,DH群体各系间存在丰富的大麦白粉病抗性遗传变异。共检测到5个与大麦白粉病抗性相关的QTLs。其中3个时期均检测到qPM-2Ha位于Bmag0711-AWBMS56区间,可解释的表型变异为7.48%~12.50%;qPM-4Ha位于EBmac0906-HVM68区间,可解释的表型变异为23.07%~32.09%;2个时期均检测到qPM-2Hb位于Bmag0749-GBM1475区间,可解释的表型变异为6.22%~8.13%。qPM-2Ha、qPM-4Ha及qPM-2Hb白粉病抗性基因均来源于抗病亲本Gairdner, qPM-3Ha和qPM-4Hb白粉病抗性基因来源于感病亲本扬饲麦1号,qPM-2Hb和qPM-3Ha可能是2个新的大麦白粉病抗性QTLs位点。本研究结果为大麦白粉病抗性基因的发掘、精细定位、克隆及分子标记辅助选择育种奠定了基础。     

玉米株高QTL的定位及主效QTL的确认

为了探索玉米株高的遗传机制,定位玉米株高的数量性状位点(QTL),本研究以玉米自交系PH4CV为轮回亲本,以郑58为供体亲本,构建BC₁F_3:4分离群体,在4个环境下对该群体进行玉米株高表型鉴定。表型分析结果表明,基因型之间差异极显著,且不同环境之间的株高相关性极显著,说明不同环境之间的株高变异具有共同的遗传基础。利用包含5.5万个单核苷酸多态性标记(SNPs)的基因芯片进行基因型鉴定,并结合基因型和表型数据进行全基因组关联分析。在错误发现率(FDR)为0.05时,检测到10个显著性SNPs,这些显著性SNPs主要位于第2号染色体上,-log₁₀(P)值最大的标记为Chr2_194690794。利用线性回归模型对显著SNPs进行表型贡献率及效应分析,发现位于第2号染色体的标记Chr2_194690794效应值最大,贡献率最高,来源于PH4CV的基因型的正效应。利用BC₁F_5:6群体进行基因型和表型鉴定,进一步确认了标记Chr2_194690794与株高QTL的连锁关系,表明在第2号染色体上存在1个控制株高的QTL。本研究为玉米株高QTL的精细定位奠定了基础。     

空间诱变对玉米自交系产量性状配合力的诱变效应

空间诱变育种具有诱变效率高、变异幅度大、育种周期短等特点,是创新种质、拓展种质基础、丰富种质资源的重要途径.为探明空间诱变对不同玉米自交系产量性状配合力的诱变效应,本研究以3份玉米(Zea mays L.)骨干自交系08-641、RP125和18-599为空间诱变基础材料,分别从诱变处理后代中选出优良诱变系为母本,以常用玉米自交系Mo17、478和黄早四等为父本配制杂交组合,在四川和云南两个环境条件下对各杂交组合进行田间试验鉴定,对单株产量性状进行配合力分析.结果表明,08-641和RP125诱变系单株产量一般配合力(GCA)有所降低,18-599诱变系Y2709和Y3235单株产量GCA极显著高于对照.空间诱变对三份玉米自交系单株产量性状配合力效应影响程度不同,总体表现为RP125诱变系变异幅度最大,18-599诱变系次之,08-641诱变系最小.对各杂交组合进行杂种优势分析结果显示,诱变系S1449、Y2803、Y3165和Y3235的杂种优势表现明显,可能具有较大的育种潜势.这些研究结果不仅丰富了玉米育种的物质基础,而且丰富了玉米诱变育种的理论内涵.     

Systematic Measurement Methods for the Determination of the SPAD Values of Maize (Zea mays L.) Canopy and Potato (Solanum tuberosum L.)

Based on Soil Plant Analysis Development (SPAD) values, nitrogen (N) deficiency, nutrient need, and the effect of fertilizer treatments on crop conditions can be quickly estimated, but the method of SPAD measurement significantly affects the accuracy of estimation. In field experiments near Debrecen, Hungary, we measured the reliability and accuracy of SPAD measurements in maize and potato populations using a Minolta SPAD-502 meter (Minolta, Tokyo, Japan). The aim of our study was to determine which SPAD measurement methods are capable of detecting small differences in the SPAD values. During the examination of maize ear leaves, we determined the distribution of SPAD values along the leaf blade and then identified single- and multipoint measurement methods. By comparing the results of the measurement methods we established that the single-point-based measurements are less suitable for the determination of the average SPAD value of the leaf blade than the multipoint-based measurements. Also, we showed that the increase in the number of measurement points does not influence the accuracy of the measurement in the case of systematic measurement methods based on the distribution of SPAD values. Thus we recommend five-point measurements to obtain the average SPAD values of the ear leaves: the tip of the leaf blade and at one quarter and one half of the leaf blade from the base on both the right and left sides. From the measurements conducted in potato, we showed that the SPAD values change at every foliar level and that the measurements carried out on the middle foliar level provide the closest correlation with the average SPAD values of the leaf canopy. Based on these results, we recommend making measurements at different foliar levels or on the middle foliar level to determine the average SPAD value of the potato leaf canopy.     

干旱胁迫对玉米根系生长及根际养分的影响

通过盆栽模拟干旱试验，测定了干旱胁迫下玉米根系生长情况和根际土壤中速效N、P、K的含量。结果表明，干旱胁迫抑制了玉米拔节期和抽雄-开花期玉米根系的生长，减弱了玉米根系的吸收能力。干旱胁追下玉米根际NH4^＋-N、NO3^--N、速效P和速效K均发生根际富集现象。其中有效N和速效K含量高于正常供水．而速效P却呈现低于正常供水的趋势。干旱胁追抑制玉米根系生长、减弱根系吸收能力是玉米减产的重要原因。