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水稻空间诱变种质CHA-1矮秆基因定位及其育种评价

一、引言

（一）研究背景与目标

水稻作为全球最重要的粮食作物之一，其产量和品质直接关系到世界粮食安全。矮秆性状在水稻育种中占据着举足轻重的地位，它不仅能够增强水稻的抗倒伏能力，有效减少因风雨等自然灾害导致的减产风险，还能优化植株的光合效率和养分分配，为提高水稻产量奠定坚实基础。自“绿色革命”以来，半矮秆水稻品种的广泛推广种植，使得水稻产量实现了大幅提升，其中“绿色革命基因”Semidwarf-1（Sd-1）发挥了关键作用。然而，长期依赖单一基因进行矮秆育种，导致水稻遗传背景逐渐狭窄，潜在的遗传脆弱性问题日益凸显。因此，发掘和利用新的矮秆基因，对于丰富水稻遗传多样性、推动水稻育种的可持续发展具有至关重要的意义。

空间诱变育种作为一种新兴的育种技术，利用宇宙空间特有的环境因素，如宇宙射线、微重力、高真空等，诱导植物种子或材料发生遗传变异。这种独特的诱变方式能够产生丰富多样的变异类型，为农作物育种提供了宝贵的新种质资源。许多通过空间诱变获得的突变体在株高、产量、品质、抗性等重要农艺性状上表现出显著的变化，为新品种选育和基因挖掘创造了有利条件。

CHA-1是籼稻品种特华占经高空气球搭载诱变后获得的稳定矮秆突变体。前期研究表明，CHA-1在多个农艺性状上与原种特华占存在明显差异。其株高显著降低，有效穗数明显增多，谷粒长宽比增大，但同时也伴随着单株穗质量、穗长、第一枝梗数、实粒数、结实率、千粒质量、谷粒宽和着粒密度等性状的负向变异。这些变异特点使得CHA-1在水稻矮秆育种研究中具有独特的价值和潜力。

本研究旨在深入解析CHA-1矮秆突变体的遗传规律，精确确定其矮秆基因在染色体上的位置，并全面评估其在水稻育种中的应用价值。通过开展本研究，有望揭示新的矮秆基因及其作用机制，为水稻矮秆育种提供全新的基因资源和坚实的理论依据，进一步推动水稻育种技术的创新发展，助力实现水稻产量和品质的双提升。

二、材料与方法

（一）试验材料

突变体与对照：选用水稻空间诱变矮秆突变体CHA-1，其由籼稻品种特华占经高空气球搭载诱变产生，具有稳定的矮秆特性。同时，以原始品种特华占作为对照材料。CHA-1和特华占在后续的研究中，将用于农艺性状观察、遗传分析及基因定位等试验，通过两者的对比，能够清晰地揭示CHA-1在性状变异和遗传特性上的独特之处。

群体构建：为了深入研究CHA-1矮秆性状的遗传规律和进行基因定位，构建了一系列遗传群体。其中包括CHA-1与特华占杂交得到的F?分离群体，以及CHA-1与野生型高秆品种杂交构建的F?分离群体和重组自交系群体。这些群体在遗传分析和基因定位中发挥着关键作用。通过对F?分离群体的表型统计和分析，可以判断矮秆性状的遗传方式及显隐关系；而重组自交系群体由于经过多代自交，遗传背景更加稳定和纯合，能够更准确地用于基因定位和遗传图谱的构建。

（二）研究方法

农艺性状调查：在水稻生长的关键时期，对CHA-1和特华占的主要农艺性状进行详细调查。测量株高时，使用直尺从地面垂直量至植株最高叶尖，每个材料测量30株，取平均值以确保数据的准确性。有效穗数则通过人工计数每个植株上能够结实的穗的数量来确定。穗长的测量是从穗基部到穗顶端（不包括芒）的长度，同样测量30个穗，求其平均值。千粒重的测定方法为，随机选取1000粒饱满的种子，使用电子天平称重，重复3次，取平均值作为千粒重的数据。通过对这些农艺性状的精确测量和分析，可以全面了解CHA-1相对于特华占在性状上的变异特性，为后续的遗传研究和育种评价提供重要的数据支持。

遗传分析：采用经典的孟德尔遗传分析方法，对构建的F?分离群体进行表型统计和分析。在群体中，仔细观察和记录矮秆植株和正常株高植株的数量，并按照孟德尔遗传定律进行卡方检验。例如，假设矮秆性状受一对等位基因控制，预期矮秆植株与正常株高植株的分离比例为3:1，通过实际观察到的两种表型植株的数量，计算卡方值，与理论卡方值进行比较，判断实际分离比例是否符合预期，从而确定矮秆性状的遗传方式及显隐关系。这种方法能够从遗传学角度深入解析CHA-1矮秆性状的遗传规律，为后续的基因定位和育种应用提供理论基础。

基因定位技术：利用SSR（简单重复序列）分子标记技术结合BSA（集群分离分析法）对CHA-1的矮秆基因进行定位。首先，选取分布在水稻12条染色体上的多态性SSR标记，对CHA-1与特华占或野生型高秆品种杂交得到的F?分离群体中的矮秆单株和正常株高单株分别进行DNA提取和PCR扩增。然后，通过聚丙烯酰胺凝胶电泳或毛细管电泳检测扩增产物的多态性，筛选出在矮秆单株和正常株高