玉米快速發(fā)育關鍵技術研究及在抗莖腐病遺傳分析中的應用.pdf

1、育種周期長、出品種速度慢是當今玉米育種工作面對的主要挑戰(zhàn)。加快育種進程、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)育時間兩方面入手，在對玉米植株發(fā)育形成較深刻認識的基礎上，針對植株發(fā)育的特點和要求設計了YKF（玉米植株快速發(fā)育）營養(yǎng)液及相應的基質配方，針對用幼胚離體培養(yǎng)直接成

2、苗的要求設計了KC培養(yǎng)基，以中國常用的玉米自交系為試驗材料建立了玉米快速發(fā)育的關鍵技術，并在玉米抗莖腐病遺傳分析中進行了應用。
　　玉米莖腐病是一種世界性的土傳病害，嚴重影響著玉米的產量和品質。目前，已經定位了多個與莖腐病抗性基因連鎖的分子標記，但這些標記的實用性有待驗證。本研究以國內外159份玉米自交系為材料，通過比較田間抗病表型和室內分子標記檢測基因型之間的符合度，評價了11個分子標記的有效性。利用玉米快速發(fā)育技術構建了昌7-

3、2（感、母本）×齊319（抗、父本）的F2群體，同時利用與抗莖腐病RpiQI319-1和RpiQI319-2連鎖的有效分子標記對F2群體進行了莖腐病抗性遺傳分析。
　　本研究取得的主要研究結果如下:
　　1.通過三因素隨機區(qū)組試驗設計進行盆栽試驗，比較3個玉米自交系(03H006、昌7-2和PH6WC)在4種栽培基質（YKF、WKF、Hoagland基質和田間耕層土）、3種溫度（18～25℃、23～30℃、25℃及以上自然溫

4、度）植株發(fā)育情況。結果表明，4種基質中在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營養(yǎng)基、23～30℃條件為關鍵因素的玉米植株快速發(fā)育技術。
　　2.采用三因素隨機區(qū)組試驗設計，比較分析了3個玉米自交系（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)基進行萌苗的玉米幼胚快速萌苗技術。
　　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)對幼胚離體發(fā)育的影響。結果表明:活性炭和激素均有利于玉米胚苗根長（以最長根計）、根數、株高和鮮重的增加。其中，活性炭對根長、根數、株高和鮮重四方面性狀的

6、影響均達到了顯著水平，但激素只對根數和鮮重的影響達到了顯著水平。
　　4.采用以上建立的玉米植株快速發(fā)育技術和幼胚快速萌苗技術，對8個常用玉米自交系進行全生育周期快速發(fā)育試驗，結果表明: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，實現了一年可完成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的幼苗為對象，利用轉錄組測序技術分析基因表達情況，結果表明:AC可引起玉米幼胚苗中2196個基因的差異表達，包括地下部2142個基因，地上部147個基因。地下部差異基因(DEGs)主要涉及光合作用-天線蛋白、細胞循環(huán)、植物激素信號轉導、外源物質代謝等108條KEGG途徑，地上部DEGs涉及泛醌和其他萜-醌類物質合成等10條KEGG途徑。<

8、br>　　6.分析了159份國內外玉米自交系的田間莖腐病抗性表型和與4個莖腐病抗性QTL(qRfg1、qRfg2、RpiQI319-1、RpiQI319-2)連鎖的11個分子標記在上述材料中的擴增帶型。結果表明:在供試材料中，西南地區(qū)的抗病種質最多，占比達88.24％;東北地區(qū)的抗病種質次之，占比達82.36％;黃淮海地區(qū)抗病種質最少，占比達53.66％。通過比較標記擴增與田間表型的結果，發(fā)現分子標記STS01（qRfg1）、STSZ4

9、79(qRfg2)、bnlg1866（RpiQI319-1）和bnlg1716（RpiQI319-2）的陽性檢測結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的有效標記。
　　7.利用玉米快速發(fā)育技術構建了昌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139d。利用與RpiQI319-1緊密連鎖的標記bnlg1866