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纵观近年来玉米育种的发展态势,种质资源匮乏制约着玉米育种的发展,种质资源的相对单一性和遗传脆弱性引起了国内外育种家的高度关注,新种质的挖掘和改良创新成为育种研究的必然趋势。2007年冬季,课题组在普通玉米自交系M676繁殖圃中发现了1株自然变异的矮秆突变株,通过自交保种,后代均表现为矮秆,无株高分离,矮秆突变性状能稳定遗传,于是命名为“dm676”。本文通过表型鉴定、遗传学分析、激素响应、组织细胞学观察、基因定位、等位性测定及配合力分析等试验,对新发现矮秆突变体的生物学特征和遗传学特性进行了分析,并对其在育种上的利用价值进行了评价。取得的研究结果如下：1.dm676的生物学特征：dm676平均株高86.7 cm,平均穗位高25.6 cm,比M676平均株高矮96.7cm,穗位高矮50.2 cm。茎秆节间长度显著或者极显著缩短,穗位以下部分节间长度比M676缩短49.3 cm,穗位以上节间长度比M676节间长度缩短26.4cm,表现为节间较密,叶片间距小,矮化特征明显。相对于M676,dm676果穗的变化幅度较小,有一定的研究和应用价值。2.矮秆突变体dm676的遗传分析。通过鉴定dm676与不同遗传背景的玉米自交系18-599、渝1193、渝1193-9、渝8954及M676杂交的F1、F2、BC1群体株高,所有杂交F1株高均显著高于dm676,正反交F1株高无明显差异,表明矮化性状受细胞核基因控制;经卡方检验,F2和BC,群体中高株与矮株的分离比率均符合3：1和1：1的理论比率,说明该矮化突变性状受隐性单基因控制。3.突变体dm676外源激素敏感性测试及茎秆组织细胞学观察。在玉米播种后35 d用GA3,IAA、BR三种激索喷施矮秆突变体,测量不同时期的株高,进行统计分析,结果表明：外施三种激素均不能使突变体dm676株高恢复到野生型M676的株高水平。分别取dm676和M676的穗位节间及穗位上下各1节间茎秆表皮组织进行石蜡切片并对其细胞学观察比较,结果显示dm676的穗位节间纵切细胞排列较为规则,长度明显短于M676；dm676的穗位下1节间纵切细胞排列较为紊乱,细胞长度明显短于M676的纵切细胞长度,推测矮秆突变体植株矮化是由于穗位节间及穗位节下1节间细胞长度缩短所致。4.dm676分子标记定位与等位性测定。将矮秆突变体dm676和玉米自交系18-599杂交F2群体作基因定位群体。F2群体大小包括3232个单株,其中高株2397株,矮株835株,高株和矮株分离比符合3：1。提取双亲及所有矮秆植株和部分高株的DNA。利用分布于玉米全基因组的1171对SSR引物在双亲间进行引物多态性筛选,共筛选出261对多态性引物。将261对多态性引物对定位群体中的隐性单株DNA进行PCR扩增,根据聚丙烯酰胺凝胶电泳带型分析,初步将控制矮化性状的基因定位在第1染色体上。从第1染色体上的41对多态性引物中筛选出15对PCR扩增效果好的引物进行初步定位分析,结果发现：引物umc1035与目标基因的遗传距离最近。于是在标记umc1035附近新合成10对引物：umc2569、umc1335、umc1709、umc1335、umc1924、 umc2396、umc2236、umc1925、umc2237、umc1486,将新合成引物在在双亲间进行多态性检测,结果发现：引物umc2396、umcl335、umc2569、umc1486在双亲间有多态性。利用新找到的多态性引物对655个矮化植株进行PCR扩增和聚丙烯酰胺凝胶电泳检测。利用mapmaker3.0软件对这些SSR标记的结果进行了分子连锁图谱的构建,将dm676基因初步定位在分子标记umc2396与umc1486之间,遗传距离为0.3cM和11.93cM。为了进一步缩小目标基因的定位区间,在引物umc2396和umc1486附近又新合成8对引物：umc1586、umc1492、umc1356、umc2238、umc1374、umc1556,umc1044、 umc1883,用新合成引物在双亲间进行多态性检测,引物umc2236、umc2238、umc1356在双亲间有多态性。从670个矮株中随机筛选了90个单株,用分子标记umc1335、 umc2236、umc2396、umc2238、umc1356、umc1486对其PCR扩增,利用mapmaker3.0软件对电泳结果进行分析,最终将基因dm676定位到了第1染色体分子标记umc2396和umc1356之间,两个标记之间物理距离为4.17 Mb。生物信息学分析表明该定位区间内含有矮秆基因br2,于是将突变体dm676和含有br2基因的玉米自交系NA360杂交进行等位性分析,结果表明： F1的株高显著高于双亲,说明突变基因dm676与br2属于非等位基因；F2群体株高符合正态分布,变幅38cm～152cm,F2群体中有一定数量植株株高表现出明显的超亲优势,因此推断dm676与br2属于非等位基因。5.突变体dm676育种潜势分析。以包含dm676和M676及其它自交系为亲本,按照NCⅡ遗传交配设计配制杂交组合。两年配合力分析表明,矮秆突变体dm676小区产量性状GCA均为极显著正效应值；百粒重GCA均为极显著正效应,株高、穗位高、穗行数三个性状GCA效应值为极显著负效应,秃尖长、穗长GCA性状两年刚好相反；dm676小区产量性状GCA效应值两年均极显著大于M676的GCA效应值；与其它8个被测系小区产量GCA相比,仅比12HN145的GCA效应值小。由此可见,与M676相比,突变体dm676不但具有增产的作用,而且还能有效降低所配制组合的株高和穗位高,具有较大的育种潜力可以挖掘。