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QTL analysis of chlorophyll content of maize under N-stress and no N-stress
at different development stages

氮胁迫和非胁迫条件下玉米不同时期叶绿素含量的QTL分析


In this study, the unconditional and conditional QTL (Quantitative trait locus) analysis for chlorophyll contents (CC) at different development stages of maize were detected under N input (+N) and N stress (-N), using the composite interval mapping method with a 203 F2: 3 population derived from an elite maize hybrid cultivar: Nongda108 (Huang C ×Xu178), and a molecular linkage maps including 189 SSR markers. The results showed that the mean CC at the five development stages (bell stage, BS; florescence stage, FS; early grain filling stage, EGFS; mid-grain filling stage, MGFS; and later grain filling stage, LGFS) for parent Xu178 under -N and +N conditions were 54.12 and 55.76, and there were 1.80 and 2.40 higher than another parent Huang C, respectively. The average CC for the F2: 3 populations were 55.6 and 58.32, higher than the mean of their parents, and the variance range of CC in +N was smaller than that of -N. These results implied that the variance ranges for CC were affected by -N stress in some degree. Under -N and +N conditions, 2, 2, 1, 3, 1 and/or 2, 2, 2, 7, 1 unconditional QTL for CC were detected at the five development stages respectively, and the accumulative contribution of the detected QTL could explain 22.75%, 22.93%, 19.77%, 49.87%, 12.79% and/or 16.95%, 23.49%, 19.38%, 84.56 %, 13.38% phenotypic variances of CC, respectively. There was one conditional QTL identified for periods from BS to FS, from MGFS to LGFS and/ or from BS to FS, and from FS to EGFS under -N and +N conditions, these could explain 12.90%, 25.51% and/or 15.98%, 26.67% phenotypic variances of CC for each period, respectively. There were different spatio-temporal patterns for QTL expression of CC, especially for qchl4 and qchl5b, which are the two major QTLs in maize development.


全 文 :收稿日期:!""#$"%$%& 接受日期:!""#$"’$%"
基金项目:国家“(’)”计划项目(!""’**%""%"));河南省重大专项("’!""%"!"");国家农业结构调整重大技术专项("&$")$"&+)资助。
作者简介:刘宗华(%,’"—),男,三门峡人,博士,教授,主要从事玉米遗传育种研究工作。-./:")#%$’)00(%!#,12345/:67/58&"""9 :;78< =;3
! 通讯作者 12345/:>=?9%’)@ =;3
氮胁迫和非胁迫条件下玉米不同时期
叶绿素含量的 !"#分析
刘宗华,谢惠玲,王春丽,田国伟,卫晓轶,胡彦民,崔党群!
(河南农业大学农学院,河南郑州 &0"""!)
摘要:以优良玉米杂交种农大 %"(的 !")个 A!:)家系为材料,构建了包含 %(,个 BBC标记的遗传连锁图谱,利用复
合区间作图法,在施氮( DE)和不施氮( $E)情况下,对玉米不同发育时期的叶绿素含量进行了 F-G(数量性状座位)
分析。结果表明:在 $E和 DE条件下,亲本许 %#(的 0个时期叶绿素(BH*I)均值分别为 0&@%!和 00@#’,比黄 J分别
高 %@("和 !@&";而 A!:)家系的 BH*I均值分别达 00@’和 0(@)!,高于双亲的中亲值;同时,在 DE情况下,叶绿素含
量变异范围相对较小,说明氮胁迫对玉米叶绿素含量的变化具有一定影响。 $E和 DE情况下,在玉米喇叭口期、散
粉期、灌浆初期、灌浆中期和灌浆后期分别检测到 !、!、%、)、%个和 !、!、!、#、%个叶绿素含量的非条件 F-G,可分别解
释对应时期叶绿素含量表型总变异的 !!@#0K、!!@,)K、%,@##K、&,@(#K、%!@#,K和 %’@,0K、!)@&,K、%,@)(K、
(&@0’K、%)@)(K。在 $E和 DE情况下,喇叭口期至散粉期、灌浆中期至灌浆后期和喇叭口期至散粉期、散粉期至灌
浆初期各检测到 %个条件 F-G,可分别解释叶绿素含量表型变异的 %!@,"K、!0@0%K和 0@,(K、!’@’#K。叶绿素含
量的 F-G表达存在时空性,其中 !"#$% 和 !"#$&’ 在整个生育时期均能检测到,是玉米生长发育所必需的两个 F-G。
关键词:玉米;氮胁迫;叶绿素含量;F-G分析
中图分类号:F#0 文献标识码:* 文章编号:%""($0"0L(!""()"0$"(&0$"#
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:X4Q.,‘TAB;/4X.Z QZ45P [5//5PQ :X4Q.,GTAB)[;Z \4Z.PX L8%#( 8P>.Z $E 4P> DE =;P>5X5;P: U.Z. 0&@%! 4P> 00@#’,
4P> X7.Z. U.Z. %@(" 4P> !@&" 75Q7.Z X74P 4P;X7.Z \4Z.PX R84PQ J,Z.:\.=X5Y./V < -7. 4Y.Z4Q. JJ [;Z X7. A!a) \;\8/4X5;P:
U.Z. 00@’ 4P> 0(@)!,75Q7.Z X74P X7. 3.4P ;[ X7.5Z \4Z.PX:,4P> X7. Y4Z54P=. Z4PQ. ;[ JJ 5P DE U4: :34//.Z X74P X74X
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DE =;P>5X5;P:,!,!,%,),% 4P> b ;Z !,!,!,#,% 8P=;P>5X5;P4/ F-G [;Z JJ U.Z. >.X.=X.> 4X X7. [5Y. >.Y./;\3.PX
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植物营养与肥料学报 !""(,%&(0):(&0$(0%
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GG,-48-23066E !#" !"#$% 0+, !"#$&’,J5325 0"- ’5- ’J# $0M#" KIL4 3+ $03N- ,-F-6#8$-+’ H
!"# $%&’(:$03N-;+3’"#O-+ 4’"-44;256#"#85E66 2#+’-+’;KIL 0+06E434
玉米产量的高低受多种因素的综合影响,如光
合效率、源库关系、灌浆速率等生理因素以及抗病
性、抗逆性等。众所周知,玉米子粒产量的形成是叶
片光合产物的积累和有效转化的直接结果,与光合
效率密不可分。有关光合的生理机制,光合作用、农
事操作与产量的关系等已有深入的研究[9.P ]。而作
为光合产物合成的中心,叶绿素含量的高低直接影
响光合强度和光合效率,与作物产量有密切联系。
在植物所需要的大量元素中,氮对植物的生长
发育具有重要作用[?],缺乏氮素不仅严重影响根系
的生长,而且影响色素含量、硝酸还原酶和谷氨酸合
成酶活性等生化性状[B],进而影响植株的光合效率,
最终导致产量的降低。Q#OR"3#等[C]研究指出,提高
施氮水平将增加叶绿素含量、氨基酸总量、植物干物
质中氮含量、株高、分蘖和子粒产量,降低植物干物
质中糖含量。S3T6U4等[A]认为,玉米叶色的深浅取
决于叶绿素的积累,不同的施肥水平和基因型的差
异都会明显影响叶绿素的含量;而 V30+O等[<]的研
究则认为,无论在低氮或高氮条件下,玉米抽雄期穗
位叶的叶绿素含量的遗传力均较高,表明叶绿素含
量具有相对较高的遗传稳定性。由于玉米叶片中叶
绿素含量不仅存在时期发育的特异性,而且在不同
的氮水平下存在显著的差异,前人尽管对不同遗传
背景玉米的叶绿素含量进行了大量研究,但很少涉
及氮胁迫条件下玉米不同发育时期叶绿素含量的变
化,特别是氮胁迫条件下叶绿素含量的动态 KIL分
析的报道[9=]。
KIL(K*0+’3’0’3F- I"03’ L#2*4,数量性状座位)分
析是确定控制数量性状的基因在基因组中的位置与
效应。本研究利用来源于农大 9=A 的 :=W 个玉米
%::W家系,通过遗传连锁图谱的构建,在施氮和不施
氮两种处理下,对玉米不同生长发育时期的叶绿素
含量动态变化进行 KIL分析,以期了解叶绿素含量
的遗传规律和生理基础,为玉米高光效育种提供依
据。
) 材料与方法
)*) 试验材料
以我国玉米生产上推广面积较大的优良杂交种
“农大 9=A”(黄 G X许 9CA)为基础材料,其亲本之一
许 9CA是一个氮素高效利用的自交系,而黄 G对氮
素反应比较敏感[99],该杂交种具有较高的氮素利用
效率[9:]。:==:年在河南农业大学科教园区利用双
亲自交系组配 %9,当年在海南自交得到 %: 种子,
:==W年对 %:群体进行自交,构建了一套包含 :=W个
%::W家系的分离群体。
)*+ 试验方法
:==P年在河南农大科教园区进行夏播试验,试
验地耕层(=—:= 2$)土壤有机质含量为 9:;=? O @ TO、
全氮 9;W O @ TO、速效磷 ?=;=A $O @ TO、速效钾 9B:;$O @ TO。试验设施氮( 1/)和不施氮( ./)两个处理,
每个处理 :次重复,单行区,行长 P $,行距 =;B $,
密度 P?===株 @ 5$:。施氮处理在苗期施尿素 WC?、过
磷酸钙 WC?和硫酸钾 9AC;? TO @ 5$:,大喇叭口期施尿
素 WC? TO @ 5$:;缺氮处理除不施氮肥外,其他与施
氮处理相同。每小区选 9=株挂牌,分别在喇叭口期
(C @ :?)、散粉期(A @ W)、灌浆初期(A @ 9W)、灌浆中期
(A @ :?)和灌浆后期(< @ 9W)用 &YZ[?=:叶绿素仪测定
叶绿素含量(&YZ[值),其中喇叭口期测定的叶片为
倒第一展开叶,其他各时期均为穗位叶,测定部位为
叶中部,每株重复测定 W次,取平均值。试验数据用
&Y&&9:;=软件进行统计分析。
)*, 遗传连锁图谱的构建
采用改良的 &[& 方法提取 %: 群体的叶片总
[/Z并纯化[9W]。从 S03N- )[\(JJJH $03N-O,]H #"O)
中挑选均匀覆盖玉米全基因组的 ?B:个 &&Q标记,
进行亲本的多态性筛选。利用 S08$0T-" F-"43#+ W;=
作图软件构建 %: 群体的遗传连锁图( L^[ _
W;=)[9P]。
)*- 条件和非条件 ./0分析
利用 ‘3+KIL20"’ 软件中的复合区间作图法
(G#$8#43’- a+’-"F06 S0883+O,GaS ),以 %::W群体不同
发育时期的平均值作为输入数据,对玉米不同发育
时期的叶绿素含量进行 KIL分析[9?]。在 ( b =;=?
水平下通过 9=== 次随机性测验(Y-"$*’0’3#+),给定
每一性状的置信区间(L^[),超过给定的 L^[值认
为该位点存在一个 KIL[9B]。KIL的作用方式按 &’*D
BPA 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 9P卷
!"# 等[$%]的标准判定。利用 &’()*+ 软件包中的
&’(,-.-/0+软件对不同发育时期叶绿素含量进行逐
步条件分析,然后利用复合区间作图法进行条件
&12分析[$34$5]。非条件 &12 的遗传效应是指从播
种到 ! 时刻叶绿素含量的遗传效应总量;条件 &12
的遗传效应是指从 !"$时刻到 ! 时刻这一特定时段
内的遗传效应增量。根据不同时期测定的数据进行
&12定位,称为非条件 &12,第 $次测定得到的非条
件 &12,即为初始时刻至第 $ 次测定时期的条件
&12;根据不同时段内的净增长量进行 &12 定位,
称为条件 &12。
! 结果分析
!"# 玉米不同发育时期叶绿素含量的变化
在 46和 76两种情况下,许 $%3的叶绿素含量
分别为 89:$;和 88:%<,比黄 =的 8;:>;和 8>:><分
别高 $:3?和 ;:9?(表 $);而 @;:>家系的 ,A(B值分
别达 88:<和 83:>;,均高于双亲叶绿素含量的均值。
-测验结果显示,许 $%3在 8个不同发育时期的
76与 46 ,A(B 值差异有 ; 个时期达极显著水平;
而黄 =有 9个时期达极显著或显著差异(表 ;),表
明许 $%3对低氮胁迫的敏感性小于黄 =,尤其是灌
浆期。@;:>家系在 8 个不同的发育时期 76与 46叶
绿素含量均达极显著差异水平。在 76情况下,@;:>
群体的 ,A(B值变异范围相对较小,而在 46条件下,
,A(B值的变异范围相对较大,说明氮胁迫会明显影
响玉米叶绿素含量的变化。进一步统计分析结果表
明,在两种氮处理情况下 @;:>群体各时期的叶绿素
含量均符合正态分布(图 $)。
表 # 施氮与不施氮处理不同发育时期玉米亲本和 $!:%群体叶绿素含量的变化
&’()* # +,)-.-/,0)) 1-23*23 -4 /’.*235 ’26 $!:% /-/7)’38-2 82 6844*.*23 6*9*)-/82: 53’:*5 -4 ;’8<* 726*. => ’26 ?> 1-26838-25
氮水平
6 2"C"D
测定日期
B.-"
(EF G)
亲本 A.#"+-H @;:>群体 @;:> I0IJD.-/0+
许 $%3
KJ $%3
黄 =
LJ.+M =
平均值
N".+
变异范围
O.+M"
标准差
,G
偏斜度
,P"Q+"HH
峰度
RJ#-0H/H
46 % F ;8 8>:? 89:% 88:8 9<:%!<;:8 >:;; 4 ?:;9 4 ?:><
3 F > 8>:$ 8>:$ 88:8 >5:>!<9:8 9:?? 4 ?:9% ?:%%
3 F $> 88:; 8;:3 8%:; 98:?!<<:; 9:?9 4 ?:;% 4 ?:?9
3 F ;< 8%:8 8>:$ 8%:8 98:;!<5:< >:<8 4 ?:;5 ?:3;
5 F $> 8$:3 9%:5 8;:> >;:9!<8:5 <:?< 4 ?:<; ?:8%
平均值 N".+ 89:$ 8;:> 88:< 9$:%!<8:%
76 % F ;8 83:< 8%:3 83:8 9%:8!<8:; >:$3 4 ?:>8 ?:>9
3 F > 8<:< 88:3 83:< 95:8!<<:3 >:$? ?:;? ?:?;
3 F $> 8%:? 8%:; 85:8 9%:>!<3:; >:>5 4 ?:$5 ?:%;
3 F ;< 8<:8 88:% :33 4 ?:$< ?:8?
5 F $> 8?:$ 9?:> 88 9?:;!<%:% 9:%5 4 ?:93 ?:89
平均值 N".+ 88:3 8>:9 83:> 9<:9!<%:;
表 ! 施氮与不施氮条件下双亲及 $!:%群体叶绿素含量差异的 3测验结果
&’()* ! & 3*53 4-. 1,)-.-/,0)) 1-23*23 -4 /’.*235 ’26 835 $!:% /-/7)’38-2 726*. ?> ’26 => 1-26838-25
时期 B.-" 许 $%3 KJ $%3 黄 = LJ.+M = @;:>群体 @;:> I0IJD.-/0+
(EF G) 76 F 46 -值 - C.DJ" 76 F 46 -值 - C.DJ" 76 F 46 -值 - C.DJ"
% F ;8 8:< >:9:$ ;:> 3:<3!!
3 F > >:8 ;:3;!! ;:% ;:;3! >:$ ;:$5!!
3 F $> $:3 $:>% 9:9 ;:39!! ;:> 3:85!!
3 F ;< 4 $ 4 ?:;> ;:< $:>< ;:8 $$:$8!!
5 F $> 4 $:% 4 ?:%? 4 %:< 4 ;:$?! ;:% 5:<5!!
亲本测验 A.#"+-H -"H-:-?:?8,;3 S ;:?93,-?:?$,;3 S ;:%<> ;@;:>群体测验 A0IJD.-/0+ -"H-:-?:?8,T S $:5<,-?:?$,T S ;:8%83
%938期 刘宗华,等:氮胁迫和非胁迫条件下玉米不同时期叶绿素含量的 &12分析
图 ! 两种施 "处理情况下 #$:%群体灌浆期
叶绿素含量(&’()值)频次分布
#*+,! #-./0.123 4*56-*706*81 89 &’() :;<0.5 98- #$:%
=8=0<;6*81 *1 +-;*1 9*<<*1+ 56;+. 014.- >" ;14 ?" 2814*6*815
$@$ 两种氮处理条件下玉米不同发育时期叶绿素
含量的 ABC分析
!"!"# 遗传连锁图谱的构建 利用 $%&’%()* +",
软件构建了包含有 #-.个 //0标记的 1! 群体遗传
连锁图谱,覆盖了玉米的 #, 条染色体,总长度为
!,2-"# 3$,平均间距为 #,". 3$(图 !)。多数标记与
45$的玉米遗传连锁图的顺序相同(6667 ’%89):;<7
=*:)。
!"!"! 玉米不同发育时期叶片叶绿素含量的非条
件 >?@分析 在 AB和 CB处理下,对不同发育时期
玉米叶片叶绿素含量进行非条件 >?@分析,分别检
测到 .个和 #D个 >?@(表 +,图 !);有些 >?@在不同
的发育时期同时检测到,因此共检测到 #,个不同位
点的 >?@。 AB情况下在喇叭口期测到 !个 >?@,均
位于第 2染色体上;CB情况下检测到 !个 >?@,分
别位于第 2和第 #,染色体上。其中 !"#$%& 在两个
处理条件下同时被检测到,可分别解释该时期叶绿
素含量表型变异的 ##"#-E和 ."+DE,由来自许 #F-
的位点起增效作用。
表 % 两种施氮情况下不同时期检测到的叶绿素含量 ABC
B;7<. % BD. ABC 4.6.26.4 98- 2D<8-8=D3<< 2816.16 *1 4*99.-.16 4.:.<8=*1+ 56;+.5 014.- 6E8 " 6-.;6F.165
氮水平
B @)G)H
时期 I%J)
(’K ;)
位点
>?@
标记区间
1H%L(8L: ’%*()*
加性值
M;;8J8G)
显性值
I=’8L%L3) I K M
基因效应#)
N)L) %3J8=L
贡献率(E)
0!
AB F K !2 !"#$%’ O’3!#2.AO’3##F# !"2! A #"FP A ,"F, QI ##"2F
!"#$%& O’3#2+FAO’3#F.! A #"-! #"F2 A ,".P I ##"#-
- K + !"#$( &R8,F!AO’3#F2F !"D2 A ,"#F A ,",F M #,"+#
!"#$%& O’3#2+FAO’3#F.! A !"D! !",, A ,"-+ I #!"P!
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- K !2 !"#$( &R8,F!AO’3!,+. !"., A #"+P A ,"DF QI #F"#2
!"#$%& O’3#2+FAO’3#F.! A #".F #"F# A ,"-F I #+"+P
!"#$)’ O’3#2D2A;O&SS*## A #".P !"D, A #"!! TI #."+P
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CB F K !2 !"#$%& O’3##22AO’3#F.! A #"DP A ,"#, ,",F M ."+D
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#)M:加性 M;;8J8G)(I K M U ,!,"!);QI:部分显性 Q%*J8%H ;=’8L%L3)(I K M U ,"!!,"-);I:显性 I=’8L%L3)(I K M U ,"-!#"!);TI:超显
性 TG)*V;=’8L%L3)(I K M W #"!);0! 8S JR) J=J%H %’J*8?@7
-D- 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 #D卷
图 ! 两种施氮处理情况下不同发育时期检测到的叶绿素含量 "#$
%&’(! #)* "#$ &+*,-&.&*+ ./0 1)2/0/3)422 1/,-*,- &, +&..*0*,- +*5*2/3&,’ 6-7’*6 8,+*0 9: 7,+ ;: 1/,+&-&/,6
[注(!"#$):!," 分别为 %!和 &!情况下检测到的 ’() (*$ ’() +,$-#+.+$, ."/ 0*1"/"2*311 4-,$/ %! 5-, &! 0"-,+#+"-6]
在 &!和 %!情况下,散粉期(7 8 9)检测到 :个相
同的 ’(),分别位于第 ;和第 <染色体上,可解释该
时期叶绿素含量表型变异的 =>9?@!?A>?7@;其中
位于第 ;染色体上的 !"#$% 具有较大的遗传效应,可
分别解释该时期叶绿素含量表型变异的 ?B>9?@和
?A>?7@,由来自黄 C的等位基因起增效作用。
在 &!情况下,灌浆初期(7 8 ?9)检测到 ?个 ’()
(!"#$%),可解释叶绿素含量表型变异的 ?D>==@,是
一个主效的 ’(),该位点可以使叶绿素含量增加
9>==,由来自黄 C 的位点起增效作用。在 %! 情况
下,发现了 :个 ’(),分别位于第 <、第 =染色体上,
可分别解释叶绿素表型变异的 ??>B?@和 7>9=@,
均由来自许 ?=7的位点起增效作用。
灌浆中期(7 8 :<)在 &!和 %!条件下分别检测到
D;7<期 刘宗华,等:氮胁迫和非胁迫条件下玉米不同时期叶绿素含量的 ’()分析
!个和 "个 #$%,其中有 &个 #$%(!"#$%、!"#$&’)在两
种条件下同时检测到,因此在该时期共定位了 ’个
#$%,这些 #$%可分别解释叶绿素含量表型变异的
’()"*!+,(!-*。
灌浆后期(, . +!)在两种氮肥水平情况下检测到
+个相同的 #$%( !"#$%),可分别解释叶绿素含量表
型变异的 +&(",*和 +!(!’*。显然,在不同的时
期,不同施氮条件下,检测到叶绿素含量表达的 #$%
数目多少不一(图 !)。
在所检测到的 &!个 #$%中,以加性效应为主的
有 )个(占 &+("/*),以部分显性为主的 +& 个(占
)&(+"*),以显性效应为主的 ) 个(&+("/*),只有
一个表现为超显性效应(占 /(!)*)。
&(&(! 玉米不同发育时期叶绿素含量的条件 #$%
分析 对不同发育时期叶绿素含量进行条件 #$%
分析(表 /)看出,01和 21处理,喇叭口期(" . &))到
散粉期各检测到 +个条件 #$%,分别位于第 ’和第 /
染色体上,可分别解释该时期叶绿素动态变化表型
变异的 +&(,3*和 +)(,’*。 01处理,灌浆中期(’ .
&))至灌浆后期(, . +!)检测到 +个条件 #$%,位于第
+3染色体上,可解释该时期叶绿素变化表型变异的
&)()+*,由来自许 +"’ 的位点起增效作用。 21处
理,散粉期(’ . !)至灌浆初期(’ . +!)同样检测到 +个
条件 #$%,位于第 +染色体上,可解释该时期叶绿素
变化表型变异的 &-(-"*,由来自许 +"’的位点起增
效作用。其他阶段未检测到叶绿素含量的条件
#$%。
图 ! 两种施氮处理不同发育时期检测到的
玉米叶绿素含量 "#$数目变化
%&’(! #)* +,-.*/ 01 "#$ &2*+3&1&*2 10/ 4)50/06)755 40+3*+3
&+ 2&11*/*+3 839’*8 01 -9&:* ,+2*/ ;< 9+2 =< 40+2&3&0+8
表 > 不同发育时期叶绿素含量检测到的条件 "#$
#9.5* > ?0+2&3&0+95 "#$ -966&+’ /*8,538 01 4)50/06)755 40+3*+38 &+ 2&11*/*+3 839’*8
氮水平
1 %4546
时期 7894
(:. ;)
位点
#$%
标记区间
<68=>?=@ A8B>4B
加性值
C;;?9?54
显性值
7D:?=8=E4
贡献率(*)
F&
%G7 %G73(3)
01 " . &)!’ . ! !"#$( H:E+’’,0I=6@&/3 0 3("+ +(,- +&(,3 !("’ !("
’ . &)!, . +! !"#$)* H:E&!)30H:E+,,! 3("- !(+- &)()+ /(3! !(’
21 " . &)!’ . ! !"#$% JK?3"&0H:E+")" +("3 0 3(,& +)(,’ /(&) !(’
’ . !!’ . +! !"#$) H:E+,))0I=6@+3+/ 3(’3 +()3 &-(-" !(") !("
F& ?L 9K4 9D986 ED=9B?IH9?D= MBD: 8;;?9?54 #$%N
! 讨论
!@A "#$表达的时空性
遗传研究表明,无论原核或真核生物,基因表达
均存在严格的时序性,受生物体内基因的调控系统
控制,不同基因的表达又有不同的调控系统,高等生
物尤其复杂。严建兵等[+,]研究了玉米株高的动态
变化,发现在玉米株高的不同发育阶段均能检测到
条件和非条件 #$%,说明 #$%在不同的发育阶段同
样存在时空的表达。就本研究的结果(表 !)来看,
所调查的玉米 )个不同发育时期,施氮和不施氮均
能检测到不同位点的叶绿素含量 #$%。如 01处理,
在喇叭口期(" . &))、开花期(’ . !)和灌浆中期(’ . &))
均可检测到同一个 #$%( !"#$&’)在表达;但 21 处
理,开花期(’ . !)才能检测到 !"#$&’ 的表达,并经灌
浆初期(’ . +!)持续表达到灌浆中期(’ . &))。然而,
无论在 01或 21处理,!"#$% 均能在开花期(’ . !)检
测到,并除 21 情况下的灌浆初期(’ . +!)未检测到
外,持续表达到灌浆后期(, . +!)。从表 ! 还可以看
出,!"#$&+ 在 01情况下的灌浆初期(’ . +!)也未检测
到,表明影响叶绿素含量的 #$%有些几乎在调查的
各个生育期中均能表达,而有些只在特定时间特定
条件下才表达。
!@B 氮肥水平与叶绿素含量 "#$表达的数目
在两种施氮处理情况下,不同时期检测到叶绿
素含量的 #$%数目存在一定的差异(图 !),在 01条
3)’ 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 +/卷
件下从喇叭口期到灌浆后期 !个时期,分别检测到
"、"、#、$和 #个叶绿素含量 %&’;而在 ()条件下,
分别检测到 "、"、"、* 和 # 个 %&’。在喇叭口期、散
粉期和灌浆后期,两种氮肥处理检测到叶绿素含量
的 %&’数目相同,而在灌浆初期和灌浆中期,+)处
理检测到的 %&’数目要少于 ()处理,特别是在灌
浆中期叶绿素 %&’的数目存在明显的差异。灌浆
中期是植株光合作用及光合产物积累的关键时期,
此时 +)处理植株叶绿素含量的降低及 %&’表达数
目的减少必将影响其光合效率,最终导致产量的降
低。本试验结果同样证明了叶绿素含量的降低可以
作为氮素高效利用的次级指标[##]。同时不同发育
阶段检测到的条件 %&’数目较少甚至检测不到,说
明叶绿素含量在不同发育阶段含量比较稳定。
由于穗位叶叶绿素含量的变化可以作为玉米氮
素高效利用的次级选择指标,因此可以通过对叶绿
素含量的选择达到选育玉米氮高效利用品种的目
的。本研究结果看出,控制叶绿素的含量基因表达
存在一定的时空性,同时在玉米灌浆期特异表达的
基因可能更有利于产量的形成与光合产物的转移。
因此,在玉米育种过程中可以利用分子标记辅助选
择的方法将控制叶绿素含量的主效 %&’ 转移到新
的自交系中,进而选育出氮素高效利用的玉米杂交
种在生产上推广应用。
本研究仅对郑州试点两种施氮条件下玉米喇叭
口期到灌浆后期 !个不同时期的叶绿素含量变化进
行了条件和非条件 %&’分析,在其他肥力条件下,
以及其他性状表现如何尚待进一步研究。
参 考 文 献:
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(#I):#Q!Q+#QRPJ
#!I!期 刘宗华,等:氮胁迫和非胁迫条件下玉米不同时期叶绿素含量的 %&’分析