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玉米改良自交系224与亲本农艺性状的比较及根系形态可塑性变化对适应低磷胁迫的作用

作　者: 张瑜
导　师: 李春俭
学　校: 中国农业大学
专　业: 植物营养学
关键词: 玉米蚕豆改良自交系224 供体亲本478 轮回亲本312 低磷胁迫根系形态
分类号: S513
类　型: 博士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

充分发掘作物自身对养分吸收利用的潜力,是作物高产和养分高效的基础。这就要求能够选育出高产高效的作物品种。分子数量遗传学的发展为作物育种学家应用分子标记辅助选择技术(MAS)进行定向选育新品种提供了可能。本研究以玉米改良自交系224及其供体亲本478和轮回亲本312为试验材料,通过连续两年的田间和温室试验,系统比较了三个自交系玉米在不同供磷水平下在叶面积、植株生物量、穗部性状、产量、吸磷量及根系形态等方面的差异。为了验证玉米主要通过根系形态变化增加磷素吸收来适应低磷胁迫的假设,通过两年不同供磷水平的田间试验,比较了玉米和蚕豆在植株根冠比、根系形态和生理变化上的差异。主要结果如下：1.不同供磷水平(低磷5μmol/L和高磷250μmol/L)和限制种子根及节根生长(限根)的温室营养液培养试验中,在苗期根系对低磷的形态可塑性变化、限根后的补偿性生长、以及植株生长和磷素吸收等方面,玉米改良自交系224与轮回亲本312的表现相同,并显著低于供体亲本478。说明插入的DNA片段未能影响224在苗期的营养生长和磷素吸收。2.与营养液培养中对根系生长的影响类似,在两年不同供磷水平的田间试验中,吐丝期和成熟期时224的总根长、侧根长及其在0-40cm土层中的垂直分布与312相比无显著差异,并显著低于478。但224的总叶面积、整株生物量、产量和吸磷量都高于312,在低磷条件下尤为明显,说明插入的相关DNA片段影响了224在田间苗期之后的生长和磷素吸收。与供体亲本478类似,在两年田间试验中224的花后吸磷量均显著高于312,说明可能存在未鉴定的控制花后吸磷量的DNA插入片段发挥了作用。两年不同供磷水平的田间试验结果显示,在吐丝期和成熟期,相同供磷水平下三种自交系生长的不同土层土壤的速效磷(Olsen-P)浓度无显著差异；各自交系的根际与非根际土壤的速效磷浓度差异无规律。3.在田间对不同供磷水平下玉米自交系478根系在0-60cm土层中分布的研究结果表明,低磷水平下,拔节期和吐丝期时,自交系478在40-50cm土层中的细根量显著增加,但根际与非根际土壤的无机磷分级结果无显著差异。4.两年田间试验证明玉米和蚕豆根系对低磷胁迫的适应性反应不同。与蚕豆相比,低磷胁迫下玉米植株的根冠比净增量及其根系在浅层土壤(0-20cm)中的总根长都显著高于蚕豆。相反,与玉米相比,蚕豆的根际酸性磷酸酶活性显著升高,根际土壤pH值显著下降。综上,本论文的研究结果为通过遗传育种方法培育在适量供磷条件下高产和磷高效的作物品种提供了证据。虽然在改良自交系224染色体上检测到了来自供体亲本478控制根系性状的DNA片段,但是田间整个生育期试验以及水培苗期试验结果都无表型；而试验结果显示改良自交系224花后的吸磷量显著高于其轮回亲本312,但未见有在224染色体上插入了供体相关DNA片段的报道。通过与蚕豆的比较,验证了玉米主要通过根系形态变化适应低磷胁迫,以增加磷素吸收。在玉米生产中,应更加注重通过施肥和根际调控措施促进根系的生长,提高磷肥利用率。

玉米改良自交系224与亲本农艺性状的比较及根系形态可塑性变化对适应低磷胁迫的作用

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