【摘要】：根系是作物吸收養(yǎng)分和水分的主要器官,根系性狀的遺傳改良對實現(xiàn)作物高產(chǎn)、資源高效具有重要意義。然而在田間條件下,玉米種質(zhì)資源根系構(gòu)型的遺傳變異情況及其與氮效率的關(guān)系尚不明確,并且根系構(gòu)型建成的遺傳機(jī)制也有待挖掘。本研究采用高通量田間根系測定系統(tǒng)DIRT (Digital Image of Root Traits),利用500余份擁有廣泛變異的育種自交系組成的關(guān)聯(lián)群體(AM)和159份引進(jìn)的美國商業(yè)自交系為材料,在海南、北京、河南、河北4個環(huán)境下,對其吐絲期和成熟期耕層(0-20 cm)的根系構(gòu)型進(jìn)行了評價,并在正常供氮和低氮水平下,研究了引進(jìn)的美國商業(yè)自交系根系構(gòu)型與氮效率性狀的關(guān)系；同時利用關(guān)聯(lián)群體針對吐絲期和成熟期玉米根系構(gòu)型進(jìn)行了全基因組關(guān)聯(lián)分析,剖析了遺傳機(jī)制；研究結(jié)果表明：1、利用508份玉米自然材料(自交系)組成的關(guān)聯(lián)群體,對吐絲期和成熟期玉米根系構(gòu)型進(jìn)行系統(tǒng)的研究,發(fā)現(xiàn)吐絲期和成熟期根系構(gòu)型性狀在遺傳群體中存在廣泛的遺傳變異,其中吐絲期變異系數(shù)達(dá)3.7%-63.6%,相差1.9-4.2倍；且穩(wěn)定遺傳,遺傳力在54.9%-83.0%；2、在吐絲期和成熟期,中國自交系的根系投影面積(RPA)、根系最大擴(kuò)展寬度(RMAW)和根系底部夾角(RBA)均顯著高于美國GEM種質(zhì)擴(kuò)增計劃自交系；而根系平均密度(RAD)和根系頂部夾角(RTA)并無顯著差異。中國自交系的根系平均擴(kuò)展寬度(RMEW)在吐絲期時顯著高于美國GEM自交系,而在成熟期時并無顯著差異。通過對海南成熟期根系構(gòu)型的評價,發(fā)現(xiàn)所引進(jìn)的159份美國商業(yè)自交系與關(guān)聯(lián)群體中的中國自交系相比,美國商業(yè)自交系的根系投影面積(RPA)比中國自交系高12.4%,但根系平均密度(RAD)、根系平均擴(kuò)展寬度(RMEW)和根系頂部夾角(RTA)均小于中國自交系。3、中國自交系可以分成不同的雜種優(yōu)勢群。塘四平頭雜種優(yōu)勢群在吐絲期的根系投影面積(RPA)顯著小于瑞德和旅大紅骨雜種優(yōu)勢群,小20%左右；根系最大擴(kuò)展寬度(RMAW)和根系底部夾角(RBA)顯著低于蘭卡斯特雜種優(yōu)勢群,低19%左右；旅大紅骨雜種優(yōu)勢群的根系平均密度(RAD)顯著高于塘四平頭雜種優(yōu)勢群和PB雜種優(yōu)勢群,而根系頂部夾角(RTA)在五個雜種優(yōu)勢群中沒有顯著差異。4、通過全基因組關(guān)聯(lián)分析(GWAS),分別在吐絲期和成熟期中發(fā)現(xiàn)了11個和14個與根系構(gòu)型顯著相關(guān)的SNP位點,吐絲期關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn),BIN5.03上有一個控制根系下扎和擴(kuò)展范圍的候選基因。通過表型相關(guān)、主成分分析和聚類分析發(fā)現(xiàn)根系的投影面積和根系的平均擴(kuò)展寬度有很強(qiáng)的相關(guān)性(r=0.78),但根系的投影面積與根系密度無顯著相關(guān)性,且根系的投影面積與根系密度性狀無共同遺傳位點,推測它們存在不同的遺傳基礎(chǔ)。5、在正常供氮和低氮水平條件下,吐絲期根系投影面積(RPA)與氮吸收效率(NupE)之間都存在顯著的正相關(guān),相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.35-0.45；主成分分析表明,根系投影面積(RPA)與秸稈產(chǎn)量、氮吸收效率密切相關(guān),而且根系頂部夾角(RTA)與低氮下的減產(chǎn)幅度密切相關(guān)。隨著根系投影面積的增加,籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量也隨之增加,在低氮條件下尤為突出；根系密度與產(chǎn)量也存在正相關(guān),但達(dá)到一定的閾值后,對產(chǎn)量就不再有顯著貢獻(xiàn)。6、根據(jù)田間氮效率表現(xiàn),159份美國商業(yè)自交系可分成四種類型。雙高型(EE)和高氮高效型(HNE)玉米根系投影面積、根系平均密度和根系擴(kuò)展寬度大。低氮下,高氮高效型(HNE)的根系頂部夾角降幅最大。綜上所述,玉米種質(zhì)資源的根系構(gòu)型存在廣泛的遺傳變異。與中國自交系相比,引進(jìn)的美國商業(yè)自交系根系大、擴(kuò)展寬度小,更趨于下扎；玉米根系大小與氮吸收效率和氮效率密切相關(guān)；根系大小(投影面積)與根系密度可能存在不同的遺傳機(jī)制；研究還發(fā)現(xiàn)的一些與根系構(gòu)型顯著相關(guān)的SNP位點。這些研究結(jié)果為遺傳改良根系構(gòu)型性狀從而提高養(yǎng)分效率提供了重要的理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S513

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 侯瓊,沈建國;春玉米根系生育特征與冠層關(guān)系的研究[J];生態(tài)學(xué)報;2001年09期

2 李學(xué)杰,侯廷榮,張桂閣,吳明泉,曹修才,張新;活性促根劑拌種對玉米根系、生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響[J];雜糧作物;2001年03期

3 賴麗芳,郭永杰,水春雨,郭天文;不同消毒劑對玉米根系活力的影響[J];中國農(nóng)學(xué)通報;2003年06期

4 鄧旭陽,周淑秋,郭新宇,趙春江,王紀(jì)華;玉米根系幾何造型研究[J];工程圖學(xué)學(xué)報;2004年04期

5 管建慧;劉克禮;郭新宇;;玉米根系構(gòu)型的研究進(jìn)展[J];玉米科學(xué);2006年06期

6 陳俊意;徐軍;況守峰;;玉米根系分布空間和空間密度分布的數(shù)學(xué)模型[J];安徽農(nóng)學(xué)通報;2007年16期

7 張吳平;李保國;;均質(zhì)壤土下玉米根系三維空間分布的模擬與參數(shù)分析[J];土壤學(xué)報;2007年05期

8 陳俊意;徐莉;陳典全;艾繼周;甘曉玲;劉家英;王抒;劉應(yīng)杰;張樹槐;萬征;;玉米根系分布空間和空間密度分布的數(shù)學(xué)模型[J];生物數(shù)學(xué)學(xué)報;2008年04期

9 宋吉英;;玉米根系土壤中汞的變化[J];化學(xué)世界;2009年07期

10 鄭朝元;范茂攀;鄭毅;Michael Augustin FULLEN;李永梅;Mudhu SUBEDI;;玉米根系原位固土力學(xué)特性研究[J];云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年04期

相關(guān)會議論文 前10條

1 趙延明;;玉米根系研究進(jìn)展[A];’2003中國作物學(xué)會學(xué)術(shù)年會文集[C];2003年

2 谷令坤;吳濤;宗曉娟;孔祥培;李德全;;玉米根系促分裂源活化蛋白激酶基因的分離及功能分析[A];2007中國植物生理學(xué)會全國學(xué)術(shù)會議論文摘要匯編[C];2007年

3 邊大紅;賈桂平;蔡麗君;田曉東;劉夢星;杜雄;崔彥宏;;耕作方式對玉米根系發(fā)育及抗根倒伏能力的影響[A];中國作物學(xué)會2013年學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2013年

4 趙秉強(qiáng);張福鎖;李增嘉;李鳳超;張新春;申加祥;潘海軍;趙甲美;;間套作條件下作物根系數(shù)量與活性的空間分布及變化規(guī)律研究——間作早春玉米根系數(shù)量與活性的空間分布及變化規(guī)律[A];青年學(xué)者論土壤與植物營養(yǎng)科學(xué)——第七屆全國青年土壤暨第二屆全國青年植物營養(yǎng)科學(xué)工作者學(xué)術(shù)討論會論文集[C];2000年

5 王群;李潮海;趙亞麗;李全忠;薛帥;;容重調(diào)控對不同土壤類型上玉米根系生長和產(chǎn)量的影響[A];2009年中國作物學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2009年

6 谷令坤;宗曉娟;胡曉麗;吳濤;劉麗霞;李大鵬;李德全;;玉米根系ZmOSMAPK1基因分離、功能鑒定及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用(摘要)[A];山東省植物生物學(xué)研究進(jìn)展學(xué)術(shù)年會論文集[C];2006年

7 劉麗霞;胡曉麗;宗曉娟;劉玉鯤;李德全;;玉米根系蛋白磷酸酶2C基因(ZmPP2C)功能分析[A];2007中國植物生理學(xué)會全國學(xué)術(shù)會議論文摘要匯編[C];2007年

8 王鴻斌;趙蘭坡;薛澤中;;吉林玉米帶黑土剖面構(gòu)型對玉米根系空間分布特征的影響研究[A];面向未來的土壤科學(xué)（上冊）——中國土壤學(xué)會第十二次全國會員代表大會暨第九屆海峽兩岸土壤肥料學(xué)術(shù)交流研討會論文集[C];2012年

9 徐云峰;李德全;;玉米根系蛋白磷酸酶基因ZmPP2C的克隆及表達(dá)特性[A];中國植物生理學(xué)會第九次全國會議論文摘要匯編[C];2004年

10 劉小芳;張歲岐;吳安慧;山侖;;玉米根系吸水能力的雜種優(yōu)勢[A];中國植物生理學(xué)會第十次會員代表大會暨全國學(xué)術(shù)年會論文摘要匯編[C];2009年

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 鐵昌;受益深松耕作 鐵嶺大旱之年猶增產(chǎn)[N];中國農(nóng)機(jī)化導(dǎo)報;2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 趙龍飛;耕層玉米根系構(gòu)型遺傳分析及其與氮效率性狀的關(guān)系[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2016年

2 李朝霞;磷匱乏影響玉米根系發(fā)育機(jī)制的研究[D];山東大學(xué);2011年

3 劉小芳;玉米根系吸水調(diào)控機(jī)制[D];中國科學(xué)院研究生院（教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心）;2013年

4 谷令坤;玉米根系ZmOSMAPK1基因分離、功能鑒定及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用[D];山東農(nóng)業(yè)大學(xué);2006年

5 李唯;苜蓿、玉米根系提水作用機(jī)制研究[D];甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué);2002年

6 吳R，

本文編號：2583876