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随着世界人口日益增多和可耕地面积的逐渐减少，粮食安全变得日益重要，对粮食作物的高产稳产提出了更高的要求. 20世纪60年代作物植株矮化掀起的“绿色革命”，大幅度提高了作物单产，基本解决了全世界缺吃少穿的问题，很多人预测的大饥荒至今未出现[1]. 玉米、水稻和高粱等多种作物的杂种优势利用，极大地提高了作物单位面积产量，可以超过自交品种的15%~50%[2-4]. 小麦为异源六倍体，普遍认为其杂种优势表现不如其他作物强，多为3.5%~15%，但也有超标优势高于20%的杂交小麦组合出现[5-10]. 小麦是高密度种植作物，杂种优势、用种量和制种成本三者协调难度高，而且现有的杂交小麦系统还有一些问题需要攻克，致使杂交小麦至今未能实现大面积种植[11-12]. 株高对小麦生物量的获取至关重要，过低会影响生物量和籽粒产量，过高或茎秆韧性不够会导致倒伏，难以获得高产. 小麦发生倒伏的时期越早或倒伏的程度越严重，对产量影响越大，严重倒伏时减产可达25%以上[13]. 小麦株高与茎秆强度呈极显著负相关，与倒伏指数呈极显著正相关，降低株高是提高植株抗倒伏最为有效的措施，矮秆基因的应用有利于降低株高[14-16]. 目前已发现并命名的矮秆基因有25个，其中 Rht1 ，Rht2 和 Rht8 在我国小麦生产中广泛应用[17-18]. 不同矮秆基因对农艺性状的影响有一定的差异. Rht1 和 Rht2 都为半显性矮秆基因，且两基因降秆效应均为18%~30% [19-20]. 王山荭等[21]研究不同遗传背景的近等基因系表明，矮秆基因在降低株高的同时一般也降低单株生物产量，但含有 Rht1 ，Rht2 基因的矮秆系的单株生物产量、单株粒重和单株籽粒产量与对应的高秆系相比差异均不显著，而且 Rht1 和 Rht2 同时存在时，其降秆效应可达47%[22]. 杨天章等[23]对 Rht21 杂交种研究发现，杂种Fl代的降秆作用约为13.8%，具有明显的增产作用. 周文春等[24]比较了不同 Rht3 基因型小麦植株的株高及产量相关性状的差异，表明与 Rht3 纯合体相比，Rht3 杂合体能有效增加穗粒数(4.21%)、千粒质量(14.99%)和株高(18.46%). 矮秆基因在常规小麦品种中作用已有诸多研究，但缺乏矮秆基因对小麦杂种优势的效应和应用潜力分析.
本研究以蓝粒两系法杂交小麦系统选育的不育系、恢复系及其配制的杂交组合为基础，对不育系和恢复系中所含矮秆基因进行鉴定，并根据杂交组合中含矮秆基因的种类和数量划分为不同矮秆基因型，从而研究这些基因型对杂交小麦的株高及产量相关性状的影响，为选育矮秆小麦强优势组合提供参考依据.
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供试不育系为“19L4105” “19L5006” “19L5018” “19L5047” “19L5065”，恢复系为“川14品16” “川麦93” “MY3271”和“MR1101”，将这些不育系和恢复系通过NCⅡ不完全双列杂交配制出18个杂交组合. 恢复系“川14品16”和“川麦93”由四川省农业科学院作物研究所提供，“MR1101”和“MY3271”由绵阳市农业科学院小麦研究所提供，不育系及其杂交组合由西南大学柑桔研究所分别通过蓝粒两系法杂交小麦系统选育和配制. 不育系来源见表 1和表 2.
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试验于2020年11月8日在重庆市北碚区西南大学柑桔研究所试验地播种，采用人工开沟点播，株距为5 cm，行距为25 cm，行长2 m，每个品种设置3次重复，每个重复种植2行. 试验田统一管理，并进行条锈病、蚜虫等病虫害防治. 平均每行基本苗为36~38株，出苗率为87.39%~93.50%. 每个重复取10株进行室内考种，调查株高、穗下节长、单株穗数、穗长、穗粒数、主穗小穗数、单株生物量、单株产量、收获指数; 晾干后数200粒称质量，换算成千粒质量.
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采用CTAB法提取小麦基因组DNA，测定浓度后稀释至100 ng/μL. 引物由北京擎科生物科技有限公司按表 3序列合成(表 3)，单个PCR检测体系总体积为20 μL，2×Taq Master Mix 10 μL，引物终浓度为2 mmol/L，DNA模板100 ng，dd H2O补足20 μL. PCR产物用1.5%的琼脂糖凝胶进行检测，SSR引物及SNP等引物用8%非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳进行检测，并在凝胶成像仪上观察拍照. 对不育系和恢复系中的矮秆基因进行检验.
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采用Excel 2013和SPSS 26.0软件进行Person相关系数分析及LSD多重比较.
杂种优势计算方法：
其中，F1为杂交组合性状平均值，MP，HP表示双亲平均值、高亲本值. 不育系千粒质量以不育系种子的千粒质量替代，单株产量的杂种优势计算时均以恢复系为高亲值.
1.1. 试验材料
1.2. 试验设计
1.3. 矮秆基因检测
1.4. 数据分析
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本研究共检测了 Rht1 ，Rht2 ，Rht3 ，Rht4 ，Rht5 ，Rht8 ，Rht9 ，Rht10 ，Rht11 ，Rht12 ，Rht13 ，Rht14 ，Rht17 ，Rht18 ，Rht22 ，Rht23 和 Rht24 矮秆基因，从不育系和恢复系中检测出 Rht1 ，Rht2 两个矮秆基因. 所有的不育系、“川14品16”和“川麦93”均含有 Rht1 矮秆基因; 其中，不育系19L4105，19L5018，19L5047和19L5065中还检测出 Rht2 基因; 不育系19L5006由含有 Rht21 基因的亲本转育而来，含 Rht21 ; 恢复系MY3271和MR1101未检测出上述矮秆基因(表 4).
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将5个不育系根据矮杆基因型不同进行分类，可分为 Rht1 ″+ Rht2 ″，Rht1 ″+ Rht21 ″两种不同基因型(表 5). 由于不育系在田间的异交结实率不同导致不育系的单株生物量、单株产量、收获指数等指标计量无可比性，故仅对不育系的株高、穗下节长、穗长、主穗小穗数、单株穗数进行统计，分析这些性状在不同基因型间的差异. 穗长、主穗小穗数、单株穗数在两个基因型的不育系间差异无统计学意义，株高、穗下节长差异有统计学意义. 基因型为 Rht1 ″+ Rht2 ″的不育系株高和穗下节长均低于基因型为 Rht1 ″+ Rht21 ″的不育系，且差异有统计学意义.
将4个恢复系根据矮杆基因型不同进行分类，可分为含 Rht1 ″基因型和不含矮杆基因型2种. 分析10个调查性状在不同基因型间的差异，结果发现，在两种基因型的恢复系中，仅株高和穗下节长组间差异有统计学意义，其他调查性状组间差异无统计学意义. 不含矮杆基因的恢复系的株高和穗下节长均高于含 Rht1 ″恢复系且差异有统计学意义. 此外，不含矮杆基因的穗长、主穗小穗数和穗粒数也大于 Rht1 ″基因型恢复系，而其他性状均相反(表 6).
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由5个不育系和4个恢复系共配制了18个杂交组合，根据矮秆基因的种类和数量将其分为 Rht1 ′+ Rht2 ′，Rht1 ″+ Rht2 ′，Rht1 ′+ Rht21 ′，Rht1 ″+ Rht21 ′矮秆基因型(表 7). 本试验调查了株高、穗下节长、穗长、主穗小穗数、单株穗数、单株生物量、单株产量、收获指数、千粒质量和穗粒数，并进行了多重比较. 在这4种基因型中，各基因型间除主穗小穗数、单株穗数、单株生物量、单株产量、千粒质量差异无统计学意义外，其他性状在不同基因型间差异均存在统计学意义. 株高差异表现明显，变幅为75.82~88.39 cm，Rht1 ″+ Rht2 ′基因型的株高最低，Rht1 ′+ Rht21 ′基因型的株高最高，Rht1 ′+ Rht2 ′基因型与 Rht1 ′+ Rht21 ′基因型的株高间差异无统计学意义. 含有相同矮杆基因但数量不同的基因型在穗长、收获指数和穗粒数上表现为随矮杆基因数增多而增大，Rht1 ″+ Rht2 ′基因型在穗长、主穗小穗数、单株穗数、单株生物量、单株产量上为6个基因型中最高(表 8).
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对不同矮秆基因型的株高、穗下节长、穗长、主穗小穗数、单株穗数、单株生物量、单株产量、收获指数、千粒质量和穂粒数进行杂种优势分析. 其中，因不育系在田间的异交结实率不同导致不育系的单株生物量、单株产量、收获指数计量无可比性，故以父本作为高亲进行杂种优势分析，不比较这些性状的中亲优势. 4种基因型中除 Rht1 ′+ Rht2 ′和 Rht1 ″+ Rht21 ′的单株穗数超中亲优势为负向优势外，其余各性状的超中亲优势均为正向优势(表 9).
超高亲优势分析结果表明：所有基因型的株高、穗下节长、收获指数和穂粒数均表现为负向超高亲优势; Rht1 ′+ Rht2 ′除在主穗小穗数、单株产量和千粒质量上表现为超高亲优势外，其他性状上表现为负向超高亲优势; Rht1 ″+ Rht2 ′在穗长、主穗小穗数、单株穗数和单株产量上表现为正向超高亲优势，其他性状上表现为负向超高亲优势; Rht1 ′+ Rht21 ′单株穗数、单株生物量、单株产量和千粒质量上表现为正向超高亲优势，其他性状上表现为负向超高亲优势; Rht1 ″+ Rht21 ′除穗长表现为超高亲优势外，其余性状均表现为负向超高亲优势(表 10).
由此可见，与相应的恢复系株高比较，4种矮秆基因型的株高均可不同程度降低，恢复系的株高越高，降低的幅度越大. Rht1 ′+ Rht21 ′基因型的单株穗数、单株生物量、千粒质量和单株产量超亲优势明显，可重点加强对该矮秆基因型的杂交小麦组合进行选育. 而且除 Rht1 ″+ Rht21 ′基因型外，其他矮秆基因型均有单株产量超过高亲10%以上的杂交组合，均可应用于强优势杂交组合的选育.
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为了明确株高在同一矮秆基因型中对单株产量性状的影响，选取基因型内杂交组合数多的 Rht1 ′+ Rht2 ′和 Rht1 ″+ Rht2 ′两个基因型各性状进行相关性分析，尤其是株高与其他性状的相关性分析. 结果表明，相同性状在不同基因型间相关关系存在差异，株高与单株产量前者呈正相关，后者为负相关，但均无统计学意义. 株高与穗下节长、主穗小穗数呈显著正相关，单株生物量、单株产量、单株穗数两两间相关性均呈极显著正相关. 两种基因型的单株产量均与单株生物量和单株穗数呈极显著正相关，前者还与穗长呈显著正相关(表 11、表 12).
由此可见，同一基因型内配制杂交组合对株高的选择关系不大，但单株穗数和单株生物量的选择对强优势组合的筛选有重要作用，二者越大越好. 在 Rht1 ′+ Rht2 ′基因型中，大穗也对强优势杂交组合筛选有积极的作用.
2.1. 亲本矮秆基因鉴定
2.2. 亲本农艺性状调查分析
2.3. 不同矮秆基因型调查性状多重比较结果
2.4. 不同矮秆基因型的杂种优势分析
2.5. 不同矮杆基因型的株高与产量性状相关性分析
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杂交小麦在株高上存在普遍的杂种优势，株高过高易因倒伏造成减产，利用矮杆基因降低杂交小麦株高，有利于提高其抗倒伏性. 在杂交小麦制种中，还可通过调节不育系与恢复系间株高差异，提高杂交种制种产量，降低制种成本. 研究表明，父母本行比相同条件下随着双亲花期高差的增大，母本结实率显著增加，结实率行间变异幅度显著降低[37]. 父本的株高应比母本高15 cm左右，可使母本充分受粉，子粒更饱满，结实率更高[38-39]. Devirces[40]指出，小麦开花散粉过程中，低于穗位20 cm处花粉量最多，齐穗位高度次之，高于穗位20 cm处花粉量最少. 因此，应调节不育系与恢复系间的株高差异从而增加制种产量. 在已发现并命名的25个矮秆基因中，Rht1 ，Rht2 ，Rht3 ，Rht4 ，Rht5 ，Rht8 ，Rht9 ，Rht10 ，Rht11 ，Rht12 ，Rht13 ，Rht14 ，Rht17 ，Rht18 ，Rht22 ，Rht23 和 Rht24 矮秆基因可通过PCR分子检测技术进行鉴定，其余的矮秆基因需通过转育亲本所含矮秆基因结合表型进行判断[25-36]. 20世纪80年代，矮秆基因的鉴定通过赤霉素敏感性分析和系谱相结合进行判断，一旦系谱不明或系谱关系复杂，植株所含矮秆基因无法判断[41]. 随着不断的发展，利用分子生物学手段检测矮秆基因成为更为简单方便的方式. 杨松杰等[42]利用STS标记检测矮秆基因 Rht1 和 Rht2 在各个麦区的分布规律，验证了PCR标记在分子标记辅助育种中的可用性. 之后，亦有学者检测了 Rht1 ，Rht2 ，Rht4 ，Rht8 ，Rht9 ，Rht12 ，Rht13 ，Rht24 在不同种质资源中的分布[18, 36, 43].
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小麦杂种优势的评价，可用中亲优势、超高亲优势及超标优势进行衡量. 张胜全等[44]对我国2000—2020年间审定的22个杂交小麦品种进行分析发现，审定品种产量水平总体呈上升趋势，综合品质亦不断提升. 22个审定品种区域试验最高增产14.1%，生产试验最高增产16.9%，凸显了杂交小麦育种的潜力. 杂交小麦在株高及产量上具有普遍的杂种优势[45-46]. 李姜玲等[47]的研究结果表明，杂交小麦在单株产量、单株生物量及有效穗数上均表现出显著的超高亲优势. 本研究中，各矮秆基因型杂交组合的株高均存在不同程度的超中亲优势，均不存在超高亲优势，表明4种不同基因型均能有效降低杂交组合株高，增强抗倒伏性. 杂交组合中矮秆基因种类和数量不同对其农艺性状也会产生重要影响. 4种基因型单株产量、单株穗数和千粒质量的杂种优势差异大，三者优势最强的基因型均为 Rht1 ′+ Rht21 ′，基因型为 Rht1 ′+ Rht2 ′组合在单株产量和千粒质量上的杂种优势表现较好，基因型为 Rht1 ″+ Rht2 ′组合在穗长、主穗小穗数、单株穗数、单株产量上均表现为超高亲优势. 基因型 Rht1 ″+ Rht2 ′单株产量为4种基因型中最高，但超高亲优势仅为0.01%. 基因型为 Rht1 ″+ Rht2 ′的杂交组合恢复系为“川麦93” “川14品16”，两恢复系产量水平较高，导致杂交组合平均单株产量高但超高亲优势弱，但其中也有超高亲优势强的杂交组合存在. 因此在选育杂交小麦的过程中，应尽量选择双亲产量潜力大的杂交小麦的组合. 不同基因型间、不同杂交组合的单株产量和杂种优势差异大，除 Rht1 ″+ Rht21 ′基因型外，其他矮秆基因型均有单株产量超过高亲10%以上的杂交组合，均可应用于强优势杂交组合的选育. 但本研究部分基因型的杂交组合数偏少，在杂种优势分析上存在一定的不足，有待于进一步的研究.
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李兴普等[48]的研究结果表明含 Rht1 + Rht2 的小麦株高与籽粒产量相关性不显著. 本研究中基因型为 Rht1 ′+ Rht2 ′和 Rht1 ″+ Rht2 ′的杂交组合株高与单株产量无显著相关性，这与李兴普等[48]的研究结果一致. 单株产量与单株生物量及单株穗数相关关系有统计学意义，而与株高相关性无统计学意义，这与李姜玲等[47]的研究结果一致. 在选育基因型为 Rht1 ′+ Rht2 ′和 Rht1 ″+ Rht2 ′的杂交组合时，选择多穗型或生物量较大的株型，有利于获得产量较高的杂交组合.