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基于分子标记辅助选择的玉米导入系群体构建与自交系改良研究

一、引言

1.1研究背景与意义

玉米作为全球重要的粮食作物、饲料来源以及工业原料，在农业生产和经济发展中占据着举足轻重的地位。据国际谷物理事会统计，2020年全球玉米产量达到13.28亿吨，中国、美国、巴西和阿根廷为主要生产国，四国总产量占全球总产量的70%以上。随着全球人口的持续增长以及人们生活水平的不断提高，对玉米的产量、品质和抗逆性等方面提出了更高的要求。选育优良的玉米品种成为保障粮食安全、满足市场需求的关键。

在玉米育种过程中，自交系的改良是培育优良杂交种的基础。传统的玉米自交系改良方法，如系谱法、回交法等，主要依赖于育种家的经验和表型选择。这些方法存在一定的局限性，育种周期较长，通常需要多年的时间才能选育出一个优良的自交系；而且受环境因素影响较大，表型鉴定结果可能不准确，导致优良基因的筛选效率较低；此外，对于一些复杂性状，如产量、品质和多抗性等，传统方法难以实现精准改良。

分子标记辅助选择（Marker-AssistedSelection，MAS）技术的出现，为玉米自交系改良提供了新的途径。该技术利用与目标基因紧密连锁的分子标记，在DNA水平上对目标性状进行选择，具有不受环境影响、选择效率高、可早期选择等优势。通过分子标记辅助选择，可以快速准确地筛选出含有目标基因的个体，加速优良自交系的选育进程，提高育种效率和准确性。例如，在玉米抗虫育种中，利用与抗虫基因紧密连锁的分子标记，可以在苗期就对植株进行筛选，大大缩短了育种周期，同时也提高了抗虫品种选育的成功率。因此，开展基于分子标记辅助选择的玉米导入系群体构建与自交系改良研究，对于丰富玉米种质资源、提高玉米育种水平、促进玉米产业的可持续发展具有重要的理论和实践意义。

1.2国内外研究现状

在国外，分子标记辅助选择技术在玉米育种中的应用已经取得了显著成果。美国、巴西等国家的科研机构和种业公司，利用分子标记技术进行玉米自交系的改良和新品种的选育，已经培育出多个高产、优质、抗逆性强的玉米品种，并广泛应用于生产实践。例如，先锋公司通过分子标记辅助选择技术，培育出的先玉335玉米品种，具有高产、稳产、适应性广等特点，在全球范围内得到了广泛种植。同时，国外在玉米导入系群体构建方面也开展了大量研究，通过将野生近缘种或优良种质的基因导入到栽培品种中，丰富了玉米的遗传多样性，为玉米育种提供了更多的遗传资源。

在国内，随着分子生物学技术的不断发展，分子标记辅助选择技术在玉米育种中的应用也日益广泛。中国农业科学院、中国农业大学等科研院校在玉米分子标记开发、遗传图谱构建、基因定位等方面开展了深入研究，并取得了一系列重要成果。例如，中国农业科学院作物科学研究所利用分子标记辅助选择技术，成功将抗玉米大斑病基因导入到优良自交系中，培育出了抗大斑病的玉米新品种。此外，国内在玉米导入系群体构建方面也取得了一定进展，通过引进国外优良种质资源，构建了多个玉米导入系群体，并对其农艺性状和遗传特性进行了分析和评价。

然而，目前国内外在玉米导入系群体构建和自交系改良方面仍存在一些问题。一方面，虽然已经开发了大量的分子标记，但如何进一步提高分子标记的准确性和实用性，以及如何将分子标记技术与传统育种方法更好地结合，仍然是需要解决的关键问题；另一方面，在导入系群体构建过程中，如何高效地导入有利基因，同时避免不良基因的连锁累赘，以及如何对导入系群体进行有效的鉴定和评价，也是当前研究的重点和难点。

1.3研究目标与内容

本研究旨在利用分子标记辅助选择技术，构建玉米导入系群体，并对玉米自交系进行改良，以提高玉米的产量、品质和抗逆性。具体研究内容如下：

玉米导入系群体构建方法研究：筛选适合作为供体和受体的玉米自交系材料，通过杂交、回交等方法，构建玉米导入系群体；利用分子标记技术对导入系群体进行遗传背景分析，优化导入系群体构建方案，提高导入系群体的质量。

自交系改良效果评估：对构建的玉米导入系群体进行田间种植和表型鉴定，分析导入系群体的农艺性状、产量、品质和抗逆性等指标；利用分子标记技术对导入系群体的基因型进行分析，研究分子标记与表型性状之间的关联，评估分子标记辅助选择技术在玉米自交系改良中的效果。

优良自交系的选育：从导入系群体中筛选出具有优良性状的个体，通过连续自交和选择，培育出高产、优质、抗逆性强的玉米自交系；对选育出的优良自交系进行配合力测定，为培育优良玉米杂交种提供亲本材料。

1.4研究方法与技术路线

实验方法：

材料选择：选取具有优良农艺性状但存在某些缺点的玉米自交系作为受体材料，同时选择含有目标优良基因的玉米自交系或野生近缘种作为供体材料。

杂交与回交：采用人工授粉的方法，将供体材料与受体材料进行杂交，获得F1代；然后以受体材