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小麦育成品种关键产量性状的遗传剖析与机理解析

一、引言

1.1研究背景与意义

小麦作为世界上最重要的粮食作物之一，为全球约20%的人口提供能量摄入和关键的蛋白质来源，在保障粮食安全方面发挥着不可替代的作用。我国作为小麦生产和消费第一大国，稳定和提高小麦产量对确保国内粮食供应稳定、满足人民群众的生活需求以及维持社会经济的稳定发展具有至关重要的意义。

小麦产量的高低受到多种因素的综合影响，其中穗顶部、基部结实性及其他产量相关性状起着关键作用。小麦的穗部是形成籽粒的重要器官，穗顶部和基部的结实情况直接关系到穗粒数的多少，进而影响小麦的产量。研究表明，在生产实践中，若其它产量要素不变，穗基部小穗结实粒数每增加1粒，每公顷小麦产量就能提高约180千克。然而，目前不同品种小麦穗基部三个小穗自下而上结实粒数的平均值相对较低，分别只有0.46、1.44和2.60，而穗中部结实粒数平均能达到3.75。因此，深入探究穗顶部、基部结实性的遗传特性，对于挖掘小麦产量潜力、实现小麦高产再高产具有重要的现实意义。

除了穗顶部和基部结实性外，小麦的株高、粒重、千粒重、籽粒数等其他产量相关性状也与产量密切相关。株高影响小麦的抗倒伏能力和光合效率，合理的株高有助于提高小麦的产量稳定性；粒重和千粒重直接决定了单个籽粒的重量，是构成小麦产量的重要因素；籽粒数则与穗部性状密切相关，反映了小麦的结实能力。这些产量相关性状之间相互关联、相互影响，共同决定了小麦的最终产量。

本研究旨在通过对小麦育成品种穗顶部、基部结实性及其它产量相关性状的遗传解析，揭示其遗传特性和相互关系。这不仅有助于深入了解小麦产量形成的遗传机制，为小麦品种的选育提供坚实的理论基础，还能够为种质资源的开发和利用提供科学依据，加速优良小麦品种的培育进程，提高小麦的产量和品质，对于保障我国乃至全球的粮食安全具有重要的战略意义。

1.2国内外研究现状

国内外学者在小麦穗顶部、基部结实性及其他产量相关性状遗传解析方面开展了大量研究，取得了一系列重要成果。

在穗顶部和基部结实性的遗传研究方面，已在小麦中检测到多个与穗顶部和基部结实性相关的数量性状位点（QTL）。例如，Ma等通过正向遗传学的手段对基部小穗育性进行了研究，并在13个区段均能检测到与基部育性有关的位点，其中Qsspn.nau-4A和Qsspn.nau-5A两个位点在多环境下稳定表达。Guo等通过关联分析在5A染色体检测到两个分别调控穗顶部和基部结实性的显著性标记，丰富了小麦基部育性的调控机制。然而，目前关于控制小麦穗基部小穗结实粒数的主效位点报道仍然较少，已定位的大多QTL由于遗传效应小且不稳定，标记与QTL遗传距离大，而且缺乏简易高通量标记，使得这些QTL在分子育种中的应用受到限制。

对于其他产量相关性状，研究者们也进行了广泛而深入的研究。在株高方面，已定位到多个与株高相关的基因，这些基因通过调控小麦的生长发育过程来影响株高。粒重和千粒重的遗传研究表明，它们受到多个基因的共同调控，并且这些基因之间存在复杂的相互作用。在籽粒数方面，研究发现其与穗部性状如小穗数、小花数等密切相关，一些基因通过调控穗部发育来影响籽粒数。

尽管已有研究取得了一定进展，但仍存在一些不足之处。一方面，目前对小麦产量相关性状的遗传解析大多集中在单一性状或少数几个性状上，缺乏对穗顶部、基部结实性及其他产量相关性状之间综合关系的系统研究。另一方面，已定位的QTL和基因在不同遗传背景和环境条件下的稳定性和有效性有待进一步验证，这限制了它们在小麦育种中的实际应用。此外，对于小麦产量相关性状的遗传调控网络和分子机制的了解还不够深入，需要进一步加强研究。

本研究将在前人研究的基础上，针对当前研究的不足，综合运用遗传学、分子生物学等多学科技术，系统地开展小麦育成品种穗顶部、基部结实性及其他产量相关性状的遗传解析，以期揭示这些性状的遗传规律和相互关系，为小麦育种提供更全面、更深入的理论支持。

1.3研究目标与内容

本研究旨在通过对小麦育成品种穗顶部、基部结实性及其它产量相关性状的遗传解析，揭示其遗传特性和相互关系，为小麦品种的选育和种质资源的开发提供科学依据。具体研究内容如下：

穗顶部和基部结实性的遗传解析：通过对小麦自交系和亲本进行遗传分离和分析，深入探索穗顶部和基部结实性的遗传模式，明确其是由单基因还是多基因控制，以及各基因的作用方式和效应大小，从而确定主要的遗传基础。利用F1代进行遗传分析，准确确定穗顶部和基部结实性的显性或隐性表达情况，判断其遗传方式是显性遗传、隐性遗传还是其他复杂的遗传方式。同时，通过对F1代及其后代的遗传分析，深入研究可能存在的基因互作关系，如上位性效应、互补效应等，以全面了