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玉米矮杆突变体的筛选及鉴定

王文秀  
【摘要】:株高是玉米重要的农艺性状之一,对玉米田间的种植密度、植株的抗倒伏性、群体通透性及光合利用率都有重要的影响,合理的株高对提高玉米产量和种质品质具有重要作用。玉米株高有复杂的调控机制,目前已鉴定出多个调控玉米株高的基因。对玉米矮杆基因进一步挖掘,有利于对其机制进行进一步解析,并通过分子标记等辅助技术进一步培育玉米新品种,从而能增加种植密度,提高玉米产量。本研究利用甲基磺酸乙酯(Ethyl methane sulfonate,EMS)诱变郑58自交系获得一系列不同的矮杆突变体,对突变体进行田间性状调查,对矮杆突变体茎杆细胞进行形态学观察,并对细胞大小及数目进行了统计。用矮杆突变体与不同株高的4个自交系亲本进行杂交实验,对杂交后代进行产量调查,分析矮杆突变体对提高玉米产量的潜在能力。主要研究结果如下:1.通过对突变体田间性状调查发现,玉米矮杆突变体与对照植株相比,株高及穗位高均有不同程度的降低,突变体株高降低范围为10%~45%,穗位高降低范围为10%~65%,说明株高对穗位高有较强的影响。与对照相比,突变体果穗穗长缩短范围为4.1%~35.5%,穗行数平均减少2行,行粒数减少12.0%~45.2%,平均单穗产量降低20.2%~61.3%,果穗直径减少1.5%~6.9%。筛选出9个株型较好且适合密植的矮杆突变体,此外还筛选出与对照相比产量变化不显著5个的突变体。2.通过对茎杆细胞的观察,所有突变体材料的茎杆细胞与对照材料相比均变短,缩短的范围为25%~75%,突变体5851和5858株高的降低主要是由于细胞长度减小引起的,与细胞数目无关。3.对矮杆突变体与4个自交系的杂交F_1代进行株高及果穗产量分析发现:矮杆突变体5862、5863、5873、5874、5879的产量与对照郑单958十分接近,因此,矮杆突变体5862、5863、5873、5874、5879可作为矮杆资源材料,通过增加种植密度来提高玉米产量,从而为选育新的综合性状优良的玉米品种提供新的思路与材料。4.对隐性基因控制株高的突变体进行BSR高通量测序,结合生物信息学分析,5858中的Zm00001d039453碱基发生突变引起氨基酸发生终止突变。Zm00001d039453属于细胞色素P450家族,细胞色素P450是一种末端加氧酶。Zm00001d039453基因功能与油菜素内脂合成、油菜素类固醇稳态、细胞组织发育有关,参与了生物体内的甾醇类激素合成等过程。Zm00001d039453的同源蛋白Os01g0197100能够引起水稻的矮化,造成水稻节间距减小尤其是顶部第二节间严重缩短,叶夹角减小。5858矮杆突变体的表型是株高降低,茎杆变粗,叶夹角减小,节间距减小,因此推测Zm00001d039453基因功能发生改变,从而引起突变体5858植株矮化。


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