玉米籽粒胚乳细胞相关性状的杂种优势研究

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0176

中国农学通报 ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (12): 9-14.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0176

所属专题：玉米

玉米籽粒胚乳细胞相关性状的杂种优势研究

陈哲¹^,²(), 孙晓妍¹^,³, 何文存¹^,⁴, 王安琪¹, 孙爱清¹, 赵林茂¹, 张春庆¹, 吴承来¹()

¹ 作物生物学国家重点实验室/山东农业大学农学院，山东泰安 271018
² 湖南生物机电职业技术学院，长沙 410127
³ 潍坊科技学院，山东寿光 262700
⁴ 泰安市泰山区农业农村局，山东泰安 271000

收稿日期:2023-03-03 修回日期:2023-06-15 出版日期:2024-04-25 发布日期:2024-04-22
通讯作者:
吴承来，男，1974年出生，山东历城人，副教授，博士，主要从事玉米育种方面的研究。通信地址：271018 山东省泰安市岱宗大街61号山东农业大学农学院，Tel：0538-8242587，E-mail：clwu@sdau.edu.cn。
作者简介:
陈哲，男，2000年出生，湖南娄底人，在读硕士研究生，研究方向：种业科学。通信地址：271018 山东省泰安市岱宗大街61号山东农业大学农学院，E-mail：chenzhe1127@foxmail.com。
基金资助:
山东省现代农业产业技术体系建设项目“玉米产业创新团队”(SDAIT-02-02); 山东省重点研发计划（农业良种工程）项目“两高三抗、绿色高效玉米重大品种培育”(2022LZGC00602)

Endosperm Cell Related-traits in Maize Grains: Heterosis Research

CHEN Zhe¹^,²(), SUN Xiaoyan¹^,³, HE Wencun¹^,⁴, WANG Anqi¹, SUN Aiqing¹, ZHAO Linmao¹, ZHANG Chunqing¹, WU Chenglai¹()

¹ State Key Laboratory of Crop Biology/College of Agronomy, Shandong Agricultural University, Taian, Shandong 271018
² Hunan Biological And Electromechanical Polytechnic, Changsha 410127
³ Weifang University of Science and Technology, Shouguang, Shandong 262700
⁴ Taishan District Agricultural and Rural Bureau of Taian City, Taian, Shandong 271000

Received:2023-03-03 Revised:2023-06-15 Published:2024-04-25 Online:2024-04-22

摘要/Abstract

摘要：

为了解析玉米粒重性状杂种优势的产生原因，对籽粒胚乳细胞数目、细胞大小开展了研究。以玉米品种‘郑单958’、‘先玉335’及其亲本为试验材料，分析了杂交种与亲本在单籽粒重量、单籽粒胚乳细胞数目及胚乳细胞面积的杂种优势关系。结果表明，‘先玉335’和‘郑单958’胚乳细胞数目的中亲优势分别为40.81%和36.03%，超亲优势分别为33.09%和23.82%；百粒重的中亲优势分别为27.22%和28.89%，超亲优势分别为19.72%和18.34%；而胚乳细胞面积的中亲优势分别为-44.42%和-24.79%，超亲优势分别为-45.75%和-37.30%。单籽粒胚乳细胞数目与粒重呈极显著正相关，相关系数为0.796。综上所述，玉米杂交种籽粒的胚乳细胞数目多于亲本是粒重杂种优势产生的重要原因，选育籽粒胚乳细胞数目多的自交系进行杂交组配利于提高杂交种的粒重。

关键词: 玉米, 杂交种, 胚乳细胞数目, 胚乳细胞面积, 杂种优势

Abstract:

To investigate the causes of the phenomenon of grain weight heterosis in maize, the number and size of endosperm cells in maize grains were studied. Maize varieties ‘Zhengdan 958’ and ‘Xianyu 335’ and their parents served as experimental materials for analyzing the heterosis relationship between hybrid and parents of grain weight, endosperm cell number and area. The results showed that the mid-parent heterosis of the endosperm number of ‘Xianyu 335’ and ‘Zhengdan 958’ was 40.81% and 36.03%, and the over-parent heterosis was 33.09% and 23.82%, respectively. The mid-parent heterosis of 100-grain weight of ‘Xianyu 335’ and ‘Zhengdan 958’ was 27.22% and 28.89%, and the over-parent heterosis was 19.72% and 18.34%, respectively. However, the mid-parent heterosis of endosperm cell area of ‘Xianyu 335’ and ‘Zhengdan 958’ was -44.42% and -24.79%, and the over-parent heterosis was -45.75% and -37.30%, respectively. The endosperm cell number was positively correlated with the grain weight, and the correlation coefficient was 0.796. In summary, the number of endosperm cells of the maize hybrid is more than that of their parents, which is the main reason for heterosis of grain weight. Selecting the inbred lines with large number of endosperm cells can effectively increase the grain weight of the hybrid in the hybrid combinations.

Key words: maize, hybrid, endosperm cell number, endosperm cell aera, heterosis

陈哲, 孙晓妍, 何文存, 王安琪, 孙爱清, 赵林茂, 张春庆, 吴承来. 玉米籽粒胚乳细胞相关性状的杂种优势研究[J]. 中国农学通报, 2024, 40(12): 9-14.

CHEN Zhe, SUN Xiaoyan, HE Wencun, WANG Anqi, SUN Aiqing, ZHAO Linmao, ZHANG Chunqing, WU Chenglai. Endosperm Cell Related-traits in Maize Grains: Heterosis Research[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2024, 40(12): 9-14.

图/表 9

参考文献 32

[1]	王振华, 刘文国, 高世斌, 等. 玉米种业的昨天、今天和明天[J]. 中国畜牧业, 2021(19):26-32.
[2]	赵久然, 王帅, 李明, 等. 玉米育种行业创新现状与发展趋势[J]. 植物遗传资源学报, 2018, 19(3):435-446.
[3]	梁航宇, 叶凡, 董远, 等. 基于F₁群体的玉米株高与穗位高的全基因组关联分析[J/OL]. 西北农业学报. http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20221020.1224.002.html.
[4]	李婷, 董远, 张君, 冯志前, 等. 玉米杂交种穗部性状的全基因组关联分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(13):2485-2499. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.13.001
[5]	王晖. 玉米全基因组关联分析多杂种群体的构建及其杂种优势和配合力的遗传分析[D]. 北京: 中国农业科学院, 2017.
[6]	杨美丽, 鹿红卫, 程建梅, 等. 玉米杂交种产量性状杂种优势及其与亲本自交系的相关研究[J]. 江苏农业科学, 2022, 50(4):63-68.
[7]	任洪雷, 李春霞, 龚士琛, 等. 利用SPSS实现玉米杂交种主要农艺性状与产量的相关和通径分析[J]. 作物杂志, 2019(3):86-90.
[8]	侯有良, 钟改荣, 卢保红, 等. 玉米农艺及产量性状杂种优势分析[J]. 农业科技通讯, 2013(8):79-81.
[9]	DOEBLEY J F, GAUT B S, SMITH B D. The molecular genetics of crop domestication[J]. Cell, 2006, 127:1309-1321. doi: 10.1016/j.cell.2006.12.006 pmid: 17190597
[10]	BLECKMANN A, ALTER S, DRESSELHAUS T. The beginning of a seed: regulatory mechanisms of double fertilization[J]. Frontiers in plant science, 2014, 5:452. doi: 10.3389/fpls.2014.00452 pmid: 25309552
[11]	左振朋, 王婧, 董鲁浩, 等. 不同品质类型玉米籽粒充实期的胚乳细胞增殖与生理活性比较[J]. 作物学报, 2010, 36(5):848-855.
[12]	孙晓妍. 玉米杂交种及其亲本籽粒胚乳增殖规律研究[D]. 泰安: 山东农业大学, 2021.
[13]	黄永财. 马达驱动蛋白ZmKIN11调控玉米早期胚乳发育及籽粒大小[D]. 北京: 中国科学院大学, 2020.
[14]	PEDROZA G J, EEKHOUT T, ACHON I, et al. Maize ATR safeguards genome stability during kernel development to prevent early endosperm endocycle onset and cell death[J]. Plant cell, 2021, 33(8):2662-2684. doi: 10.1093/plcell/koab158 URL
[15]	ZHANG X, HIRSCH C N, SEKHON R S, et al. Evidence for maternal control of seed size in maize from phenotypic and transcriptional analysis[J]. Journal of experimental botany, 2016, 67(6):1907-1917. doi: 10.1093/jxb/erw006 pmid: 26826570
[16]	王晓燕. 不同类型玉米胚乳产量与品质差异形成机理研究[D]. 泰安: 山东农业大学, 2006.
[17]	黄智鸿, 毛庆文, 阎立波, 等. 冀西北地区不同类型玉米胚乳细胞增殖动态与籽粒充实期的灌浆特性[J]. 西北农业学报, 2011, 20(6):101-105.
[18]	谷岩, 王振民, 何文安, 等. 不同类型玉米品种籽粒胚乳细胞增殖与籽粒建成的关系[J]. 西北农林科技大学学报, 2010, 38(1):90-96.
[19]	JI C, XU L, LI Y, et al. The O2-ZmGRAS11 transcriptional regulatory network orchestrates the coordination of endosperm cell expansion and grain filling in maize[J]. Molecular plant, 2022, 5(3):468-487.
[20]	顾蕴洁, 王忠, 吴月萍. 小麦胚乳细胞的分离及其淀粉体的计数[J]. 植物生理学通讯, 1994(3):210-213.
[21]	何艳艳. 石蜡制片的方法、技巧与注意事项[J]. 农业研究与应用, 2014(4):54-57.
[22]	王晓燕, 董树亭, 高荣岐, 等. 不同类型玉米胚乳细胞增殖动态及其与粒重的关系[J]. 华北农学报, 2006(2):23-26. doi: 10.3321/j.issn:1000-7091.2006.02.006
[23]	李伯航, 崔彦宏. 夏玉米胚乳细胞建成与粒重关系研究[J]. 河北农业大学学报, 1989(4):39-45.
[24]	BERLAN J P. Hybrid corn and the unsettled question of heterosis[J]. Journal of genetics, 2018, 97(5):1075-1082. doi: 10.1007/s12041-018-1037-2
[25]	马文宇, 杨巍, 任雪娇, 等. 玉米百粒重及单株产量遗传改良效果研究[J]. 吉林农业大学学报, 2022, 44(6):1-11
[26]	刁西洲, 王红武, 胡小娇, 等. 玉米穗部性状遗传和杂种优势分析[J]. 作物杂志, 2015(4):36-40.
[27]	FITZGERALD J, LUO M, CHAUDHURY A, et al. DNA methylation causes predominant maternal controls of plant embryo growth[J]. Plos one, 2008, 3(5):2298. doi: 10.1371/journal.pone.0002298 pmid: 18509545
[28]	王忠, 顾蕴洁, 李卫芳, 等. 玉米胚乳的发育及其养分输入的途径[J]. 江苏农学院学报, 1997, 18(3):1-7.
[29]	霍凤艳. 郑单958和先玉335灌浆期蔗糖代谢与转运的比较研究[D]. 沈阳: 沈阳农业大学, 2016.
[30]	张冬梅, 刘洋, 赵永锋, 等. 不同杂种优势群玉米籽粒灌浆速率分析[J]. 中国农业科学, 2014, 47(17):3323-3335. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.001
[31]	李绍长, 陆嘉惠, 孟宝民, 等. 玉米子粒胚乳细胞增殖与库容充实的关系[J]. 玉米科学, 2000(4):45-47.
[32]	李栋梁. 关于高粱、水稻、玉米颖果生长和胚乳细胞发育的研究[D]. 扬州: 扬州大学, 2014.

年份	材料	系数			R²	t_max_.G/d	G_max/ [g/(100·kernel·d)]	W_max_G/ [g/(100·kernel)]	G/ [g/(100·kernel·d)]	D/d
年份	材料	a	b	k	R²	t_max_.G/d	G_max/ [g/(100·kernel·d)]	W_max_G/ [g/(100·kernel)]	G/ [g/(100·kernel·d)]	D/d
2021	PH4CV	35.714	34.499	0.123	0.982	29	1.098	17.857	0.732	49
	PH6WC	27.816	163.321	0.247	0.981	21	1.717	13.908	1.145	24
	先玉335	31.179	107.814	0.216	0.995	22	1.684	15.590	1.122	28
	昌7-2	25.095	51.192	0.185	0.984	21	1.158	12.548	0.772	32
	郑58	32.049	49.450	0.148	0.993	26	1.189	16.025	0.793	40
	郑单958	30.002	85.534	0.190	0.993	23	1.425	15.001	0.950	32
2020	PH4CV	25.450	36.815	0.146	0.995	25	0.927	12.725	0.618	41
	PH6WC	24.775	28.299	0.143	0.979	23	0.884	12.388	0.589	42
	先玉335	32.615	51.594	0.173	0.978	23	1.411	16.308	0.940	35
	昌7-2	21.568	40.693	0.175	0.997	21	0.942	10.784	0.628	34
	郑58	26.218	106.041	0.194	0.986	24	1.270	13.109	0.847	31
	郑单958	27.515	103.498	0.211	0.971	22	1.451	13.758	0.968	28

年份	材料	系数			R²	t_max_.G/d	G_max/ [g/(100·kernel·d)]	W_max_G/ [g/(100·kernel)]	G/ [g/(100·kernel·d)]	D/d
年份	材料	a	b	k	R²	t_max_.G/d	G_max/ [g/(100·kernel·d)]	W_max_G/ [g/(100·kernel)]	G/ [g/(100·kernel·d)]	D/d
2021	PH4CV	35.714	34.499	0.123	0.982	29	1.098	17.857	0.732	49
	PH6WC	27.816	163.321	0.247	0.981	21	1.717	13.908	1.145	24
	先玉335	31.179	107.814	0.216	0.995	22	1.684	15.590	1.122	28
	昌7-2	25.095	51.192	0.185	0.984	21	1.158	12.548	0.772	32
	郑58	32.049	49.450	0.148	0.993	26	1.189	16.025	0.793	40
	郑单958	30.002	85.534	0.190	0.993	23	1.425	15.001	0.950	32
2020	PH4CV	25.450	36.815	0.146	0.995	25	0.927	12.725	0.618	41
	PH6WC	24.775	28.299	0.143	0.979	23	0.884	12.388	0.589	42
	先玉335	32.615	51.594	0.173	0.978	23	1.411	16.308	0.940	35
	昌7-2	21.568	40.693	0.175	0.997	21	0.942	10.784	0.628	34
	郑58	26.218	106.041	0.194	0.986	24	1.270	13.109	0.847	31
	郑单958	27.515	103.498	0.211	0.971	22	1.451	13.758	0.968	28

年份	材料名	穗行数/行	行粒数/粒	穗粒数/粒	百粒重/g	材料名	穗行数/行	行粒数/粒	穗粒数/粒	百粒重/g
2020年	先玉335	16	33	528	34.6	郑单958	14	27	378	35.5
	PH4CV	16	24	384	30.6	昌7-2	12	21	252	22.7
	PH6WC	10	14	140	22.8	郑58	12	17	204	32.0
2021年	先玉335	16	37	592	31.4	郑单958	16	33	528	29.8
	PH4CV	14	23	322	28.5	昌7-2	12	13	156	24.4
	PH6WC	14	19	266	26.0	郑58	14	19	266	27.3
2022年	先玉335	16	37	592	34.4	郑单958	16	38	608	37.5
	PH4CV	14	23	322	25.4	昌7-2	12	16	192	25.2
	PH6WC	12	22	264	25.0	郑58	12	26	312	27.8
平均	中亲优势/%	20.15	71.44	110.03	27.22	中亲优势/%	24.36	76.44	120.38	28.89
平均	超亲优势/%	9.52	53.08	78.59	19.72	超亲优势/%	21.43	49.47	84.71	18.34

年份	材料名	穗行数/行	行粒数/粒	穗粒数/粒	百粒重/g	材料名	穗行数/行	行粒数/粒	穗粒数/粒	百粒重/g
2020年	先玉335	16	33	528	34.6	郑单958	14	27	378	35.5
	PH4CV	16	24	384	30.6	昌7-2	12	21	252	22.7
	PH6WC	10	14	140	22.8	郑58	12	17	204	32.0
2021年	先玉335	16	37	592	31.4	郑单958	16	33	528	29.8
	PH4CV	14	23	322	28.5	昌7-2	12	13	156	24.4
	PH6WC	14	19	266	26.0	郑58	14	19	266	27.3
2022年	先玉335	16	37	592	34.4	郑单958	16	38	608	37.5
	PH4CV	14	23	322	25.4	昌7-2	12	16	192	25.2
	PH6WC	12	22	264	25.0	郑58	12	26	312	27.8
平均	中亲优势/%	20.15	71.44	110.03	27.22	中亲优势/%	24.36	76.44	120.38	28.89
平均	超亲优势/%	9.52	53.08	78.59	19.72	超亲优势/%	21.43	49.47	84.71	18.34

年份	材料名	胚乳细胞数目/个	胚乳细胞面积/μm²	材料名	胚乳细胞数目/个	胚乳细胞面积/μm²
2020年	先玉335	984941	15492.44	郑单958	1163925	16940.80
	PH4CV	704849	20372.34	昌7-2	594819	17232.49
	PH6WC	567551	21041.89	郑58	865297	11858.59
2021年	先玉335	809296	16175.55	郑单958	780354	17803.18
	PH4CV	632338	19686.38	昌7-2	689619	21781.45
	PH6WC	563517	18580.06	郑58	720372	15942.69
2022年	先玉335	783342	13097.46	郑单958	839334	14377.74
	PH4CV	588987	16579.24	昌7-2	564222	17875.51
	PH6WC	595448	18853.29	郑58	652516	15948.78
平均	中亲优势/%	40.81	-44.42	中亲优势/%	36.03	-24.79
平均	超亲优势/%	33.09	-45.75	超亲优势/%	23.82	-37.30

玉米籽粒胚乳细胞相关性状的杂种优势研究

Endosperm Cell Related-traits in Maize Grains: Heterosis Research

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	粒重	胚乳细胞数目	胚乳细胞面积
粒重		0.416	0.305
胚乳细胞数目	0.509^**		-0.408
胚乳细胞面积	-0.238	-0.471^*

	粒重	G_max	W_max.G	G
胚乳细胞数目	0.796^**	0.958^**	0.702	0.958^**
胚乳细胞面积	-0.443	-0.666	-0.316	-0.666

[1]	程玉静, 王小秋, 葛礼姣, 仇亮, 翟彩娇, 宋旭东, 张振良, 王系艨. 糯玉米食味品质评价模型的建立[J]. 中国农学通报, 2024, 40(9): 157-164.
[2]	孙计平, 王亚乐, 李丽华, 李雪君, 吕文钧, 孙焕. ‘YY021’烘烤特性及其杂种优势[J]. 中国农学通报, 2024, 40(9): 42-47.
[3]	戴欣钰, 刘聪, 李琪, 德吉卓玛, 吴东丽. 基于闪烁通量和土壤水分的春玉米干旱研究[J]. 中国农学通报, 2024, 40(8): 68-73.
[4]	杜如珊, 卢保红, 王志虹, 马海林. 深沟覆膜对甜糯玉米采收期及产量的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(7): 1-7.
[5]	马晓玲, 周焱博, 袁杰, 张建军, 贾立亭. 阳泉市玉米生育期气象要素变化特征及相关性分析[J]. 中国农学通报, 2024, 40(7): 118-122.
[6]	赵树政, 杨美丽, 鹿红卫, 苏玉杰, 程建梅, 王帮太, 秦贵文. 玉米杂交种花丝活力及其结实性动态研究[J]. 中国农学通报, 2024, 40(6): 36-41.
[7]	原韬, 安琦, 牛彦波, 孟利强, 吴皓琼, 樊川, 曹亚彬. 玉米秸秆堆腐还田对黑土区土壤性状的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(5): 47-52.
[8]	李建平, 任景全, 马艳敏, 王冬妮, 曹铁华, 杨会兵, 陈长胜. 低温和土壤偏干对玉米发芽的影响试验研究[J]. 中国农学通报, 2024, 40(5): 9-15.
[9]	祁娜, 许永锋, 王爱文, 何树文, 杨成德. 甘肃省张掖市玉米黑髓病病原的分离与鉴定[J]. 中国农学通报, 2024, 40(5): 97-104.
[10]	黄文茵, 李嘉炜, 宋钊, 常静静, 陈潇, 李静, 焦加斌, 张白鸽. 4种功能性肥料对菜心生长和品质的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(4): 83-90.
[11]	梁海波, 李升东, 刘丰华, 曹永昌, 王香玲, 徐艳. 基于Meta分析的黄河三角洲玉米产量及肥效特征[J]. 中国农学通报, 2024, 40(4): 103-110.
[12]	武奕彤, 吕陈生, 刘亚冬, 李开叶. 2种不同种衣剂对玉米‘黑糯100’生长状况和抗氧化防御系统的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(3): 46-53.
[13]	苏玉杰, 张晓春, 程建梅, 张素芬, 宋军锋, 杨美丽, 赵树政, 秦贵文, 鹿红卫. 优良玉米自交系‘浚696’的选育与应用[J]. 中国农学通报, 2024, 40(3): 41-45.
[14]	彭伟, 富美玲, 冉恩华, 朱向明. 基于微根管技术的不同耕作方式下玉米根系生长动态监测[J]. 中国农学通报, 2024, 40(10): 1-11.
[15]	杨苔, 于慧颖, 卢立明, 付海燕, 李国良, 代文龙, 刘春光, 杨峰山, 马玉堃. 促生潜力玉米种子内生细菌分离鉴定及发酵条件优化[J]. 中国农学通报, 2023, 39(9): 16-23.