[发明专利]矮秆基因的研究

摘要

目前人们普遍使用的是携带Rht1、Rht2、Rht8、Rht9等隐性矮秆基因的亲本。由于育种过程中过分集中的使用这些亲本，使得小麦育成品种的基础日益狭窄，遗传变异贫乏，对各种不良环境的抵御能力下降，且目前小麦育种中应用的矮秆亲本在不同程度上都具有早衰和籽粒蛋白质含量降低等缺陷。因此，创造和发现新的矮源显得尤为重要，同时也应注意矮秆背景基因型的改造，如能找到既具有农林10号或赤小麦矮秆基因的优点又兼具显性或部分显性遗传效应的新矮源，将会在生产上得到更大的利用。

主权项

矮秆基因的研究，是通过下述方法进行的：1)、矮秆基因在小麦遗传改良中的利用a、矮秆基因的作用矮秆基因的主要作用是降低小麦株高。降秆能力的大小用矮秆基因的降秆强度表示，即引入矮秆基因后株高降低的百分比表示，多数研究表明，Rht3(Rht-B1c)属于强降秆基因，降秆强度为46％；Rht1(Rht-B1b)和Rht2(Rht-D1b)属于中等强度的矮秆基因，降秆强度为23％左右；Rht1s(Rht-B1d)为弱降秆基因，仅减少株高11％、降秆强度为69％，为已知矮秆基因中降秆能力最强的基因；Rht12是一个表现显性的矮秆基因，降秆强度为46％，仅次于Rht-B1c和Rht-D1c，Flintham等的研究表明，降低株高的能力由强到弱依次为Rht-B1c+Rht-D1b＞Rht-B1c＞Rht-B1b+Rht-D1b＞Rht-D1b＞Rht-B1b，分别为59％、50％、42％、17％和14％，Rht8属于弱降秆基因；株高与小麦其它农艺性状，特别与产量性状的关系是遗传育种工作者研究的重要课题之一，20世纪80年代以来国内外学者采用近等基因系、加倍单倍体、染色体代换、单体分析和重组自交系等不同方法，对不同单个矮秆基因和矮秆基因组合类型在不同环境下的冬、春小麦株高与产量和穗部性状的关系等方面进行了大量研究，结果表明，冬性小麦中双基因矮秆基因型(Rht-B1b+Rht-D1b)的产量高于相同遗传背景的高秆基因型(Rht-B1bRht-B1b+Rht-D1bRht-D1b)2％，但低于单基因的矮秆基因型(Rht-B1bRht-B1b或Rht-D1bRht-D1b)14％；具有单个矮秆基因的矮秆系与同背景的高秆系相比，分蘖数增加，小穗育性提高，穗粒数增加20％，籽粒大小降低，但籽粒变小不能完全抵消粒数增加的效应，总体对产量提高有利，但在春麦中，高秆系的产量显著高于单基因半矮秆系(14.5％)，单基因半矮秆系产量高于双基因矮秆系(37.3％)，主要原因是高秆品系的穗粒数多，分别较半矮秆系和矮秆系多12.7％和57.5％，Rht-B1b、Rht-D1b、Rht-B1c三个矮秆基因都使春小麦生物产量降低，Rht-B1b和Rht-D1b减少分蘖，Rht-B1c不但减少分蘖，同时还减少穗粒数和降低千粒重；Worland等认为，普通小麦中多数矮秆基因与产量存在不同程度的负相关，如Rht4、Rht5、Rht6和Rht7等既强烈降低株高(24-50％)，又降低籽粒产量，通过上述分析可以看出，矮秆基因与株高降低以及其它性状有密切关系，不同的主效矮秆基因所影响的性状不尽相同，程度也有所差别；b、主要矮秆基因的利用一般来讲，小麦的矮化育种包括两个方面：一是将矮秆基因用于常规育种，通常利用显性或隐性矮秆基因；二是利用显性矮秆基因控制杂种小麦的株高，即降低杂种F1的株高，使杂交种在生产上大面积种植时不易倒伏，从而达到高产、稳产的目的；研究表明，小麦株高的降低与产量的降低有很强的遗传关联性，一个小麦矮秆基因若有商业价值，它必须能够打破株高与产量间的负向关联性，并使降低株高和增加产量组合在一起，或者至少也应在降低株高的同时对产量无影响，但到现在为止，只有少数几个矮秆基因能够打破这种不利的关联性，它们主要位于普通小麦的第四同源群染色体上，特别是来源于农林10号的Rht1(Rht-B1b)、Rht2(Rht-D1b)和来源于Saitama27的Rht1s(Rht-B1d)。Rht1(Rht-B1b)、Rht2(Rht-D1b)在降低株高达16％的同时能够增加产量最高达20％。Snape(IAEA-TEDOC，1984，307：71-77)等报道收获指数的增加在很大程度上受Rht1(Rht-B1b)、Rht2(Rht-D1b)基因的影响。这几个基因存在于世界上约90％的半矮秆小麦品种中，为小麦矮化育种作出了巨大的贡献。但含Rht1(Rht-B1b)、Rht2(Rht-D1b)的小麦若在减数分裂期遭遇高温，这时矮秆基因Rht1(Rht-B1b)、Rht2(Rht-D1b)会与高温环境发生相互作用从而导致小穗育性降低，产量下降，因此限制了这些基因在西欧，尤其是地中海国家的应用。后来发现来自赤小麦的矮秆基因Rht8、Rht9在减数分裂期遭遇高温环境不会导致育性降低，从而使得Rht8、Rht9基因在该地区得到较广泛的应用。除了Rht1(Rht-B1b)、Rht2(Rht-D1b)、Rht8和Rht9外，Rht3(Rht-B1c)、Rht10(Rht-D1c)和Rht12由于它们具有强烈的降秆能力，一般不能够直接在常规育种上应用，但可以作为一种形态标记。