摘要
甜玉米由于营养成分丰富，富含多种维生素、氨基酸和矿物质，颇受人们欢迎。随着我国居民消费需求增加，广东作为我国甜玉米生产和消费大省，其育种技术和水平需要不断改进和提高以满足人民的多样化消费需求，尤其是培育优质营养型甜玉米品种是未来育种的重要方向。维生素A和维生素E作为人体所必需的重要微营养物质，其合成代谢途径受到一系列基因控制和调控，而当前大面积推广种植的甜玉米品种中含量均偏低。为了提高甜玉米中维生素A和维生素E含量，改善营养品质，本研究通过分析47份甜玉米自交系的维生素A原和维生素E含量变异，筛选优质营养型甜玉米自交系，分析维生素A原合成关键限速基因的单倍型，针对甜玉米维生素E含量的丰富变异，构建分离群体对维生素E进行了基因定位研究，从中国农业大学引进BK-3和SY999开展了分子标记辅助选择育种。其主要的研究结果如下： 1.甜玉米自交系维生素A原和维生素E含量测定。47份甜玉米自交系维生素A原含量的变化范围为0.07~22.76μg/g，平均3.28μg/g，变异系数达1.44，维生素A原含量较高的自交系为A5、A37、A36、A6和A8。维生素E含量的变化范围为18.50~99.17μg/g，平均51.15μg/g，变异系数为0.35，维生素E含量较高的自交系为A4、A5、A24和A26。“农甜88”在授粉后第15~27天时，维生素A原和维生素E含量呈直线增加，第27天时达到最大。 2.维生素A原合成关键基因PSY1、LCYE和crtRB1的单倍型分析。以47份甜玉米自交系为材料，单基因单倍型分析发现PSY1与胚乳中总类胡萝卜素含量显著相关，LCYE与β-胡萝卜素、维生素A原和总类胡萝卜含量均呈显著相关，crtRB1与类胡萝卜含量不相关。联合单倍型分析发现最优单倍型组合为“101110”，其β-胡萝卜素、维生素A原和总类胡萝卜素含量分别为3.17、15.16和68.30μg/g。 3.甜玉米维生素E含量QTL定位。以来源于维生素E差异大的超甜玉米自交系的F2:3家系群体，构建了包含136个标记的遗传连锁图谱，包含候选基因HPPD功能标记1个，覆盖10条连锁群，图谱总长为2031.2cM，标记平均间距14.9cM。共检测到与α-生育酚、γ-生育酚、α/γ-生育酚、总维生素E含量相关的QTL位点11个，分别位于第1、2、5、6和10号染色体，可解释的表型变异范围为4.74~41.16%。检测到2个主效QTL位点，分别位于第1和5号染色体，第5号染色体的QTL与HPPD标记连锁，在第1染色体检测到1个新主效位点。 4.甜玉米lcyE有利等位基因的分子标记辅助选择育种。在4个甜玉米受体亲本与供体亲本间lcyE的功能标记3’indel表现共显性，可用作前景标记，检测到可用于背景选择的多态性SSR标记分别为61，61，60和61个。对4个甜玉米自交系BC3F3世代改良群体与相应的受体亲本农艺性状进行t检验，表明回交改良群体大部分农艺性状与受体亲本高度一致。回交导入lcyE有利等位基因后，显著提高了其β-胡萝卜素、维生素A原及总类胡萝卜素的含量；BC3F4世代籽粒中β-胡萝卜素含量平均提高1.54μg/g，维生素A原平均含量提高1.69μg/g，提高比率为81.91%，维生素A原含量增加达到极显著。筛选出10个优良株系，平均维生素A源含量为3.95μg/g，提高比率高达155.00%。 5.甜玉米ZmVTE4有利等位基因的分子标记辅助选择育种。ZmVTE4的功能标记InDel118标记在5个甜玉米受体亲本与供体亲本间表现为共显性，可用于分子标记辅助选育的前景标记。筛选到可用于背景选择的多态性SSR标记分别为71，73，73，74和70个。5份甜玉米自交系对应的BC3F1群体在株高、叶片数、行粒数等大部分性状上已经与受体亲本高度一致。ZmVTE4的有利等位基因回交转育显著提高了α-生育酚、γ-生育酚和总维生素E含量。α-生育酚含量平均提高3.29μg/g，提高比率为62.71%；γ-生育酚含量平均提高17.25μg/g，提高比例为79.64%。筛选出20个优良株系，平均维生素E含量为61.88μg/g，提高比率高达70.11%。 本研究通过甜玉米维生素A原和维生素E含量的鉴定，分析维生素A原合成关键限速基因的单倍型，构建甜玉米分离群体对维生素E进行了基因定位研究。从中国农业大学引进含有lcyE有利等位基因的高维生素A原和含有ZmVTE4有利等位基因的高维生素E的普通玉米材料开展了分子标记辅助选择育种，实现了维生素A原和维生素E合成关键基因lcyE和ZmVTE4的有利等位基因的分子标记辅助回交转育，提高了甜玉米骨干系的维生素A原和维生素E含量，为进一步开展高维生素A原和维生素E甜玉米育种奠定了材料基础。
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