楊子博，王安邦，冷蘇鳳，顧正中，周羊梅

（1江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學研究所，江蘇淮安 223001；2江蘇省環(huán)洪澤湖生態(tài)農(nóng)業(yè)生物技術重點實驗室（淮陰師范學院），江蘇淮安 223300；3江蘇省種子管理站，南京 210036）

0 引言

【研究意義】小麥是最重要的糧食作物之一，其穩(wěn)定發(fā)展對保障中國的糧食安全具有重要意義。近十年來，中國小麥連年豐收，除了栽培技術不斷改進外，新品種選育與其大面積推廣在增產(chǎn)中也發(fā)揮了重要作用。從20世紀50年代到目前為止，主產(chǎn)麥區(qū)共經(jīng)歷了8—9次品種更新?lián)Q代，不同時期的小麥新品種為中國小麥單產(chǎn)和總產(chǎn)的提高做出了重要貢獻[1]。因此，從不同角度對具有代表性小麥新品種的遺傳構成進行分析，挖掘其內在遺傳規(guī)律，對于新品種的育種應用和親本選配具有重要的指導意義?！厩叭搜芯窟M展】近年來，前人對中國不同時期骨干親本的遺傳機制進行了較多研究，結果表明，骨干親本中含有與產(chǎn)量特性和抗病性相關的染色體區(qū)段，并且這些區(qū)段更容易被育種家所選擇，而攜帶重要片段的后代往往性狀優(yōu)良最終成為不同時期的代表性品種[2-9]。目前，關于正在大面積推廣品種或有較大應用潛力新品種遺傳特性的研究相對較少。李小軍等[10]分析了小麥品種百農(nóng)AK58的遺傳構成，發(fā)現(xiàn)其更多地繼承了親本周麥11的遺傳物質，且其多數(shù)特異染色體位點與已知重要農(nóng)藝性狀相關。李俊等[11]對小麥新品種川麥104的遺傳構成進行了分析，認為親本川麥 42對其遺傳貢獻更大，且來源于雙親的14個與產(chǎn)量相關染色體片段是形成川麥104高產(chǎn)的遺傳基礎。鄒少奎等[12]分析了小麥新品種周麥23的遺傳構成，發(fā)現(xiàn)其63.31%的遺傳物質來源于母本周麥13，并且篩選到一個周麥23的特異引物，可用來鑒定周麥23的真實性。利用相同的方法，鄒少奎等[13]還對小麥新品種周麥 22的遺傳基礎進行了研究，發(fā)現(xiàn)親本溫麥6號對其遺傳貢獻最大?！颈狙芯壳腥朦c】對目前正在推廣小麥新品種的遺傳構成進行分析，可有助于育種家了解當前推廣品種的遺傳規(guī)律，進而有目的地指導品種改良?；贷?3由江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學研究所以煙農(nóng)19為母本、鄭麥991為父本雜交，采用系譜法經(jīng)7代系統(tǒng)選育而成。在2012年國家區(qū)試和2013年國家生產(chǎn)試驗中均居參試品種第一位，較對照品種周麥18增產(chǎn)極顯著，2014年通過國家審定（國審麥 2014001）[14]。在生產(chǎn)上，淮麥33表現(xiàn)出高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、適應性好、抗倒性強及抗逆性突出等優(yōu)點，已在黃淮南片麥區(qū)大面積種植?；贷?3優(yōu)良性狀的遺傳力較高，目前，以淮麥33為親本還育成優(yōu)異品系淮麥 4046，正在參加 2017—2018年度國家生產(chǎn)試驗?；贷?3的母本煙農(nóng)19產(chǎn)量潛力高且品質優(yōu)良，多年來一直是江蘇、安徽淮北麥區(qū)主導品種，但抗倒性差的缺點限制了其進一步推廣應用，這一直是育種家對其改良的重點。父本鄭麥991的分蘗性強，莖稈較矮且抗倒性好，已廣泛為育種家所利用。同兩親本相比，淮麥33優(yōu)良性狀的構成如何？雙親對這些優(yōu)良性狀又有哪些遺傳貢獻？這些問題都尚未得到解決?！緮M解決的關鍵問題】本研究以淮麥33及其雙親為材料，通過農(nóng)藝性狀表型鑒定、高分子量麥谷蛋白亞基組成及SSR標記分析等多個角度，解析其遺傳構成特征，從而為小麥品種改良及親本選配提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為淮麥33及其雙親煙農(nóng)19和鄭麥991，均由江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學研究所小麥研究室提供。

1.2 農(nóng)藝及品質性狀分析

供試材料于2014—2016年連續(xù)3年種植于淮安市農(nóng)科院科研創(chuàng)新基地，各年度按照隨機區(qū)組設計，3次重復，每小區(qū)種植8行，行長7.5 m，行距20 cm。條溝點播，出苗后定苗，確保各小區(qū)基本苗數(shù)一致，定苗后進行常規(guī)田間管理。

田間調查每平方米穗數(shù)。成熟期取樣考種，測量株高和每穗粒數(shù)。收獲整個小區(qū)測定小區(qū)產(chǎn)量，取樣測千粒重，并用波通DA7200多功能近紅外分析儀（瑞士產(chǎn)）測定總蛋白質和濕面筋含量。利用SPSS v19.0軟件進行顯著性分析和多重比較。

1.3 高分子量谷麥蛋白亞基組成分析

高分子量谷蛋白亞基的提取參照張玲麗等[15]試驗方法稍加改進進行，并利用SDS-PAGE電泳分析。根據(jù) PAYNE等[16]方法為高分子量麥谷蛋白亞基命名。對照品種為中國春（null、7+8和2+12）。

1.4 分子標記分析

分子標記分析主要在南京農(nóng)業(yè)大學作物遺傳與種質創(chuàng)新國家重點實驗室進行。

選取每個品種的幼嫩葉片，用CTAB法提取基因組DNA。參考XUE等[17]研究，選用625個覆蓋小麥全基因組的SSR標記（包括Xgwm、Xwmc、Xbarc、Xgdm、Xcfa和Xcfd系列）進行PCR擴增。PCR反應在Mastercycler nexus X1 PCR儀（Eppendorf，德國）上進行，PCR體系為10×PCR Buffer（Mg2+Plus） 1.25μL、dNTP Mix（各 2.5 mmol·L-1）1.0 μL、10 μmol·L-1的上下游引物各 0.5 μL、模板 DNA（30—50 ng·μL-1）1 μL 和 Taq DNA 聚合酶（5 U·μL-1）0.0625 μL。PCR程序為 94℃ 3 min；94℃ 30 s，60℃ 40 s，72℃ 40 s，10個循環(huán)（touch-down，每循環(huán)降低1.0℃）；94℃ 30 s，50℃ 40 s，72℃ 40 s，25 個循環(huán)；72℃ 10 min。

擴增產(chǎn)物采用 6%聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測。分析電泳結果，進行帶型統(tǒng)計，在相同遷移率處，有帶記為1，無帶記為0，形成0、1數(shù)據(jù)庫。依據(jù)標記多態(tài)性結果，計算雙親對后代的遺傳貢獻率，某一親本對后代的遺傳貢獻率為后代中同該親本相同的特異位點數(shù)與所有親本特異位點總數(shù)的百分比。利用NTSYSpc2.10e軟件計算遺傳相似系數(shù)。結合SOMER等[18]的遺傳連鎖圖和 GrainGenes2.0（http://wheat.pw.usda.gov/）的相關信息，估計SSR位點間的遺傳距離，利用GGT2.0軟件繪制品種基因型圖譜。

2 結果

2.1 淮麥33及其親本部分農(nóng)藝性狀和品質指標比較

比較各試驗年度淮麥33與雙親在5個農(nóng)藝性狀及2個品質性狀間的差異性（表1）。其中，同煙農(nóng)19相比，淮麥33的株高有了顯著降低。分析其產(chǎn)量構成因素，淮麥33的每平方米穗數(shù)和千粒重平均值均介于兩親本之間，其中，千粒重與兩親本差異不顯著；每平方米穗數(shù)顯著低于鄭麥991，但與煙農(nóng)19未達顯著水平；穗粒數(shù)在3個年度都顯著高于兩親本?；贷?3連續(xù)3年小區(qū)產(chǎn)量顯著高于雙親，平均較煙農(nóng)19增產(chǎn)7.7%，較鄭麥991增產(chǎn)12.1%。另外，對于所測定的2個品質性狀，在蛋白質含量上，淮麥 33平均值為13.6%，其在2014—2016年度蛋白質的平均含量高于鄭麥991，而低于煙農(nóng)19，但均未達到顯著水平；淮麥33的濕面筋含量年度平均值均顯著低于煙農(nóng)19，而高于鄭麥991。

2.2 淮麥33及其親本高分子量麥谷蛋白亞基組成分析

SDS-PAGE分析結果表明（圖1），淮麥33及其親本的高分子量麥谷蛋白亞基組成各不相同，其中淮麥33為（1、17+18和2+12），煙農(nóng)19為（1、17+18和5+10），鄭麥991為（null、7+9和2+12），表明淮麥 33在Glu-A1位點的 1亞基和Glu-B1位點的17+18亞基均來自于母本煙農(nóng)19，而在Glu-D1的2+12亞基則由父本鄭麥991所貢獻。

2.3 淮麥33的遺傳構成分析

在625個SSR標記中，其中475個能擴增出清晰

表1 淮麥33與其親本部分農(nóng)藝性狀及品質性狀差異性比較Table 1 Statistical analysis of the agronomical and quality traits evaluated between Huaimai33 and its parents

圖 1 淮麥 33及親本高分子量麥谷蛋白亞基組成的 SDSPAGE分析Fig. 1 SDS-PAGE analysis for HMW-GS composition in Huaimai33 and its patents

的帶型，涉及全基因組水平614個位點（個別標記存在2個或2個以上位點）。其中，在250個位點上，淮麥33與兩親本帶型一致；在38個位點上與兩親本均不一致，未能確定等位基因來源；剩余的326個位點，241個位點來源于煙農(nóng)19，85個位點來源于鄭麥991。雙親煙農(nóng)19和鄭麥991對淮麥33的遺傳貢獻率分別為 73.9%和 26.1%，說明兩親本遺傳物質在后代中發(fā)生了較大的偏分離，且淮麥33更多地繼承了煙農(nóng)19的遺傳物質。對淮麥33和兩親本的遺傳相似度進行分析，發(fā)現(xiàn)淮麥 33與煙農(nóng) 19的遺傳相似系數(shù)為0.78，與鄭麥991的遺傳相似系數(shù)為0.49，表明淮麥33與母本煙農(nóng)19的親緣關系更近。圖2為部分SSR標記在供試品種中的擴增結果。其中，Xgwm192和Xwmc52在3個供試材料中沒有多態(tài)性，Xwmc236和Xwmc169在淮麥 33中的擴增結果與煙農(nóng) 19一致，Xgdm125和Xgwm169在淮麥33中的擴增結果與鄭麥991一致，Xwmc488和Xgwm156為淮麥33特異標記。

分析在基因組和染色體水平上兩親本對淮麥 33的遺傳貢獻率（圖 3）。在基因組水平上，兩親本對淮麥33的遺傳貢獻率存在一定的不均衡性，其中煙農(nóng)19在A、B和D 3個基因組水平上的遺傳貢獻率均較高，分別為75.1%、69.4%和68.7%；而鄭麥991的遺傳貢獻率分別為24.9%、30.6%和31.3%。在染色體水平上，兩親本對淮麥 33的遺傳貢獻率差異較大。在6A染色體上，煙農(nóng)19的遺傳貢獻率為25%，而鄭麥991為75%，除此之外，煙農(nóng)19在其他染色體的遺傳貢獻率均高于鄭麥991，其中在2A染色體上遺傳貢獻率達到100%，在1A、3A、2B、3B和4B等6條染色體上的遺傳貢獻率均超過90%。

圖2 部分SSR引物電泳圖譜Fig. 2 Electrophoresis pattern for partial SSR markers

圖3 親本對淮麥33在不同染色體的遺傳貢獻率Fig. 3 Percentages of the parental contributions to different chromosomes of Huaimai33

2.4 淮麥33來源于雙親的染色體區(qū)段

利用 GGT2.0軟件繪制了淮麥 33的基因型圖譜（圖4）。在21條染色體上，遺傳距離大于5 cM的染色體區(qū)段中，淮麥33來源于雙親的有41個，共包括163個位點，其中有34個來源于煙農(nóng)19，7個來源于鄭麥991。來源于煙農(nóng)19的區(qū)段在2D和1A染色體上較多，分別為4個和3個；但來源鄭麥991的區(qū)段在5A染色體上最多，為2個。在A、B和D 3個基因組中，以A基因組來源于煙農(nóng)19的區(qū)段最多，為13個，其中除6A（未發(fā)現(xiàn)來源于煙農(nóng)19的區(qū)段）和1A染色體（3個）外，其余5條染色體均為2個；B基因組中來源于煙農(nóng)19的區(qū)段有9個，D基因組中有12個。來源于鄭麥991的7個染色體區(qū)段中，A和D基因組各有3個，B基因組有1個。

2.5 淮麥33的特異染色體位點

比較淮麥33與2個親本SSR多態(tài)性，發(fā)現(xiàn)31個SSR標記與2親本帶型均不相同，共涉及38個位點，分布于1B、1D、2A、2B、2D、3A、3B、3D、4A、4B、5A、5B、6B、6D和7A等15條染色體上（圖4）?；贷?3在2A染色體上的特異位點最多，為9個；其次為3B、3D、4A、4B和5A，各有3個?；贷?3在2A染色體上形成特異QTL區(qū)段Xgwm339—Xgwm55，共包括4個位點，標記間遺傳距離為2 cM；在4A和6D染色體上形成特異區(qū)段Xbarc170—Xgwm637和Xgdm98—Xwmc773，標記間遺傳距離分別為 10和11 cM。

圖4 淮麥33的21條染色體SSR基因型圖譜Fig. 4 Genotypic maps of 21 chromosomes from Huaimai33 based on SSR markers

3 討論

本研究對淮麥 33及其親本主要農(nóng)藝性狀的差異性分析結果表明，淮麥33的每平方米穗數(shù)和千粒重均介于兩親本之間，處于適中且相對較高的水平，而每穗粒數(shù)表現(xiàn)出明顯的超親優(yōu)勢。在株高方面，相比煙農(nóng)19，淮麥33的株高有了顯著降低，抗倒伏能力顯著增強。可見，協(xié)調的產(chǎn)量三因素以及生產(chǎn)上所表現(xiàn)出的抗倒伏、抗寒、耐旱和抗病等優(yōu)點共同形成了淮麥33高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎。在品質方面，淮麥33在Glu-B1位點含有17+18優(yōu)質亞基，且為非1B/1R易位系（待發(fā)表），這為淮麥33的優(yōu)異品質做出了積極貢獻，其蛋白質和濕面筋含量均較高。據(jù)黃淮南片區(qū)域試驗品質總結，淮麥33在2011—2012及2012—2013兩年度平均蛋白質含量（干基）高達14.78%，平均濕面筋含量達到33%。在Glu-D1位點含有2+12亞基，而Lü等[19]的研究表明小麥 5+10亞基對面粉品質貢獻優(yōu)于2+12亞基，這也可能是導致淮麥33綜合品質指標未能達到煙農(nóng)19優(yōu)質強筋標準的主要因素。

前人對小麥產(chǎn)量相關QTL進行了大量研究，發(fā)現(xiàn)其在小麥整個染色體組上均有分布[20-47]。對比已報道的小麥產(chǎn)量 QTL位點信息，淮麥 33來源于煙農(nóng) 19的 241個位點中，有 39個與產(chǎn)量性狀相關，占比16.2%，主要分布在1A、1D、2A、2B、2D、3A、3B、3D、4A、4B、4D、5A、5B、6A、6B、7A和7D等17條染色體上（表2）。一些產(chǎn)量相關SSR位點在染色體上成簇分布，如在 1A染色體上由Xwmc120—Xgwm164—Xwmc333構成標記間遺傳距離為7 cM的染色體區(qū)段（圖 4），被發(fā)現(xiàn)與小麥株高相關[20,22]；在2D染色體上的Xgwm261—Xgwm296區(qū)段標記間遺傳距離為1 cM，富集了與小麥產(chǎn)量[21,28]、粒重[26,29]和穗粒數(shù)[21]相關的QTL；3B染色體上的Xbarc173—Xwmc505—Xbarc68—Xbarc73區(qū)段標記間遺傳距離為6 cM，與控制粒重[31]和產(chǎn)量[30-31]的基因相關聯(lián)；4B染色體上的Xgwm107—Xwmc48—Xgwm495區(qū)段與粒重[22,32]、株高[32,34]、穗粒數(shù)[22,26,35-36]和有效穗數(shù)[35]等性狀相關；4D染色體上Xwmc617—Xwmc48區(qū)段分布著與穗粒數(shù)[29]、粒重[25]、株高[25,29]相關的 QTL；7A染色體上的Xgwm282—Xgwm332區(qū)段控制著有效穗數(shù)[21]、穗粒數(shù)[32]和千粒重[32]等性狀?；贷?3來源于鄭麥991的85個位點中，與產(chǎn)量相關的有17個，占比20%，主要分布在1A、1B、1D、2D、3D、4A、4B、5A、6B、6D和7B等11條染色體上（表2）。其中，位于 1D染色體上的標記Xcfd72和Xbarc169相距7 cM，兩位點分別與產(chǎn)量[37]和粒重[34]QTL相關聯(lián)；4A染色體上的Xwmc232—Xbarc78區(qū)段定位了與株高[20]和有效穗數(shù)[41]相關的 QTL；5A 染色體上的Xbarc56—Xbarc186區(qū)段存在控制粒重[30]、有效穗數(shù)[22]和產(chǎn)量[30]的QTL；5A染色體上的Xwmc410—Xwmc524區(qū)段存在控制株高（Rht12）[27]和產(chǎn)量[29]的基因。有趣的是，淮麥33中來源于不同親本與產(chǎn)量相關的染色體區(qū)段分別存在于不同的染色體上，表明淮麥33聚合了來自于2個親本的產(chǎn)量相關區(qū)段，這些染色體區(qū)段可能是構成其高產(chǎn)的分子基礎。但是，淮麥33中的產(chǎn)量相關區(qū)段是否對產(chǎn)量有正向效應還需要更深入的研究，為此，筆者正在構建煙農(nóng)19和鄭麥991的重組自交系群體，希望通過QTL作圖的方法評價這些產(chǎn)量相關區(qū)段的遺傳效應。另外，通過比對淮麥33及其雙親

中矮桿基因Rht-B1、Rht-D1和Rht8的基因型差異，發(fā)現(xiàn)淮麥33中除了Rht8基因型與煙農(nóng)19一致外，另外2個基因位點的基因型在雙親間均沒有差異，表明上述已知矮源不是淮麥33株高下降的原因（待發(fā)表）。鑒于淮麥33株高降低有限（3—4 cm）且偏向于高稈親本煙農(nóng)19，導致淮麥33株高降低的主要因素可能來自于一些微效株高QTL的重組，這些微效株高QTL是否來自于矮桿親本鄭麥991有待更深入研究。

表2 淮麥33產(chǎn)量相關SSR位點Table 2 Yield-related SSR loci in Huaimai33

本研究中，淮麥33的特異位點比例較高，達到了 10.4%，高于百農(nóng) AK58（4.9%）[10]和周麥 23（5.0%）[12]，而低于周麥22（16.4%）[13]，這些特異位點可能來自于雜交后代選育過程中雙親遺傳物質的基因重組、自然突變或者小概率發(fā)生的異花授粉等。進一步的分析發(fā)現(xiàn)，在38個淮麥33特異位點中，有11個與產(chǎn)量性狀相關，比例為28.9%，主要分布在2A、3B、4B、5A、6D和7A等6條染色體上（表2）。其中位于2A染色體上的Xbarc124和Xgwm636標記相距3 cM，兩位點均定位了與粒重相關的QTL[23,46]；位于6D染色體上的Xgdm98—Xwmc773區(qū)段標記間遺傳距離為11 cM，存在著控制產(chǎn)量[22]和粒重[34]的基因。另外，特異位點Xgwm95-2A[32]、Xgwm156-5A[30,32]、Xwmc773-6D[22]和Xgdm98-6D[22]直接與小區(qū)產(chǎn)量有關，Xwmc488-7A[26]與穗粒數(shù)相關，這些位點可能是導致淮麥33產(chǎn)量和穗粒數(shù)超親表現(xiàn)的主要因素，值得進一步研究。

理論上，雙親對單交品種的遺傳貢獻率均應為50%，但在實際的育種實踐中，常常出現(xiàn)子代遺傳物質偏向于某一親本的現(xiàn)象，李玉剛等[9]稱之為“偏向性選擇”?！捌蛐赃x擇”現(xiàn)象在小麥育種中普遍存在，如青農(nóng)2號中54.1%的遺傳物質來源于三交親本魯麥14[9]；百農(nóng)AK58更多地繼承了三交親本周麥11的遺傳物質（47.4%）[10]；川麥104中60.8%的遺傳物質來源于單交親本川麥42[11]；周麥23遺傳了單交親本周麥13高達63.3%的遺傳成分[12]；目前，育種家普遍采取的育種策略是改良當?shù)刂魍破贩N或骨干親本的主要缺陷，而其大部分遺傳物質得以保留，從而使新品種擁有更好地適應性，這種在育種過程中對目標性狀的定向選擇，可能是產(chǎn)生“偏向性選擇”的主要因素[9]。本研究中，淮麥33也出現(xiàn)了“偏向性選擇”現(xiàn)象，其73.9%的遺傳物質來源于母本煙農(nóng)19，進一步的分析也表明，煙農(nóng)19中與產(chǎn)量性狀相關的重要染色體區(qū)段受到強烈選擇而較多地保留在淮麥33中。在生產(chǎn)中，淮麥33較多地遺傳了煙農(nóng)19株葉型清秀、大穗多粒和高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的優(yōu)良特性，有效改良了煙農(nóng) 19高稈易倒伏的缺陷，具有大面積推廣種植的潛力。

4 結論

繪制了小麥新品種淮麥33的基因型圖譜，明確了其遺傳構成，淮麥33更多地繼承了母本煙農(nóng)19的遺傳物質；淮麥33產(chǎn)量三因素協(xié)調，豐產(chǎn)性優(yōu)于雙親煙農(nóng)19和鄭麥991；在Glu-B1位點含有17+18優(yōu)質亞基；共有10個染色體區(qū)段與產(chǎn)量性狀相關，6個來源于煙農(nóng)19，3個來源于鄭麥991，1個為淮麥33特異區(qū)段。

致謝：本研究得到南京農(nóng)業(yè)大學馬正強教授、謝全老師、冉從福老師和楊陽博士以及西北農(nóng)林科技大學李學軍教授、強琴琴博士和劉玉秀博士的大力幫助，在此表示感謝。