玉米矮稈突變體52333^Dt降稈機(jī)制的初步研究

摘要：52333^Dt是山東農(nóng)業(yè)大學(xué)選育出的玉米矮稈突變材料，矮稈性狀由一個(gè)新的顯性單基因控制，暫定名為Dt。在前期研究的基礎(chǔ)上，本文對(duì)52333^Dt的降稈機(jī)制進(jìn)行了初步研究，發(fā)現(xiàn)分離群體中矮稈植株比高稈植株平均多一個(gè)節(jié)間，節(jié)間為均勻縮短，平均株高只有高稈植株的49.57％。細(xì)胞學(xué)研究發(fā)現(xiàn)節(jié)間縮短是由于細(xì)胞伸長受到了抑制。

關(guān)鍵詞：玉米(Zea mays L)；矮稈；突變體；解剖

中圖分類號(hào)：S513.032 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942(2010)10-0024-03

玉米是我國主要的糧食作物，矮稈抗倒是玉米育種的重要目標(biāo)性狀。高等植物的矮生性一般和內(nèi)源激素有密切的關(guān)系，因此，發(fā)掘新的矮源、深入研究矮稈基因是矮化育種的基礎(chǔ)，也是進(jìn)行激素代謝調(diào)控研究的重要實(shí)驗(yàn)材料。矮生玉米的遺傳機(jī)制有單基因矮生體系和多基因矮生體系，經(jīng)鑒定具有降低株高效應(yīng)的矮生單基因有33個(gè)，其中有些矮生基因是等位的。目前為止有25個(gè)不同的矮生單基因在染色體上的位置已確定，有an1(1.08)、br(1.07)、br2(mil)(1.06)、br3(5.04)、bv1(5.04)、bv2(rd1，1.11)、ctl(8.01)、ct2(rd3，1.01)、d1(d4)(3.02)、d2(d3，9.03)、d5(2.02)、D8(Mpl1)(1.10)、D9(5.oo-5.02)、d10(2.08)、d12(8.08)、na1(3.06)、na2(5.03)、M3(4.05)、py1(tan1，6.05)、py2(1.11)、rd2(6.00)、clt-1(8.04-8.06)、tdl(ttdl，5.04)、wrpl(2.04)、yd2(3.06)。這些基因除D8(Mpl1)、D9外都是隱性的，并且現(xiàn)有的矮生資源大多屬于隱性單基因控制。

2003年在雜交種CL1077的自交后代中發(fā)現(xiàn)玉米矮稈突變體，多代自交后選育出高稈和矮稈52333^Dt近等基因系。初步的遺傳分析表明，52333^Dt的矮稈性狀由一個(gè)新的顯性單基因控制，不受細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)的影響，并將此基因暫定名為Dt。近幾年的研究表明Dt基因沒有不良的遺傳效應(yīng)，在玉米的矮化育種和激素代謝調(diào)控研究中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。本試驗(yàn)對(duì)此矮稈突變體的矮化特征和降稈機(jī)理進(jìn)行了初步研究。

1、材料與方法

1.1 供試材料

52333^Dt是本實(shí)驗(yàn)室從矮稈突變體中配育出的Dt基因的近等基因系，Mo17、Lx9801是普通高稈自交系；通過雜交和回交建立了BC₁分離群體：Mo17/52333^Dt//Mo17和Lx9801/52333^Dt//Lx9801。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

1.2.1 田間試驗(yàn)

2007年春種植52333^Dt、M017、Lx9801，以52333^Dt為供體親本，高稈自交系Mo17和Lx9801為輪回親本，分別構(gòu)建BC，回交分離群體Mo17/52333^Dt//M017及Lx9801/52333^Dt/Lx9801。2009年春種植BC₁群體，植株出現(xiàn)第5片和第10片葉時(shí)進(jìn)行標(biāo)記以便成熟期計(jì)數(shù)BC。分離群體高稈和矮稈的葉片。另外，隨機(jī)取Lx9801/52333^Dt//Lx9801群體高稈和矮稈各200株，測量其株高及各伸長節(jié)間的長度。

1.2.2 石蠟切片的制作在抽雄期隨機(jī)取近等基因系的矮稈和高稈植株的穗部節(jié)間，分別在此節(jié)間的中部切約0.3cm×O.3cm×0.5cm大小的塊用于制作石蠟切片。石蠟切片的制作參照徐青等的方法，觀察比較矮稈和高稈植株莖稈細(xì)胞的異同。

2、結(jié)果與分析

2.1 回交群體矮稈與高稈葉片數(shù)分析

試驗(yàn)結(jié)果(表1)表明，Mo17/52333^Dt//Mo17分離群體中，矮稈的葉片數(shù)比高稈的平均多1.11片；1x9801/52333^Dt//Lx9801分離群體中，矮稈的比高稈的葉片數(shù)平均多0.96片。

2.2 回交群體矮稈與高稈株高比較

2003年在雜交種CLl077的自交后代發(fā)現(xiàn)玉米矮稈突變體52333^Dt，株高只有1m左右。種植Lx9801/52333^Dt//Lx9801分離群體，成熟期測量分離群體的株高(表2)，矮稈的平均株高約為116cm，高稈的平均株高約為234cm，矮稈的株高只有高稈的49.57％，說明突變體植株明顯矮化。

2.3 矮稈突變體節(jié)間矮化分析

2.3.1 回交群體矮稈和高稈節(jié)間的比較分析

水稻矮稈基因研究中，根據(jù)各個(gè)節(jié)間相對(duì)伸長模式的不同，研究者已經(jīng)將水稻矮稈基因的稈型分為dn-、dm-、d6-、nl-和sh-等5類。矮稈單基因玉米中的絕大多數(shù)個(gè)體都表現(xiàn)為植株矮小畸形，并且玉米基部節(jié)間伸長太短無法測量。因此測量Lx9801/52333^Dt//Lx9801分離群體的各伸長節(jié)間時(shí)，參照水稻節(jié)間測量比較的方法，伸長節(jié)間的編號(hào)從上到下，雄穗穗部節(jié)間為倒數(shù)第1節(jié)間(包括雄穗長)，下面節(jié)間依次類推，高稈和矮稈各測量200株。結(jié)果發(fā)現(xiàn)矮稈的伸長節(jié)間為13-17節(jié)，高稈的伸長節(jié)間為12-16節(jié)，矮稈的比高稈的多出一節(jié)。這與以前報(bào)道的矮化一般是由節(jié)間數(shù)減少引起的結(jié)論相反，從而從另一方面說明了該突變體的新穎性。

圖1為高稈和矮稈的各伸長節(jié)問長度的平均值。由于矮稈的伸長節(jié)間比高稈的伸長節(jié)間多出一節(jié)，我們從倒數(shù)第1節(jié)間開始，比較高稈和矮稈的伸長節(jié)間，下面節(jié)間依次類推，結(jié)果發(fā)現(xiàn)矮稈的節(jié)間長度分別為高稈對(duì)應(yīng)節(jié)間長度的49.36％、46.13％、46.05％、46.13％、46.11％、47.17％、51.71％、53.32％、54.78％、55.28％、55.78％、54.98％、54.24％、52.25％、53.58％、52.41％，表明該玉米矮稈突變體節(jié)間均勻縮短。

2.3.2 近等基因系矮稈植株和高稈植株節(jié)間的細(xì)胞學(xué)比較

玉米莖稈的伸長是由于節(jié)間分生組織細(xì)胞的分裂和伸長區(qū)細(xì)胞的伸長造成的。為了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)突變體矮化的原因，我們對(duì)近等基因系的矮稈單株和高稈單株的穗部節(jié)間進(jìn)行解剖學(xué)觀察，圖2為相同部位、相同放大倍數(shù)(400×)、同等大小下的縱切面，矮稈植株莖稈細(xì)胞與高稈植株莖稈細(xì)胞在排列上沒有明顯的差別，但是矮稈植株莖稈細(xì)胞明顯短于高稈植株莖稈細(xì)胞。可能由于莖稈細(xì)胞的伸長受到了抑制，從而導(dǎo)致突變體節(jié)間縮短，植株矮化。

3、討 論

作物株高取決于主莖節(jié)數(shù)和節(jié)間長度，矮稈基因?qū)е伦魑镄螒B(tài)學(xué)和細(xì)胞學(xué)的變化。從形態(tài)學(xué)上看，矮稈作物一般表現(xiàn)為節(jié)數(shù)的減少或節(jié)間長度的縮短，或者二者同時(shí)發(fā)生，節(jié)間縮短又可出現(xiàn)各節(jié)間均勻縮短或某些特定節(jié)間縮短；從細(xì)胞學(xué)上看，作物矮化可能是莖節(jié)間的細(xì)胞數(shù)目減少或單細(xì)胞平均長度縮短。本突變體的顯著特征是節(jié)間數(shù)比高稈植株多一個(gè)，和水稻矮稈突變體ipdl相同。該突變體的節(jié)間為均勻縮短，其莖稈細(xì)胞較高稈植株的莖稈細(xì)胞變短，因此突變體節(jié)間縮短，植株矮化。

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