穗重型小麦发育特性及穗粒重性状的遗传模型研究

【摘要】：小麦是我国的第二大作物，对国家粮食安全具有举足轻重的地位。选育高产小麦新品种是增加小麦产量的有效途径。穗重型小麦具有突出的穗部性状和较高的单穗粒重，为我国超级小麦育种带来希望与曙光。然而，作为一个品种类型，穗重型小麦在性状发育特性、穗部性状的遗传传递规律及其分蘖和粒重等性状在发育过程中的动态遗传表现等方面尚缺乏系统的研究。针对这些问题，本研究以近年来黄淮麦区选育和引进的穗重型小麦基因型为试材，对穗重型小麦性状发育特性、穗重型小麦穗部性状遗传分析及分蘖、粒重性状的动态发育遗传规律进行了探讨，以期对穗重型小麦种质资源的合理利用与超级小麦新品种选育提供依据与参考。所取得的主要结果如下： 1、在群体发育方面，穗重型小麦冬季分蘖、春季分蘖及单位面积穗数都低于对照（多穗型品种），通过密度和播期调节的范围较窄；分蘖偏少的原因是形成一个分蘖所需要的积温更多，对低温的适应性更差。穗重型小麦形成较多小穗的原因在于：幼穗分化时期较短，表现为单棱期短，进入二棱期早，二棱期较长；幼穗分化速率快。穗重型小麦单茎干物质始终高于对照，单株干物质前期（开花前）高后期低，单位面积干物质积累偏少，且茎叶鞘输出的干物质多，向籽粒输入的少，输出输入效率较低。穗重型小麦净光合速率前（灌浆以前）高后低，呼吸速率与蒸腾速率均高于对照，根系吸收能力较强。穗重型小麦籽粒平均灌浆速率、最大灌浆速率均低于对照，灌浆持续期持平，粒鲜重和籽粒体积最大日增量不小于对照，决定穗重型小麦粒重的主要因素是灌浆速率，灌浆持续期起次要作用，平均灌浆速率、叶面积持续期与籽粒饱满指数显著正相关。穗重型小麦群体源相对不足，库容量较大，源、库之间的关系不够协调。穗重型小麦源不足表现为：群体偏小，群体生长率降低；光合产物大部分供应籽粒，叶片营养亏缺，导致叶片功能下降，光合产率降低。穗重型小麦冠层温度偏高，旗叶叶绿素水平偏低且下降迅速，叶片输出功能较低，无法适应潜在库容对光合产物的需要。 2、利用主基因-多基因混合遗传模型，对穗重型小麦3组合6世代的主要农艺性状分析表明，各性状的遗传模型因组合不同而表现有同有异，相同的情况是所有组合的单株穗数、株高和单穗粒重均一致地符合多基因的加性-显性-上位性遗传模型；符合这一遗传模型的还有：组合Ⅱ、组合Ⅲ的穗长，组合Ⅰ的每穗小穗数，组合Ⅱ的每穗粒数，这些性状均受多基因位点控制，且基因间存在上位性互作。表现各异的情况是：组合Ⅰ的穗长由2对具有加性-显性-上位性互作的主基因所控制，组合Ⅱ、Ⅲ的每穗小穗数由1对负向完全显性主基因+加性-显性多基因控制，组合Ⅰ、Ⅲ的每穗粒数由2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因共同控制，组合间出现的差异可能与亲本类型和遗传背景有关。 3、穗重型小麦分蘖性状同时受到遗传主效应和基因型×环境互作效应的共同控制，且以遗传主效应为主，其中加性效应和显性效应在分蘖形成的早期（0-7天）、早中期（8-14天）、中期（15-21天）表现得比较活跃，可以检测到显著的条件遗传效应方差分量。净光合速率的遗传以基因型方差为主，发育的中期（5月16日）以前，显性方差是遗传变异的主要分量，中后期加性方差为主要分量，灌浆（5月2日起）开始以后，大量的微效多基因被激活表达，从5月2日到5月16日，是控制净光合速率性状表现的基因表达最为活跃的时期；粒重形成以基因的加性效应、显性效应，显性与环境互作为主，环境对粒重形成的影响也达到显著水平，说明粒重极易受环境条件的影响；灌浆开始，加性效应初现，上位性效应依然存在，而环境效应最大；灌浆初期（5.10︱5.7），加性显性效应短暂消失，上位性效应持续增大；灌浆中期（5.13︱5.105.16︱5.13），加性显性效应再次出现，上位性效应短暂消失，但上位与环境互作却达到最大，说明此时粒重对环境影响非常敏感。