玉米矮稈突變體52333^Dt降稈機制的初步研究

摘要：52333^Dt是山東農業大學選育出的玉米矮稈突變材料，矮稈性狀由一個新的顯性單基因控制，暫定名為Dt。在前期研究的基礎上，本文對52333^Dt的降稈機制進行了初步研究，發現分離群體中矮稈植株比高稈植株平均多一個節間，節間為均勻縮短，平均株高只有高稈植株的49.57％。細胞學研究發現節間縮短是由于細胞伸長受到了抑制。

關鍵詞：玉米(Zea mays L)；矮稈；突變體；解剖

中圖分類號：S513.032 文獻標識號：A 文章編號：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性狀。高等植物的矮生性一般和內源激素有密切的關系，因此，發掘新的矮源、深入研究矮稈基因是矮化育種的基礎，也是進行激素代謝調控研究的重要實驗材料。矮生玉米的遺傳機制有單基因矮生體系和多基因矮生體系，經鑒定具有降低株高效應的矮生單基因有33個，其中有些矮生基因是等位的。目前為止有25個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的自交后代中發現玉米矮稈突變體，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的矮稈性狀由一個新的顯性單基因控制，不受細胞質效應的影響，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，在玉米的矮化育種和激素代謝調控研究中具有潛在的應用價值。本試驗對此矮稈突變體的矮化特征和降稈機理進行了初步研究。

1、材料與方法

1.1 供試材料

52333^Dt是本實驗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 試驗設計及方法

1.2.1 田間試驗

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，植株出現第5片和第10片葉時進行標記以便成熟期計數BC。分離群體高稈和矮稈的葉片。另外，隨機取Lx9801/52333^Dt//Lx9801群體高稈和矮稈各200株，測量其株高及各伸長節間的長度。

1.2.2 石蠟切片的制作在抽雄期隨機取近等基因系的矮稈和高稈植株的穗部節間，分別在此節間的中部切約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胞的異同。

2、結果與分析

2.1 回交群體矮稈與高稈葉片數分析

試驗結果(表1)表明，Mo17/52333^Dt//Mo17分離群體中，矮稈的葉片數比高稈的平均多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的自交后代發現玉米矮稈突變體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 矮稈突變體節間矮化分析

2.3.1 回交群體矮稈和高稈節間的比較分析

水稻矮稈基因研究中，根據各個節間相對伸長模式的不同，研究者已經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個體都表現為植株矮小畸形，并且玉米基部節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間時，參照水稻節間測量比較的方法，伸長節間的編號從上到下，雄穗穗部節間為倒數第1節間(包括雄穗長)，下面節間依次類推，高稈和矮稈各測量200株。結果發現矮稈的伸長節間為13-17節，高稈的伸長節間為12-16節，矮稈的比高稈的多出一節。這與以前報道的矮化一般是由節間數減少引起的結論相反，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問長度的平均值。由于矮稈的伸長節間比高稈的伸長節間多出一節，我們從倒數第1節間開始，比較高稈和矮稈的伸長節間，下面節間依次類推，結果發現矮稈的節間長度分別為高稈對應節間長度的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間均勻縮短。

2.3.2 近等基因系矮稈植株和高稈植株節間的細胞學比較

玉米莖稈的伸長是由于節間分生組織細胞的分裂和伸長區細胞的伸長造成的。為了進一步認識突變體矮化的原因，我們對近等基因系的矮稈單株和高稈單株的穗部節間進行解剖學觀察，圖2為相同部位、相同放大倍數(400×)、同等大小下的縱切面，矮稈植株莖稈細胞與高稈植株莖稈細胞在排列上沒有明顯的差別，但是矮稈植株莖稈細胞明顯短于高稈植株莖稈細胞。可能由于莖稈細胞的伸長受到了抑制，從而導致突變體節間縮短，植株矮化。

3、討 論

作物株高取決于主莖節數和節間長度，矮稈基因導致作物形態學和細胞學的變化。從形態學上看，矮稈作物一般表現為節數的減少或節間長度的縮短，或者二者同時發生，節間縮短又可出現各節間均勻縮短或某些特定節間縮短；從細胞學上看，作物矮化可能是莖節間的細胞數目減少或單細胞平均長度縮短。本突變體的顯著特征是節間數比高稈植株多一個，和水稻矮稈突變體ipdl相同。該突變體的節間為均勻縮短，其莖稈細胞較高稈植株的莖稈細胞變短，因此突變體節間縮短，植株矮化。

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