抗穗發芽·抗倒伏及早穗型小麥種質的篩選

簡俊濤， 張 震， 魏紅升， 余行簡， 孫道杰

(1.河南省南陽市農業科學院，河南南陽 473000； 2.西北農林科技大學，陜西楊凌 712100)

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抗穗發芽·抗倒伏及早穗型小麥種質的篩選

簡俊濤1， 張 震1， 魏紅升2， 余行簡1， 孫道杰2

(1.河南省南陽市農業科學院，河南南陽 473000； 2.西北農林科技大學，陜西楊凌 712100)

[目的]篩選適宜河南省南陽地區種植的優異小麥種質資源。[方法]在隸屬黃淮麥區的陜西楊凌種植296份小麥品種，對這些品種同時進行抗穗發芽性、抗倒性及早穗型鑒定。[結果]在對抗穗發芽方法進行優化的同時，對穗發芽抗性進行分級，找到適宜進行穗發芽抗性鑒定的最佳階段為6月20日之前，篩選出113份抗穗發芽材料，其中31份對穗發芽表現為高抗，82份為中抗。采用穗發芽標記Vp1B3對113份抗穗發芽材料進行檢測，發現3.5%的材料含845 bp帶型，69.0%的材料含569 bp帶型，27.5%的材料含652 bp帶型，進一步表明569 bp的帶型為抗性條帶；充分利用楊凌地區2014年4月中上旬自然大風進行抗倒性鑒定，篩選了203份抗倒伏材料；以周麥18為對照篩選出136份早穗型冬性材料，以偃展4110為對照篩選出35份早穗型春性材料；最終篩選出抗穗發芽、抗倒伏、早穗型的種質20份。[結論]該研究可為南陽地區抗穗發芽、抗倒伏及早穗型材料的引種提供參考。

小麥；抗穗發芽；Vp1B3；抗倒伏；早穗

南陽市位于河南省西南部，地處南北分界帶，屬北亞熱帶向北暖溫帶過渡氣候。小麥是南陽地區的主要糧食作物，每年播種面積66.7萬多hm2，總產量占全國的1%，南陽小麥產量的穩定對我國糧食安全具有重要作用。按照種植區域劃分，我國小麥分為10大麥區：北方冬麥區、黃淮冬麥區、長江中下游冬麥區、西南冬麥區、華南冬麥區、東北春麥區、北部春麥區、西北春麥區、青藏春冬麥區、新疆冬春麥區[1-2]。南陽處于黃淮冬麥區與長江中下游冬麥區交接處，氣候獨特。南陽冬季寒冷干燥，夏季高溫多雨并伴隨大風，這要求南陽地區的小麥品種要有較好的抗寒性、抗倒性、抗穗發芽性且早抽穗、早熟。黃淮冬麥區以冬性及半冬性品種為主，長江中下游冬麥區以弱冬偏春及春性類型品種為主，西北農林科技大學王輝教授選育的西農979為半冬性品種，在南陽地區成功推廣并深受農戶喜愛，可以推測南陽地區也能選育出半冬性品種，在資源引進時不能局限春性及弱春性種質資源，可以適當引進冬性及半冬性種質資源。小麥在收獲前期多雨，容易發生穗發芽現象。小麥穗發芽(Pre-harvest sprouting，簡稱PHS)是指小麥收獲前遇到陰雨天氣，其籽粒在穗子上發芽。發生穗發芽的小麥不僅減產嚴重，而且品質惡劣[3]，我國大部分麥區容易遭受穗發芽危害[4]。一般紅粒小麥較白粒小麥具有較好的穗發芽抗性，但也有不少白粒品種表現出較高的穗發芽抗性。肖世和等[5]在篩選白粒穗發芽抗性品種時發現，種子的休眠性是決定小麥穗發芽抗性的重要遺傳因素之一。南陽地區小麥在成熟期時常遇陰雨天氣，很容易發生穗發芽現象，因此亟需篩選出適宜的穗發芽抗性品種。穗發芽標記Vp1B3能夠有效地在分子水平進行穗發芽抗性鑒定[6-7]。小麥在完成一定的營養生長后轉向生殖生長，在營養生長后期及生殖生長階段出現根倒對產量的影響非常大，減產現象非常嚴重。有研究表明，在小麥生育中后期發生倒伏易造成減產，灌漿始期發生倒伏對產量的影響最大[8]。在生產上小麥發生倒伏不僅造成收獲產量及籽粒品質降低，而且也不利于機械化收割，最終減產更加嚴重。小麥基部第2節間外徑大小與厚度、莖稈充實度、株高、重心高度、基部節間機械組織層數、大維管束數、莖稈木質素含量等與抗倒性相關[9]。也有研究表明，品種抗倒性與生長環境關系密切，它是由若干亞性狀構成的一個復合性狀[10]。浦定福等[11]對小麥的株高、重量、莖稈機械強度、根量等進行研究，發現小麥品種的莖稈機械強度和根量與抗倒性關系最為密切。巨曉棠等[12]通過田間和室內試驗發現小麥倒伏主要受品種、密度、肥力及這些因子之間交互作用影響。朱新開等[13]利用6個不同株高的小麥品種進行倒伏研究，發現矮稈、基部節間較短、重心高度較低、穗下節間較長、株高構成指數大等有利于抗倒伏。也有研究表明，莖稈木質素含量與實際倒伏率呈顯著負相關關系，莖稈木質素含量可作為抗倒性評價的一個重要指標[14]。總之，小麥的抗倒伏是多個性狀的綜合結果。小麥的抽穗期和生育期具有極高的相關性，一般研究小麥的生育期以抽穗期為指標，小麥的早熟與抽穗期、開花期、灌漿速度等相關，適當地早抽穗一般能夠早熟。為篩選出適宜南陽地區種植的優異小麥種質資源，筆者在隸屬黃淮麥區的陜西楊凌種植296份小麥品種，對這些品種同時進行抗穗發芽性、抗倒性及早穗型鑒定，以期為南陽地區抗穗發芽、抗倒伏及早穗型材料的引種提供參考。

1　材料與方法

1.1試驗材料以收集到的國內各大麥區近年主栽品種及部分國外品種為材料，共296份。

1.2試驗方法試驗于2011～2016年在西北農林科技大學北校區試驗田進行，每個材料種植2行，行長2.00 m，行距0.25 m，株距0.02 m。

1.2.1穗發芽抗性鑒定。

1.2.1.1整穗發芽法。在小麥蠟熟期，每份參試材料取35 個主莖穗。室內放置自然風干2 d，分別于6月13、20、27日及7月4、11日分5批進行穗發芽試驗。每批穗發芽試驗時每份材料取4個穗子置2個杯子中(各2個)，將杯子注滿水浸泡10 h，隨后將水倒掉，置于室溫下發芽，隨后每4 h噴1次水，保持穗子濕潤。每天統計穗上籽粒的發芽率，其中以芽長達到籽粒長度為標準，第7天取出材料，自然干燥并手工脫粒，統計發芽率。將穗發芽抗性分為高抗、中抗、中感、高感4個等級，對應的發芽率分別為0～10%、10%～30%、30%～60%、60%～100%。

1.2.1.2分子標記檢測。該研究中STS標記Vp1B3的正向引物序列：TGCTCCTTTCCCAATTG；反向引物序列：ACCCTCCTGCAGCTCATTG，在生工生物工程(上海)股份有限公司進行引物合成。采用CTAB法，在小麥5葉期取材并提取小麥葉片的基因組DNA。采用1.2%瓊脂糖對PCR產物進行電泳分析。根據569、652、845 bp帶型對材料的電泳結果進行統計分析。

1.2.2抗倒性鑒定。利用2013～2015年楊凌地區小麥抽穗時期多雨及大風天氣進行抗倒性鑒定，將材料的抗倒性分為根倒、莖倒、不倒3種類型。

1.2.3早穗鑒定方法。田間調查幼苗生長習性、抗寒性、起身期、拔節期、抽穗期來初步判定品種的冬、春性，冬性品種選用周麥18作對照，春性品種選用偃展4110作對照。

2　結果與分析

2.1穗發芽抗性鑒定結果與分析

2.1.1整穗法鑒定結果與分析。由表1可知，第1輪和第2輪試驗結果中高抗、中抗材料與中感、高感材料數之間差異均達極顯著水平。第3輪中各抗性級別間差異不同于第1輪及第2輪試驗，第4、第5輪試驗中的高感、中感材料數與中抗、高抗材料數之間差異均達極顯著水平且和第1輪及第2輪試驗呈相反的結果。隨著時間的推移，材料基本都能發芽，這樣不利于進行穗發芽抗性鑒定，筆者推測針對黃淮麥區蠟熟期取材進行穗發芽抗性鑒定的有效期為6月20日之前。因此，規定第1輪試驗表現為高抗且第2輪試驗表現為中抗以上的材料記為高抗材料，第1輪中表現為中抗的記為中抗材料，對第1輪和第2輪各抗性級別材料進行統計分析，結果見表2。由表2可以看出，各抗性級別間差異均達極顯著水平，可見，該類抗性級別劃分可用于穗發芽抗性鑒定。最終整穗發芽法篩選出113份抗穗發芽材料，其中31份對穗發芽表現為高抗，82份為中抗。

表1不同抗性級別品種數與抗性鑒定時間的相關分析

Table 1Correlation analysis among varieties of various resistance levels under different identification periods

時間date品種數Numberofvarieties∥個高抗Highresistance中抗Moderateresistance中感Moderatesusceptibility高感Highsusceptibility06-1338.5aA74.5bB160.0cC23.0dD06-2023.0aA35.5bB199.5cC38.0dD06-2710.0dD31.0cC159.0aA96.0bB07-041.5dD18.5cC107.0bB169.0aA07-110dD19.0cC136.5bB140.5aA

注：同行不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05);不同大寫字母表示處理間差異極顯著(P<0.01)。

Note:Different lowercases indicated significant differences among treatments (P<0.05); and different capital letters indicated extremely significant differences among treatments (P< 0.01).

表2　抗性級別間差異分析

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05);不同大寫字母表示處理間差異極顯著(P<0.01)。

Note:Different lowercases indicated significant differences among treatments (P<0.05); and different capital letters indicated extremely significant differences among treatments (P<0.01).

2.1.2分子標記鑒定結果與分析。前人研究發現采用標記Vp1B3在材料中進行檢測可能出現3種帶型，其中845及569 bp的條帶表現為抗穗發芽，652 bp的條帶為不抗穗發芽。該研究通過整穗發芽法鑒定出113分抗穗發芽材料，進行分子檢測，發現3.5%的材料帶型為845 bp，27.5%的材料帶型為652 bp，69.0%的材料帶型為569 bp，進一步表明帶型為569 bp的條帶為抗性條帶，這與前人研究結果一致。同時，分子檢測結果也表明整穗發芽法鑒定穗發芽抗性結果較為準確。標記Vp1B3擴增出的片段類型如圖1所示。

注：M.D-2000 marker；1.泛麥8號；2.豐產3號；3.陜225；4.洛旱7號；5.洛麥21；6.連5152；7.淮麥20；8.宿553；9.洛旱9號；10.徐麥4060；11.新麥25；12.鄭麥99488；13.漯3429；14.泛麥065050；15.農大212；16.碧螞4號；17.碧螞1號；18.西農223。　Note:M.D-2000 marker；1.Fanmai 8；2.Fengchan 3；3.Shan 225；4.Luohan 7；5.Luomai 21；6.Lian 5152；7.Huaimai 20；8.Su 553；9.Luohan 9；10.Xumai 4060；11.Xinmai 25；12.Zhengmai 99488；13.Luo 3429；14.Fanmai 065050；15.Nongda 212；16.Bima 4；17.Bima 1；18.Xinong 223.圖1　標記Vp1B3擴增出的片段類型Fig.1　The PCR fragment amplified with the marker Vp1B3

2.2抗倒性鑒定結果與分析陜西楊凌在2014年4月10日開始連續出現陰雨及刮風天氣，局部地區風級超過5級，造成許多小麥品種出現倒伏現象。由表3可以看出，296份材料中有84個品種出現根部倒伏，9個品種出現莖倒，203個品種沒有出現倒伏。按株高進行分級，發現在發生根倒的84份材料中株高≥85 cm的占53.6%；在203份不倒材料中株高<85 cm的占95.1%，≥85 cm的占4.9%。可見，矮化育種能夠明顯提高小麥抗倒性，但植株高并不一定不抗倒。對于植株較高的品種(不倒伏材料)進行拔根及人工撥動莖稈，發現其根部有活力的須根較多，莖稈彈性較好。

表3　株高等級劃分及倒伏情況

2.3早穗鑒定結果與分析296份材料中233份為冬性品種、63份為春性品種，冬性品種選用周麥18為對照，其中抽穗期早于周麥18的有136個，晚于周麥18的有97個；春性品種選用偃展4110為對照，抽穗期早于偃展4110的有35個，晚于偃展4110的有28個。

2.4抗穗發芽、抗倒伏、早穗型種質決選該研究最終篩選出抗穗發芽、抗倒伏、早穗型種質20份，其中春性種質4份，分別為川麥42、揚96-152、揚麥9號、Saar；冬性種質16份，分別為西農223、武農148、新麥8號、鄭麥366、瀏虎98、浚99-7、百農69、綏豐99、百農160、宿553、徐麥4036、緇麥12、長旱58、明天0417、漯3429、CA0861。

3　結論與討論

品種資源對于育種非常重要，該研究以篩選聚合抗穗發芽、抗倒伏及早穗型為一體的材料為目標，最終從296份材料中獲得了20份有效種質資源。針對黃淮麥區(楊凌)，小麥一般6月7日左右收獲，室內進行穗發芽的保真期為6月20日之前。

近年來，針對小麥穗發芽抗性水平出現了許多鑒定方法，歸納起來有3類：第1類為采用穗發芽抗性分子標記進行檢測；第2類為構建噴灌設施模擬收獲前期降雨；第3類為蠟熟期收獲后進行噴水處理，室內模擬收獲前期降雨。3類方法各有優點。目前對穗發芽抗性鑒定較為流行的是分子標記檢測，對穗發芽相關標記進行驗證，發現標記Vp1B3和wmc104可以有效地區分出感穗發芽材料和抗穗發芽材料[15-16]。采用穗發芽抗性標記進行檢測，有些分子檢測表現為抗穗發芽的材料在田間卻出現穗發芽現象，主要原因是穗發芽抗性分子標記的有效性有待商榷，若能針對已有的穗發芽抗性標記進行評價，則可發揮分子輔助育種的優勢。構建噴灌設施模擬收獲前期降雨能夠準確鑒定穗發芽材料，但其要求加大基礎設施投入。蠟熟期收獲后室內噴水處理，模擬收獲前期降雨能夠對穗發芽抗性進行鑒定并降低基礎投入。

在抗倒伏育種中進行矮化育種能夠提高抗倒伏能力[17]，此外選擇營養生長后期及生殖生長階段根系活力強的品種可能對提高抗倒性也有不可估量的作用。小麥發生莖倒一般隨后幾天仍能通過自我調節最終恢復正常形態，對產量造成的影響較小。小麥的抗倒性與株高相關，隨著矮化育種的推進，目前小麥總體的抗倒伏能力提高，然而植株矮的品種不一定表現出好的抗倒性，此外株高偏低影響地上生物量，最終不易獲得高產。小麥抽穗后，莖稈彈性及根系活力能夠影響抗倒性，莖稈彈性好、根系活力強的品種能夠在連陰多雨并刮風的情況下挺立。目前對抗倒性的鑒定方法很多，如研究矮化基因、莖稈彈性、根系活力等，該研究認為，最佳的鑒定方法是在連陰雨天并伴隨自然大風的地區進行鑒定。

小麥的抽穗期和生育期高度相關，一般而言，早抽穗能夠確保后期有較長的生殖生長期且能夠早熟。然而抽穗期過早可能會導致小麥營養生長不良，最終減產。適當的早抽穗對于獲得高產是有利的。

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Screening of Wheat Germplasm Containing Pre-harvest Sprouting Resistance, Lodging Resistance and Early Earing Properties

JIAN Jun-tao1, ZHANG Zhen1, WEI Hong-sheng2et al

(1.Nanyang Academy of Agricultural Science, Nanyang, Henan 473000; 2.Northwest A & F University, Yangling, Shaanxi 712100)

[Objective] To screen excellent wheat germplasm resources which were suitable for planting in Nanyang region of Henan Province.[Method] A total of 296 wheat varieties were planted in Yangling City of Shaanxi Province, which belonged to Huanghuai region.We identified the pre-harvest sprouting resistance, lodging resistance and early earing of these varieties.[Method] We not only optimized the methods of identifying pre-harvest sprouting resistance, but also graded levels of pre-harvest sprouting resistance.Finally, it was discovered that the best time to identify pre-harvest sprouting resistance was before 20 June.Among the 113 screened varieties which assumed pre-harvest sprouting resistance, 31 varieties assumed high resistance, and 82 varieties assumed moderate resistance.The pre-harvest sprouting markVp1B3 was used to test 113 materials which showed pre-harvest sprouting resistance properties, and it was discovered that 3.5% of the total materials contained the band type of 845 bp, 69.0% containing 569 bp, 27.5% containing 652 bp, which showed that the band type of 569 bp was exactly the resistance band.By making full use of natural wind in Yangling region during early April 2014, 203 varieties which assumed lodging resistance were screened.With zhoumai18 as comparison, 136 early earing winter varieties were screened; and 35 early earing spring varieties were screened with yanzhan4110 as comparison.By doing the above researches, 20 wheat germplasm which contained pre-harvest sprouting resistance, lodging resistance and early earing properties were ultimately screened.[Conclusion] This research provided references for the introduction of wheat germplasm containing pre-harvest sprouting resistance, lodging resistance and early earing properties in Nanyang Area.

Wheat; Pre-harvest sprouting resistance;Vp1B3; Lodging resistance; Early earing

簡俊濤(1990- )，男，河南信陽人，碩士，從事作物遺傳育種研究。

2016-05-31

S 512.1

A

0517-6611(2016)20-008-03