黃淮北片主栽小麥品種冬春性與主要春化基因組成的關系

趙彥坤,張文勝，王秀堂，傅曉藝，賈 丹，高振賢，史占良，何明琦

(1.石家莊市農林科學研究院，河北石家莊 050041； 2.中國科學院遺傳與發育生物學研究所農業資源研究中心，河北石家莊 050021)

黃淮北片主栽小麥品種冬春性與主要春化基因組成的關系

趙彥坤1,張文勝2，王秀堂1，傅曉藝1，賈 丹1，高振賢1，史占良1，何明琦1

(1.石家莊市農林科學研究院，河北石家莊 050041； 2.中國科學院遺傳與發育生物學研究所農業資源研究中心，河北石家莊 050021)

為探明我國黃淮北片麥區冬小麥的冬春性與春化基因分布的關系，以該麥區的48個主導小麥品種為材料，依據不同小麥品種的低溫春化需求來分析品種的冬春特性，同時分析了主要的春化基因分子標記在上述品種中的組成。結果表明，黃淮北片麥區以半冬性品種為主，占75.0%，春性品種和冬性品種各占10.4%，弱春性品種占4.2%。春化基因檢測結果顯示，黃淮北片麥區的主栽小麥品種的主要基因型為 vrn-A1/ vrn-B1/ vrn-D1/ vrn-B3，占77.1%，其余品種含有 Vrn-D1基因(22.9%,11個)，未發現攜帶顯性基因 Vrn-A1、 Vrn-B1及 Vrn-B3的品種。黃淮北片主栽品種調查結果顯示，根據 vrn-A1/ vrn-B1/ vrn-B3/ vrn-D1全隱性基因型推測的品種的冬性和表現型的一致性高達97.3%，根據顯性基因 Vrn-D1推測的春性與表現型的一致性為54.5%。總的來說通過春化基因組成推測的冬春性與根據低溫需求鑒定的冬春性的一致性為87.5%，表明可以通過檢測春化基因分子標記來對品種的冬春性進行快速推測，實際工作中若能利用春化基因分子檢測與田間觀察相結合，可以更準確地反映品種的冬春性。

小麥；黃淮北片；冬春性；春化基因

春化特性是小麥適應不同氣候條件決定性的因素，其既影響小麥的種植范圍，也決定了小麥的適宜播期[1]。我國為小麥生產大國，氣候類型多樣，依據小麥的冬春類型及生長區域等特性，小麥生產區域分為北部春麥區、北部冬麥區、黃淮冬麥區等10個生態區[1]。從20世紀初前蘇聯學者李森科(Lysenko)提出植物春化理論以來，有關春化作用一直是植物學家們研究的熱點，由于小麥春化反應的復雜性和反應類型的多樣性，國內外學者從不同角度和層次對其進行了研究[2-5]。目前報道的主要春化基因有 Vrn1、 Vrn2、 Vrn3和 Vrn-D4，其中， Vrn1編碼一個MADS-box轉錄因子，與擬南芥中頂端分生組織基因 APETALA1同源[6]，該基因調節營養生長到生殖生長的轉化，直接控制開花和成熟時間； Vrn2是通過 Vrn3來控制 Vrn1的表達，其突變后不需要春化[7]； Vrn3是擬南芥中FT的同源基因，其顯性可以加速開花，作為控制春化需求的支路[7]； Vrn-D4通過和 Vrn-A1、 Vrn-B1、 Vrn-D1、 Vrn-B3互作來調控春化過程[8]。其中， Vrn1是目前認為對春化起最主要作用的基因，該基因在小麥中的3個等位基因分別位于5AL、5BL和5DL染色體，即Vrn-A1、Vrn-B1和 Vrn-D1，這3個等位基因中任何一個或多個為顯性時，小麥的春化特性為春性，若這3個基因全為隱性，小麥的春化特性為冬性，且這3個顯性等位基因的春化效應不同，其中 Vrn-A1作用最強，對 Vrn-B1和 Vrn-D1具有上位效應[9]。 Vrn1對 Vrn2具有上位效應，當 Vrn1的三個等位基因任何一個為顯性時，無論 Vrn2的顯隱性組成如何，小麥的發育特性為春性；當 Vrn1的三個等位基因均為隱性時， Vrn2為顯性表現為冬性，為隱性則表現為春性[10]。

Yan等[11-12]、Fu等[13]及Chen等[14]通過比較冬春性材料間春化基因的多態性，發現 Vrn-A1、 Vrn-B1、 Vrn-D1和 Vrn-B3基因在A基因組啟動子區及A、B、D三個基因組內含子區存在插入或缺失的變異，開發出10對引物作為區分冬春性基因型的分子標記[11-14]。利用上述標記研究發現不同地區、不同麥區小麥的春化基因組成都有差異，加拿大西部的40個春性小麥中90%的品種含有 Vrn-A1基因，另外10%的品種含有 Vrn-B1基因[15]；姜 瑩等[11]調查中國10個麥區的153份小麥地方品種，4個顯性春化基因的分布頻率依次為60.78%( Vrn-D1)、5.88%( Vrn-A1)、5.23%( Vrn-B1)和0( Vrn-B3)；Zhang等[14]對中國8個麥區的298個品種的春化基因顯隱性分析發現， Vrn-D1顯性等位基因占的比例最高，占鑒定品種的37.8%， Vrn-A1基因主要分布于長城以北的春播麥區、新疆冬春麥區和西南冬麥區，北方冬麥區春化基因都為隱性，黃淮麥區是春化基因由隱性向顯性的過渡地帶；趙 虹等[17]分析1950-2007年黃淮南片冬麥區的127個主導小麥品種的春化基因分布，4個顯性春化基因的分布頻率依次為44.1%( Vrn-D1)、5.5%( Vrn-B1)和1.6%( Vrn-B1+ Vrn-D1)，沒有品種攜帶顯性基因 Vrn-A1。

關于品種的春化基因型與品種冬春性的一致性分析，姜 瑩等[11]發現，春麥區的一致性較高，冬麥區的一致性較低，由于對低溫春化的敏感性 Vrn-A1> Vrn-B1> Vrn-D1，所以 Vrn-B1及 Vrn-D1基因型對小麥春化發育特性決定較弱，硬性地將其劃分為春性從而導致 Vrn-D1分布頻率較高的黃淮冬麥區、長江中下游麥區和西南冬麥區基因推測的一致性較低，其研究認為 Vrn-D1基因型決定的小麥品種應為弱春性或弱冬性較為合適[11]。趙 虹等[17]研究發現，含有 Vrn-B1的品種基本上為春性或弱春性，普遍抗寒性較差，3個位點都為隱性的品種大部分是冬性或半冬性品種，普遍抗寒性好，含有 Vrn-D1的品種總體處于中間類型。袁秀云等[18]報道含有 Vrn-B1及 Vrn-D1基因的品種春性不強，發育特性表現為弱春性或半冬性， Vrn1三個位點全部為隱性的小麥發育特性表現為冬性、半冬性或弱春性，表明黃淮麥區的發育特性與 Vrn1基因組成密切相關，但可能還有其他的調控因子參與。眾多學者研究了不同地區的小麥所含春化基因的分布情況，以及小麥春化基因和冬春性的關系，多數研究結果證明春化基因類型與品種冬春特性基本相符，春化基因控制著小麥品種的冬春特性，但也有研究人員發現僅用春化基因來預測品種的冬春性還不完善，分子檢測與田間觀察相結合能夠更準確地反映品種的冬春性[8,17]。

黃淮北片冬麥區是中國小麥的重要主產區，播種面積600萬hm2左右，占整個小麥產區面積的近1/4，關于黃淮北片麥區主栽品種冬春性和春化基因關系的研究還比較少。本研究旨在通過分析黃淮北片麥區主栽小麥品種的由低溫春化效應推導的冬春性和春化基因分布的關系，初步得出該麥區小麥的主要冬春特性及春化基因的分布情況，分析以春化基因指導黃淮北片小麥的冬春特性分類的可行性，為指導小麥品種選育提供便捷有效的信息。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以黃淮北片麥區的48個主導小麥品種為材料，品種名稱見表2。

1.2 低溫春化處理試驗

采用人工模擬低溫春化處理供試的48個小麥品種，每個品種取完整飽滿種子400粒，每100粒為1份，低溫春化時間共設置4個處理，春化時間分別為0、10、20和30 d，每個處理均選取準備好的種子100粒，擺放在鋪有濾紙的培養皿中，加去離子水，于25 ℃培養箱催芽12 h，待小麥萌動后放入2～4 ℃低溫光照植物培養箱進行春化處理，每隔2～3 d加1次去離子水。為保證不同春化處理小麥播種后感受外界環境溫度一致性，從2015年2月17日起每10 d處理一批小麥種子，3月18日將不同時間處理的種子同時播種在溫室大棚。為避免生長過程中低溫導致自然春化和其他因素影響，模擬小麥的生長環境設定控制溫度在20±2 ℃，光周期為16 h(晝)/8 h(夜)，到最低溫度穩定達到16 ℃以上，打開大棚，在6月20日麥收結束后檢測各品種是否正常抽穗成熟。

大棚設計是每個處理播種時均設計2次重復，采取裂區設計，隨機排列，每個品種1行，每行播50粒萌動種子，最終觀察抽穗率及籽粒是否成熟。

1.3 DNA提取及春化基因擴增

采用CTAB法[19]提取小麥葉片的基因組DNA。序列特異性PCR擴增所用引物參考Yan等[11]、Fu等[13]以及Chen等[14]的方法合成(表1)。采用常規PCR擴增，擴增使用寶生物公司的LATaq酶，擴增程序如下：94 ℃預變性5 min；94 ℃變性40 s，52～61 ℃退火40 s，72 ℃延伸1～2 min，35個循環；72 ℃延伸5 min。

2 結果與分析

2.1 不同小麥品種低溫春化效應的比較

參試品種為黃淮北片麥區的主栽品種，在田間栽培滿足春化需求條件下的成熟期和石4185相比相差±2 d，屬于熟期相當的品種。本研究主要對黃淮北片麥區的48個主栽小麥品種進行不同時間的春化處理，滿足低溫春化需求的小麥品種可以順利的抽穗成熟，沒有滿足低溫春化需求的小麥品種不能抽穗或抽穗成熟顯著延遲[20]。春化處理時間分別為0、10、20和30 d，調查不同品種的抽穗及結實情況。依據不同品種的春化需求，一般將小麥分為3種類型，春性、半冬性及冬性，其滿足春化的臨界天數依次為:春性0～5 d，半冬性20～30 d，冬性>30 d[20]。

由于品種較多，所以其春化臨界點呈現漸變連續趨勢。調查小麥各品種正常成熟所需的低溫春化時間，并按照春化需求進行冬春性分類。各品種在不同低溫春化時間處理下的抽穗結實情況及冬春性分類記錄如表2所示，石08-6617、滄麥028、衡5229、衡觀35及濟麥20為春性品種，占參試品種的10.5%，在沒有進行春化處理的條件下依然正常的抽穗，除去濟麥20成熟較晚外，其他4個正常成熟，即濟麥20的春性較其余4個弱；泰山5366和冀5265需要的春化時間比春性品種長，比半冬性品種短，其冬春性介于春性和半冬性之間，暫時歸為弱春性品種，占參試品種的4.2%；剩下的大多數品種還是以半冬性為主(36個)，占參試品種的75.0%，冬性品種為5個，分別為泰山21、泰山22、郯麥98、長6878和衡136，占參試品種的10.5%，這5個品種在30 d低溫春化處理下沒有正常成熟。

由于半冬性品種所占的比例較高，進一步對該類品種的春化特性進行劃分，低溫春化處理10 d時該品種存在一定比例的抽穗結實現象，低溫春化處理20 d時完全抽穗結實成熟，劃為半冬偏春性；低溫春化處理10 d時該品種僅有部分抽穗但沒有結實，或者未抽穗，低溫春化處理20 d時完全抽穗結實成熟，劃為半冬中間性；低溫春化處理10 d時該品種未抽穗結實，低溫春化處理20 d時存在一定比例的抽穗結實或抽穗現象，低溫春化30 d時完全抽穗結實成熟，劃為半冬偏冬性。具體各品種冬春性如表2所示，半冬偏春性品種、半冬中間性品種及半冬偏冬性品種數目基本相當，說明半冬性的廣泛類型都較適宜黃淮北片的生長環境。

2.2 黃淮北片麥區小麥品種春化基因的等位變異

對于春化基因在不同小麥品種中的分布情況，國內外學者都有廣泛的研究，本試驗用已有的10對春化基因分子標記對48個品種的 Vrn-A1、 Vrn-B1、 Vrn-D1及 Vrn-B3 四個位點上的等位基因進行檢測。

在A基因組中， Vrn-A1位點的顯性和隱性等位變異可用引物Vrn-A1F/Vrn-A1R、Vrn-A1cF/Vrn-A1cR和vrn-A1F/vrn-A1R進行檢測，其中，Vrn-A1F/Vrn-A1R檢測基因的啟動子區有無插入或缺失，若擴增結果為650 bp和750 bp，其基因型為 Vrn-A1a，若擴增結果為480 bp，其基因型為 Vrn-A1b，若擴增結果為500 bp，其基因型為 vrn-A1；Vrn-A1cF/Vrn-A1cR和vrn-A1F/vrn-A1R檢測第一內含子區域有無缺失，若擴增結果為1 170 bp，其基因型為 Vrn-A1c，若擴增結果為1 068 bp，其基因型為 vrn-A1c。特異性擴增結果(圖1、表3)顯示，Vrn-A1F/Vrn-A1R擴增到的結果為500 bp的片段，推斷這些品種不是 Vrn-A1a和 Vrn-A1b基因型，可能為 vrn-A1，用Vrn-A1cF/Vrn-A1cR沒有擴增到1 170 bp的片段，vrn-A1F/vrn-A1R擴增到1 068 bp的片段，說明沒有顯性 Vrn-A1c基因型，即所檢測的小麥品種均為 vrn-A1基因型。

表1 小麥中已知的Vrn基因各等位類型的PCR引物[ 11,13-14]

Table 1 PCR primers for determining the allelic types ofVrngene in wheat[ 11,13-14]

引物名稱Primername引物序列(5'-3')Primersequence(5'-3')等位基因Allele擴增片段長度Expectedproductsize/bp退火溫度Annealingtemperature/℃Vrn-A1FGAAAGGAAAAATTCTGCTCGVrn-A1a650和750Vrn-A1RTGCACCTTCCC(C/G)CGCCCCATVrn-A1bvrn-A148050055.0Vrn-A1cFAGCCTCCACGGTTTGAAAGTAAVrn-A1c117058.9Vrn-A1cRAAGTAAGACAACACGAATGTGAGAvrn-A1FGCACTCCTAACCCACTAACCvrn-A1c106856.0vrn-A1RTCATCCATCATCAAGGCAAAVrn-B1FCAAGTGGAACGGTTAGGACAVrn-B170958.0Vrn-B1RCTCATGCCAAAAATTGAAGATGAvrn-B1FCAAGTGGAACGGTTAGGACAvrn-B1114956.4vrn-B1RCAAATGAAAAGGAATGAGAGCAVrn-D1FGTTGTCTGCCTCATCAAATCCVrn-D1167161.0Vrn-D1RGGTCACTGGTGGTCTGTGCvrn-D1FGTTGTCTGCCTCATCAAATCCvrn-D199761.0vrn-D1RAAATGAAAAGGAACGAGAGCGvrn-B3FATGCTTTCGCTTGCCATCCvrn-B31140/203056.0vrn-B3RCTATCCCTACCGGCCATTAGVrn-B3aFCATAATGCCAAGCCGGTGAGTACVrn-B3a120059.0Vrn-B3aRATGTCTGCCAATTAGCTAGCVrn-B3cFGCTTTGAACTCCAAGGAGAAVrn-B3c140152.0Vrn-B3cRATAATCAGCAGGTGAACCAG

表2 不同春化時間處理后各小麥品種的抽穗結實情況及由春化需求鑒定的品種冬春性

Table 2 The heading and seeding number of tested wheat cultivars under different vernalization and the winterness-springness type detected by the vernalization requirement

品種Cultivar春化天數Daysofvernalization/d0102030冬春性Winterness-springnesstype石08-6617 Shi08-661750505050S滄麥028 Cangmai02850505050S衡5229 Heng522950505050S衡觀35 Hengguan3550505050S濟麥20號 Jimai2050M505050S泰山5366 Taishan53660(24)505050WS冀5265 Ji52650(21)50M5050WS舜麥1718 Shunmai17180(20)405050SWPS邯6172 Han6172-30(10)5050SWPS邯08-6012 Han08-60120(20)25(8)5050SWPS科農199 Kenong1990(20)25(15)5050SWPS石4185 Shi41850(20)24(11)5050SWPS衡4399 Heng4399-20(7)5050SWPS金禾9123 Jinhe91230(10)20(10)5050SWPS邯麥13號 Hanmai13-20(10)5050SWPS堯麥16 Yaomai16-10(10)5050SWPS衡06-6632 Heng06-6632-10(10)5050SWPS邢麥6號 Xingmai6-20M5050SWPS濟麥22 Jimai22-0(30)5050SW良星66 Lingxing66-0(25)5050SW良星99 Lingxing99-0(25)5050SW邢麥7號 Xingmai7-0(15)5050SW濟麥21 Jimai21-0(10)5050SW石麥15號 Shimai15-0(5)5050SW魯墾麥9號 Lukenmai9-0(2)5050SW煙農0428 Yannong0428--5050SW濟麥19 Jimai19--5050SW煙農21 Yannong21--5050SW魯原502 Luyuan502--5050SW汶農14號 Wennong14--5050SW衡0628 Heng0628--40(10)50SWPW滄麥6005 Cangmai6005--40(10)50SWPW石家莊8號 Shijiahzuang8--40(10)50SWPW冀麥585 Jimai585--40(10)50SWPW邯00-7086 Han00-7086--4050SWPW石優20號 Shiyou20--4050SWPW晉麥47 Jinmai47--3550SWPW河農6049 Henong6049--3550SWPW河農825 Henong825--30(20)50SWPW邢麥4號 Xingmai4--3050SWPW石麥22號 Shimai22--2550SWPW邯4564 Han4564--0(15)50SWPW師欒02-1 Shiluan02-1--0(20)50SWPW泰山21號 Taishan21--40(10)50MW泰山22 Taishan22--40(10)50MW郯麥98 Tanmai98--10(30)50MW長6878 Chang6878--0(25)50MW衡136 Heng136--1050MW

表中數據均表示抽穗品種數，其中，括號外數據表示抽穗并正常結實的品種數，括號內數據表示抽穗但未能結實的品種數，正常結實但未能正常成熟標注“M”；“-”表示未抽穗；S：春性；WS：弱春性；SWPS：半冬偏春性；SW：半冬性；SWPW：半冬偏冬性；W：冬性。下表中同。

The data in the table indicated the number of varieties which headed, but the data outside brackets indicated the number of varieties which headed and seeded, and the data in brackets indicated the number of varieties which headed but did not seed,and the ‘M’ represented the variety seeded but did not mature normally; ‘-’ represented the variety which did not seed; S:Springness; WS:Weak springness; SWPS:Semi-winterness with partial springness; SW:Semi-winterness; SWPW:Semi-winterness with partial winterness; W:Winterneess. The same in the following table.

在B和D基因組中，對春性品種來說， Vrn1基因的第一內含子區域往往有大片段缺失，其等位類型分別為 Vrn-B1 和 Vrn-D1[11]。本文使用Fu等[13]根據不同等位變異序列差異開發的用于檢測顯性和隱性的等位變異分子標記，其中B基因組引物Vrn-B1F/Vrn-B1R當其有大片段的缺失時，可以擴增到709 bp的片段，其基因型為 Vrn-B1，不存在大片段的缺失，引物vrn-B1F/vrn-B1R的特異性擴增產物為1 149 bp，其基因型為 vrn-B1。特異擴增結果(圖1、表3)顯示，沒有709 bp的擴增產物，所有品種都擴增到1 149 bp的片段，這些品種都為隱性 vrn-B1。D基因組引物Vrn-D1F/Vrn-D1R當其有大片段的缺失時，可以擴增到1 671 bp的片段，其基因型為 Vrn-D1，不存在大片段的缺失，引物vrn-D1F/vrn-D1R的擴增產物為997 bp，其基因型為 vrn-D1。特異性擴增結果(圖1、表3)顯示，冀5265、石4185、石麥19、堯麥16和滄麥028等含有1 671 bp 的片段，為 Vrn-D1，其余沒有此片段的品種可以用引物vrn-D1F/vrn-D1R擴增出997 bp的片段，為 vrn-D1。 Vrn-B3位點的顯性和隱性等位變異可用引物Vrn-B3aF/Vrn-B3aR、Vrn-B3cF/Vrn-B3cR以及vrn-B3F/vrn-B3R進行檢測[14]，Vrn-B3aF/Vrn-B3a的檢測結果是1 200 bp，基因型為 Vrn-B3a，Vrn-B3cF/Vrn-B3cR檢測結果為1 401 bp，基因型為 Vrn-B3c，vrn-B3F/vrn-B3R擴增條帶為1 140 bp或2 030 bp時，為 vrn-B3。特異性擴增結果(圖1、表3)顯示，所有品種都擴增到1 140 bp的片段，即這些品種基因型均為 vrn-B3。

總結這48個品種的春化基因分子標記的擴增結果(表3)，參試品種中沒有攜帶顯性基因 Vrn-A1、 Vrn-B1及 Vrn-B3，有11個品種含有顯性基因 Vrn-D1，占檢測品種的22.9%。

2.3 小麥春化基因組成與冬春性的相關性分析

黃淮北片冬麥區以半冬性品種為主，主要的春化基因組成為 vrn-A1/ vrn-B1/ vrn-B3/ vrn-D1全隱性，或者 Vrn-D1顯性。根據本試驗用春化基因分子標記檢測的基因型來預測其冬春性，將預測的冬春性和本試驗通過低溫春化需求檢測的冬春性進行一致性比較分析，發現含有顯性春化基因 Vrn-D1的這11個品種，根據春化基因組成推測其為春性，而低溫春化需求鑒定表明其中有4個春性品種，2個弱春性品種，5個半冬偏春性品種，春化基因推測的冬春性和實際鑒定的冬春性的一致性為54.5%；不含顯性春化基因 Vrn-D1(即基因型為 vrn-A1/ vrn-B1/ vrn-B3/ vrn-D1)的37個品種，根據春化基因組成推測其為冬性，低溫春化需求鑒定出1個春性品種，31個半冬性品種，5個冬性品種，春化基因推測的冬春性和實際鑒定的冬春性的一致性為97.3%。總計這48個品種通過春化基因推測的冬春性和低溫春化需求鑒定的冬春性的一致性為87.5%。

1：石優20；2：邢麥6號；3：邢麥7號；4：煙農0428；5：堯麥16；6：河農6049；7：河農825；8：衡5229；9：衡觀35；10：金禾9123；11：科農199；12：師欒02-1；13：濟麥19；14：濟麥20；15：濟麥22；16：良星99; M:D2000 plus DNA ladder。

1:Shiyou 20; 2:Xingmai 6; 3:Xingmai 7; 4:Yannong 0428; 5:Yaomai 16; 6:Henong 6049; 7:Henong 825; 8:Heng 5229; 9:Hengguan 35; 10:Jinhe 9123; 11:Kenong 199; 12:Shiluan 02-1; 13:Jimai 19; 14:Jimai 20; 15:Jimai 22; 16:Liangxing 99; M:D2000 plus DNA ladder.

圖1 部分品種不同春化基因分子標記的檢測結果

Fig.1 Detection results using different vernalization gene markers in part of the wheat cultivars

表3 供試小麥品種春化基因的等位變異以及由春化基因推導的冬春性

Table 3 The allelic composition of vernalization gene and the comparison of winterness-springness type deduced by vernalization genes in 48 wheat cultivars

品種CultivarVrn-A1位點Vrn-A1locusVrn-B1位點Vrn-B1locusVrn-B3位點Vrn-B3locusVrn-D1位點Vrn-D1locus冬春性Winterness-springnesstype石08-6617 Shi08-6617vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S滄麥028 Cangmai028vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S衡5229 Heng5229vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S衡觀35 Hengguan35vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S濟麥20號 Jimai20vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W泰山5366 Taishan5366vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S冀5265 Ji5265vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S舜麥1718 Shunmai1718vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S邯6172 Han6172vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W邯08-6012 Han08-6012vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W科農199 Kenong199vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S石4185 Shi4185vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S衡4399 Heng4399vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W金禾9123 Jinhe9123vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S邯麥13號 Hanmai13vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W堯麥16 Yaomai16vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S衡06-6632 Heng06-6632vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W邢麥6號 Xingmai6vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W濟麥22 Jimai22vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W良星66 Lingxing66vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W良星99 Lingxing99vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W邢麥7號 Xingmai7vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W濟麥21 Jimai21vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W石麥15號 Shimai15vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W魯墾麥9號 Lukenmai9vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W煙農0428 Yannong0428vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W濟麥19 Jimai19vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W煙農21 Yannong21vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W魯原502 Luyuan502vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W汶農14號 Wennong14vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W衡0628 Heng0628vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W滄麥6005 Cangmai6005vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W石家莊8號 Shijiahzuang8vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W冀麥585 Jimai585vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W邯00-7086 Han00-7086vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W石優20號 Shiyou20vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W晉麥47 Jinmai47vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W河農6049 Henong6049vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W河農825 Henong825vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W邢麥4號 Xingmai4vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W石麥22號 Shimai22vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W邯4564 Han4564vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W師欒02-1 Shiluan02-1vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W泰山21號 Taishan21vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W泰山22 Taishan22vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W郯麥98 Tanmai98vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W長6878 Chang6878vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W衡136 Heng136vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W

3 討 論

選擇適應性好的小麥推廣品種是高產穩產的前提，廣適的小麥品種可以有效的減少干旱及凍害等災難氣候對產量的損失[21-22]。掌握品種的冬春性特點，是小麥育種、品種審定推廣及溫室加代等工作的重要內容[22]。傳統的冬春性鑒定方法對栽培及氣候條件要求嚴格，春化基因 Vrn-1及 Vrn-B3已作為輔助手段廣泛地用于鑒定品種的冬春性[11,17-18,20]。孫果忠等[20]以黃淮麥區15個品種為材料，發現春化基因 Vrn-1不同的等位基因具有累加效應， Vrn-1等位基因組成、春化臨界點和發育進程之間的密切相關。姜 瑩等[11]調查了中國10大麥區的153個小麥品種，發現基因型與表現型一致性在春麥區較高，在黃淮冬麥區、長江中下游冬麥區和西南冬麥區較低，主要是與 Vrn-D1位點的顯性變異有關，建議該位點決定的基因型應為弱冬性或弱春性。

春化基因的出現頻率與小麥品種的分布地域有很大的關系。 Vrn-A1和 Vrn-B1顯性突變主要出現在東北春麥區、新疆春冬麥區和北部春麥區，而 Vrn-D1顯性突變在中國各大麥區都有分布，在北部冬麥區分布最少[11]。參與調查的黃淮北片的48個小麥品種中沒有發現顯性基因 Vrn-A1、 Vrn-B1和 Vrn-B3，有22.9%的品種含有顯性基因 Vrn-D1。而春化基因和冬春性的一致性分析中，前人鑒定的春化基因型和表現型一致性較低的麥區主要是黃淮冬麥區、長江中下游冬麥區和西南冬麥區，主要與 Vrn-D1的顯性變異有關。而黃淮北片作為小麥的主產區同時是基因型與表現型一致性較差的區域，分析基因型對表現型的指導作用尤為重要。黃淮北片麥區出現頻率最高(77.1%)的 vrn-A1/ vrn-B1/ vrn-B3/ vrn-D1等位基因，其檢測的品種絕大多數屬于半冬性及冬性品種，僅有一個品種例外，濟麥20不含任何已知的 Vrn-1等位基因的顯性基因，不經歷春化也可以正常結實[23]，表明其中含有其他影響小麥春化需求的遺傳因素，首先推測其中還有其他未檢測的春化基因效應，如 Vrn2、 Vrn-D4，但其作用機制還不是很清楚[9-10,24]，其次這些STS分子標記只檢測引物所在區域內序列大小的差異，也可能是這些檢測區域內部發生影響蛋白功能的序列突變，或者該基因的未檢測區段存在變異。其余的品種含有 Vrn-D1(22.9%)，分析其在春化過程中的效應發現， Vrn-D1基因型的小麥品種以春性品種最多(54.5%)，其次為半冬性(45.5%)，前人的研究表明， Vrn-D1對春化作用較為敏感，其基因型決定的小麥品種以弱春性或者半冬性較為合適。本研究也發現 Vrn-D1在不同品種中都表現一定程度的春性，即含有 Vrn-D1的品種屬于春性、弱春性以及半冬偏春性類型，由于本試驗使用的 Vrn-D1位點的分子標記是用于檢測顯性等位變異的分子標記，而近期研究表明， Vrn-D1啟動子區的一個單核苷酸變異(C/A)使得攜帶該基因的小麥品種從春性變為半冬性，將春性品種的 Vrn-D1命名為 Vrn-D1a，半冬性品種的 Vrn-D1命名為 Vrn-D1b[25]。進一步對 Vrn-D1的兩個顯性等位變異進行細分，可能更有助于分析 Vrn-D1在不同品種中的春化需求的差異。

小麥春化效應的研究是個復雜的過程，不同品種的春化需求除了和春化基因的顯隱性有關，和不同春化基因的等位變異及拷貝數都有關系，研究報道 Vrn-A1的拷貝數和春化需求緊密相關，隨著 Vrn-A1位點拷貝數增加，對低溫春化處理需求增加，即冬性增加[26]。文中未檢測到顯性 Vrn-A1的存在，所以未對拷貝數進行分析。文中對 Vrn-B1、 Vrn-D1檢測的引物主要用于檢測顯性變異，但并未對哪一個類型的顯性等位變異進行細分，沒有檢測到 Vrn-B1顯性等位變異，對 Vrn-D1顯性等位變異的細分將有助于進一步分析該基因在不同品種中的春化需求差異，有望進一步提高黃淮北片麥區春化基因的基因型和表現型的一致性。

4 結 論

眾多科研人員分析了不同麥區春化基因型和冬春性的一致性指數，不同麥區的指數有一定差異，前人鑒定的黃淮冬麥區的基因型和表現型的一致性較低，本研究鑒定黃淮北片的基因型和表現型的一致性為87.5%，可以用來快速檢測本麥區品種的冬春性，采用春化基因分子標記與傳統的冬春性鑒定方法相結合來認識品種冬春性、預測品種的抗寒性對黃淮北片小麥品種利用更具有指導意義[19]。

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Analysis of Winterness-Springness Type and Vernalization Genes in the Main Wheat Cultivars from the North of Yellow and Huai Valley of China

ZHAO Yankun1,ZHANG Wensheng2,WANG Xiutang1,FU Xiaoyi1,JIA Dan1,GAO Zhenxian1,SHI Zhanliang1,HE Mingqi1

(1.Shijiazhuang Academy of Agricultural and Forestry Sciences,Shijiazhuang,Hebei 050041,China; 2.Center for Agricultural Resources Research,Institute of Genetics and Developmental Biology,the Chinese Academy of Science,Shijiazhuang,Hebei 050021,China)

To analyze the relationship between the winterness-springness type and the vernalization genes in wheat from the North of Yellow and Huai Valley of China,48 wheat cultivars were selected. The winterness-springness type of wheat cultivars was analyzed by the vernalization requirement,and the distribution of vernalization genes in wheat varieties was also analyzed. We found that 36 wheat varieties(accounting for 75%) were semi-winterness type,and five(taking up to 10.4%) and two wheat varieties(taking up to 4.2%) were springness type and weak springness type,respectively,and five wheat varieties were winterness type.In this study,the main gene type was vrn-A1/ vrn-B1/vrn-D1/vrn-B3 in 37 wheat varieties,accounting for 77.1%,and the Vrn-D1 dominant vernalization allele was detected in the other eleven wheat cultivars,taking up to 22.9%,but Vrn-A1a, Vrn-B1,and Vrn-B3 dominant alleles were not detected. Our research showed that the winterness-springness habit deduced by the gene type vrn-A1/ vrn-B1/ vrn-D1/ vrn-B3 showed 97.3% identity with the vernalization requirement,and the winterness-springness habit deduced by the gene type Vrn-D1 showed 54.5% identity with the vernalization requirement.In a word,the winterness-springness habit detected by molecular marker analysis of vernalization genes showed 87.5% identity with the vernalization requirement,so that we could deduced the winterness-springness habit quickly by the molecular marker analysis of vernalization genes in the North of Yellow and Huai Valley of China. We should combine the molecular marker analysis of vernalization genes and the winterness-springness habit observation in the field to learn more about the winterness-springness habit. The research would provide some useful information for the genetic improvement of the winter wheat in the North of Yellow and Huai Valley of China.

Wheat; The North of Yellow and Huai Valley; Winterness-springness type; Vernalization genes

時間：2016-11-04

2016-04-19

2016-10-17

農業部公益性行業(農業)科研專項(201203033-06)；國家現代農業(小麥)產業技術體系項目(nycytx-03) 第一作者E-mail:kun262004@163.com 通訊作者：何明琦(E-mail:hemingqi@163.com)

S512.1；S330

A

1009-1041(2016)11-1440-09

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20161104.0924.008.html