玉米是最重要的粮食农作物之一,随着耕地面积的减少和全球气候变暖等环境问题,提高玉米产量对于缓解日益增长的粮食需求具有重要意义。玉米籽粒产量由单位面积穂数、穂粒数和粒重所构成,粒重对于产量形成具有决定性的作用。已有研究表明,水稻GS5基因可通过正向调控水稻粒宽、灌浆速率来提高千粒重,玉米中Zm MRP-1转录因子能够促进玉米籽粒库容的建成和充实。本文在前人利用转基因技术获得的转GS5、Zm MRP-1基因玉米植株基础上,通过对转化植株进行分子检测和产量相关性状鉴定,证实了通过在玉米中过表达水稻GS5基因和内源Zm MRP-1基因,可以实现玉米产量性状的改良。取得主要研究结果如下:1.转GS5基因T3代植株分子检测与筛选,PCR扩增确认转GS5基因植株,不同株系阳性率在22.50%-91.36%之间;Southern blot结果表明GS5基因以低拷贝形式整合到玉米基因组中;RT-PCR显示外源GS5基因在玉米中能够正常高量表达。2.转GS5基因玉米两年两次的农艺性状考察。部分株系产量相关性状得到显著改良,OE-34株系变化最为明显,籽粒粒宽显著分别增加了8.99%、10.96%,百粒重分别增加了14.10%、10.82%,穂重分别增加了13.96%、15.71%,而株高、穗位高、粒长、穂行数、穂粒数等并未出现明显差异。同时,过表达GS5基因可以提高籽粒灌浆速率。3.转GS5基因对玉米籽粒淀粉合成的影响。OE-25、OE-34、OE-57籽粒淀粉含量分别增加了10.30%、7.39%、6.39%;扫描电镜观察淀粉颗粒形态大小变化,转基因材料的淀粉粒直径显著降低;RT-PCR检测淀粉合成中相关基因表达量,总体看这些基因都是上调表达,推测外源GS5基因通过调控淀粉合成途径中相关基因的表达,导致淀粉粒的大小发生变化,从而提高淀粉含量。4.转GS5基因育种效应评价。将OE-34、WT分别和郑58、昌7-2等骨干自交系杂交,获得的阳性植株F1代,相比较阴性植株F1代,GS5基因能够稳定表达,且粒宽、百粒重、穂重都极显著增加。5.转Zm MRP-1基因植株分子检测与筛选。各株系阳性率13.63%-66.83%;Southern blot结果表明Zm MRP-1基因已经整合到玉米基因组上,并且以单拷贝的形式存在。OE-8、OE-19株系相比较野生型Zm MRP-1基因能够过量表达,且授粉后3天开始显著上调,授粉后12天表达强度达到最高,之后表达量降低,授粉后30天基本不表达。6.转Zm MRP-1基因T2代农艺性状考察。转基因植株在粒长、粒宽、百粒重、穗粗、穗重方面都极显著增加,株高、穗位高、穂长、穂行数、穂粒数方面并未出现明显差异。粒长由0.85cm增至0.90-0.93cm,增加了5.88%-9.41%;粒宽由0.73cm增至0.77-0.80cm,增加了5.48%-9.59%;百粒重由17.26g增至18.67-19.02g,增加了8.17%-10.20%。