【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、資源高效具有重要意義。然而在田間條件下,玉米種質資源根系構型的遺傳變異情況及其與氮效率的關系尚不明確,并且根系構型建成的遺傳機制也有待挖掘。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聯(lián)群體(AM)和159份引進的美國商業(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)的根系構型進行了評價,并在正常供氮和低氮水平下,研究了引進的美國商業(yè)自交系根系構型與氮效率性狀的關系；同時利用關聯(lián)群體針對吐絲期和成熟期玉米根系構型進行了全基因組關聯(lián)分析,剖析了遺傳機制；研究結果表明：1、利用508份玉米自然材料(自交系)組成的關聯(lián)群體,對吐絲期和成熟期玉米根系構型進行系統(tǒng)的研究,發(fā)現(xiàn)吐絲期和成熟期根系構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)、根系最大擴展寬度(RMAW)和根系底部夾角(RBA)均顯著高于美國GEM種質擴增計劃自交系；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型的評價,發(fā)現(xiàn)所引進的159份美國商業(yè)自交系與關聯(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個與根系構型顯著相關的SNP位點,吐絲期關聯(lián)分析發(fā)現(xiàn),BIN5.03上有一個控制根系下扎和擴展范圍的候選基因。通過表型相關、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展寬度有很強的相關性(r=0.78),但根系的投影面積與根系密度無顯著相關性,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。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,相關系數(shù)達到0.35-0.45；主成分分析表明,根系投影面積(RPA)與秸稈產量、氮吸收效率密切相關,而且根系頂部夾角(RTA)與低氮下的減產幅度密切相關。隨著根系投影面積的增加,籽粒產量和秸稈產量也隨之增加,在低氮條件下尤為突出；根系密度與產量也存在正相關,但達到一定的閾值后,對產量就不再有顯著貢獻。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,玉米種質資源的根系構型存在廣泛的遺傳變異。與中國自交系相比,引進的美國商業(yè)自交系根系大、擴展寬度小,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；根系大小(投影面積)與根系密度可能存在不同的遺傳機制；研究還發(fā)現(xiàn)的一些與根系構型顯著相關的SNP位點。這些研究結果為遺傳改良根系構型性狀從而提高養(yǎng)分效率提供了重要的理論依據(jù)。
【學位授予單位】：中國農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S513

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6 吳R，

本文編號：2583876