本發(fā)明屬于玉米育種，具體涉及一種玉米自交系苗期耐低氮特性的鑒定方法。

背景技術：

1、玉米作為糧食作物，已廣泛應用于飼料、食品、工業(yè)和商業(yè)流通等領域，在保障我國糧食安全方面占有舉足輕重的地位。氮是影響玉米生產發(fā)育、產量和品質形成的重要營養(yǎng)元素。為提高玉米產量，在農業(yè)生產中經常出現過度施氮的現象，導致氮肥施用量遠高于實際需求量，造成氮肥利用率降低、生產成本增加和環(huán)境污染的問題。已有研究表明，不同基因型玉米種質資源在氮素利用效率方面存在明顯差異，這為選育氮高效玉米品種提供了可能，然而耐低氮品種的選育需要相應的玉米自交系作為親本。因此，鑒定并篩選耐低氮玉米自交系，選育氮高效玉米新品種，提高玉米氮肥利用效率，是實現玉米產業(yè)綠色健康發(fā)展的有效途徑。

2、玉米耐低氮鑒定和篩選時期主要分為苗期和全生育期，前人研究表明，玉米前期氮素利用率對于后期提高玉米產量至關重要。此外，與全生育期鑒定相比，苗期鑒定具有時間短、環(huán)境影響小和試驗重復性強等優(yōu)點，已被廣泛應用于玉米低氮脅迫研究中。相關研究對26個不同基因型玉米親本苗期多個主要性狀指標進行分析表明，單株總干重變異系數變化最大，與缺氮癥狀葉數成極顯著負相關，與氮素轉化率成顯著正相關，并從中篩選出3個耐低氮種質。相關研究對51個玉米雜交種苗期進行低氮脅迫研究發(fā)現，低氮脅迫對各玉米雜交種苗期13個形態(tài)和生理指標均有顯著影響，但雜交種間存在較大基因型差異，利用主成分分析以及隸屬函數分析法進行綜合評價后，篩選出正紅311等3個耐低氮玉米品種。也有研究表明，相較于低氮敏感型玉米品種，耐低氮玉米品種在苗期生物量、根系等指標降幅更低，在低氮脅迫下能夠較高的維持根系活力，促進根系對營養(yǎng)物質的吸水和轉運，控制根管比的增加，維持了地上部的生長發(fā)育。上述研究表明，玉米耐低氮特性是一個綜合性狀，單一指標無法全面反映植株對低氮脅迫的響應，因而需要采用多指標綜合評價。

3、由上可知，目前玉米耐低氮特性的鑒定指標不統(tǒng)一，導致鑒定結果精確度較低。

技術實現思路

1、為解決現有技術中目前玉米耐低氮特性的鑒定指標不統(tǒng)一，導致鑒定結果精確度較低的問題，本發(fā)明采用水培試驗法，對108份玉米自交系在正常氮和低氮條件下的生物量、根系特性等苗期性狀差異進行分析。通過計算各自交系的耐低氮系數，并基于此系數展開多元統(tǒng)計分析，旨在鑒定和篩選出表現出良好耐低氮特性的玉米自交系。本發(fā)明將為玉米耐低氮遺傳研究提供有力的技術支持和材料基礎，同時也有助于選育出綜合性狀優(yōu)良的耐低氮玉米新品種。為實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

2、本發(fā)明提供了一種玉米自交系苗期耐低氮特性的鑒定方法，包括如下步驟：

3、對玉米自交系幼苗分別進行低氮脅迫處理和正常供氮處理，獲取多個指標的低氮脅迫處理性狀值和正常供氮處理性狀值；其中，所述多個指標為根部和生物量相關的指標，包括根系性狀、干重和根冠比的數據值。

4、根據所述低氮脅迫處理性狀值和所述正常供氮處理性狀值的比值獲得所述玉米自交系幼苗的多個指標對應的耐低氮系數。

5、分別對所述玉米自交系幼苗的多個指標對應的耐低氮系數進行主成分分析，獲得每個主成分的耐低氮能力綜合指標及其對應的隸屬函數值與貢獻率。

6、根據貢獻率求出每個主成分的耐低氮能力綜合指標在所有耐低氮能力綜合指標中的權重，獲得每個主成分的耐低氮能力綜合指標的權重。

7、根據每個主成分的耐低氮能力綜合指標的權重與對應的隸屬函數值的乘積，獲得各玉米自交系幼苗的耐低氮綜合評價值，根據耐低氮綜合評價值來評價玉米自交系苗期耐低氮特性。其中，耐低氮綜合評價值越大，玉米自交系幼苗的耐低氮能力越強。

8、本發(fā)明提供的一種玉米自交系苗期耐低氮特性的鑒定方法包括統(tǒng)一的鑒定指標，通過測定待測玉米自交系的多個與根部和生物量相關的指標，得到所述玉米自交系幼苗的多個指標對應的耐低氮系數，再利用所述耐低氮系數進行主成分分析，最終得到耐低氮綜合評價值，根據耐低氮綜合評價值便可鑒定和篩選具有耐低氮特性的玉米自交系。本發(fā)明提供的該玉米自交系苗期耐低氮特性的鑒定方法得到的鑒定結果具有較高的精確度，可以精準評價玉米種質資源的耐低氮性。

9、其中，根系性狀、干重和根冠比的相關性狀均屬于和根部和生物量相關的性狀。本發(fā)明選擇根系性狀、干重和根冠比的相關性狀的數據值為上述鑒定方法中的鑒定指標，既保證了對玉米耐低氮特性的鑒定指標的統(tǒng)一，又可以提高對玉米耐低氮特性鑒定的鑒定結果的精確度，進而可以更加精確地篩選出耐低氮能力強的種質資源。

10、根冠比是指植物地下部分的干重與地上部分的干重的比值。這個比值反映了植物地下部分與地上部分生長的相關性，是植物生物學特性的一個重要指標。

11、本發(fā)明提供的上述鑒定方法是一種針對玉米自交系的耐低氮能力的研究，因此，選擇上述根系性狀、干重和根冠比的數據值作為鑒定指標，能夠直接反映出玉米自交系良好的耐低氮特性，是一個綜合性狀指標共同鑒定，能夠保證鑒定結果的較高的精確度。

12、優(yōu)選地，所述根系性狀包括總根長、根表面積、平均根系直徑、總根體積、根尖數、根分支數。

13、其中，根表面積：這是指植物根系所有根的總表面積。根系的表面積對于植物吸收水分和養(yǎng)分至關重要，因為更大的表面積意味著更多的吸收位點。

14、總根體積：這是指植物根系所有根占據的總體積。它反映了根系在土壤中的占據空間和生長狀況。

15、總根長：這是指植物根系所有根的總長度?？偢L是衡量根系生長情況的一個重要指標，它反映了根系在土壤中的延伸程度和探索能力。

16、根粗：這通常指的是根系的平均直徑或某個特定根的直徑。根粗與根系的支撐能力和水分、養(yǎng)分的傳輸效率有關。

17、平均根系直徑：這是指根系中所有根的平均直徑。它提供了一個關于根系粗細的整體描述，有助于了解根系的生長狀況和生理特性。

18、根尖數：這是指根系中所有根尖的數量。根尖是根系生長最活躍的部分，負責細胞的分裂和伸長，因此根尖數可以反映根系的生長潛力和活力。

19、根分支數：這是指根系中所有分支的數量。根系的分支能力對于其在土壤中的分布和穩(wěn)定性至關重要，分支數越多，根系在土壤中的分布就越廣泛，穩(wěn)定性也越好。

20、優(yōu)選地，所述干重包括地上部干重、地下部干重、總干重。

21、其中，所述地上部干重測定方法為：采用烘干法對地上部進行稱量。

22、所述地下部干重測定方法為：采用烘干法對地下部進行稱量。

23、所述總干重為所述地上部干重與所述地下部干重之和。

24、優(yōu)選地，所述玉米自交系的各指標對應的耐低氮系數的計算公式如下：

25、耐低氮系數＝低氮脅迫處理性狀值/正常供氮處理狀值。

26、其中，耐低氮系數越小表明此指標對應的性狀對低氮處理越敏感，耐低氮系數越大表明此指標對應的性狀對低氮處理不敏感，當某個自交系的多個性狀值耐低氮系數均大于設定值時，表明該自交系的耐低氮能力強。

27、優(yōu)選地，所述隸屬函數值的計算公式如下：

28、

29、式中，j＝1，2，3，…，n；μ(xj)表示第j個主成分的耐低氮能力綜合指標的隸屬函數值；每個主成分的耐低氮能力綜合指標對應的耐低氮系數平行測定3～4次，xj表示3～4次平行測定結果中第j個主成分的耐低氮能力綜合指標對應的耐低氮系數的平均值，xjmin表示3～4次平行測定結果中第j個主成分的耐低氮能力綜合指標對應的耐低氮系數的最小值，xjmax表示3～4次平行測定結果中第j個主成分的耐低氮能力綜合指標對應的耐低氮系數的最大值。

30、

31、式中，j＝1，2，3，…，n；wj表示第j個主成分的耐低氮能力綜合指標在所有耐低氮能力綜合指標中的權重；pj表示各自交系第j個主成分的耐低氮能力綜合指標的貢獻率。

32、

33、式中，j＝1，2，3，…，n；d表示在低氮脅迫條件下各自交系耐低氮綜合評價值。

34、本發(fā)明采用室內水培方法對供試玉米自交系苗期耐低氮能力進行評價，選取地下部干重、地上部干重、總干重、根冠比和包括根系6個性狀在內的共10個指標進行測定，同時采用耐低氮系數(指標低氮脅迫/指標正常氮)進行分析，不僅能反應各指標響應低氮脅迫的水平，也能減少環(huán)境因素及養(yǎng)分造成的影響。

35、優(yōu)選地，還包括將耐低氮綜合評價值進行聚類分析，獲得強耐低氮型、耐低氮型、中間型、低氮敏感型四個類群，四個類群表示的耐低氮能力依次降低。

36、本發(fā)明利用聚類分析將108份玉米自交系分為強耐低氮型、耐低氮型、中間型、低氮敏感型等4個類群。其中，強耐低氮玉米自交系7份，耐低氮玉米自交系25份，這些自交系可應用到育種實踐中，提高玉米種質資源的氮素利用率。

37、優(yōu)選地，進行主成分分析，獲得每個主成分的耐低氮能力綜合指標的方法是：分別對所述玉米自交系幼苗的多個指標對應的耐低氮系數采用spss軟件進行主成分分析，對根系性狀、干重和根冠比對應的耐低氮系數的原始數據進行降維處理，獲得1～4個獨立的耐低氮能力綜合指標。

38、在正常氮和低氮脅迫兩種水平下，總根長、根尖數、根分支數、地下部干重和根冠比的指標的耐低氮系數可作為評價玉米自交系苗期耐低氮能力的主要指標。本發(fā)明經實驗研究可知，在正常氮和低氮脅迫兩種水平下，總根長、根尖數、根分支數、地下部干重和根冠比的指標的耐低氮系數可作為評價玉米自交系苗期耐低氮能力的主要指標。本發(fā)明提供采用上述指標便可對玉米自交系苗期耐低氮特性進行鑒定，且鑒定結果具有較高的精確度。

39、優(yōu)選地，將玉米自交系幼苗置于氮含量為0.03mmol/l～0.06mmol/l的條件下培養(yǎng)14天～16天。

40、優(yōu)選地，所述待測玉米幼苗是經自交系玉米籽粒處理后獲得。

41、處理的方法為：將自交系玉米籽粒浸泡后，于28℃黑暗環(huán)境下催芽；待胚根長至1.0cm～2.0cm左右，挑選出長勢均一的幼苗放置于濕潤環(huán)境中，于含1/2hoagland營養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)，即得所述待測玉米幼苗。

42、所述含1/2hoagland營養(yǎng)液的配方組成為北京酷來搏科技有限公司購買的改良霍格蘭營養(yǎng)液。

43、其中，所述待測玉米幼苗為一葉一心期的玉米幼苗。

44、所述自交系玉米籽粒浸泡時間為12h。

45、所述幼苗培養(yǎng)時是置于含1/2hoagland營養(yǎng)液中進行培養(yǎng)。

46、與現有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

47、1、本發(fā)明提供了一種玉米自交系苗期耐低氮特性的鑒定方法，該鑒定方法是一種針對玉米自交系的耐低氮能力的研究。本發(fā)明提供的該玉米自交系苗期耐低氮特性的鑒定方法得到的鑒定結果具有較高的精確度，可以精準評價玉米種質資源的耐低氮性。

48、2、本發(fā)明為了探明玉米苗期耐低氮自交系的鑒定方法和指標，篩選出耐低氮能力強、可應用于育種實踐的玉米自交系，以108份玉米自交系為材料，在正常氮和低氮水平處理下進行苗期水培試驗，測定根部和生物量相關的10個指標。利用耐低氮系數進行相關性分析、主成分分析、聚類分析和回歸分析等方法鑒定和篩選具有耐低氮特性的玉米自交系。

49、上述結果表明，不同氮處理下，玉米自交系苗期各項指標均有顯著影響，但影響程度在自交系間和指標間均有不同。主成分分析將10個單項指標轉化為3個綜合指標，經隸屬函數值和自交系耐低氮綜合評價值，通過聚類分析將供試玉米自交系分為4種類型，其中，強耐低氮型7份、耐低氮型25份、中間型52份、低氮敏感型24份。通過逐步回歸分析得出總根長、根尖數、根分支數、地下部干重和根冠比的耐低氮系數可作為鑒定玉米自交系苗期耐低氮特性的主要指標。

50、3、本發(fā)明的研究結果表明：在正常氮和低氮脅迫兩種水平下，總根長、根尖數、根分支數、地下部干重和根冠比等指標的耐低氮系數可作為評價玉米自交系苗期耐低氮能力的主要指標。基于隸屬函數值的主成分分析法從108份玉米自交系中篩選出fbhj、lh224和系14等11份耐低氮玉米自交系；phn11、phr25和phr63等24份低氮敏感型玉米自交系。