【摘要】：赤霉素不敏感型矮稈基因Rht-B1b(Rht1)和Rht-D1b(Rht2)在小麥生產(chǎn)中的應(yīng)用極大地提高了世界小麥產(chǎn)量。然而,目前生產(chǎn)上應(yīng)用的矮稈基因主要集中在Rht-B1b、Rht-D1b和Rht8,矮稈基因和矮源的利用較為單一,同時(shí)其在應(yīng)用過程中還存在一些問題,制約了小麥產(chǎn)量的持續(xù)提升。因此,發(fā)掘利用其他矮稈基因?qū)M(jìn)一步提升小麥的產(chǎn)量潛力具有重要的理論和實(shí)踐意義。研究表明,赤霉素敏感型矮稈基因,如Rht4、Rht5、Rht12和Rht13等降稈效應(yīng)較強(qiáng),同時(shí)具有一定的增產(chǎn)潛力。為此,本研究對矮稈基因Rht13、Rht-D1b(Rht2)和Rht8及其互作對小麥重要農(nóng)藝性狀的效應(yīng)進(jìn)行了較為全面的比較分析,以促進(jìn)Rht13在小麥育種中的合理利用。本研究利用赤霉素敏感型矮稈基因Rht13的供體親本Magnif M1分別與中國冬性小麥品種豐產(chǎn)3號(hào)(不含矮稈基因)、西農(nóng)223(含Rht-D1b)和晉麥47(Rht8)雜交,通過分子標(biāo)記輔助選擇,篩選矮稈基因純合的F2代單株,以基因型純合的F2代單株,構(gòu)建的F2:3、F3:4及F4:5群體株系為材料,調(diào)查各純合基因型的株高、胚芽鞘、根系性狀及產(chǎn)量相關(guān)性狀,以明確Rht13及其與Rht-D1b或Rht8互作對各性狀的效應(yīng)。同時(shí),在抗旱棚控水條件下,以Magnif M1分別與西農(nóng)223和晉麥47雜交構(gòu)建的F3:4和F4:5純合基因型株系為材料,分析Rht13對小麥抗旱性的效應(yīng),取得的主要結(jié)果如下:1.矮稈基因Rht13的效應(yīng)分析豐產(chǎn)3號(hào)與Magnif M1雜交F2代群體、F2:3和F3:4代高、矮稈純合基因型單株和株系的農(nóng)藝性狀,結(jié)果表明Rht13通過縮短各個(gè)莖節(jié)的長度來降低株高,最終矮稈系的株高較高稈系平均降低了21.6cm(21.5%)。Rht13在縮短各個(gè)莖節(jié)長度的同時(shí),也顯著縮小各個(gè)莖節(jié)直徑(除倒五莖節(jié))。Rht13不影響旗葉相對葉綠素含量,增加了小麥旗葉長度、縮小了旗葉寬度,但對旗葉面積影響不大。另外Rht13對小麥胚芽鞘長度和根系性狀無不良效應(yīng),并可在一定程度上增加胚芽鞘長度(0.15cm,3.0%)、苗期根總長(2.9cm,3.8%)和根表面積(0.03cm2,0.3%)。Rht13減少了小穗數(shù)(1.7個(gè),9.1%)和穗粒數(shù)(4.8個(gè),11.0%),但增加了單株穗數(shù)(11.3%)、千粒重(3.1%)和單株生物量(2.2%),矮稈系的單株產(chǎn)量和收獲指數(shù)與高稈系差異不顯著。2.Rht13和Rht-D1b及其互作的效應(yīng)分析西農(nóng)223與Magnif M1雜交F2:3、F3:4、F4:5代純合基因型株系的農(nóng)藝性狀,結(jié)果表明Rht-D1b的降稈效應(yīng)比Rht13要大,二者通過抑制不同莖節(jié)的伸長最終可分別降低株高達(dá)19.3%和15.4%,而二者互作顯著降低株高達(dá)34.1%。Rht13縮短各個(gè)莖節(jié)的直徑,Rht-D1b僅縮短倒四和基部莖節(jié)的直徑,二者互作會(huì)顯著縮短各個(gè)莖節(jié)直徑。Rht-D1b與Rht13互作顯著縮短穗葉距,不利于麥穗的正常抽出。Rht-D1b增加了旗葉長寬和相對葉綠素含量;Rht13不影響旗葉相對葉綠素含量,增加了旗葉長度(0.6cm,3.4%),顯著縮小旗葉寬度(0.2cm,11.1%),但對旗葉面積的影響不大;Rht-D1b可部分補(bǔ)償Rht13對旗葉寬度的不利效應(yīng)。Rht13不影響小麥胚芽鞘和根系性狀,而Rht-D1b顯著縮短小麥胚芽鞘長度、減小根表面積和根體積;同時(shí)Rht13可部分補(bǔ)償Rht-D1b對胚芽鞘和根系的不利效應(yīng)。Rht-D1b顯著縮短穗長(12.5%)、減少小穗數(shù)(11.0%),降低單株生物量和單株產(chǎn)量;Rht13不影響穗長、小穗數(shù)和單株穗數(shù),但顯著降低千粒重、減小種子體積,最終Rht13矮稈系的單株生物量和單株產(chǎn)量較高稈系顯著降低;二者互作會(huì)顯著減少穗粒數(shù)。Rht13推遲小麥開花期約3天,而Rht-D1b可打破Rht13對開花期的推遲效應(yīng)。Rht13對品質(zhì)性狀無不利效應(yīng),Rht-D1b可顯著降低籽粒硬度。3.Rht13和Rht8及其互作的效應(yīng)分析晉麥47與Magnif M1雜交F2代群體及F2:3、F3:4及F4:5代純合基因型單株和株系的農(nóng)藝性狀,結(jié)果表明Rht13的降稈效應(yīng)比Rht8要強(qiáng),與高稈基因型相比,Rht13和Rht8可分別降低株高達(dá)25.7%和15.6%,二者互作的降稈效應(yīng)最強(qiáng),可降低株高達(dá)29.2%。同時(shí),Rht13顯著縮短穗葉距,不利于麥穗的正常抽出。Rht13和Rht8通過縮短不同莖節(jié)的長度來降低小麥株高,其中Rht13縮短各個(gè)莖節(jié)的長度,而Rht8僅顯著縮短穗下莖節(jié)。Rht13對各莖節(jié)直徑均表現(xiàn)為增加的作用,Rht8顯著增加了基部莖節(jié)直徑。Rht13不影響旗葉長寬及相對葉綠素含量;Rht8縮短旗葉長寬,同時(shí)顯著增加旗葉相對葉綠素含量;二者互作強(qiáng)烈抑制旗葉生長,但不影響相對葉綠素含量。對胚芽鞘和根系性狀的分析表明Rht13有利于胚芽鞘和根系的生長,Rht8對胚芽鞘及根系性狀無不利影響。與高稈基因型相比,Rht13顯著減少小穗數(shù)(11.2%)和穗粒數(shù)(15.7%),降低單株生物量和單株產(chǎn)量;Rht8可增加千粒重(15.1%),但縮短穗長(13.2%),減少小穗數(shù)(7.1%)和穗粒數(shù)(3.7%),降低單株生物量和產(chǎn)量,最終提高了收獲指數(shù);二者互作對單株生物量和產(chǎn)量的降低作用最強(qiáng)。Rht13推遲小麥開花期約2天,而Rht8可打破Rht13對開花期的推遲效應(yīng)。Rht13增加了籽粒水分,淀粉和纖維素含量,但會(huì)導(dǎo)致其他品質(zhì)性狀變差;Rht8增加了籽粒淀粉含量,但對其他品質(zhì)性狀產(chǎn)生不利影響;二者互作對品質(zhì)性狀均產(chǎn)生不利影響。4.矮稈基因?qū)π←溈购敌缘挠绊戇B續(xù)兩年在抗旱棚控水條件下,分析在干旱脅迫下Rht13及其與Rht-D1b或Rht8互作對小麥形態(tài)、光合生理指標(biāo)及產(chǎn)量性狀的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在Magnif M1/西農(nóng)223群體中,矮稈基因Rht13、Rht-D1b及Rht-D1b+Rht13幾乎不影響凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率,但Rht-D1b和Rht13顯著降低了胞間CO2濃度。在干旱處理下,Rht-D1b顯著降低了穗長和小穗數(shù),降低了單株生物量和單株產(chǎn)量;Rht13顯著增加了單株穗數(shù)、最終增加了單株生物量和單株產(chǎn)量;而Rht-D1b+Rht13降低了單株生物量和單株產(chǎn)量。而在灌水處理下,Rht13顯著降低了單株生物量和單株產(chǎn)量。在干旱處理下,在晉麥47/Magnif M1群體中,Rht8,Rht13及Rht8+Rht13降低了凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度;Rht8和Rht13降低了蒸騰速率,而Rht8+Rht13則略微提高了蒸騰速率。Rht13、Rht8及Rht8+Rht13對產(chǎn)量相關(guān)性狀均表現(xiàn)較大的負(fù)向效應(yīng),單株穗數(shù)、千粒重、單株生物量及產(chǎn)量均降低�？傊�,以上結(jié)果表明,Rht13對株高的降低能力較大,且不影響胚芽鞘及根系性狀,并可部分彌補(bǔ)Rht-D1b對胚芽鞘及根系性狀的不利效應(yīng)。Rht13對開花期的效應(yīng)不同,但Rht-D1b或Rht8可打破Rht13推遲開花期的效應(yīng);Rht13對產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的效應(yīng)方向和強(qiáng)度也不同。Rht13在不同遺傳背景下對干旱脅迫的響應(yīng)不同,對小麥株高、光合生理及產(chǎn)量性狀的影響也不同。因此,在小麥育種中,應(yīng)注意考慮實(shí)際環(huán)境條件及遺傳背景的影響,并考慮其與不同基因的互作效應(yīng)。
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【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S512.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 嵇怡;繆e，

本文編號(hào)：2496692