玉米与四倍体多年生玉米杂交后代遗传研究

论文摘要

玉米野生近缘种蕴藏着大量对玉米改良的有利基因（如抗病、抗逆性等基因），是玉米改良的巨大天然基因库。将野生近缘种的有利基因导入栽培玉米，可以大大拓展玉米遗传种质资源，这对玉米遗传理论研究和育种改良具有重要的意义。为揭示其起源和演化以及种间关系，本文进行了玉米（自交系48-2）与3种不同玉米野生近缘种的核型比较研究。在导入野生近缘种有利基因到栽培玉米的研究中，本文对玉米自交系48-2与四倍体多年生玉米远缘杂交及其杂交后代作了系统研究。主要结果如下：1．核型比较研究结果表明，玉米与3个野生近缘种核型相似，核型公式如下：玉米Zea mays ssp.mays，2n=2x=20=16m+4sm（2sat）；二倍体多年生玉米Zea diplopecennis，2n=2x=20=10m+10sm（2sat）；墨西哥玉米Zea mays ssp.mexicana，2n=2x=20=10m+10sm（2sat）；四倍体多年生玉米Zea perennis，2n=40=24m+16sm（4sat）其中二倍体多年生玉米核型为该属内较原始的类型。2．经喷施低浓度赤霉素、调节花期等处理以及做大量自交，玉米×四倍体多年生玉米杂种F1（2n=30）自交获得极少量F2种子。检测F2植株染色体数目为2n=20～28，为非整倍体。不同染色体数目的F2植株经过自交、回交、姊妹交等方式共获得第三代植株19株，经检测，所有植株均为二倍体，染色体数目2n=20。第三代植株各单株自交、与玉米亲本回交，后代染色体数目检测为2n=20；与四倍体多年生玉米杂交，后代均为三倍体，染色体数目为2n=30。表明四倍体多年生玉米在向栽培玉米转移过程中，后代染色体数目通过F2非整倍体世代后迅速恢复到2n=20。3．分析第三代植株结果表明，尽管染色体数目都为2n=20，但植株形态性状表现有较大差异。与玉米亲本相比，自交、回交或姊妹交所得植株叶宽、雄穗分支数、结实率均表现出下降趋势，其中叶宽表现出极显著负效应；由不同的杂交方式所得到的第三代植株，其株高、穗位高、叶长、雌雄间隔期、穗上叶片数等性状表现不一致，存在较大的遗传变异。表明尽管第三代植株各单株染色体数目都为2n=20，但染色体遗传组成存在较大差异。4．第三代植株各单株通过自交、回交获得第四代植株。其中，自交后代各农艺性状均表现出不同程度的衰退现象，株高、穗位高、叶长、叶宽、雄穗分支数等性状衰退严重。回交世代与玉米亲本的表现比较表明，回交后代在株高、穗位高、叶长、叶宽、穗上叶片数、雄穗分枝数、穗长、穗粗、轴径、穗行数、行粒数和百粒重与玉米亲本存在显著差异或极显著差异，变异系数也较大。其中，与产量呈正相关的穗长在绝大多数组合中表现为极显著正效应，呈负相关的秃尖长和轴重在绝大多数组合表现为显著负效应。5．用2n=20的第三代各单株与四倍体多年生玉米回交，获得后代植株染色体均为2n=30，它们的分蘖数、株高、叶长、叶宽、花粉可育性等植株性状间存在较大差异。检测这些植株，发现其中MT-71（2n=30）花粉可育性最高可达40.12％，对其减数分裂进行研究发现，它的中期Ⅰ染色体平均构型为2.30Ⅰ+3.72Ⅱ+6.49Ⅲ+0.23Ⅳ；在减数分裂过程中出现染色体桥、滞后染色体、单分体和多微核等异常现象。用MT-71分别作为母本和父本与玉米杂交，其结实率分别为7.84％和0.56％；表明远缘杂交亲和性高低不仅与遗传组成有关，还存在较大的母本效应。6．对玉米和四倍体多年生玉米进行特异SSR引物进行筛选，随机选取的246对SSR引物中有53对引物在双亲间存在特异差异条带。这些差异引物分布于除7号染色体外的其它染色体上，而在1、2、6和9号染色体上，差异引物出现的频率明显较高。选取位于不同染色体的9对差异明显引物对所得第三代、第四代材料进行鉴定，均检测到四倍体多年生玉米扩增谱带，表明通过玉米与四倍体多年生玉米杂交获得非整倍体途径将四倍体多年生玉米外缘基因导入栽培玉米是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 玉米育种材料的创新
• 1.1.1 我国玉米种质资源现状
• 1.1.2 种质资源扩增的途径
• 1.2 遗传材料种质创新
• 1.3 玉米野生近缘种质研究
• 1.3.1 四倍体多年生玉米在玉米种质创新中的研究
• 1.3.2 玉米-四倍体多年生玉米的研究现状
• 1.4 外缘遗传物质的鉴定
• 1.4.1 形态学检测
• 1.4.2 细胞学检测
• 1.4.3 生物化学检测
• 1.4.4 分子细胞遗传学—荧光原位杂交
• 1.4.5 SSR分子标记
• 2 本研究目的与意义
• 3 材料与方法
• 3.1 材料
• 3.1.1 供试材料
• 3.1.2 引物
• 3.1.3 所用化学试剂、仪器和设备
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 田间调查
• 3.2.2 细胞学观察
• 3.2.3 SSR分析
• 4 结果与分析
• 4.1 核型观察与染色体参数
• 4.2 四倍体多年生玉米遗产物质向玉米转移的细胞遗传学观察
• 4.3 玉米-四倍体多年生玉米杂交后代各代形态学比较
• 2世代植株外部形态观察'>4.3.1 F₂世代植株外部形态观察
• 2世代自交、回交后代的形态比较'>4.3.2 F₂世代自交、回交后代的形态比较
• 4.3.3 第三代植株各单株自交后代形态比较
• 4.3.4 第三代植株与玉米亲本回交后代性状比较
• 4.3.5 第三代植株与四倍体多年生玉米亲本正反交后代性状比较
• 4.3.6 形态各异的变异材料观察
• 4.4 第三代植株与四倍体多年生玉米杂交后代比较
• 4.4.1 MT-71植物学形态
• 4.4.2 减数分裂观察
• 4.4.3 花粉大小和可育性
• 4.4.4 结实率比较
• 4.4.5 后代植株染色体数目及频率
• 4.5 玉米-四倍体多年生玉米后代SSR分子标记检测
• 4.5.1 引物的筛选
• 4.5.2 四倍体多年生玉米的特异SSR的筛选
• 5 讨论
• 5.1 三倍体部分可育的原因
• 5.1.1 MT-71减数分裂的异常
• 5.1.2 花粉育性与结实率
• 5.1.3 染色体数目
• 5.2 玉米近缘种与玉米遗传多样性
• 5.3 利用四倍体多年生玉米创制新品系
• 5.4 外缘遗传物质的鉴定
• 附图
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的文章