玉米抗倒伏有关性状遗传的初步研究

论文摘要

倒伏是制约玉米高产、稳产的重要因素之一,它不仅导致产量下降、品质低劣,同时严重阻碍机械化收获的进程。目前玉米生产上以密植型品种为主,但由于种植过密以及受各种不良气候因素的影响,玉米倒伏呈现增加趋势,产量损失惨重。然而,玉米的抗倒伏性存在显著的基因型差异,为了探明玉米抗倒伏性状的遗传规律,为抗倒伏遗传改良和抗倒伏新品种的选育提供理论依据,本研究以不同杂种优势群的4个玉米自交系为父本,以15个自选系为母本,按NCII遗传交配设计组配成60个杂交组合, 2008、2009年在郑州种植杂交种及其亲本,对株高、穗位高、茎秆强度等植株性状进行配合力、相关、通径、主成分、杂种优势分析,对茎秆化学成分进行配合力效应和相关分析,并研究了倒伏率与玉米籽粒产量的关系。本研究主要结论如下:1、方差分析结果表明,在调查的与抗倒伏有关的植株性状（株高、穗位高、茎秆强度、节间长度、茎粗、穗上叶片数、叶夹角、入土根条数）中,父母本各自之间的配合力效应、父本×母本互作效应均存在显著或极显著差异,各性状父母本的一般配合力方差是特殊配合力的8.9578149.1815倍,表明在抗倒伏各个性状的遗传变异中,基因的加性效应起着主导作用。在本研究材料中,4个父本中,郑58抗倒伏性最好;15个母本中,各个自交系各具优缺点,但以来自同一基础群体的M1～M5尤其是M4抗倒伏性表现优异;60个杂交组合中,M1×郑58表现较好。2、相关分析结果表明,植株倒伏率与株高、穗位高、节间长度、叶夹角呈正相关,且与穗位高、节间长度有极显著正相关,与株高呈显著正相关（r=0.5139）,与茎秆强度、茎粗、入土根条数、穗上叶片数呈负相关,除穗上叶片数外,其它均呈极显著负相关。通径分析结果表明,穗位高、茎秆强度、入土根条数的直接效应较大,可以进行直接选择,株高、节间长度、茎粗、穗上叶片数、叶夹角的直接效应较小,不适宜直接选择。3、主成分分析结果表明,第一主成分PIN1茎秆强度（0.3438）、茎粗（-0.3372）、入土根条数（0.3129）的特征向量较大,第二主成分PIN2株高（-0.4759）、穗位高（-0.3744）、穗上叶片数（0.5521）特征向量较大,第三主成分PIN3叶夹角（0.8853）特征向量较大。PIN1越大,茎秆强度越大,但株高、穗位高增大,茎粗变小,加大倒伏的风险。PIN2的正向选择克服株高、穗位高增加的风险,增加穗上叶片数。PIN3的负向选择虽然能减小叶夹角,使株型紧凑,但会降低茎秆强度、增加穗位高,所以选择应适度。4、除叶夹角的中亲优势与超亲优势以及茎粗、穗上叶片数的超亲优势为负值外,其它各性状的中亲优势与超亲优势均表现为正效应;由亲本来预测杂种F1的表现,株高、茎秆强度、节间长度、穗上叶片数、叶夹角等性状以中亲值作为自变量建立的回归方程效果较好,而穗位高、茎粗、入土根条数等性状以最优亲本作为自变量效果较好。5、除茎秆粗蛋白的特殊配合力方差差异不显著外,其它各性状一般配合力方差、特殊配合力方差均存在显著或极显著差异。各性状一般配合力方差是特殊配合力方差的1.69897.4859倍,表明在茎秆化学成分的遗传中,基因的加性作用更为重要。相关分析结果表明,倒伏率与茎秆粗纤维素、可溶性糖、粗蛋白呈负相关,且与粗纤维素、可溶性糖呈显著负相关,相关系数分别为-0.5130、-0.4849。6、相关分析结果表明,倒伏率与穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重、出籽率、穗粒重均呈负相关,且与百粒重、穗粒重呈显著负相关;尽管倒伏率与籽粒粗淀粉、粗蛋白、粗脂肪、赖氨酸的负相关系数未达显著水平,可能是倒伏发生较晚的缘故,但相关趋势表明倒伏不仅明显降低了玉米的籽粒产量,同时影响了籽粒品质。7、抗倒伏植株性状与玉米产量的相关分析结果表明,穗粒重与株高、穗位高呈显著正相关,行粒数与茎粗呈显著负相关,即降低株高、穗位高,增加茎粗,可以提高抗倒性,但会降低产量,因此,在进行选择时应采用适当的选择压,各性状指标应该设置合理,兼顾抗倒性和产量之间的协调。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 1 文献综述
• 1.1 倒伏类型的划分
• 1.2 倒伏对玉米的危害
• 1.2.1 倒伏减少玉米产量、降低玉米品质
• 1.2.2 倒伏影响玉米的生理活动
• 1.2.3 倒伏容易引发玉米病害
• 1.2.4 倒伏使田间管理复杂化
• 1.2.5 倒伏阻碍机械化收获
• 1.3 影响倒伏的因素
• 1.3.1 品种
• 1.3.1.1 植株形态
• 1.3.1.2 茎秆理化结构
• 1.3.1.2.1 茎秆的物理结构
• 1.3.1.2.2 茎秆的化学成分
• 1.3.1.2.3 茎秆的质量性状
• 1.3.1.3 植株根系
• 1.3.2 自然条件
• 1.3.3 田间管理
• 1.3.3.1 肥料施用
• 1.3.3.2 种植密度
• 1.3.3.3 病虫害
• 1.3.3.4 其它因素
• 1.4 抗倒伏研究方法
• 1.4.1 利用自然条件，调查倒伏率
• 1.4.2 人工创造条件诱发倒伏，调查田间倒伏株率
• 1.4.3 风洞试验
• 1.4.4 作物抗倒性的力学测定
• 1.4.4.1 茎秆垂直压碎强度和茎秆硬皮穿孔强度
• 1.4.4.2 茎秆抗拉弯强度测定
• 1.4.4.3 茎秆横向折断强度测定
• 1.4.4.4 茎秆弹性测定
• 1.4.4.5 根拔力测定
• 1.4.4.6 根强度的测定
• 1.4.4.7 茎秆和根强度测定的时期及部位
• 1.4.5 植株抗倒性的形态指标测定
• 1.4.6 作物抗倒性的解剖学研究方法
• 1.4.7 作物抗倒性的化学研究方法
• 1.5 玉米抗倒伏性状的遗传与改良
• 1.5.1 玉米茎秆抗倒伏性状的遗传
• 1.5.2 玉米根系抗倒伏性状的遗传
• 1.5.3 玉米抗倒伏性状与轮回选择
• 1.6 抗倒伏性状与产量性状的关系
• 1.7 抗倒伏分子生物学研究
• 1.8 玉米抗倒伏育种
• 1.8.1 玉米抗倒伏育种材料
• 1.8.2 杂交组合组配
• 2 引言
• 3 材料与方法
• 3.1 试验材料
• 3.2 试验设计
• 3.3 性状调查与数据处理
• 4 结果与分析
• 4.1 不同生育时期株高和茎秆强度的表现
• 4.1.1 亲本株高和茎秆强度的表现
• 4.1.2 杂交组合株高和茎秆强度的表现
• 4.1.3 不同生育时期株高、茎秆强度与倒伏的相关分析
• 4.1.3.1 不同生育时期株高与倒伏的相关分析
• 4.1.3.2 不同生育时期茎秆强度与倒伏的相关分析
• 4.2 与倒伏有关的玉米植株性状分析
• 4.2.1 玉米植株性状配合力方差分析
• 4.2.2 与抗倒伏有关的植株性状配合力效应分析
• 4.2.2.1 一般配合力效应分析
• 4.2.2.2 特殊配合力效应分析
• 4.2.3 与抗倒伏有关的植株性状间的相关分析
• 4.2.4 植株性状间的通径分析
• 4.2.5 植株性状间的主成分分析
• 4.2.6 植株性状的遗传力分析
• 4.2.7 玉米植株性状杂种优势分析
• 4.2.7.1 玉米植株性状杂种优势
• 4.2.7.2 亲本与杂种F1 植株性状优势率的相关和回归分析
• 4.3 玉米茎秆化学成分分析
• 4.3.1 玉米茎秆化学成分配合力方差分析
• 4.3.2 玉米茎秆化学成分配合力效应分析
• 4.3.2.1 玉米茎秆化学成分一般配合力效应分析
• 4.3.2.2 玉米茎秆化学成分特殊配合力效应分析
• 4.3.3 玉米茎秆化学成分与倒伏率的关系
• 4.3.4 玉米茎秆化学成分的遗传力分析
• 4.4 抗倒伏性状与产量、品质性状的相关分析
• 4.4.1 植株性状与产量性状的相关分析
• 4.4.2 倒伏率与穗部性状的关系
• 4.4.3 倒伏率与玉米籽粒品质性状的相关分析
• 5 结论与讨论
• 5.1 植株性状与倒伏率的关系
• 5.2 玉米茎秆质量相关性状与倒伏率的关系
• 5.3 抗倒伏性状与玉米产量的关系
• 5.4 倒伏对品质的影响
• 5.5 玉米抗倒伏性的遗传改良
• 5.6 进一步工作
• 参考文献
• Abstract