陜西歷代小麥品種籽粒硬度演變規(guī)律研究

楊 璐， 趙振杰， 霍麗花， 王光一， 金 蕊， 于乃彬，辛賽格， 高 翔,2， 趙萬春,2， 董 劍,2， 李曉燕,2

(1.西北農林科技大學農學院， 陜西 楊凌 712100；2.陜西省小麥工程技術研究中心/陜西省小麥新品種培育工程研究中心， 陜西 楊凌 712100)

陜西省小麥栽培歷史悠久，是我國優(yōu)質小麥生產區(qū)，1949 年以來，已經經歷了7 次品種更換。研究籽粒硬度基因在陜西省歷次品種更換過程中的演變，對了解Pina和Pinb等位變異類型，解析籽粒硬度形成的分子機制，推動陜西省乃至全國的小麥品質育種具有重要意義。本研究用NIR和SKCS方法測定陜西省歷代和當代小麥品種(系)的籽粒硬度，分析其硬度類型與演變規(guī)律，并利用PCR方法對籽粒硬度基因Pina和Pinb的等位基因變異類型進行檢測，揭示陜西省小麥品種更新?lián)Q代中籽粒硬度的遺傳與等位基因變異特點，以期為小麥品種選育和推廣中對籽粒硬度的改良提供一定的理論支持。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1小麥品種(系)

陜西省歷代主要小麥品種(系)170份，包括當代品種(系)119份，6次大規(guī)模換代代表性品種51份，主要由西北農林科技大學農學院小麥品質遺傳改良實驗室提供，材料詳情見表1、表2。

表1 主要代表材料基本信息

表2 歷代主要小麥品種(系)

品種(系)名稱矮豐3號西農881武農68西農312長安5號長武C34-3陜7859西農971陜448秦農18小偃325西農2208陜229螞蚱麥秦農578武農21西農111陜農138陜160碧螞1號西農2178武農882陜447西農558陜354西農269西農245阿勃西農20西麥2號早系陜253偃麥894西農145西安837西農6582011高陵陜715西農528西農402西農822小偃269西農846陜538西農266小偃22小偃327西農018農大1108西農2000農科0901西安603西農810西農1013西農508西農9872西農13西安1104西農823小偃282西農861咸168西農975西農102西農9811西農056大荔1號西安3122西農5311西農538-12西農2002武農6號臨渭227西農928農麥1號西農521陜墾99陜雜二號西農383小偃864西農023西農8727西農501武豐三號武農886武168小偃312西農2611西農213西農805西抗199陜墾138西農1018武農132小偃216陜農70西抗6001荔高6號陜農56邢9160小偃504西農185西農837豐產3號西農121西農16小偃166陜943陜農33秦農161西農294偃展4110西農6028陜墾57武農986陜9872西農638西農898西農84G6陜墾224小偃270陜218-33武農9號秦農16西農165西農1121西安735西農811秦農26王老師96-106西農7733西安366西農2718西農93102戶縣中麥1號西農223西農335西農112西農986陜農981西農529西農1918西農958西農1326陜225西農9718陜墾32陜農51西農1623西安979西農246陜墾9740西農122西農1043西農196西農1829陜254陜麥536西安240秦農29西農1725西農65西農509西安2871西安141長武C18-1陜農342西安158西農9871武農148小揠6號

1.1.2引 物

Pina和Pinb等位基因檢測所用引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成(表3)。

表3Pina和Pinb等位基因檢測引物信息

標記(基因)序列(5'-3')片段大小( bp)退火/℃變異類型Pina-D1b[1]AATACCACATGGTTCTAGATACTGGCAATACAAAG-GACCTCTAGATT77655Pinb-D1bPina-D1b[2]ATGAAGACCTTATTCCTCCTACTCATGCTCACAGCCGCT77655Pinb-D1bPina[3]CATCTATTCATCTCCACCTGCGTGACAGTTTATTAGCTAGTC52450Pinb[3]GAGCCTCAACCCATCTATTCA,CAAGGGTGATTTTATTCATAG59750

1.2 方 法

1.2.1硬度測定

籽粒硬度利用Perten 4100型單籽粒谷物特性測試儀與Perten DA 7250型連續(xù)光譜近紅外分析儀測定。

1.2.2基因組DNA的提取

小麥種子在培養(yǎng)皿中進行發(fā)芽，至3葉期，用CTAB法[4]提取DNA。

1.2.3硬度基因型鑒定

PCR反應體系：反應體積25μL，含有10×ExTaqBuffer(Mg2+Plus)5μL，ddNTP Mixture混合物(各2.4 mmol·L-1)3.9μL，模板DNA(gDNA)2.5 ng，上游引物1(20μmol·L-1)1μL，下游引物2(20μmol·L-1)1μL，ExTaq(5 U·μL-1)0.25μL，加滅菌去離子水至25μL。反應程序為：95 ℃預變性3 min，然后每個循環(huán)：95 ℃變性30 s，53 ℃復性30 s(不同引物復性溫度見表3)， 72 ℃延伸1 min，共循環(huán)35次，最后72 ℃延伸10 min。擴增完成后1%瓊脂糖凝膠電泳，凝膠成像系統(tǒng)檢測。

2 結果與分析

2.1 籽粒硬度演變規(guī)律

170份陜西小麥品種(系)的籽粒平均硬度指數為80.27，其中51份歷代小麥品種籽粒平均硬度指數為67.71，硬度指數最高的品種是西農2208，硬度指數最低的品種是矮豐3號；當代品種(系)平均硬度指數為85.65，籽粒硬度指數最高的品種是西農9718(為128)，硬度指數最低的品種是西農246(為61)。陜西省歷代小麥品種硬度指數平均數呈先降后升趨勢，總體呈逐漸上升趨勢(表4)。

表4 陜西省小麥品種(系)籽粒硬度

類型硬度指數 品種數比例/% 歷史品種當代品種總品種歷史品種當代品種總品種硬質>7020466639.2238.6638.82混合40～70317310460.7861.3461.18軟質<40000000

170份陜西小麥品種(系)中硬質麥66份，混合麥104份，軟質麥0份，分別占比38.82%、61.18%，0。51份歷代小麥品種中硬質麥20份，混合麥31份，軟質麥0份，分別占比39.22%、60.78%、0。當代小麥品種(系)119份，硬質麥46份，混合麥73份，軟質麥0份，占比分別為38.66%，61.34%，0(表4)。

2.2 籽粒硬質基因變異

2.2.1Pina和Pinb基因檢測

Pina-D1b檢測：Ha位點是否存在缺失，產物擴增長度為776 bp即Pina-D1b類型，在非Pina-D1b等位類型中無該特異條帶擴增。西農2611、西農2208、西農84G6、西農65、陜229等5份品種(系)擴增出該特異條帶，陜229等21份當代品種中擴增出該特異條帶(圖1、圖2)。

注：1為DL 2000；2為小偃6號；3為西農2611；4為西農85；5為陜225；6為西農2208；7為DL 2000；8為陜160；9為陜354；10為陜229；11為西農196。

注：1為DL 2000；2為陜農70；3為西農2718；4為小偃22；5為武農9號。

Pinb-D1b變異類型檢測：Pinb基因46位點甘氨酸向絲氨酸的變化，產物擴增長度為250 bp，在非Pinb-D1b類型則無該特異條帶擴增。歷代品種螞蚱麥、碧螞4號、豐產3號等24份材料攜帶Pinb-D1b基因型，西農822等45份當代品種攜帶Pinb-D1b等位基因。

Pina、Pinb全長基因檢測：可擴出Pina全長為524 bp的產物，51份歷代品種均擴增出524 bp條帶，秦農18等45份當代品種擴增出來該特異條帶。Pinb全長597 bp，51份歷代品種中均擴增出597 bp條帶，秦農18等45份當代品種擴增出該特異條帶。

2.2.2Pina和Pinb等位基因變異

在170份陜西小麥品種(系)材料中，Pina-D1b變異類型26份，占比15.29%，Pinb-D1b變異類型71份，占比41.76%。在51份陜西省歷代小麥品種(系)中，硬質麥39.22%，混合麥60.78%；硬質麥和混合麥中Pina-D1b類型共計5份，所占比例為9.80%；Pinb-D1b變異類型共計24份所占比例47.06%；當代材料品種(系)119份，硬質麥38.66%，混合麥61.34%。硬質麥和混合麥中Pina-D1b類型21份，所占比例為17.65%；Pinb-D1b變異類型47份，所占比例為39.50%；17份攜帶Pina基因，占14.29%；75份攜帶Pinb基因，占63.03%(表4)。當代品種Pina和Pinb基因序列長度具有多態(tài)性(表5)。

表5 陜西省小麥品種(系)Pina和Pinb等位基因型

年代材料/份等位基因變異Pina-D1b類型/%Pinb-D1b類型/%Pina/%Pinb/%歷代519.8047.06100.0100.00當代11917.6539.5014.263.03總計17015.2941.7640.074.12

3 討 論

3.1 陜西歷代小麥籽粒硬度演變

本研究中，陜西省歷代小麥品種(系)材料共計51份，硬質麥占39.22%，混合麥占60.78%。119份當代小麥品種(系)中，硬質麥占38.66%，混合麥占61.34%。王晶等[5]研究了262份中國小麥微核心種質(MCC)和1 228份中國小麥主栽品種及重要親本，發(fā)現(xiàn)北方地區(qū)硬質小麥品種較多。張晶等研究表明，陜西省當代小麥品種(系)硬質麥、混合麥、軟質麥比例分別為71.6%、6.5%和21.9%[6]，而本研究未發(fā)現(xiàn)軟質麥，可能與收集的品種大多來源于關中地區(qū)有關。本研究的51份歷代品種(系)材料平均硬度雖然經歷了一個由降到升的過程，但總體硬度水平都偏高。

3.2 Pina和Pinb等位基因變異

20世紀90年代開始，小麥品質和產量同時受到育種專家的關注，育成的品種中Pinb-D1b比例變高，如陜225、西農2611和小偃22等都屬于Pinb-D1b類型。研究表明，90年代初期山東選育的優(yōu)質品種中硬質麥占多數，且同時期在全國范圍內大面積推廣的有揚麥158等Pinb-D1b硬質小麥[7-9]。本研究利用分子標記分析了籽粒硬度基因Pina和Pinb的等位變異類型及組成，發(fā)現(xiàn)陜西省歷代品種材料中硬質麥和混合麥中硬度基因Pina-D1類型為9.80%；Pinb-D1b類型為47.06%；當代小麥品種(系)中硬度基因Pina-D1b類型為17.65%；Pinb-D1b類型為39.50%；Pina基因所占比例為14.29%；Pinb基因所占比例為63.03%，研究結果可為陜西小麥品種選育和品種推廣提供數據支持。