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《西北农林科技大学》 2009年
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矮秆基因在小麦抗旱节水选育中的利用研究

唐娜  
【摘要】: 干旱缺水已成为世界农业生产面临的严重问题,也是制约中国农业和经济发展的重要因素。随着人口增加,耕地面积减少,水资源短缺的加剧和全球气候变暖,充分利用有限的降水及灌溉水资源,提高作物的抗旱节水性,发挥其生产潜力是育种工作的重要目标。小麦是中国重要的粮食作物,主要种植在北方干旱半干旱地区,选择抗旱节水的小麦品种,高效利用有限的水资源,在减少灌溉量或完全雨养的条件下获得较高的产量,对中国小麦生产具有重要的意义。 矮秆基因Rht-B1b、Rht-D1b和Rht8等的有效利用,对全世界小麦产量的提高起了关键作用。应用矮秆基因降低株高,提高抗倒伏性、收获指数和产量潜力已成为培育高产和超高产小麦品种的主要策略之一。小麦矮秆和半矮秆品种主要应用于水肥条件较好的地区,然而,中国60%以上的小麦生产面积依赖自然降水,因此,研究不同矮秆基因对小麦抗旱节水相关性状的效应,选择利于抗旱节水性提高的矮秆基因,对选育适于旱地和有限灌溉地区生产利用的矮秆和半矮秆小麦品种具有重要的理论和实践意义。 为此,本研究利用部分矮秆基因的分子标记结合系谱分析,对我国北方小麦主产区的部分小麦品种及品系中的矮秆基因Rht-B1b、Rht-D1b和Rht8进行了检测,对这三个矮秆基因在不同麦区的分布特点进行了分析;进一步按照品种中所含有的矮秆基因对测试品种进行了分类,对这三个矮秆基因对小麦抗旱节水及产量相关性状的效应进行了分析,以期选择有利于小麦抗旱节水性提高的矮秆基因,促进适于旱地和有限灌区生产利用的小麦矮秆或半矮秆品种的选育。本研究主要结果如下: 1.通过分子标记并结合系谱分析,对我国北方小麦主产区的129份供试品种或品系的矮秆基因组成检测表明,含有矮秆基因Rht-B1b的小麦品种58份,含有Rht-D1b基因的24份,含有Rht8基因的73份;其中35份品种含有两个矮秆基因Rht-B1b和Rht8,16份品种含有Rht-D1b和Rht8基因。本次实验未检测到同时含有Rht-B1b、Rht-D1b和Rht8三个矮秆基因的品种,以及同时含有Rht-B1b和Rht-D1b的品种。矮秆基因Rht-B1b、Rht-D1b和Rht8的检测结果与系谱分析一致。系谱分析表明,矮秆基因Rht-B1b来源于意大利引进品种St2422/464 (Rht-B1b+Rht8)和韩国引进品种水源86 (Rht-B1b+ Rht-D1b)。矮秆基因Rht-D1b来源于辉县地方品种辉县红和韩国引进品种水源86。矮秆基因Rht8来源于洛夫林10、St2422/464、阿夫、阿勃、中农28和中国小麦品种碧蚂4号。 2.根据129份小麦品种(系)的分子标记检测和系谱分析结果,对我国北方不同生态区的小麦品种(系)中Rht-B1b、Rht-D1b和Rht8三个矮秆基因的分布频率分析表明,矮秆基因Rht-B1b和Rht8在北方麦区分布频率较高,分别占45.0%和56.6%,矮秆基因Rht-D1b的分布频率相对较低,为18.6%。不同生态区育成品种中Rht-B1b、Rht-D1b和Rht8三个矮秆基因的分布频率显著不同。本研究中矮秆基因Rht-B1b多集中在黄淮冬麦区,矮秆基因Rht-D1b主要集中在西南冬麦区,Rht8基因在不同的生态区都具有广泛的分布。造成这种分布现象的原因,可能与育种所用矮源和矮秆基因本身或与之紧密连锁的品种的生态适应性有关。矮秆基因Rht-B1b和Rht-D1b多集中在生育期降水量相对较多的黄淮冬麦区和西南冬麦区;而Rht8基因分布较广,在每个麦区都有相对较多的分布频率,表明Rht8基因在不同的生态区具有广泛的适应性。 3.按照对赤霉素敏感性不同,矮秆基因分为赤霉素反应敏感型和不敏感型,对供试材料的赤霉素敏感性分析结果表明,矮秆基因Rht-B1b、Rht-D1b和同时含有两个矮秆基因Rht-B1b+Rht8或Rht-D1b+Rht8的小麦品种多数对赤霉素反应不敏感,含有矮秆基因Rht8的小麦品种多数对赤霉素反应敏感。 4.按照品种所含有的矮秆基因类型对小麦品种(系)进行分类,对不同矮秆基因对小麦抗旱节水相关性状,如株高、胚芽鞘长度、苗期根系长度等的效应进行分析。结果表明:矮秆基因Rht-B1b和Rht-D1b降秆能力强,分别为24.6%和30.4%,但同时会缩短品种的胚芽鞘长度、对旗叶长度和苗期叶长都有显著的不利影响;而赤霉素敏感的矮秆基因Rht8尽管降低小麦株高和穗下各茎节的效应较弱,但对小麦胚芽鞘长度、苗期根系长度以及苗期叶长都没有不利的影响,一方面可以降低小麦倒伏的风险,保持小麦有较大的生物量,同时也提高了其抵御不利环境的能力。 5.按照品种所含有的矮秆基因类型对小麦品种(系)进行分类,对不同矮秆基因对小麦产量相关性状,如小穗数、穗粒数、千粒重等的效应进行分析。结果表明:赤霉素敏感的矮秆基因Rht8对小麦品种的小穗数,有效穗数以及千粒重没有不利影响,同时还增加了穗粒数,相对于其它赤霉素不敏感的矮秆基因,Rht8基因的穗上部和穗下部结实粒数都较高,从而增加了产量潜力;赤霉素不敏感的矮秆基因Rht-B1b和Rht-D1b对小麦的小穗数、穗上部穗下部结实粒数、有效穗数和千粒重也没有不利影响,其中Rht-D1b基因显著的增加了穗粒数。 综上分析,矮秆基因Rht8对小麦抗旱节水相关性状没有不利的影响,同时还增加了产量潜力。因此我们认为赤霉素敏感的矮秆基因Rht8是旱地小麦改良中比较理想的矮秆基因。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:S512.1

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