小麥創(chuàng)新種質(zhì)“普冰2011”姊妹系的遺傳分析與利用探討.pdf

1、遠(yuǎn)緣雜交是小麥改良的重要途徑之一，但在獲得穩(wěn)定創(chuàng)新種質(zhì)的過(guò)程中，通常會(huì)衍生出眾多的姊妹系，如何科學(xué)地處理這些姊妹系并明確其用途是一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。本研究以小麥-冰草(Agropyron cristatum，2n=4x=28，PPPP)遠(yuǎn)緣雜交過(guò)程中，獲得的205個(gè)“普冰2011”創(chuàng)新種質(zhì)姊妹系為材料，通過(guò)常規(guī)育種中的農(nóng)藝性狀評(píng)價(jià)、白粉病和條銹病抗性鑒定、高分子量谷蛋白亞基組成(HMW-GS)分析、春化基因組成和光周期基因檢測(cè)以及小

2、麥90K SNP芯片分析，試圖為創(chuàng)新種質(zhì)中不同姊妹系的有效利用提供理論指導(dǎo)。
　　1、普冰2011姊妹系的農(nóng)藝性狀評(píng)價(jià)。2012～2014年在北京順義和河南新鄉(xiāng)主要考察了205個(gè)姊妹系的株高、有效分蘗、穗下莖、穗長(zhǎng)、小穗數(shù)、不育小穗數(shù)、小穗粒數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、旗葉長(zhǎng)度和旗葉寬度等，并調(diào)查材料的抽穗期、開(kāi)花期和抗寒性。通過(guò)BLUP分析和遺傳相似性分析發(fā)現(xiàn)，普冰2011不同姊妹系間相似性很高，遺傳相似系數(shù)范圍為0.985～0.999

3、;然而，不同姊妹系在單一性狀上的表現(xiàn)呈現(xiàn)出一定的差異，不同性狀的變異系數(shù)范圍為0.54％～20.21％，其中不育小穗數(shù)和有效分蘗的變異系數(shù)最大，分別為14.44％和20.21％。205個(gè)姊妹系中，普冰2011-2田間表現(xiàn)優(yōu)良，性狀突出，株高71.4cm、有效分蘗為12.8，穗粒數(shù)為55，千粒重為45.06g，旗葉偏寬(1.8cm)，抗寒性較好（越冬返青率＞95％）;此外，5個(gè)姊妹系的分蘗力旺盛，單株有效分蘗為19.2～22.2;20個(gè)姊

4、妹系的不育小穗數(shù)低，均為1.3。這些材料可為小麥新品種的選育和改良提供優(yōu)良的種質(zhì)資源。
　　2、普冰2011姊妹系的抗病性鑒定。采用苗期分生理小種、成株期接種混合生理小種的方法鑒定205個(gè)姊妹系的白粉病和條銹病抗性。結(jié)果表明，203個(gè)姊妹系苗期對(duì)白粉病、條銹病的不同生理小種均表現(xiàn)感病，反應(yīng)型為3～4級(jí)，而成株期對(duì)白粉病、條銹病均表現(xiàn)抗病，抗病等級(jí)為抗、中抗或高抗。另外兩個(gè)姊妹系2011-2和2011-158，對(duì)白粉病的苗期和成株期

5、抗性與上述203個(gè)姊妹系一致，而對(duì)條銹病的抗性表現(xiàn)出差異，2011-2苗期抗條銹病生理小種條中31、條中32、條中33，反應(yīng)型分別為1、0;和2級(jí)，成株期表現(xiàn)為感病;2011-158苗期抗條銹病生理小種條中33，反應(yīng)型為2級(jí)，成株期表現(xiàn)為抗病。因此，普冰2011姊妹系普遍攜帶白粉病和條銹病抗性基因，可作為抗病親本改良現(xiàn)代小麥新品種，為小麥持久抗病性育種和抗病基因的挖掘提供優(yōu)良的基因資源。
　　3、普冰2011姊妹系的HMW-GS組

6、成分析。采用SDS-PAGE方法檢測(cè)205個(gè)普冰2011姊妹系的高分子量谷蛋白亞基組成。結(jié)果表明，普冰2011姊妹系具有一定的多態(tài)性，共發(fā)現(xiàn)5種亞基類型和3種不同的亞基組合形式。112份材料含有優(yōu)質(zhì)亞基5+10，其中4份材料同時(shí)含有優(yōu)質(zhì)亞基2*和5+10，205份材料在Glu-B1位點(diǎn)上均檢測(cè)到7*+9亞基。普冰2011姊妹系中含有優(yōu)質(zhì)亞基的材料，為培育優(yōu)質(zhì)小麥新品種提供優(yōu)良資源。
　　4、普冰2011姊妹系的春化基因和光周期基因

7、檢測(cè)。利用分子標(biāo)記檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，205個(gè)普冰2011姊妹系存在兩種春化基因組成類型，其中204個(gè)姊妹系的基因型組成為（vrn-A1，vrn-B1，vrn-D1，vrn-B3），其發(fā)育特性為半冬性，2011-2的基因型組成為（vrn-A1，vrn-B1，Vrn-D1，vrn-B3），其發(fā)育特性為弱春性;205個(gè)姊妹系的光周期基因在Ppd-D1位點(diǎn)均為Ppd-D1口，為光不敏感型材料。除2011-2為弱春性外，普冰2011姊妹系主要為半冬性材料

8、，且對(duì)光周期不敏感，適應(yīng)性較廣。
　　5、普冰2011姊妹系的產(chǎn)量試驗(yàn)。2013～2014年在北京順義和河南新鄉(xiāng)對(duì)普冰2011姊妹系進(jìn)行產(chǎn)量試驗(yàn)（收獲小區(qū)面積為0.9m2），205份材料平均產(chǎn)量為640g，高于對(duì)照品種京冬8號(hào)(460g)、偃展4110(596g)，變化范圍為518～787g，變異系數(shù)為7.89％。利用GGE雙標(biāo)圖對(duì)其進(jìn)行高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)分析表明，7個(gè)姊妹系(2011-2、34、159、96、29、14、112)的小區(qū)產(chǎn)

9、量較高，為727～787g，穩(wěn)定性較好，抗倒伏，是優(yōu)良的育種材料，可直接用于生產(chǎn)實(shí)踐。
　　6、普冰2011姊妹系的SNP檢測(cè)。選用普冰2011姊妹系中在株高、相對(duì)穗下莖、小穗數(shù)、穗密度、不育小穗數(shù)、小穗粒數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、小區(qū)產(chǎn)量、有效分蘗、旗葉長(zhǎng)度、旗葉寬度、旗葉面積、抽穗期、開(kāi)花期和抗寒性等17個(gè)性狀表現(xiàn)上具有極顯著差異(P＜0.001)的材料建立34個(gè)混池，利用小麥90K SNP芯片檢測(cè)。分析發(fā)現(xiàn)，普冰2011姊妹系中共

10、有852個(gè)與株高等17個(gè)不同性狀相關(guān)的純合差異位點(diǎn)，主要分布在2A(93)、3A(157)、5A(25)、2B(69)、3B(30)、5B(34)、6B(24)、3D(22)染色體上，其中465個(gè)位點(diǎn)分別與3～10個(gè)性狀相關(guān)，為多效位點(diǎn)。可見(jiàn)，利用姊妹系混池進(jìn)行SNP檢測(cè)能夠快速高效地獲得與目標(biāo)性狀相關(guān)的位點(diǎn)，為目標(biāo)性狀相關(guān)QTL定位提供高效便捷的方法。
　　7、普冰2011姊妹系的綜合分析。根據(jù)有效分蘗多、不育小穗數(shù)低、優(yōu)質(zhì)、抗

11、病性好，廣適性強(qiáng)和產(chǎn)量高等指標(biāo)，對(duì)205個(gè)普冰2011姊妹系進(jìn)行綜合分析，普冰2011-2發(fā)育特性為弱春性，在田間表型與其它姊妹系之間存在一定差異，產(chǎn)量高、籽粒飽滿、小穗粒數(shù)(3.9)較多，旗葉短寬，主要適宜播種地區(qū)為我國(guó)黃淮冬麥區(qū)和長(zhǎng)江中下游冬麥區(qū)。2011-14和2011-34為冬性材料，小區(qū)產(chǎn)量較高，分別為729g和743g，穩(wěn)定性好、抗倒伏，其中2011-14含優(yōu)質(zhì)亞基5+10，二者主要適宜播種地區(qū)為黃淮冬麥區(qū)。上述3個(gè)姊妹系田

12、間表現(xiàn)穩(wěn)定，可直接用于生產(chǎn)實(shí)踐。另外，普冰2011姊妹系中不育小穗數(shù)低、含優(yōu)質(zhì)亞基和具有苗期抗病性的材料可作為親本，用于小麥新品種的改良。
　　綜上所述，普冰2011姊妹系中存在豐富的變異類型，具有有效分蘗旺盛、低不育小穗數(shù)、抗病性好、含有優(yōu)質(zhì)亞基2*和5+10、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、適應(yīng)性廣等優(yōu)良性狀，為小麥高產(chǎn)、廣適、優(yōu)質(zhì)、抗病小麥新品種的選育和改良提供廣闊的空間。因此，在遠(yuǎn)緣雜交創(chuàng)新種質(zhì)過(guò)程中，圍繞目標(biāo)性狀，保留較多的姊妹系，對(duì)于促進(jìn)創(chuàng)