玉米莖稈纖維素遺傳規(guī)律研究獲獎科研報告

玉米莖稈纖維素遺傳規(guī)律研究獲獎科研報告摘

要：玉米作為我國第一大糧食作物，在國內(nèi)糧食增產(chǎn)上貢獻突出，總產(chǎn)量由1.16億t增加到2.01億t，增幅為73.3%.決定玉米產(chǎn)量因素主要涉及4方面，即雜交種、種植密度、抗干旱和抗病性，影響程度分別為58%、21%、10%和15%.在一定種質(zhì)資源基礎(chǔ)上，種植密度是決定玉米增產(chǎn)的主要因素，限制密度提高的主要原因是倒伏。玉米倒伏一般分為根倒、莖倒和莖折。研究表明，玉米倒伏的30%～60%以上為莖折.引起玉米莖稈倒伏的因素有很多，最主要的是玉米品種本身的莖稈強度。從細胞學(xué)角度分析，玉米莖稈強度主要決定于細胞壁，纖維素作為細胞壁主要成分之一，與莖稈強度具有顯著的相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：玉米;莖稈;纖維素;遺傳規(guī)律

1材料與方法

1.1試驗材料

供試材料包括兩個重組自交系（RIL）群體，群體Ⅰ為B73（P1）和By804（P2）構(gòu)建的高油RIL群體;群體Ⅱ為耐密性和抗倒性突出的由中國農(nóng)科院作科所育成的玉米新品種中單909的父母本[鄭58（P1）×HD568（P2）]構(gòu)建的RIL群體。

1.2田間試驗設(shè)計

試驗將群體Ⅰ200個高代（大于F10代）重組自交系和群體Ⅱ221個F7代和F8代重組自交系于2012年冬和2013年春分別在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所海南和昌平試驗站進行。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，單行區(qū)，2次重復(fù)，行長5.5m，行距60cm，株距27.8cm，種植密度為6萬株/hm2，田間管理同大田常規(guī)管理。

1.3性狀測定

試驗分別在大喇叭口期（9～11片展開葉）、吐絲期（全行50%以上植株雌穗吐絲）及以后每隔10d直到玉米成熟共7個時期進行，每行取2株，截取地上2～4節(jié)在105℃下殺青30min，然后65℃烘干，用錘式粉碎機粉碎，過0.5mm網(wǎng)篩。采用近紅外漫反射光譜法[14]測定玉米莖稈樣品的纖維素含量。使用的儀器為MPA型近紅外反射光譜儀（德國BRUKER公司）。利用徐丁一建立的近紅外光譜轉(zhuǎn)化模型將測定的樣品光譜轉(zhuǎn)化成數(shù)值[15].

2統(tǒng)計分析

利用Excel進行數(shù)據(jù)整理，利用SAS軟件相關(guān)程序?qū)τ衩浊o稈纖維性狀進行基本統(tǒng)計量分析和聯(lián)合方差分析，用SAS軟件的ProcMixed程序?qū)赡陻?shù)據(jù)進行最優(yōu)線性無偏預(yù)測（BLUP），將所得結(jié)果用于遺傳模型的分析。

基于混合線性模型的最優(yōu)線性無偏預(yù)測方法處理不同年份間表型數(shù)據(jù)。該方法估計值是無偏的，且考慮到環(huán)境和遺傳關(guān)系因素，可以盡可能消除因環(huán)境影響造成的偏差，能夠提供一個校正偏差的有效方法。

遺傳模型分析采用章元明等提出的數(shù)量性狀主基因+多基因混合遺傳模型分離分析方法[19～22]，分析模型包括1對主基因（A）、2對主基因（B）、多基因（C）、1對主基因+多基因（D）、2對主基因+多基因（E）、3對主基因（F）和3對主基因+多基因（G）7類。依據(jù)極大似然法和IECM算法估計混合分布中各成分分布參數(shù)，根據(jù)期望熵最大即AIC值最小原則及適合性檢驗選擇最優(yōu)遺傳模型，利用最小二乘法，由各成分分布參數(shù)估算主基因和多基因遺傳方差及一階、二階遺傳參數(shù)。

吐絲期前后玉米莖稈干重達最大，是玉米子粒形成的關(guān)鍵時期，代謝活動活躍，如果發(fā)生倒伏將會嚴重影響玉米的生長發(fā)育，進而影響玉米產(chǎn)量。選擇該時期纖維素含量用于遺傳模型分析。遺傳力（h2B）計算公式：h2B=σ2G/σ2P;σ2P=σ2G+σ2GE/e+σ2ε/re式中σ2G=基因型方差，σ2P=表現(xiàn)型方差，σ2GE=基因型×環(huán)境互作方差，σ2ε=隨機誤差方差，e=環(huán)境個數(shù)，r=重復(fù)數(shù)[23].

3結(jié)果與分析

3.1親本與RIL群體表型分析

由親本和群體表型分析可知（表1），群體Ⅰ、Ⅱ纖維素含量隨著生育時期的推進均呈先減后增的變化趨勢，親本與家系的變化趨勢基本一致（圖1）。群體Ⅰ兩個親本纖維素含量在吐絲期后10d和吐絲期后30d分別達到極顯著和顯著差異，其他時期親本間差異不顯著;群體Ⅱ兩個親本纖維素含量在大喇叭口期和吐絲期后10d達到極顯著差異，其他時期親本間差異不顯著。纖維素含量在大喇叭口期-吐絲期含量最大，此時是玉米生長最旺盛的時期，是營養(yǎng)生長與生殖生長并進階段，同時也是纖維素合成的重要時期。在吐絲期后40～50d時期群體Ⅱ的纖維素含量明顯高于群體Ⅰ。群體家系纖維素含量變異顯著，表現(xiàn)出超親分離現(xiàn)象，并呈現(xiàn)出連續(xù)變化趨勢（圖2），說明纖維素含量受數(shù)量性狀基因控制，具有雜種優(yōu)勢。

3.2纖維素含量聯(lián)合方差分析

對兩個RIL群體纖維素性狀進行聯(lián)合方差分析（表2），結(jié)果顯示，環(huán)境、家系和家系與環(huán)境的互作對纖維素性狀的影響均達極顯著水平，說明其含量受遺傳和環(huán)境因素的共同作用，并且基于均方MS值家系是家系與環(huán)境互作的4倍左右，說明基因型間差異是真實存在的，并且主要受遺傳控制，狹義遺傳力分別是76.96%（群體Ⅰ）和76.82%（群體Ⅱ）。群體莖稈纖維素性狀在不同生育期的差異達到極顯著水平，在環(huán)境與家系、環(huán)境與生長發(fā)育時期、家系與生長發(fā)育時期和環(huán)境、家系與生長發(fā)育時期之間的互作均達到極顯著差異。說明玉米莖稈纖維素性狀易受生長發(fā)育時期和環(huán)境及其相互作用的影響，這為進一步對群體家系纖維素遺傳規(guī)律進行深入分析提供了可能。

3.3最優(yōu)遺傳模型選擇與檢驗

根據(jù)P1、P2和RIL群體聯(lián)合分離分析方法，最優(yōu)遺傳模型從AIC值較小的模型中選出;同時有幾個模型AIC值較小且差異不大時，通過適合性檢驗，選擇參數(shù)顯著差異最小的模型為最優(yōu)模型。表3為群體Ⅰ和群體Ⅱ各遺傳模型的AIC值，C模型在兩群體中AIC值最小，與之相近的還有模型D、E-9.

對候選模型進行適合性測驗，結(jié)果表明，C、D和E-9模型適合性檢驗統(tǒng)計量均未達到顯著性差異，而且在不同群體間結(jié)果一致（表4）。依據(jù)AIC值最小的原則，研究表明，玉米莖稈纖維素含量遺傳符合遺傳模型C，即加性-上位性多基因遺傳模型。

3.4最優(yōu)模型遺傳參數(shù)估計

通過P1、P2和RIL群體聯(lián)合分離分析軟件估算出C模型成分分布參數(shù)數(shù)值，在此基礎(chǔ)上計算出C模型一階和二階遺傳參數(shù)（表5）。兩個群體間纖維素含量均值（m3）數(shù)值相近且均超過親本均值（m1、m2），群體Ⅱ親本的纖維素含量均高于群體Ⅰ，尤其是父本。群體Ⅰ的多基因遺傳率為71.04%，群體Ⅱ遺傳率是