摘要
玉米是世界重要的粮食和饲料作物，种植区域十分广泛。随着温室效应加剧，高温热害给玉米生产造成了很大影响，受害程度随着高温胁迫的加剧而增强。本文通过玉米耐热性鉴定方法的探究、高温胁迫下玉米叶片转录组和代谢组分析以及叶绿素含量、结实率、百粒重的QTL定位，对玉米的耐热性进行了初步研究，得出以下结论： 1.以PH4CV、PH6WC、B29、P19等12个常规玉米自交系为材料，通过叶片可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、脯氨酸含量、丙二醛含量等四个生理指标及高温半致死温度的测定。结果显示，在苗期和成株期的四个生理指标没有明显的分布规律，且两个时期也没有对应关系，不能作为玉米耐热性的评价依据；苗期叶片的高温半致死温度没有规律，而成株期叶片的高温半致死温度与苗期的耐热性分组接近一致，同时与田间育种工作者对材料的耐热性评价相吻合，这说明成株期高温半致死温度的高低与玉米的耐热性有着紧密联系。 2.以耐热型自交系B29、PH4CV和热敏感型自交系P19、PH6WC为材料，苗期经过42℃高温处理后，对其叶片进行转录组、代谢组分析。转录组的结果显示，差异基因被显著富集到与光合系统相关的terms，其中下调的基因数占富集到相关terms基因总数的90%以上。代谢组分析中，四个材料均被检测到的代谢物脱落酸（ABA）是重点关注的代谢物，且其功能在转录组差异基因的GO富集中也被显著富集。通过转录组与代谢组的联合分析发现，四个材料的差异基因和差异代谢物均被富集到了卟啉与叶绿素代谢（porphyrinandchlorophyllmetabolism）中，说明高温胁迫对光合系统的损伤最为明显，同时增强叶绿素代谢来降低光合作用。在两个耐热型自交系的差异基因与差异代谢物中，富集结果增加了类胡萝卜素生物合成（carotenoidbiosynthesis）和法呢基焦磷酸（FPP）合成，这两类物质分别通过间接途径和直接途径促进ABA的合成，使其作为信号分子调节基因表达，最终起到增强耐热性的作用。联合分析结果中还呈现出多种氨基酸的合成途径，使得氨基酸含量上升，减少材料在高温胁迫下的损伤，这也可能是增强玉米耐热性的原因之一。 3.在高温胁迫下，用RIL和F2两种群体对玉米叶片的叶绿素含量、结实率和百粒重进行QTL定位。在PH4CV和PH6WC为亲本构建的RIL群体（包含183个株系）中，检测到1个叶绿素含量QTLqChl-1，位于1号染色体上，贡献率为9.46%；检测到4个结实率QTL，分别位于2号、6号和8号染色体上，总贡献率为40.19%，其中8号染色体上的两个QTLqHSR-8-1和qHSR-8-2的贡献率分别达到10.59%和20.33%，认为是高温下控制结实率的主效QTL；检测到1个百粒重QTLqHGW-8，位于8号染色体上，贡献率达到12.01%，可能是高温下控制百粒重的主效QTL。在B29和P19为亲本构建的F2群体（包含357个单株）中，检测到7个叶绿素含量QTL，分布位于3号、6号、7号、8号、10号染色体上，总贡献率为33.93%，其中位于6号染色体上的qChl6-2贡献率达到10.32%，可能是高温下控制叶绿素含量的主效QTL，检测到4个结实率QTL，分别位于4号和6号染色体上，总贡献率为16.92%；检测到4个百粒重QTL，分别位于5号、6号、9号染色体上，总贡献率为16.68%。可以认为6号、8号染色体上可能存在耐热基因，是值得重点关注的染色体。
NETL