玉米耐旱性的遗传及耐旱材料创制研究

论文摘要

干旱是影响粮食生产的主要非生物因素。据统计，从1950年至今，全国平均每年受旱面积达3.26亿亩，成灾1.34亿亩，直接减收粮食200亿斤以上，约占各种自然灾害造成粮食损失的60％。玉米在我国的栽培面积为2000多万公顷，占作物总面积的1／3，其中2／3是旱作，干旱造成的产量损失平均为15％，仅次于病虫害的危害。而玉米一生需水量大，对水分胁迫又非常敏感。因此，研究玉米耐旱性的遗传特性，对了解玉米耐旱机理，寻找耐旱基因，进而改良玉米自身的耐旱性，以及耐旱品种选育具有重要指导意义。 本试验采用控制灌水措施，在土壤含水量略高于萎蔫系数的干旱条件下，鉴定了生产上常用的以及新近选育的57个玉米自交系的耐旱性。筛选强耐系和不耐系，以及与籽粒产量耐旱系数相关显著的耐旱性状指标。在此基础上，对耐旱性的基因效应和遗传模型进行了研究，并对强耐旱自交系在mRNA水平和蛋白质水平的表达差异进行了分析鉴定。为了对优良自交系的耐旱性进行改良，也为了获得研究耐旱性遗传的突变材料，我们结合物理化学诱变，对优良自交系愈伤组织进行了诱变筛选。主要结果如下： 1．利用塑料大棚，在土壤含水量略高于萎蔫系数的干旱强度下（土壤绝对含水量为10％-12％），以籽粒产量耐旱系数为指标，鉴定了57个常用玉米自交系的耐旱性。耐旱系数变异幅度在0.810-0.048之间，以81565的耐旱性最强，R09和N87-1次之，200B、丹340、9526最弱。对其中耐旱性强、中等、弱的12个代表自交系的15个与耐旱性有关的生长发育和生理生化指标进行了调查和测定，根据其与正常灌水对照的差异计算耐旱系数，并与籽粒产量耐旱系数进行多元回归分析。结果表明，播种出苗期可用出苗率与生物学产量耐旱系数的乘积作为自交系耐旱性鉴定指标，成株期可用株高、雌雄花期间隔、出叶速度、根重等的耐旱系数预测自交系的耐旱性。对苗期与成株期耐旱性的相关分析表明，苗期出苗率与生物学产量耐旱系数的乘积与成株期单株籽粒产量耐旱系数的简单相关系数r=0.840**，达极显著水平，说明苗期耐旱性的强弱与成株期的耐旱性有显著相关性，可以通过苗期耐旱性鉴定来预测成株期的耐旱性。 2．在耐旱性鉴定结果的基础上，选择耐旱性差异较大的亲本配成两对组合（81565×9526；R09×丹340），并组配成P1、P2、F1、F2、B1、B2六个世代群体。又选耐旱性不同的11个自交系，按Griffing完全双列杂交方法4，组配55个杂交组合。随机区组设计，三次重复，干旱处理同前。分别调查与耐旱性相关显著的耐旱指标株高、ASI、出叶速度、根重和单株籽粒产量，并分析和估计了这5个指标的基因效应、配合力和遗传力大小。结果表明：耐旱性的基因效应在不同指标和不同组合间变化较大。对于出叶速度，加性效应和显性效应表现相当，另外4个指标显性效应明显大于加性效应。

论文目录

• 第一部分 文献综述
• 1 干旱对玉米生产危害概况
• 1.1 干旱是玉米生产主要限制因素之一
• 1.2 选育推广耐旱品种是减少干旱损失经济有效的途径
• 1.3 耐旱性鉴定条件难以统一规定和标准化
• 2 玉米耐旱性鉴定指标的研究进展
• 2.1 形态结构指标
• 2.2 生理生化指标
• 3 植物响应干旱的主要机理
• 3.1 确抗氧化防御机能
• 3.2 渗透调节机能
• 3.3 干旱逆境下植物产生响应蛋白
• 3.3.1 功能蛋白
• 3.3.2 调控蛋白
• 3.4 生物膜的修复
• 3.5 代谢途径发生改变
• 4 干旱诱导基因的表达调控
• 4.1 植物水分胁迫信号的识别与转导
• 4.1.1 水分胁迫的信号感知
• 4.1.2 水分胁迫的信号传导
• 4.2 耐旱相关基因的表达调控
• 4.2.1 转录水平调控
• 4.2.2 转录后水平调控
• 5 玉米耐旱性遗传的基因效应研究
• 5.1 产量遗传的基因效应
• 5.2 雌雄花期间隔遗传的基因效应
• 5.3 玉米根系遗传的基因效应
• 6 作物耐旱相关基因的研究综述
• 6.1 差异显示技术在作物耐旱性相关基因序列研究中的进展
• 6.2 玉米水分胁迫应答基因的研究状况
• 7 作物耐旱相关蛋白的研究进展
• 7.1 蛋白质双向电泳技术的改进与优化
• 7.2 双向电泳技术在寻找干旱逆境差异蛋白质方面的研究进展
• 8 诱变处理在作物种质资源改良和创新上的应用
• 8.1 诱变育种研究
• 8.2 诱变处理与组织培养结合创造新种质的研究
• 9 本研究的目的与意义
• 第二部分 材料方法与结果分析
• 第一章 玉米自交系的耐旱性鉴定及评价
• 1 材料与方法
• 1.1 参试自交系
• 1.2 试验设计
• 1.3 调查指标
• 1.4 脯氨酸含量测定
• 1.5 耐旱系数的计算与统计分析
• 2 结果与分析
• 2.1 耐旱指标的方差分析
• 2.2 单株籽粒产量耐旱系数的分级
• 2.3 苗期耐旱性鉴定指标的比较
• 2.4 成株期耐旱性鉴定指标的比较
• 2.5 耐旱性不同自交系脯氨酸含量耐旱系数平均数随叶龄期的变化
• 2.6 干旱条件下穗位叶面积和光合作用强度及其与单株籽粒产量耐旱系数的相关
• 2.7 干旱对百粒重和穗粒数的影响
• 第二章 玉米耐旱性的基因效应分析及遗传参数估计
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验设计
• 1.3 数据分析
• 2 结果与分析
• 2.1 两个组合六个世代群体各耐旱指标的基因效应
• 2.2 双列杂交配合力分析和遗传参数估计
• 第三章 玉米耐旱自交系的mRNA差异表达研究
• 1 材料与方法
• 1.1 干旱处理与总RNA提取
• 1.2 逆转录与DD-PCR扩增
• 1.3 DD-PCR产物凝胶电泳分析和差异片段的回收纯化
• 1.4 差异片段的克隆与测序
• 1.5 Nothern杂交
• 2 结果与分析
• 2.1 总RNA的质量和浓度检测
• 2.2 逆转录及电泳检测
• 2.3 差异显示结果及分析
• 2.4 差异片段序列分析及功能推测
• 第四章 干旱胁迫下玉米耐旱性的差异蛋白质研究
• 1 材料与方法
• 1.1 干旱处理及叶片总蛋白提取
• 1.2 双向电泳分离各处理叶片总蛋白及凝胶图像分析
• 1.3 肽质量指纹分析及蛋白质数据库检索
• 2 结果与分析
• 2.1 干旱胁迫下玉米叶片蛋白质的表达差异
• 2.2 干旱诱导蛋白质的表达特点
• 2.3 干旱诱导蛋白质的肽指纹图谱及数据库查询结果
• 第五章 玉米耐旱材料的创制及田间表现
• 1 材料与方法
• 1.1 愈伤组织的诱导与继代培养
• 1.2 愈伤组织的诱变处理及高渗筛选与植株再生
• 1.3 诱变株系的耐旱性鉴定及田间表现
• 2 结果与分析
• 3复合处理玉米愈伤组织的适宜诱变剂量'>2.1 γ射线和NaN₃复合处理玉米愈伤组织的适宜诱变剂量
• 2.2 诱变株系的耐旱性鉴定结果
• 2.3 18-599M与对照18-599的耐旱性对比结果
• 2.4 诱变株系18-599M的综合农艺性状表现
• 第三部分 结论与讨论
• 1 玉米耐旱性鉴定中的几个问题
• 1.1 作物耐旱机理的分类及育种上耐旱性的概念
• 1.2 耐旱性鉴定结果的评价
• 1.3 玉米耐旱性鉴定指标的评价
• 1.4 形态结构特点与耐旱性
• 1.5 玉米耐旱性鉴定的生理生化指标
• 1.6 玉米耐旱性鉴定的生长发育指标
• 1.7 玉米耐旱性鉴定的干旱程度
• 1.8 水分胁迫对玉米产量构成因素的影响
• 2 玉米耐旱性的遗传效应
• 3 玉米耐旱性在转录水平上的基因表达差异
• 3.1 RNA的制备与逆转录
• 3.2 引物设计及PCR反应与检测
• 3.3 DD-PCR中假阳性的产生与扣除
• 3.4 耐旱自交系“81565”对干旱胁迫的应答
• 4 干旱条件下耐旱系与不耐旱自交系在蛋白质水平上的表达差异
• 4.1 耐旱自交系与不耐旱自交系差异表达蛋白质的比较
• 4.2 三个干旱诱导表达蛋白质的可能功能分析
• 4.3 玉米自交系耐旱机理推测
• 5 诱变与组织培养结合创造耐旱突变体
• 5.1 适合玉米愈伤组织诱变的诱变剂量
• 5.2 耐旱突变体筛选
• 5.3 诱变株系后代的耐旱性田间鉴定及农艺性状观察
• 结语
• 参考文献
• 攻读学位期间发表论文及申请科研项目
• 致谢