玉米快速發(fā)育關(guān)鍵技術(shù)研究及在抗莖腐病遺傳分析中的應(yīng)用.pdf

1、育種周期長(zhǎng)、出品種速度慢是當(dāng)今玉米育種工作面對(duì)的主要挑戰(zhàn)。加快育種進(jìn)程、縮短育種周期、發(fā)展快速的玉米育種方法，是玉米育種界多年的愿望和社會(huì)的迫切需求。玉米生育周期可分為植株發(fā)育（播種至授粉）和種子形成與成熟（授粉至種子成熟）2個(gè)階段。本研究從加快玉米植株發(fā)育和減去不必要的種胚發(fā)育時(shí)間兩方面入手，在對(duì)玉米植株發(fā)育形成較深刻認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，針對(duì)植株發(fā)育的特點(diǎn)和要求設(shè)計(jì)了YKF（玉米植株快速發(fā)育）營(yíng)養(yǎng)液及相應(yīng)的基質(zhì)配方，針對(duì)用幼胚離體培養(yǎng)直接成

2、苗的要求設(shè)計(jì)了KC培養(yǎng)基，以中國(guó)常用的玉米自交系為試驗(yàn)材料建立了玉米快速發(fā)育的關(guān)鍵技術(shù)，并在玉米抗莖腐病遺傳分析中進(jìn)行了應(yīng)用。
　　玉米莖腐病是一種世界性的土傳病害，嚴(yán)重影響著玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)。目前，已經(jīng)定位了多個(gè)與莖腐病抗性基因連鎖的分子標(biāo)記，但這些標(biāo)記的實(shí)用性有待驗(yàn)證。本研究以國(guó)內(nèi)外159份玉米自交系為材料，通過(guò)比較田間抗病表型和室內(nèi)分子標(biāo)記檢測(cè)基因型之間的符合度，評(píng)價(jià)了11個(gè)分子標(biāo)記的有效性。利用玉米快速發(fā)育技術(shù)構(gòu)建了昌7-

3、2（感、母本）×齊319（抗、父本）的F2群體，同時(shí)利用與抗莖腐病RpiQI319-1和RpiQI319-2連鎖的有效分子標(biāo)記對(duì)F2群體進(jìn)行了莖腐病抗性遺傳分析。
　　本研究取得的主要研究結(jié)果如下:
　　1.通過(guò)三因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，比較3個(gè)玉米自交系(03H006、昌7-2和PH6WC)在4種栽培基質(zhì)（YKF、WKF、Hoagland基質(zhì)和田間耕層土）、3種溫度（18～25℃、23～30℃、25℃及以上自然溫

4、度）植株發(fā)育情況。結(jié)果表明，4種基質(zhì)中在YKF上發(fā)育最快，3種溫度中23～30℃發(fā)育最快，且植株健壯，從而確定了以YKF營(yíng)養(yǎng)基、23～30℃條件為關(guān)鍵因素的玉米植株快速發(fā)育技術(shù)。
　　2.采用三因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，比較分析了3個(gè)玉米自交系（03H006、昌7-2和PH6WC）的3種胚齡（授粉后12d、14d和16d）幼胚在3種培養(yǎng)基(MS、N6和KC培養(yǎng)基)上的離體發(fā)育情況，結(jié)果表明:用3種胚齡的幼胚萌苗，16d胚成苗最快，14

5、d幼胚也能很快成苗，且與16d差異不明顯，但12d胚萌苗既慢又弱;3種培養(yǎng)基中，在KC上萌苗最快、且苗健壯。從而確定了用14d胚、KC培養(yǎng)基進(jìn)行萌苗的玉米幼胚快速萌苗技術(shù)。
　　3.以MS為基本培養(yǎng)基，比較添加激素(NAA0.01mg/L、BA0.04mg/L)和活性炭(2g/L)對(duì)幼胚離體發(fā)育的影響。結(jié)果表明:活性炭和激素均有利于玉米胚苗根長(zhǎng)（以最長(zhǎng)根計(jì)）、根數(shù)、株高和鮮重的增加。其中，活性炭對(duì)根長(zhǎng)、根數(shù)、株高和鮮重四方面性狀的

6、影響均達(dá)到了顯著水平，但激素只對(duì)根數(shù)和鮮重的影響達(dá)到了顯著水平。
　　4.采用以上建立的玉米植株快速發(fā)育技術(shù)和幼胚快速萌苗技術(shù)，對(duì)8個(gè)常用玉米自交系進(jìn)行全生育周期快速發(fā)育試驗(yàn)，結(jié)果表明:鄭58全生育期為65.0d、03H006為65.8d、B73為66.0d、黃早四為68.0d、中17為69.3d、昌7-2為71.8d、PH4CV為72.8d、PH6WC為73.5d，實(shí)現(xiàn)了一年可完成5.0～5.6代的玉米快速發(fā)育。
　　5.

7、以胚齡14d的昌7-2幼胚在MSAH（加活性炭的MS）和MSH（未添加活性炭的MS）培養(yǎng)基上發(fā)育9d的幼苗為對(duì)象，利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)分析基因表達(dá)情況，結(jié)果表明:AC可引起玉米幼胚苗中2196個(gè)基因的差異表達(dá)，包括地下部2142個(gè)基因，地上部147個(gè)基因。地下部差異基因(DEGs)主要涉及光合作用-天線蛋白、細(xì)胞循環(huán)、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、外源物質(zhì)代謝等108條KEGG途徑，地上部DEGs涉及泛醌和其他萜-醌類物質(zhì)合成等10條KEGG途徑。<

8、br>　　6.分析了159份國(guó)內(nèi)外玉米自交系的田間莖腐病抗性表型和與4個(gè)莖腐病抗性QTL(qRfg1、qRfg2、RpiQI319-1、RpiQI319-2)連鎖的11個(gè)分子標(biāo)記在上述材料中的擴(kuò)增帶型。結(jié)果表明:在供試材料中，西南地區(qū)的抗病種質(zhì)最多，占比達(dá)88.24％;東北地區(qū)的抗病種質(zhì)次之，占比達(dá)82.36％;黃淮海地區(qū)抗病種質(zhì)最少，占比達(dá)53.66％。通過(guò)比較標(biāo)記擴(kuò)增與田間表型的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)分子標(biāo)記STS01（qRfg1）、STSZ4

9、79(qRfg2)、bnlg1866（RpiQI319-1）和bnlg1716（RpiQI319-2）的陽(yáng)性檢測(cè)結(jié)果與田間表型符合度較高，分別為76.79％、78.95％、91.67％和73.33％，可作為抗莖腐病分子檢測(cè)的有效標(biāo)記。
　　7.利用玉米快速發(fā)育技術(shù)構(gòu)建了昌7-2（感、母本）×齊319（抗、父本）的F2群體。從種植親本種子到獲得F2群體14d幼胚共耗時(shí)139d。利用與RpiQI319-1緊密連鎖的標(biāo)記bnlg1866