





中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (7): 1255-1266.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.07.004
所属专题: 专题——种子萌发与穗发芽
刘泽厚1(
), 王琴1, 叶美金2, 万洪深1, 杨宁1, 杨漫宇1, 杨武云1(
), 李俊1(
)
收稿日期:2022-11-09
接受日期:2022-12-23
出版日期:2024-04-01
发布日期:2024-04-09
通信作者:
联系方式:
刘泽厚,E-mail:zehouliu@163.com。
基金资助:
LIU ZeHou1(
), WANG Qin1, YE MeiJin2, WAN HongShen1, YANG Ning1, YANG ManYu1, YANG WuYun1(
), LI Jun1(
)
Received:2022-11-09
Accepted:2022-12-23
Published:2024-04-01
Online:2024-04-09
摘要:
【目的】小麦穗发芽是影响小麦产量和品质的重要限制因子。具有抗穗发芽特性的人工合成小麦和地方品种是改良栽培小麦穗发芽抗性的重要基因资源,通过分子标记辅助选择转育人工合成小麦和地方品种穗发芽抗性位点,评价人工合成小麦和地方品种导入系抗穗发芽育种利用效率,筛选抗穗发芽小麦新材料,为小麦穗发芽抗性育种提供数据和材料支撑。【方法】以抗穗发芽的人工合成小麦SYN792和四川地方品种涪陵须须麦为母本,以穗发芽敏感品种川麦45为轮回亲本,构建2个BC1F7群体。2017年,通过整穗发芽鉴定法对2个BC1F7群体的1 796个株系进行穗发芽表型初筛,然后利用与人工合成小麦PHS-3D和地方品种PHS-A1穗发芽抗性位点连锁的SSR标记进行分子标记选择,筛选出整穗发芽率(SGR)小于35%且携带PHS-3D和PHS-A1抗性位点的导入系;2018和2019年,连续2年对初筛选出的PHS-3D和PHS-A1导入系进行整穗发芽率、籽粒发芽指数(GI)和产量相关性状鉴定,其中,籽粒发芽鉴定试验设置25 ℃(18GI)和32 ℃(19GI)2个发芽温度。通过不同环境下穗发芽抗性和产量数据,分析人工合成小麦和地方品种导入系抗穗发芽育种利用效率,筛选抗穗发芽且综合性状好的优异导入系。【结果】经整穗发芽鉴定初筛,从1 796个衍生系中筛选出SGR值小于35%的株系537个;进一步对筛选出的537个株系进行分子标记检测,发现332个株系导入了人工合成小麦PHS-3D和地方品种PHS-A1穗发芽抗性位点,包括人工合成小麦导入系73个、地方品种导入系259个;地方品种PHS-A1导入系的频率显著高于人工合成小麦PHS-3D导入系。2018和2019年通过对332个穗发芽抗性位点导入系穗发芽鉴定发现,不同年份穗发芽指标间均呈极显著正相关,穗发芽指标SGR和GI表现出相对稳定的趋势;人工合成小麦和地方品种导入系的3个穗发芽指标平均值(18GI、18SGR和19SGR)均低于23%,差异不显著。不同发芽温度导入系的GI值差异较大,发芽温度32 ℃时,人工合成小麦PHS-3D导入系的GI值显著低于地方品种PHS-A1导入系。筛选出的73个人工合成小麦导入系中,红粒系穗发芽指标值均低于白粒系;其中,11个人工合成小麦白粒导入系表现中抗及以上抗性水平,14个红粒导入系在不同发芽温度时GI值均低于35%。2年产量相关性状分析表明,人工合成小麦PHS-3D导入系的千粒重显著高于地方品种PHS-A1导入系,而穗粒数显著小于地方品种PHS-A1导入系。根据产量性状和穗发芽抗性表现,筛选出23个穗发芽抗性和综合性状均较好的优异导入系,包括7个人工合成小麦PHS-3D导入系、16个地方品种PHS-A1导入系;人工合成小麦优异导入系中有2个白粒导入系穗发芽抗性中抗以上,2个红粒导入系不同发芽温度的GI值均低于25%,表现出稳定的穗发芽抗性。【结论】人工合成小麦和地方品种均可用于改良现代栽培小麦穗发芽抗性,利用地方品种进行穗发芽抗性育种改良效率优于人工合成小麦;但人工合成小麦导入系的穗发芽抗性的稳定性优于地方品种导入系。筛选出的23个人工合成小麦和地方品种导入系是小麦穗发芽抗性和产量性状改良的重要基因资源;特别是人工合成小麦白粒导入系(编号5201)和红粒导入系(编号5497和5505)是非常有育种利用价值的穗发芽抗性育种亲本材料。
刘泽厚, 王琴, 叶美金, 万洪深, 杨宁, 杨漫宇, 杨武云, 李俊. 人工合成小麦和地方品种穗发芽抗性育种利用效率[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1255-1266.
LIU ZeHou, WANG Qin, YE MeiJin, WAN HongShen, YANG Ning, YANG ManYu, YANG WuYun, LI Jun. Utilization Efficiency of Improving the Resistance for Pre-Harvest Sprouting by Synthetic Hexaploid Wheat and Chinese Wheat Landrace[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(7): 1255-1266.
表1
人工合成小麦和地方品种衍生群体穗发芽抗性选择频率"
| 反应型 Infection type | 人工合成小麦群体Synthetic hexaploid wheat population | 地方品种群体Wheat landrace population | ||
|---|---|---|---|---|
| 株系数No. of lines | 占比Proportion (%) | 株系数No. of lines | 占比Proportion (%) | |
| 高抗HR | 110 | 10.29 | 267 | 36.73 |
| 抗R | 26 | 2.43 | 53 | 7.29 |
| 中抗MR | 29 | 2.72 | 52 | 7.15 |
| 中感MS | 38 | 3.55 | 64 | 8.80 |
| 感S | 96 | 8.98 | 78 | 10.73 |
| 高感HS | 770 | 72.03 | 213 | 29.30 |
| 合计Total | 1069 | 100.00 | 727 | 100.00 |
表3
导入系穗发芽指数的统计分析"
| 性状 Traits | PHS-3D导入系PHS-3D introgression lines | PHS-A1导入系PHS-A1 introgression lines | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 均值±标准差 Mean (%)±SD | 最小值 Min (%) | 最大值 Max (%) | 均值±标准差 Mean (%)±SD | 最小值 Min (%) | 最大值 Max (%) | |
| 18SGR | 20.41±0.29 | 0.00 | 98.78 | 22.82±0.21 | 0.00 | 98.97 |
| 19SGR | 20.65±0.28 | 0.00 | 96.04 | 18.28±0.22 | 0.00 | 99.60 |
| 18GI | 18.88±0.15 | 1.70 | 76.32 | 15.51±0.12 | 0.33 | 56.10 |
| 19GI | 44.67**±0.26 | 3.84 | 93.44 | 60.83**±0.24 | 1.74 | 96.32 |
表4
人工合成小麦红粒和白粒导入系的穗发芽抗性差异"
| 性状 Traits | 粒色 Grain colors | PHS-3D导入系PHS-3D introgression lines | ||
|---|---|---|---|---|
| 均值Mean (%) | 标准差SD | 标准误SE | ||
| 18SGR | W | 27.50* | 0.3526 | 0.0633 |
| R | 14.80* | 0.2356 | 0.0373 | |
| 19SGR | W | 39.46** | 0.3231 | 0.0580 |
| R | 5.56** | 0.1002 | 0.0158 | |
| 18GI | W | 12.20 | 0.1860 | 0.0334 |
| R | 8.67 | 0.1082 | 0.0171 | |
| 19GI | W | 52.38* | 0.2803 | 0.0503 |
| R | 37.72* | 0.2288 | 0.0362 | |
表5
人工合成小麦红粒和白粒导入系在不同穗发芽抗性水平的频率"
| 反应型 Infection type | 红粒系Red-grains lines | 白粒系White-grains lines | ||
|---|---|---|---|---|
| 株系数No. of lines | 占比Proportion (%) | 株系数No. of lines | 占比Proportion (%) | |
| 高抗HR | 11 | 26.83 | 0 | 0.00 |
| 抗R | 8 | 19.51 | 5 | 15.63 |
| 中抗MR | 10 | 24.39 | 6 | 18.75 |
| 中感MS | 5 | 12.20 | 8 | 25.00 |
| 感S | 7 | 17.07 | 6 | 18.75 |
| 高感HS | 0 | 0.00 | 7 | 21.87 |
| 合计Total | 41 | 100.00 | 32 | 100.00 |
表6
产量相关性状与穗发芽指标相关性"
| 性状 Traits | 18SGR | 19SGR | 18GI | 18GN | 19GN | 18TKW | 19TKW | 18PH | 19PH | 18TN |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 19SGR | 0.476** | |||||||||
| 18GI | 0.327** | 0.244** | ||||||||
| 19GI | 0.342** | 0.257** | 0.467** | |||||||
| 18GN | 0.253** | 0.194** | -0.118* | |||||||
| 19GN | 0.122* | 0.191** | -0.038 | 0.434** | ||||||
| 18TKW | 0.061 | 0.077 | 0.126* | -0.265** | -0.312** | |||||
| 19TKW | -0.142 | -0.075 | 0.111 | -0.302** | -0.202** | 0.570** | ||||
| 18PH | -0.187** | -0.276** | -0.151 | -0.135* | -0.210** | 0.173** | 0.093 | |||
| 19PH | -0.171** | -0.183** | -0.167** | -0.152** | -0.149** | 0.132* | 0.101 | 0.722** | ||
| 18TN | -0.095 | -0.065 | -0.038 | -0.189** | -0.185** | 0.004 | -0.041 | 0.220** | 0.23** | |
| 19TN | -0.09 | -0.031 | -0.084 | -0.213** | -0.049 | 0.088 | 0.039 | 0.024 | 0.161** | 0.081 |
表7
产量相关性状统计"
| 性状 Traits | PHS-3D导入系PHS-3D introgression lines | PHS-A1导入系PHS-A1 introgression lines | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 均值±标准差 Mean±SD | 最小值 Min | 最大值 Max | 均值±标准差 Mean±SD | 最小值 Min | 最大值 Max | |
| 18PH | 113.7±15.47 | 88.00 | 151.50 | 111.02±14.06 | 54.00 | 145.50 |
| 19PH | 110.22±14.43 | 85.67 | 149.00 | 110.44±12.11 | 59.67 | 143.67 |
| 18TN | 4.42±0.96 | 3.00 | 7.00 | 4.28±0.97 | 2.00 | 8.00 |
| 19TN | 2.74±0.69 | 1.00 | 4.00 | 2.82±0.75 | 1.30 | 6.80 |
| 18GN | 31.04±9.85** | 13.00 | 62.33 | 37.17±9.34** | 14.88 | 66.86 |
| 19GN | 32.60±8.24** | 14.90 | 57.10 | 39.67±8.05** | 19.80 | 61.40 |
| 18TKW | 45.97±10.49** | 16.50 | 66.30 | 38.92±7.06** | 16.50 | 56.70 |
| 19TKW | 59.16±7.66** | 38.32 | 76.80 | 47.66±8.48** | 22.30 | 68.20 |
表8
优异导入系穗发芽抗性和产量相关性状统计"
| 株系<BOLD>L</BOLD>ines | 编号No. of lines | GN | TKW | PH | TN | GI (%) | SGR (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PHS-3D导入系 PHS-3D introgression lines | 5201 | 44.5 | 47.28 | 103.33 | 4.3 | 22.08 | 8.21 |
| 5203 | 47.1 | 47.43 | 100.33 | 4.0 | 30.59 | 19.46 | |
| 5207 | 40.0 | 52.48 | 107.67 | 2.5 | 23.34 | 13.27 | |
| 5212 | 48.9 | 53.31 | 101.67 | 2.0 | 28.21 | 10.33 | |
| 5213 | 38.3 | 54.31 | 95.67 | 2.3 | 26.01 | 9.67 | |
| 5497 | 38.7 | 52.84 | 105.33 | 2.9 | 10.73 | 2.80 | |
| 5505 | 34.0 | 62.38 | 96.67 | 3.7 | 15.84 | 11.08 | |
| PHS-A1导入系PHS-A1 introgression lines | 5224 | 37.3 | 44.93 | 97.33 | 3.0 | 27.99 | 17.35 |
| 5231 | 43.8 | 48.45 | 100.67 | 3.7 | 30.95 | 4.76 | |
| 5234 | 44.2 | 44.41 | 95.33 | 3.0 | 21.69 | 8.90 | |
| 5236 | 51.9 | 47.69 | 92.33 | 3.2 | 32.99 | 6.68 | |
| 5237 | 41.7 | 52.57 | 75.67 | 3.5 | 34.16 | 1.86 | |
| 5249 | 44.0 | 47.39 | 104.00 | 3.5 | 26.85 | 16.83 | |
| 5259 | 49.0 | 43.04 | 88.00 | 2.9 | 33.66 | 5.51 | |
| 5263 | 41.2 | 44.83 | 84.00 | 2.8 | 20.05 | 4.61 | |
| 5269 | 51.5 | 41.40 | 105.33 | 3.3 | 19.69 | 1.77 | |
| 5327 | 42.6 | 50.96 | 103.83 | 3.0 | 34.02 | 20.45 | |
| 5354 | 47.5 | 47.41 | 101.00 | 3.8 | 33.95 | 18.97 | |
| 5392 | 45.5 | 40.42 | 59.67 | 3.2 | 35.01 | 18.73 | |
| 5395 | 40.4 | 46.29 | 93.00 | 3.1 | 32.32 | 12.04 | |
| 5411 | 38.9 | 54.06 | 78.00 | 3.3 | 23.75 | 19.32 | |
| 5425 | 48.0 | 52.10 | 103.67 | 2.7 | 34.74 | 14.23 | |
| 5435 | 49.5 | 53.09 | 98.00 | 2.6 | 33.53 | 13.32 |
| [1] |
doi: 10.1007/s001220200004 |
| [2] |
doi: 10.1016/j.plantsci.2019.01.004 |
| [3] |
doi: 10.1002/jsfa.6229 pmid: 23674491 |
| [4] |
|
| [5] |
doi: 10.1023/A:1019679924173 |
| [6] |
|
| [7] |
doi: 10.1534/genetics.107.084939 pmid: 18245824 |
| [8] |
刘莉, 王庆海, 陈国志. 小麦穗发芽研究进展. 作物杂志, 2013(4): 6-11.
|
|
|
|
| [9] |
doi: 10.1007/s001220051241 |
| [10] |
doi: 10.1007/s10681-012-0705-1 |
| [11] |
doi: 10.1023/A:1019632008244 |
| [12] |
doi: 10.1007/s10681-012-0713-1 |
| [13] |
|
| [14] |
doi: 10.1007/s10681-009-9927-2 |
| [15] |
doi: 10.1007/s11032-013-0006-y |
| [16] |
doi: 10.1007/s11032-008-9169-3 |
| [17] |
doi: 10.1007/s11032-007-9135-5 |
| [18] |
doi: 10.1071/CP17423 |
| [19] |
doi: 10.1007/s11032-021-01272-7 |
| [20] |
doi: 10.1007/s10681-008-9766-6 |
| [21] |
doi: 10.1071/AR01049 |
| [22] |
doi: 10.1007/s10681-005-7872-2 |
| [23] |
doi: 10.3389/fpls.2017.02123 |
| [24] |
doi: 10.3389/fpls.2017.00401 pmid: 28428791 |
| [25] |
doi: 10.1007/s11032-014-0098-z |
| [26] |
doi: 10.1007/s11032-018-0907-x |
| [27] |
doi: 10.1007/s00122-005-0065-5 pmid: 16133305 |
| [28] |
|
| [29] |
doi: 10.1111/nph.v230.5 |
| [30] |
doi: 10.1111/pbr.2010.129.issue-6 |
| [31] |
doi: 10.1007/s11032-014-0027-1 |
| [32] |
郝明, 张连全, 黄林, 甯顺腙, 袁中伟, 姜博, 颜泽洪, 伍碧华, 郑有良, 刘登才. 合成六倍体小麦的遗传育种. 植物遗传资源学报, 2022, 23(1): 40-48.
doi: 10.13430/j.cnki.jpgr.20210518002 |
|
doi: 10.13430/j.cnki.jpgr.20210518002 |
|
| [33] |
doi: 10.1093/jxb/13.1.75 |
| [34] |
doi: 10.1046/j.1365-2540.1998.00431.x |
| [35] |
doi: 10.1017/S0043174500080279 |
| [36] |
doi: 10.1071/AR9840115 |
| [37] |
李俊, 魏会廷, 胡晓蓉, 李朝苏, 汤永禄, 刘登才, 杨武云. 川麦42中源于人工合成小麦的一个高产位点鉴定. 作物学报, 2011, 37(2): 255-262.
|
|
|
|
| [38] |
|
| [39] |
doi: 10.1007/s10681-016-1788-x |
| [40] |
doi: 10.1038/s41588-022-01240-7 pmid: 36471073 |
| [41] |
doi: 10.1007/s00122-020-03583-3 |
| [42] |
doi: 10.1007/s00122-004-1708-7 |
| [43] |
doi: 10.1139/g05-055 |
| [44] |
doi: 10.1007/s00122-004-1902-7 |
| [1] | 彭廷燊, 陆久焱, 吴美林, 严雨欣, 刘宏周, 南文斌, 秦小健, 李明, 龚俊义, 梁永书. 多年生水稻黄糯2号和长白7号产量相关性状的QTL分析[J]. 中国农业科学, 2026, 59(7): 1361-1379. |
| [2] | 朱琦, 贾振鹏, Tahir SHAH, 徐晨晟, 李芷琦, 吕会帅, 朱鹏超, 韦小敏, 黄冬琳, 孙艳妮, 曹卫东, 高亚军, 王朝辉, 张达斌. 绿肥配施增效产品降低旱地麦田温室气体排放及碳足迹[J]. 中国农业科学, 2026, 59(7): 1507-1522. |
| [3] | 叶美金, 吴雷, Lohani Md Nahibuzzaman, 尹丽, 胡欣荣, 刘亚西, 蒋云峰, 陈国跃, 蒲至恩, 李阳, 李婷, 邹亚亚, 吴佳怡, 马建. 基于GWAS的中国地方小麦成熟胚大小位点的鉴定及其遗传效应解析[J]. 中国农业科学, 2026, 59(6): 1157-1171. |
| [4] | 李文虎, 礼海风, 杜宇鹏, 丁玉兰, 罗一诺, 李宇珂, 佘文婷, 张丰, 滕宇, 张思琦, 黄翠, 李小涵, 刘金山, 王朝辉. 小麦锌吸收转移对土施锌肥响应的区域差异[J]. 中国农业科学, 2026, 59(5): 1034-1047. |
| [5] | 焦文娟, 何万龙, 耿洪伟, 白斌, 李剑峰, 程宇坤. 155份春小麦品种(系)条锈病抗性评价与抗病基因分子检测[J]. 中国农业科学, 2026, 59(5): 937-950. |
| [6] | 崔士友, 陈澎军, 缪源卿, 韩继军, 沈俊明. EMS诱变抗草甘膦小麦新种质的创制与大田评价[J]. 中国农业科学, 2026, 59(4): 723-733. |
| [7] | 钱瑾, 李映雪, 吴芳, 邹晓晨. 集成光谱降维的冬小麦叶片磷含量估算[J]. 中国农业科学, 2026, 59(4): 781-792. |
| [8] | 孔媛, 崔沙沙, 李美, 李健, 杨思雨, 房锋, 刘帅帅, 刘明平, 曾艳, 高兴祥, 柏连阳. 黄淮海冬小麦田多花黑麦草等5种禾本科杂草时空分布变化规律[J]. 中国农业科学, 2026, 59(4): 807-823. |
| [9] | 王勇胜, 牛丽, 王长杰, 马立花, 廉潇潇, 孟亚雄, 马小乐, 姚立蓉, 张宏, 杨轲, 李葆春, 王化俊, 司二静, 汪军成. 冬小麦千粒重的全基因组关联分析及候选基因预测[J]. 中国农业科学, 2026, 59(3): 499-514. |
| [10] | 李心怡, 李嘉宁, 杨文平, 夏清, 霍滢睿, 郝世航, 黄婷苗, 任永康, 陈杰, 高志强, 杨珍平. 彩粒小麦锌营养对花后叶面喷锌的响应[J]. 中国农业科学, 2026, 59(3): 515-527. |
| [11] | 咸青林, 肖鉴珂, 高阿庆, 郜利闯, 刘杨. 种植方式结合测墒补灌下冬小麦产量及水分利用效率[J]. 中国农业科学, 2026, 59(3): 589-601. |
| [12] | 张志勇, 谭世超, 熊淑萍, 马新明, 韦一昊, 王小纯. 水氮周年优化对豫北灌区小麦玉米轮作系统产量和氮迁移的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(2): 336-353. |
| [13] | 吕旭东, 孙世媛, 李亚楠, 刘玉龙, 王艳群, 付鑫, 张佳英, 宁鹏, 彭正萍. 智能机械化分层施肥对麦田根-土养分分布和小麦产量的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(1): 129-146. |
| [14] | 陆浩, 张明龙, 韩梅, 严清彪, 李正鹏, 殷文, 樊志龙, 胡发龙, 柴强. 绿肥过腹还田协同氮肥减施提高小麦产量和土壤质量[J]. 中国农业科学, 2026, 59(1): 147-160. |
| [15] | 叶美金, 陈家婷, 周界光, 尹丽, 胡欣荣, 兰雨昕, 陈斌, 苏龙兴, 刘家君, 刘天超, 李小雨, 马建. 小麦穗密度主效QTL的鉴定、验证及其遗传效应分析[J]. 中国农业科学, 2026, 59(1): 17-28. |
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