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玉米单倍体育种及苗期耐渍性研究

作　者: 邱法展
导　师: 徐尚忠；郑用琏
学　校: 华中农业大学
专　业: 作物遗传育种
关键词: 玉米 单倍体育种 Stock6诱导系 诱导频率 涝渍胁迫 耐渍系数 MDA含量和抗氧化酶活性 QTL 耐渍基因 上位性
分类号: S513
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 537次
引　用: 3次
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内容摘要


玉米单倍体育种具有很多常规育种方法所无法比拟的优点，也是玉米育种家一直关注的热点问题。本研究以Stock 6的系列诱导系为材料，进行了单倍体育种的部分试验，旨在寻找单倍体最好的加倍方法和加倍浓度、调查单倍体的加倍频率和选择的准确率等，为单倍体在育种中的利用及高频诱导系的选育提供指导。涝渍是热带、亚热带地区玉米主要的逆境胁迫之一，也是我国南方地区影响玉米最终产量的主要逆境因子之一。本研究对玉米苗期耐渍材料筛选、鉴定的指标及淹水处理敏感时期、淹水最佳持续时间等进行了研究，并利用筛选得到的耐渍自交系HZ32和敏感自交系K12制备F2群体，对苗期耐渍QTL进行定位。取得了以下主要结果：1、通过2003和2004年两年的试验结果发现，母本基因型对单倍体诱导频率有显著影响，环境对单倍体诱导频率影响不大。单倍体鉴定的准确率不高，平均为21.2％。通过标记频率的检验发现TZi9中含有抑制R-nj显色的基因。2、2003年，对两个组合F1诱导后代单倍体进行了植株吐丝和散粉率的调查。发现仅有13.7％的单倍体具有少量可育花粉。两个试验组合的平均吐丝率为39.6％。吐丝率大于散粉率说明加倍问题出在雄穗而不是雌穗。3、根据叶片枯黄程度将供试品系初步分为5个耐渍等级。HZ32、交51、599等耐渍性最强；K12、M017、TZi9等对淹水最敏感。耐渍性强与耐渍性敏感的品系之间在表型上差异非常明显。“叶片的枯黄程度”可以作为耐渍性初步筛选的重要形态指标。4、三次重复实验证明，随着淹水时间的变化，植株总干重耐渍系数表现出了显著的变化。处理时间与总干重耐渍系数之间呈显著的负线性相关，线性方程是：y=-0.03323x+0.96197（P＜0.0001）。比较表型筛选的结果及耐渍系数筛选的结果，确定耐渍系数作为耐渍性强弱鉴定指标。通过耐渍系数确定了淹水最佳持续时间为6天。以植株总干重及株高的耐渍系数为指标确定V2为淹水处理的最佳时期。5、对六个品系的POD活性和MDA含量进行测定。结合耐渍系数及表型对材料筛选的结果，分析发现POD活性和MDA含量可作为耐渍材料筛选的一个辅助指标。6、在淹水前1天、淹水后2、4、6、8、10d，分别测定了HZ32和K12根部和叶片中MDA含量和SOD、APX、GR、CAT、POD活性变化。CAT是叶片中最重要的H2O2清除酶，而APX在根部扮演重要的角色。涝渍条件下，各种抗氧化酶活性对HZ32的保护作用显著强于K12。MDA含量对K12的损伤大于HZ32。7、应用复合区间作图法，对5个耐渍相关性状进行了QTL定位。共检测到的59个QTL位点分别位于1、2、3、4、6、7、9、10染色体上。其中对照条件下检测到14个QTL，涝渍条件下检测到25个QTL；另外，由耐渍系数（WTC）检测到20个QTL。所检测到的单个QTL解释3.9％—37.3％的表型变异。8、QTL富集区域。EXP.1和EXP.2中所有检测到的59个QTL，共形成11个QTL富集区域。QTL最密集的区域位于第九染色体上umc1519-umc1231标记间。其它重要的QTL富集区域分别位于第三、第四和第七染色体上，这些富集区域里面的QTL至少被两个以上性状检测到。这个结果说明这些区域中的QTL可能具有相同的遗传机制。9、上位互作QTL位点检测。两个实验中，对照条件下总共检测到8个上位互作位点。其中三对为主效QTL与主效QTL互作，其余5个为主效QTL与无显著效应基因座互作。单个上位互作位点解释4.62％到11.81％的表型变异。在涝渍条件下，检测到10个上位互作QTL位点。单个上位互作QTL的贡献率为7.6％-33.4％。其中两个互作位点为主效QTL与主效QTL互作，其余8个为主效QTL与无显著效应基因座互作。同样有10对上位性QTL被目标性状的耐渍系数检测到。单个上位互作QTL位点的贡献率为5.98-25.49％。其中四对表现为主效QTL与主效QTL互作，其它6个表现为主效QTL与无显著效应基因座互作。10、影响耐渍性状的QTL的效应有加性、部分显性、显性和超显性。在所检测到的59个QTL中，表现加性效应的QTL有6个，占10％；表现部分显性效应的QTL有15个，占25.4％；表现显性效应的QTLs有12个，占20.3％；表现超显性效应的QTLs有26个，占44％。

全文目录


中文摘要  7-9
Abstract  9-12
Abbreviation  12-13
第一章 Stock6在玉米育种中的应用  13-38
  1 文献综述  13-26
    1.1 玉米的重要性  13-14
    1.2 植物单倍体育种概况  14-15
    1.3 植物单倍体产生的途径  15-18
    1.4 植物单倍体鉴定方法  18-19
    1.5 植物单倍体加倍的方法  19-21
    1.6 植物单倍体加倍过程中存在的一些问题及展望  21-22
    1.7 玉米单倍体研究进展  22-26
      1.7.1 玉米单倍体育种现状  22-24
      1.7.2 Stock6诱导系诱导单倍体的基本程序、方法  24-25
      1.7.3 玉米育种中单倍体诱导技术的优缺点及展望  25-26
  2 试验材料和方法  26-27
    2.1 单倍体诱导系  26
    2.2 母本基因型  26-27
    2.3 染色体加倍研究  27
    2.4 统计分析  27
  3 结果与分析  27-30
    3.1 单倍体的诱导频率  27
    3.2 标记频率及单倍体诱导频率调查  27-28
    3.3 单倍体鉴定准确率的调查  28-30
    3.4 单倍体加倍结果调查  30
  4 讨论  30-34
  参考文献  34-38
第二章 玉米苗期耐渍材料的筛选鉴定及耐渍基因定位  38-134
  1 文献综述  38-73
    1.1 植物抗逆性物质基础和基本机理  38-40
    1.2 植物抗逆性研究热点  40-42
      1.2.1 植物细胞信号转导分子机制研究  40-41
      1.2.2 植物细胞膜及膜蛋白功能的调控研究  41
      1.2.3 基因组学方法在植物抗逆性研究中的应用  41-42
    1.3 植物在淹水逆境下的生理指标  42-43
    1.4 作物耐渍性的研究进展及展望  43-54
      1.4.1 作物对渍水的适应性反应  43-48
      1.4.2 作物耐渍研究进展  48-50
      1.4.3 涝渍胁迫下作物根调控机制  50-51
      1.4.4 作物耐渍分子生理及功能基因研究热点  51
      1.4.5 涝渍环境与玉米生长关系  51-54
    1.5 分子标记及QTL定位  54-59
      1.5.1 分子标记  54-59
    1.6 QTL定位方法  59-61
    1.7 分子遗传连锁图谱的发展  61-62
    1.8 作物作图、定位群体研究进展  62-72
      1.8.1 作物作图定位群体概况  62-63
      1.8.2 初级作图群体构建及利用  63-65
      1.8.3 次级作图群体的构建及利用  65-67
      1.8.4 次级作图群体的利用  67-69
      1.8.5 高级作图群体—染色体单片段代换系(SSSLs)  69-71
      1.8.6 QTL定位存在的问题及展望  71-72
    1.9 本研究立论依据及目的、意义  72-73
  2 玉米苗期耐渍材料的筛选鉴定  73-88
    2.1 实验材料与方法  73-76
      2.1.1 实验材料  73-74
      2.1.2 实验方法  74-76
    2.2 结果与分析  76-85
      2.2.1 供试材料的初步筛选  76
      2.2.2 处理时间对耐渍系数的影响  76-77
      2.2.3 淹水后耐渍系数变化的重演性  77-78
      2.2.4 利用耐渍系数确定淹水的敏感时期  78-79
      2.2.5 自交系叶片中POD活性和MDA含量变化  79
      2.2.6 两种耐渍性分析方法的比较及耐渍材料的筛选  79-81
      2.2.7 随着淹水时间的持续，HZ32和 K12中 SOD、POD、CAT、APX、GR活性和 MDA含量在根部和叶片中的变化  81-85
    2.3 讨论  85-88
  3 玉米苗期耐渍基因定位研究  88-118
    3.1 实验材料与方法  88-90
      3.1.1 实验材料及群体构建  88
      3.1.2 F_(2:3)室外试验  88
      3.1.3 引物与试剂  88
      3.1.4 DNA样品制备和 SSR标记分析  88-89
      3.1.5 分子标记数据的采集  89
      3.1.6 分子标记连锁图的构建  89
      3.1.7 统计分析  89-90
    3.2 结果与分析  90-109
      3.2.1 遗传图谱的构建  90-94
      3.2.2 耐渍基因定位  94-109
    3.3 讨论  109-118
      3.3.1 两亲本之间的表型变异  109
      3.3.2 EXR.1和 EXP.2中的相关分析  109-110
      3.3.3 玉米遗传连锁图谱的构建  110
      3.3.4 主效耐渍 QTL  110-112
      3.3.5 次级耐渍 QTL  112-113
      3.3.6 上位性 QTL  113-114
      3.3.7 EXR.1和 EXP.2中由耐渍系数检测到的QTL比较分析  114-115
      3.3.8 定位的QTL与 IBM2 Neighbor’s图谱上已定位基因的比较  115
      3.3.9 QTL富集区域(QTL cluster)  115-116
      3.3.10 基因作用方式和杂种优势  116-118
  参考文献  118-134
附录1 玉米总DNA的大量提取(CTAB法)  134
附录2 SSR标记实验方法  134-135
附录3 聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)检测  135-137
致谢  137-139
在读期间发表的论文  139

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中图分类: > 农业科学 > 农作物 > 禾谷类作物 > 玉米（玉蜀黍）
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