玉米营养品质性状的遗传分析与育种研究
玉米是我国重要的粮、饲、经三元作物，改善玉米的营养品质，对发展畜牧业、食品加工业和优质高效农业都具有特别重要的意义。但长期以来，由于我国人口过快增长和粮食短缺的巨大压力，玉米一直被作为粗粮，育种目标以提高产量为主；然而玉米品质改良工作起步晚、投入少，基础性研究薄弱。随着农业科技由主要追求数量向更加注重质量效益的转变，特别是随着养殖业和加工业的迅速发展，优质玉米的市场需求日益增大。因此，选育优质高产玉米杂交种已成为当今玉米育种的重要课题。本文以普通玉米为材料，采用数量遗传与分子遗传相结合的方法，对多基因控制的主要营养品质性状进行了遗传规律、育种方法与应用研究。主要研究结果如下：
用14份玉米自交系及其7×7不完全双列杂交设计组配的49个F<,l>组合试验研究表明，(1)玉米籽粒容重、异亮氨酸、精氨酸和甘氨酸主要受加性遗传效应影响；粗蛋白、赖氨酸、蛋氨酸和天冬氨酸受加性效应和非加性效应同等影响；粗淀粉、粗脂肪和其余10种氨基酸成份主要受非加性效应影响。(2)粗蛋白、粗脂肪、粗淀粉、脯氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸和丙氨酸等性状的广义遗传力较高。(3)同一营养品质性状不同材料间，同一材料不同性状间其配合力效应表现复杂，存在不同效应大小和正负作用方向的差异，实践上必须重视杂交组合的选育，研究发现698-3可以作为很好的优质高产潜力亲本。(4)多数营养品质性状及产量中亲值与其F<,l>平均值之间存在正相关趋势，实践上应注意选择高值亲本；普通玉米主要营养品质性状之间、单株产量与大多数营养品质性状之间以及它们的配合力效应值间呈正相关趋势，可通过性状相关间接选择，普通玉米产量与蛋白质含量等多数营养品质性状及其配合力可以同步聚合，但要同步改良其蛋白质品质及其配合力还存在较大困难。
以玉米自交系201×698-3的233个F<,2：3>家系为作图群体，构建了具有134对SSR标记的玉米遗传图谱，覆盖整个基因组1831.4cM，平均图距13.67cM。采用随机区组设计，分别在四川雅安和德阳进行田间试验，利用区间作图法进行QTL定位分析，从25个营养品质和产量性状中，共检侧到64个QTLs。其中，影响蛋白质、淀粉和油份含量的有6个QTLs，单个性状的QTL为1-3个，每个QTL的作用可解释表型变异的8.1％-21.O％；控制赖氨酸等14种氨基酸含量的有38个QTLs，单个性状的QTL为1-9个，每个QTL的作用可解释表型变异的3.5％．47.8％；影响单株产量等8个经济性状的有20个QTLs，单个性状的QTL为1-7个，每个QTL的作用可解释表型变异的7.6％-46.O％。该研究成果为优质高产玉米的分子育种奠定了坚实的基础。
利用普通玉米多基因优质资源，根据营养品质性状的数量遗传理论，采用多生态育种结合S<,2>早代测定的方法，S<,4>组配后越级提升，育成优质高产玉米杂交种川单15号。川单15号籽粒粗蛋白含量高达11.8％，赖氨酸0.37％，粗脂肪5.1％，粗淀粉74.8％，容重795g／L，各项品质指标全面超过我国食用玉米、饲料玉米和美国商品玉米一级标准，实现了多基因优质玉米杂交种选育的突破；在四川省玉米山区组区试中平均产量高达6882.0kg／hm<,2>，比对照七三单交每hm<,2>增产1200.Okg，增产21.1％，取得了丘陵山区玉米超高产育种的重大突破；抗病、抗倒、抗旱，适应性强，综合性状优，实现了优质、高产、多抗结合育种的重大突破。分不同生态区研究和制定了优化栽培技术体系，建立了“育繁推”紧密结合的高效推广体系，促进了山区玉米品种的快速更新换。截至2005年，川单15号已先后在四川、贵州、重庆等西部省(市、区)推广253万hm<'2>，累计增产优质玉米23.5亿kg，新增纯收入26.3亿元，社会、经济效益显著。
根据穿梭育种原理及配合力可遗传理论，构建了一种玉米穿梭同步定向育种(SDSB)新方法。以美国玉米带杂交种3163为基础材料，利用四川-海南SDSB法，用优良自交系48-2和698-3作测验种，在S<,l>及其衍生的S<,3>分离世代连续选择优良单株分别进行早代测定、多生态鉴定和定向选育，5-6年同步育成了2个玉米新自交系K169和K236及其3个相应的杂交种正红2号、正红6号和正红115，这些杂交种具有高产、优质、多抗，株型较好和适应性广等特点，证明了SDSB的应用价值，实现了玉米自交系和杂交种的同步定向选育，缩小育种群体，缩短育种周期，显著提高了育种效率。此外，本文还提出了用微波消解火焰原子吸收光谱法(FAAS)测定玉米籽粒中的锌含量，以及基于密闭微波辅助消解的化学蒸气发生原子荧光光谱法(CVG-AFS)测定玉米籽粒中痕量总镉的新方法。本方法准确可靠，并具有灵敏度高、抗干扰能力强、简易、廉价的特点。分析结果表明，正红2号、正红6号和正红115微营养成份Zn含量与对照差异不大，而有害重金属Cd含量却显著低于对照品种。
营养品质;氨基酸含量;微量元素含量;遗传效应;配合力;遗传图谱;定向育种法;穿梭育种
四川大学
博士
遗传学
杨志荣
2006
中文
S513
129
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）