玉米淀粉品质的遗传改良与种质创制
玉米（ZeamaysL.）是重要的粮食作物，也是工业和饲料的重要原料。淀粉含量在玉米籽粒中高达76％，是影响籽粒产量和品质的主要贮藏物质，也是玉米品质遗传改良的研究对象。普通玉米籽粒中直链淀粉含量约为25%，直链淀粉含量超过50%的玉米被称为高直链淀粉玉米。直链淀粉广泛应用于食品、造纸、医药、饲料加工等行业。本研究以高直链淀粉玉米主效基因Ae1-5180显性突变体为供体，采用回交转育及单倍体育种法获得12份Ae1-5180近等基因系（Ae1-5180NILs），通过背景回复率、农艺性状和籽粒品质的比较分析，初步揭示了Ae1-5180高直链淀粉种质的应用价值。通过将Ae1-5180突变体与ae自交系杂交，以及ae自交系间杂交，分析F1植株的农艺性状和籽粒淀粉含量变化，揭示了利用现有种质选育高直链杂交种面临的主要问题。此外，本研究以甲磺酸乙酯（EMS）诱发玉米淀粉突变体edf5为材料，进行表型、基因定位和胚乳转录组分析，以期进一步发掘调控玉米胚乳淀粉合成基因。主要研究结果如下： （1）以10份优良玉米自交系和Ae1-5180突变体为材料，采用回交转育及单倍体育种法获得12份Ae1-5180NILs。利用多聚单核苷酸多态性（mSNP）检测技术，发现12份Ae1-5180NILs的背景回复率平均为90.50%，其中2FACC/Ae1的回复率与理论背景回复率相差14.70%，其余Ae1-5180NILs背景回复率与理论值相差0.30%~6.50%。分析10份优质玉米自交系和12份Ae1-5180NILs农艺性状和籽粒品质，发现LX378/Ae1、CA409/Ae1、CA364/Ae1开花期推迟，CA364/Ae1和CA240/Ae1株高及穗位高显著增加，CA628/Ae1和CA240/Ae1DHs株高及穗位高显著降低，CA193/Ae1穗位高显著降低，CA211/Ae1和CA240/Ae1DHs穗长显著增加，CA240/Ae1穗粗显著增加，CANS-1/Ae1穗粗显著减小。Ae1-5180NILs直链淀粉含量显著增加，但总淀粉含量及百粒重均显著降低。除CA409/Ae1、CANS-1/Ae1和CA240/Ae1外，籽粒油分均显著增加，CA364/Ae1和CA628/Ae1蛋白质含量显著降低，CA109/Ae1蛋白质含量显著增加。在Ae1-5180NILs中，直链淀粉含量高、百粒重较高和农艺性状变异相对小的是CA240/Ae1和CANS-1/Ae1，推测具有较高的潜在育种价值。 （2）以先玉335和郑单958为对照，通过分析Ae1-5180突变体与10个ae自交系杂交F1代以及10个ae自交系间杂交F1代的农艺性状和淀粉含量，发现大部分植株的吐丝期、散粉期、株高、穗位高、穗长和穗粗显著不同，百粒重和单株产量均显著降低。与先玉335比较，本研究中高直链淀粉杂交种单株产量降低幅度为31.00%~68.54%，与郑单958相比，降低幅度为25.28%~65.93%；高直链淀粉杂交种的直链淀粉含量显著提高，但总淀粉含量显著降低，其中有12个杂交种的直链淀粉含量超过50%。直链淀粉含量大于50%，且百粒重、单株产量变化相对较小的组合有Bs39×Mo308ae、Bs39×GEMS-0067、aa2×GEMS-0067、aa2×Mo305ae和aa2×Mo304ae。 （3）本研究中，58.06%杂交种的直链淀粉含量介于双亲之间，38.71%的直链淀粉含量低于双亲，仅有1个组合的直链淀粉含量大于双亲；含Ae1-5180突变基因的杂交种直链淀粉含量虽低于隐性ae杂交种，但两组间杂交种的株高、穗位高和花期无差异且前者穗行数显著增加，推测Ae1-5180NILs的应用可能对最终产量有增益。 （4）玉米淀粉突变体edf5苗期生长迟缓，但灌浆期株高及穗位高与野生型无显著差异，胚乳发育受阻，百粒重显著降低，籽粒淀粉含量下降。edf5突变基因定位于5号染色体192.5Mb~196.1Mb区间，等位测验发现edf5为sh4的等位突变体，两者表型相似，差异表达基因富集类群一致。
玉米;显性突变体;农艺性状;直链淀粉含量
黑龙江八一农垦大学
硕士
作物学
李新海
2023
中文
S513
2023-08-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）