利用分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)創(chuàng)制耐鋁玉米種質(zhì)

鄧?yán)? 潘金衛(wèi) 楊文鵬 任洪 王偉 柏光曉

摘要：【目的】將耐鋁主效基因?qū)肫胀ㄓ衩鬃越幌?，篩選出耐鋁玉米株系，為拓寬玉米耐鋁種質(zhì)資源及耐鋁育種提供理論參考?！痉椒ā恳杂衩啄弯X材料（CML530、CML532、CML533和CML534）和普通玉米自交系（西1、9058和LX9801）為材料，構(gòu)建6個(gè)回交群體，基于分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)，利用與耐鋁基因ZmM1、ZmM2、ZmASL和ZmALMT2緊密連鎖的分子標(biāo)記（umc1468、ZmMATE1、ZmMATE2、MateF2和ALMT93496）進(jìn)行靶基因選擇，將耐鋁主效基因?qū)氲狡胀ㄓ衩鬃越幌担Y(jié)合植株田間表現(xiàn)，篩選出耐鋁的穩(wěn)定株系，并對其進(jìn)行耐鋁鑒定?！窘Y(jié)果】在分離世代（BC1F1/S1）苗期對6個(gè)回交群體共581個(gè)株系進(jìn)行靶基因選擇，結(jié)果有69個(gè)株系中選，結(jié)合植株田間表現(xiàn)，最終獲得17個(gè)穩(wěn)定株系?；诜肿訕?biāo)記檢測結(jié)果，17個(gè)穩(wěn)定株系的遺傳背景恢復(fù)率為73.9%～93.8%，平均為83.4%。0.2 mmol/L AlCl3溶液處理下17個(gè)穩(wěn)定株系的根系生長均受到不同程度的抑制，根凈增長度平均值為0.81 cm，極顯著低于對照（0.5 mmol/L CaCl2溶液）（P<0.01，下同）;穩(wěn)定株系的根相對伸長率與輪回親本差異達(dá)極顯著水平;17個(gè)穩(wěn)定株系的根相對伸長率為64.50%～83.33%，平均為74.74%，均為中等及以上耐鋁株系，其中NS1、NS9、NS10、NS15和NS16為高耐鋁株系?！窘Y(jié)論】通過分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)可將耐鋁主效基因?qū)肫胀ㄓ衩鬃越幌担覍?dǎo)入多個(gè)耐鋁基因株系的耐鋁性較同一群體中導(dǎo)入單個(gè)耐鋁基因的株系均有不同程度提高，表明多個(gè)耐鋁基因累加可提高耐鋁性?？梢?，該技術(shù)可作為耐鋁玉米種質(zhì)創(chuàng)制的有效手段。

關(guān)鍵詞： 玉米;分子標(biāo)記輔助選擇;酸性土壤;耐鋁性

中圖分類號： S513.035.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：2095-1191（2021）04-0908-08

Breeding aluminum-tolerant maize germplasm using

molecular marker-assisted selection

DENG Lei1， PAN Jin-wei1， YANG Wen-peng2， REN Hong2， WANG Wei2*， BAI Guang-xiao1*

（1College of Agriculture， Guizhou University， Guiyang? 550025， China; 2Institute of Upland Food Crops，

Guizhou Academy of Agricultural Sciences， Guiyang? 520100， China）

Abstract：【Objective】The main-effect genes for aluminum（Al） tolerance were introgressed into common maize inbred lines， maize germplasms with Al tolerance were selected so as to provide reference for broadening Al-tolerant maize germplasms and breeding of Al-tolerant maize germplasms. 【Method】Six backcross populations were constructed with Al-tolerant maize materials（CML530，CML532，CML533 and CML534） and common maize inbred lines（Xi1，9058 and LX9801）. Based on molecular marker-assisted selection （MAS），the targeted genes were selected using molecular mar-kers（umc1468，ZmMATE1，ZmMATE2，MateF2 and ALMT93496） closely linked to Al-tolerant genes（ZmM1， ZmM2， ZmASL and ZmALMT2）. The main-effect genes for Al tolerance were introgressed into common maize inbred lines， combined with the field performance， the stable lines were selected and? Al-resistance was identified. 【Result】In separated generation（BC1F1/S1），581 individuals were screened out from 6 populations at seedling stage using MAS，and a total of 69 individuals were selected. Combined with the field performance，17 stable lines were finally obtained. The recovery rate of genetic background based on molecular markers was 73.9%-93.8%，with an average of 83.4%. Under the treatment of 0.2 mmol/L AlCl3 solution， the growth of the roots of 17 stable lines was inhibited to varying degrees. The average net growth of the roots was 0.81 cm， which was extremely significantly lower（P<0.01， the same below） than that of the control（0.5 mmol/L CaCl2 solution）. The relative elongation of the roots of the stable lines showed extremely significant difference from that of the recurrent parent. The identification of Al tolerance at seedling stage showed that the relative root elongation rate of 17 selected lines ranged from 64.50% to 83.33%，with an average of 74.74%. All of them were medium or above Al-tolerant lines，NS1，NS9，NS10，NS14 and NS16 of which were highly Al-tolerant lines. 【Conclusion】Molecular marker-assisted selection technique helps introgress? the Al-tolerant major-effect genes into the normal maize inbred line. Moreover， the Al tolerance of inbred lines taking in more than one Al-tolerant genes is better than lines in the same population taking in a single Al-tolerant gene. Therefore， the accumulation of multiple Al-tolerant genes enhances the level of Al tolerance. The technology can serve as an effective method for the breeding of Al-tolerant maize germplasm.

Key words： maize; molecular marker-assisted selection; acid soil; aluminum tolerance

Foundation item： Science and Technology Plan Project of Guizhou（QKHZC〔2020〕1Y050）; Guizhou High-level Innovative Talent Cultivation Object Project（20154017）

0 引言

【研究意義】玉米是世界上分布最廣的作物之一。鋁毒害脅迫是生長于酸性土壤中玉米產(chǎn)量的主要限制因子，其危害僅次于干旱脅迫，嚴(yán)重影響玉米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展（Liu et al.，2014）。世界上酸性土壤面積約占全世界陸地總面積的35%，占耕地總面積的50%（Ryan and Delhaize，2010;廖紅和嚴(yán)小龍，2013）。我國酸性土壤面積達(dá)2.04×108 ha，約占耕地面積的21%，主要集中在長江以南的熱帶、亞熱帶地區(qū)（秦松等，2009;趙天龍等，2013）。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤pH<5時(shí)，鋁溶解變成Al3+，經(jīng)Ca2+通道進(jìn)入作物根細(xì)胞內(nèi)，誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生活性氧（Reactive oxygen species，ROS）并造成細(xì)胞壁僵化，導(dǎo)致根的生長受到抑制，從而阻礙作物生長發(fā)育（肖厚軍和王正銀，2006;林鄭和和肖榮冰，2009;Ryan et al.，2011）。生產(chǎn)上迫切需要耐鋁玉米種質(zhì)，但目前自然界中幾乎不存在天然的耐鋁種質(zhì)，主要通過人工選擇獲得耐鋁突變體。因此，利用分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)創(chuàng)制耐鋁玉米種質(zhì)，對玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】近年來，玉米耐鋁毒的分子遺傳學(xué)研究發(fā)展非常迅速。研究發(fā)現(xiàn)，玉米的耐鋁性是數(shù)量性狀，受多基因累加影響（Borrero et al.，1995）。研究較多的耐鋁基因?yàn)樘O果酸和檸檬酸的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，分別屬于鋁激活蘋果酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Al-Activated Malate Transporter，ALMT）和多藥及毒性復(fù)合物排出轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Multidrug and toxin extrusion，MATE）家族（Yan et al.，2020;宋鑫等，2021）。Ninamango-Cárdenas等（2003）利用QTL作圖定位了5個(gè)與玉米耐鋁毒相關(guān)的QTL，可解釋60%的遺傳變異。解光寧（2012）研究發(fā)現(xiàn)ZmSTAR1和ZmSTAR2基因編碼耐鋁毒ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，參與玉米中的鋁毒脅迫響應(yīng)，是與玉米耐鋁性相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子。目前獲得耐鋁玉米種質(zhì)的途徑較少，部分學(xué)者通過從自交系和地方特色品種中尋找基因資源，并結(jié)合耐鋁性鑒定篩選獲得（許玉鳳等，2005;Coelho et al.，2016;林金利等，2020），關(guān)于耐鋁新種質(zhì)創(chuàng)制的報(bào)道較少。為了加快玉米耐鋁性育種進(jìn)程，拓寬耐鋁玉米種質(zhì)，國內(nèi)外學(xué)者在玉米耐鋁分子標(biāo)記方面開展了大量研究。Maron等（2010）根據(jù)玉米耐鋁性的主效基因ZmM1和ZmM2，開發(fā)出2個(gè)Indel分子標(biāo)記即ZmMATE1和ZmMATE2。王偉等（2014）將ZmM1和ZmM2基因附近的分子標(biāo)記進(jìn)行整合，并結(jié)合分子標(biāo)記的多態(tài)性和遺傳連鎖關(guān)系進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過ZmM1和ZmM2基因進(jìn)行分子標(biāo)記輔助選擇時(shí)，宜選擇ZmMATE1、ZmMATE2和umc1468分子標(biāo)記進(jìn)行檢測。Krill等（2017）通過關(guān)聯(lián)分析篩選出4個(gè)與玉米耐鋁性相關(guān)的基因，即玉米AltsB蛋白類似物基因（Zea mays AltSB like，ZmASL）、玉米鋁激活蘋果酸2號轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因（Zea mays aluminum-activated malate transporter2，ZmALMT2）、S-腺苷-L-高半胱氨酸酶基因（S-adenosyl-L-homocysteinase，SAHH）和蘋果酸酶基因（Malic enzyme，ME），并開發(fā)了對應(yīng)的Indel分子標(biāo)記，可用于耐鋁玉米材料的分子標(biāo)記輔助選擇。Matonyei等（2014）在選育玉米耐鋁材料時(shí)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)將多個(gè)耐鋁基因進(jìn)行聚合，而不是單一基因滲入?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】雖然通過分子生物學(xué)手段可提高玉米在酸性土壤中的耐鋁性能并拓寬耐鋁玉米種質(zhì)，但目前鮮見利用分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)創(chuàng)制玉米耐鋁種質(zhì)的研究報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以玉米耐鋁材料和普通玉米自交系為材料，利用分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)將耐鋁主效基因?qū)肫胀ㄓ衩鬃越幌抵?，從中篩選獲得耐鋁的新材料，為拓寬玉米耐鋁種質(zhì)資源及耐鋁育種提供理論參考。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

4份玉米耐鋁材料來源于國際玉米小麥改良中心（CIMMYT），3份普通玉米自交系來源于貴州省旱糧研究所（表1）。以玉米耐鋁材料為供體親本，普通玉米自交系為輪回親本，構(gòu)建6個(gè)回交群體：CML530/LX9801//LX9801、CML532/西1//西1、CML532/9058// 9058、CML533/西1//西1、CML533/9058//9058和CML 534/LX9801//LX9801。主要試劑：CTAB、無水乙醇、異丙醇、氯仿/異戊醇（24∶1）、TBE、Bis-acrylamide和Acrylamide等均購自生工生物工程（上海）股份有限公司，6×Loading Buffer和DL500 DNA Marker購自重慶擎科興業(yè)生物技術(shù)有限公司。主要設(shè)備儀器：移液器（Eppendorf，德國）、高速冷凍離心機(jī)（Beckman，美國）、恒溫水浴鍋（上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司）、NanoDrop One型超微量紫外分光光度計(jì)（Thermo，美國）、Bio-6000型掃描儀（上海中晶企業(yè)發(fā)展有限公司）、SimpliAmp PCR儀（ABI，美國）、垂直電泳槽[京昌科儀（北京）生物科技有限公司]和DYY-10C電泳儀（北京六一生物科技有限公司）。

1. 2 試驗(yàn)方法

1. 2. 1 DNA提取 采用王偉等（2008）改良的CTAB法提取基因組DNA，用NanoDrop One型超微量紫外分光光度計(jì)檢測DNA濃度和質(zhì)量。

1. 2. 2 靶基因選擇及遺傳背景分析 于苗期取分離世代幼嫩葉片，提取基因組DNA。參考前人（Maron et al.，2010;王偉，2014;Krill et al.，2017）的研究結(jié)果，利用SSR分子標(biāo)記（umc1468）和Indel分子標(biāo)記（ZmMATE1、ZmMATE2、MateF2和ALMT93496）進(jìn)行耐鋁主效基因選擇及鑒定，篩選出穩(wěn)定株系，參照農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1432─2014《玉米品種鑒定技術(shù)規(guī)程SSR標(biāo)記法》，利用40對SSR分子標(biāo)記引物進(jìn)行其遺傳背景分析，篩選出耐鋁的穩(wěn)定株系。引物由生工生物工程（上海）股份有限公司合成。耐鋁主效基因及其分子標(biāo)記（Maron et al.，2010;王偉等，2014;Krill et al.，2017）如表2所示。SSR和Indel分子標(biāo)記的PCR反應(yīng)體系、擴(kuò)增程序、電泳檢測和染色參考王偉等（2008，2014）的方法進(jìn)行。

1. 2. 3 耐鋁性鑒定 參考李德華等（2004）的方法對穩(wěn)定株系進(jìn)行耐鋁性鑒定：以0.5 mmol/L CaCl2溶液（pH 4.5）處理的株系為對照組（CK）、0.2 mmol/L AlCl3溶液（含0.5 mmol/L CaCl2，pH 4.5）處理的株系為處理組，每樣品設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)5株幼苗，測量處理前后主根長度，計(jì)算根凈增長度（LNSR）和根相對伸長率（LRSR），計(jì)算公式為：LNSR=L處理后-L處理前，LRSR=LNSR（Al）/LNSR（CK）×100。根據(jù)根的相對伸長率將耐鋁性分為3個(gè)等級：高耐鋁（LRSR≥80.0%）、中等耐鋁（60.0%≤LRSR<80.0%）和鋁敏感（LRSR<60.0%）。

1. 3 統(tǒng)計(jì)分析

基于分子標(biāo)記的遺傳背景恢復(fù)率采用公式G（g）=[L+X（g）]/（2L）計(jì)算，理論背景恢復(fù)率按公式E[G（g）]=1-（1/2）g+1計(jì)算（方明鏡等，2005）。式中，g指回交世代數(shù);G（g）指在回交g代的遺傳背景恢復(fù)率;X（g）指在回交g代表現(xiàn)為受體親本帶型的分子標(biāo)記數(shù)量;L指所參與分析的分子標(biāo)記數(shù)量。利用Excel 2019和IBM SPSS Statistics 23進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析。

2 結(jié)果與分析

2. 1 耐鋁主效基因的分子標(biāo)記多態(tài)性檢測及篩選

利用SSR和Indel分子標(biāo)記對供試材料在4個(gè)耐鋁主效基因的分子標(biāo)記進(jìn)行多態(tài)性檢測，結(jié)果如圖1所示。供試材料中，不同的耐鋁主效基因的分子標(biāo)記多態(tài)性存在明顯差異。在ZmMATE1位點(diǎn)，CML530與LX9801間、CML533與9058間及CML532與西1間均存在多態(tài)性，CML532與9058間、CML533與西1間及CML534與LX9801間均無多態(tài)性;在ZmMATE2位點(diǎn)，CML530和CML534分別與LX9801無多態(tài)性，CML532和CML533分別與西1具有多態(tài)性，CML532和CML533分別與9058具有多態(tài)性;在umc1468、MateF2和ALMT93496位點(diǎn)，CML530和CML534分別與LX9801具有多態(tài)性，CML532和CML533分別與西1，CML532和CML533分別與9058具有多態(tài)性。根據(jù)多態(tài)性檢測結(jié)果，選擇SSR分子標(biāo)記umc1468對群體CML532/西1//西1、CML533/9058//9058和CML534/LX9801//LX9801進(jìn)行靶基因選擇，分別利用Indel分子標(biāo)記ZmMATE2、MateF2和ALMT93496對群體CML532/9058//9058、CML530/LX9801//LX9801和CML533/西1//西1進(jìn)行靶基因選擇。

2. 2 分離世代靶基因選擇

利用玉米耐鋁材料和普通玉米自交系雜交獲得F1，用普通玉米自交系回交獲得BC1F1群體。種植BC1F1，于盛花期進(jìn)行人工混合授粉，獲得分離世代（BC1F1/S1）。種植BC1F1/S1，于苗期取樣，利用SSR分子標(biāo)記umc1468和Indel分子標(biāo)記ZmMATE1、ZmMATE2、MateF2和ALMT93496進(jìn)行靶基因選擇，結(jié)果如圖2所示。在6個(gè)群體581個(gè)株系中，共有69個(gè)株系電泳帶型與非輪回親本一致，稱為中選株系，根據(jù)田間植株性狀表現(xiàn)，去除雌雄不協(xié)調(diào)未能授粉的株系，共獲得17個(gè)穩(wěn)定株系。其中，以LX9801為輪回親本的2個(gè)群體（CML530/LX9801//LX9801和CML534/LX9801//LX9801）中，中選株系18個(gè)，實(shí)際收獲6個(gè)穩(wěn)定株系;以西1為輪回親本的2個(gè)群體（CML532/西1//西1和CML533/西1//西1）中，中選株系17個(gè)，實(shí)際收獲7個(gè)穩(wěn)定株系;以9058為輪回親本的2個(gè)群體（CML532/9058//9058和CML533/9058//9058）中，中選株系34個(gè)，實(shí)際收獲4個(gè)穩(wěn)定株系（表3），繼續(xù)種植自交加代直至穩(wěn)定。

利用Indel分子標(biāo)記ZmMATE1、ZmMATE2、MateF2和ALMT93496鑒定17個(gè)穩(wěn)定株系的耐鋁基因型，結(jié)果如圖3所示。在17個(gè)穩(wěn)定株系中，有5個(gè)株系滲入ZmMATE1位點(diǎn)，8個(gè)株系導(dǎo)入ZmMATE2位點(diǎn)，4個(gè)株系滲入MateF2位點(diǎn)，3個(gè)株系導(dǎo)入ALMT93496位點(diǎn)，其中株系NS1導(dǎo)入ZmMATE1和MateF2 2個(gè)耐鋁位點(diǎn)，NS8滲入ZmMATE1和ZmMATE2 2個(gè)耐鋁位點(diǎn)，NS15滲入ZmMATE2和ALMT93496 2個(gè)耐鋁位點(diǎn)（表4）。

2. 3 遺傳背景分析

利用獲得的穩(wěn)定株系對40對SSR分子標(biāo)記進(jìn)行多態(tài)性篩選，選擇在親本間具有明顯多態(tài)性且?guī)颓逦杀娴姆肿訕?biāo)記，對17個(gè)穩(wěn)定株系進(jìn)行遺傳背景分析，結(jié)果如表5所示。分離世代的遺傳背景恢復(fù)率理論值為75.0%。在17個(gè)穩(wěn)定株系中，基于分子標(biāo)記的遺傳背景恢復(fù)率為73.9%～93.8%，平均為83.4%，比理論值高8.4%（絕對值）;多數(shù)穩(wěn)定株系的遺傳背景恢復(fù)率高于理論值，最高的是來自群體CML532/西1//西1的NS5和NS7及群體CML532/9058//9058的NS9，背景恢復(fù)率均為93.8%。

2. 4 穩(wěn)定株系的耐鋁性鑒定

根尖是鋁毒作用的主要位點(diǎn)，鋁毒害脅迫下根伸長受抑制程度是評價(jià)植物耐鋁性的重要指標(biāo)（張莉麗等，2007）。對獲得的穩(wěn)定株系進(jìn)行耐鋁性鑒定，結(jié)果如表6所示。處理組17個(gè)穩(wěn)定株系的根系生長均受到不同程度的抑制，根凈增長度平均值為0.81 cm，極顯著低于對照（1.10 cm）（P<0.01，下同）;穩(wěn)定株系的根相對伸長率與輪回親本差異達(dá)極顯著水平。17個(gè)穩(wěn)定株系的根相對伸長率為64.50%～83.33%，平均為74.74%，根相對伸長率最低的株系是來自CML532/西1//西1群體的NS5，根相對伸長率最高的株系是來自群體CML532/9058//9058的NS9。17個(gè)穩(wěn)定株系耐鋁性均達(dá)到中等及以上水平，其中NS1、NS9、NS10、NS15和NS16耐鋁性最強(qiáng)，為高耐鋁株系。

3 討論

對于酸性土壤地區(qū)，鑒選和創(chuàng)制玉米耐鋁種質(zhì)是提高玉米產(chǎn)量的有效途徑。Matonyei等（2014）通過檢測112份肯尼亞玉米種質(zhì)的根相對伸長率、根尖鋁含量及玉米鋁耐性基因ZmMATE1的表達(dá)水平，共獲得1個(gè)高耐鋁的玉米自交系。Coelho等（2016）通過對102份玉米種質(zhì)進(jìn)行耐鋁性鑒定，獲得17份耐鋁基因型種質(zhì)。本研究利用分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)將耐鋁主效基因?qū)氲狡胀ㄓ衩鬃越幌抵?，獲得了17個(gè)穩(wěn)定耐鋁材料，經(jīng)苗期鑒定發(fā)現(xiàn)，其均達(dá)中等及以上耐鋁等級，可為玉米耐鋁育種提供基礎(chǔ)材料。

玉米耐鋁性是數(shù)量性狀，受多基因累加影響（Borrero et al.，1995）。Matonyei等（2014）對112份肯尼亞玉米種質(zhì)進(jìn)行耐鋁基因ZmMATE1表達(dá)分析及耐鋁性鑒定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CON5和Cateto 2個(gè)種質(zhì)的耐鋁性均較好，但CON5中ZmMATE1基因的表達(dá)量只有Cateto的50%，推測CON5中存在多個(gè)耐鋁基因。本研究中，穩(wěn)定株系NS1、NS8和NS15均滲入2個(gè)耐鋁位點(diǎn)，相較同一群體中導(dǎo)入單個(gè)耐鋁位點(diǎn)的株系，其耐鋁性均有不同程度提高，表明多個(gè)耐鋁基因累加可提高耐鋁性，與Matonyei等（2014）的研究結(jié)果相似。

作物受到鋁毒害的主要表現(xiàn)為根生長受到抑制，因此根的生長受抑制程度是評價(jià)作物耐鋁性的重要指標(biāo)（熊潔等，2015;刑承華等，2017）。李德華等（2004）研究發(fā)現(xiàn)，玉米自交系根凈增長度與耐鋁性相關(guān)性較差，而根相對伸長率與其耐鋁性呈顯著相關(guān)性，耐鋁基因型種子根相對伸長率較大。唐新蓮等（2015）以56個(gè)玉米品種（包含普通玉米、甜玉米和糯玉米）為材料，經(jīng)10～30 μmol/L Al3+溶液（含0.5 mmol/L CaCl2，pH 4.5）處理后，玉米幼苗根凈增長量均較對照（0 μmol/L Al3+，0.5 mmol/L CaCl2，pH 4.5）顯著降低，且Al3+濃度與根系受抑制程度呈顯著正相關(guān)，不同玉米品種的耐鋁性存在顯著差異。林雪瓊等（2021）研究發(fā)現(xiàn)，在鋁脅迫下甜玉米根系相對伸長量明顯下降，表明其根系伸長受到Al3+的明顯抑制，而耐鋁性較強(qiáng)的甜玉米自交系，其根系相對伸長率有所上升。本研究中，鋁處理后17個(gè)穩(wěn)定株系根相對伸長率均極顯著高于輪回親本，但高耐鋁株系NS9的根凈增長度低于中等耐鋁株系NS5，與李德華等（2004）的研究結(jié)果一致。因此，在利用分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)創(chuàng)制耐鋁種質(zhì)時(shí)，不僅要考慮耐鋁主效QTL（或基因）的分子標(biāo)記檢測的準(zhǔn)確性，還應(yīng)對獲得的穩(wěn)定株系進(jìn)行耐鋁性鑒定，二者結(jié)合才能獲得更優(yōu)異的耐鋁種質(zhì)。

4 結(jié)論

通過分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)可將耐鋁主效基因?qū)肫胀ㄓ衩鬃越幌?，且滲入多個(gè)耐鋁基因株系的耐鋁性較同一群體中導(dǎo)入單個(gè)耐鋁基因的株系均有不同程度提高，表明多個(gè)耐鋁基因累加可提高耐鋁性。可見，該技術(shù)可作為耐鋁玉米種質(zhì)創(chuàng)制的有效手段。

參考文獻(xiàn)：

方明鏡，丁冬，楊文鵬，徐尚忠，鄭用璉. 2005. 兩個(gè)玉米回交一代群體中opaque2基因單側(cè)連鎖累贅的SSR分析[J]. 作物學(xué)報(bào)，31（10）：1359-1364. doi：10.3321/j.issn：0496-3490.2005.10.021. [Fang M J，Ding D，Yang W P，Xu S Z，Zheng Y L. 2005. The linkage drag analysis of flanked opaque2 by SSR markers in two maize BC1F1 population[J]. Acta Agronomica Sinica，31（10）：1359-1364.]

李德華，賀立源，劉武定. 2004. 玉米自交系耐鋁性評價(jià)及根系形態(tài)解剖特征[J]. 作物學(xué)報(bào)，30（9）：947-952. doi：10. 3321/j.issn：0496-3490.2004.09.019. [Li D H，He L Y，Liu W D. 2004. The Al tolerance evaluation and anatomical characteristics of roots in inbred lines of maize[J]. Acta Agronomica Sinica，30（9）：947-952.]

廖紅，嚴(yán)小龍. 2013. 高級植物營養(yǎng)學(xué)[M]. 北京：科學(xué)出版社. [Liao H，Yan X L. 2013. Advanced plant nutrition[M]. Beijing：Science Press.]

林金利，程春園，謝沛豐，梁鋌予，黎詩怡，蔣鋒，張姿麗. 2020. 甜玉米自交系耐鋁毒的初步篩選[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，59（11）：19-24. doi：10.14088/j.cnki.issn0439-8114. 2020.11.004. [Lin J L，Cheng C Y，Xie P F，Liang T Y，Li S Y，Jiang F，Zhang Z L. 2020. Preliminary screening of inbred lines of sweet corn for aluminum tolerance[J]. Hubei Agricultural Sciences，59（11）：19-24.]

林雪瓊，劉曉敏，朱維，王欣，劉宇，李小琴，黃君. 2021. 140份甜玉米自交系耐鋁性鑒定[J]. 種子，40（1）：50-55. doi：10.16590/j.cnki.1001-4705.2021.01.050. [Lin X Q，Liu X M，Zhu W，Wang X，Liu Y，Li X Q，Huang J. 2021. Aluminum tolerance identification of 140 sweet corn inbred lines[J]. Seed，40（1）：50-55.]

林鄭和，陳榮冰. 2009. 植物鋁毒及其耐鋁機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，25（13）：94-98. [Lin Z H，Chen R B. 2009. Research progresses on aluminum toxicity and tolerance mechanisms in plants[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin，25（13）：94-98.]

秦松，范成五，孫銳鋒. 2009. 貴州土壤資源的特點(diǎn)、問題及利用對策[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，37（5）：94-98. doi：10.3969/j.issn.1001-3601.2009.05.033. [Qin S，F(xiàn)an C W，Sun Y F. 2009. Characteristic，problems and utilization countermeasures of soil resource in Guizhou[J]. Guizhou Agricultural Sciences，37（5）：94-98.]

宋鑫，徐杉，何映輝. 2021. 植物耐鋁毒機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，49（5）：31-34. [Song X，Xu S，He Y H. 2021. Research progress in the mechanism of plant resistance to aluminum toxicity[J]. Journal of Anhui Agricultural Scien-ces，49（5）：31-34.]

唐新蓮，姬彤彤，黎曉峰，郭添香，張?zhí)m勤. 2015. 不同玉米品種耐鋁性的基因型差異研究[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，28（4）：1481-1489. doi：10.16213/j.cnki.scjas.2015.04.015. [Tang X L，Ji T T，Li X F，Guo T X，Zhang L Q. 2015. Aluminum tolerance response in diverse genotypic maize roots[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences，28（4）：1481-1489.]

王偉，楊文鵬，關(guān)琦，張文龍，戴保威. 2008. 玉米SSR分子標(biāo)記技術(shù)操作規(guī)程的優(yōu)化[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，36（11）：4459-4464. doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2008.11.040. [Wang W，Yang W P，Guan Q，Zhang W L，Dai B W. 2008. Optimization of the operation rules for SSR mole-cular marker technique in maize[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences，36（11）：4459-4464.]

王偉，楊文鵬，王明春. 2014. 玉米耐酸性土壤分子標(biāo)記的圖譜整合及多態(tài)性[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，42（4）：1-4. doi：10. 3969/j.issn.1001-3601.2014.04.001. [Wang W，Yang W P，Wang M C. 2014. Map integration and polymorphisms of molecular markers for acid soil tolerance in maize[J]. Guizhou Agricultural Sciences，42（4）：1-4.]

肖厚軍，王正銀. 2006. 酸性土壤鋁毒與植物營養(yǎng)研究進(jìn)展[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，19（6）：1180-1188. doi：10.3969/j.issn. 1001-4829.2006.06.045. [Xiao H J，Wang Z Y. 2006. Advance on study of aluminum toxicity and plant nutrition in acid soils[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences，19（6）：1180-1188.]

解光寧. 2012. 玉米抗鋁毒基因ZmSTAR1和ZmSTAR2的生物學(xué)功能研究[D]. 成都：四川農(nóng)業(yè)大學(xué). [Xie G N. 2012. Functional analysis of aluminim resistance genes ZmSTAR1 and ZmSTAR2 in maize[D]. Chengdu：Sichuan Agricultural University.]

邢承華，劉仲書，蔣紅英. 2017. 不同作物品種耐鋁毒基因型篩選試驗(yàn)[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，31（17）：34-38. doi：10.3969/ j.issn.1007-5739.2017.17.019. [Xing C H，Liu Z S，Jiang H Y. 2017. Al-tolerance genotype screening about diffe-rent plants[J]. Modern Agricultural Science and Techno-logy，31（17）：34-38.]

熊潔，鄒小云，陳倫林，李書宇，鄒曉芬，宋來強(qiáng). 2015. 油菜苗期耐鋁基因型篩選和鑒定指標(biāo)的研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，48（16）：3112-3120. doi：10.3864/j.issn.0578-1752. 2015.16.002. [Xiong J，Zou X Y，Chen L L，Li S Y，Zou X F，Song L Q. 2015. Screening of rapeseed genotypes with aluminum-tolerance at seedling stage and evaluation of selecting indices[J]. Scientia Agricultura Sinica，48（16）：3112-3120.]

許玉鳳，曹敏建，王文和，閆洪奎. 2005. 玉米自交系幼苗生理特性與耐鋁性之間的關(guān)系[J]. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，（4）：479-481. doi：10.3969/j.issn.1000-1700.2005.04.023. [Xu Y F，Cao M J，Wang W H，Yan H K. 2005. The relationship between maize inbred line seedling physiological cha-racteristics and aluminum tolerance[J]. Journal of Shen-yang Agricultural University，（4）：479-481.]

張莉麗，張延濱，宋慶杰，趙海濱，于海洋，張春利，辛文利，肖志敏. 2007. 龍輻麥3號小麥品種HMW-GS Null和1近等基因系間品質(zhì)差異的研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，40（9）：1864-1870. doi：10.3321/j.issn：0578-1752.2007.09.003. [Zhang L L，Zhang Y B，Song Q J，Zhao H B，Yu H Y，Zhang C L，Xin W L，Xiao Z M. 2007. Study on the quality of nils of wheat cultivar Longfumai 3 with HMW-GS Null and 1 Subunits[J]. Scientia Agricultura Sinica，40（9）：1864-1870.]

趙天龍，解光寧，張曉霞，邱林權(quán)，王娜，張素芝. 2013. 酸性土壤上植物應(yīng)對鋁脅迫的過程與機(jī)制[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，24（10）：3003-3011. doi：10.13287/j.1001-9332.2013.0481. [Zhao T L，Xie G N，Zhang X X，Qiu L Q，Wang N，Zhang S Z. 2013. Process and mechanism of plants in overcoming acid soil aluminum stress[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，24（10）：3003-3011.]

Borrero J C，Pandey S，Ceballos H. 1995. Genetic variances for tolerance to soil acidity in a tropical maize population[J]. Maydica，40（3）：283-288.

Coelho C D J，Molin D，Jong G D，Gardingo J R，Caires E F，Matiello R R. 2016. Brazilian maize landraces：Source of aluminum tolerance[J]. Australian Journal of Crop Scien-ce，10（1）：42-49.

Krill A M，Kirst M，Kochian L V，Buckler E S，Hoekenga O A. 2017. Association and linkage analysis of aluminum tolerance genes in maize[J]. PLoS One，5（4）：1-11. doi：10.1371/journal.pone.0009958.

Liu J，Pi?eros M A，Kochian L V. 2014. The role of aluminum sensing and signaling in plant aluminum resistance[J]. Journal of Integrative Plant Biology，56（3）：221-230. doi：10.1111/jipb.12183.

Maron L G，Pi?eros M A，Guimar?es C T，Magalhaes J V，Pleiman1 J K，Mao C Z，Shaff J，Belicuas S N J，Kochian L V. 2010. Two functionally distinct members of the MATE （multi-drug and toxic compound extrusion） family of trans-porters potentially underlie two major aluminum tolerance QTLs in maize[J]. The Plant journal，61（5）：728-740. doi：10.1111/j.1365-313X.2009.04103.x.

Matonyei T K，Barros B A，Guimaraes R G N，Ouma E O，Cheprot R K，Apolinário L C，Ligeyo D O，Costa M B R，Were B A，Kisinyo P O，Onkware A O，Noda R W，Gudu S O，Magalhaes J V，Guimaraes C T. 2020. Aluminum tolerance mechanisms in Kenyan maize germplasm are independent from the citrate transporter ZmMATE1[J]. Scientific Reports，10（1）：7320. doi：10.1038/s41598-020-64107-z.

Matonyei T K，Cheprot R K，Cheprot R K，Liu J，Pi?eros M A，Shaff J E，Gudu S，Were S，Magalhaes J V，Kochian L V. 2014. Physiological and molecular analysis of aluminum tolerance in selected Kenyan maize lines[J]. Plant & Soil，377（1）：357-367. doi：10.1007/s11104-013-1976-6

Ninamango-Cárdenas F E，Guimar?es C T，Martins P R，Parentoni S N，Carneiro N P，Lopes M A，Moro J R，Paiva E. 2003. Mapping QTLs for aluminum tolerance in maize[J]. Euphytica，130（2）：223-232. doi：10.1023/A：10228 67416513.

Ryan P R，Delhaize E. 2010. The convergent evolution of aluminums resistance in plants exploits a convenient currency[J]. Functional Plant Biology，37（4）：275-284. doi：10. 1071/FP09261.

Ryan P R，Tyerman S D，Sasaki T，F(xiàn)uruichi T，Delhaize E. 2011. The identification of aluminums resistance genes provides opportunities for enhancing crop production on acid soils[J]. Journal of Experimental Botany，62（1）：9-20. doi：10.1093/jxb/erq272.

Yan L，Riaz M，Liu J Y，Yu M，Jiang C C. 2020. The aluminum tolerance and detoxification mechanisms in plants; recent advances and prospects[J]. Critical Reviews in Environmental Science and Technology. doi：10.1080/10 643389.2020.1859306.

（責(zé)任編輯 陳 燕）