漯河地區小麥高產品種(系)農藝性狀的KASP標記檢測

摘要： 為探究漯河地區小麥高產的內在因素，選擇13份該地區培育品種（系）作為試驗材料，對農藝性狀株高、抗旱性、籽粒粒質量做KASP （kompetitive allele specific PCR）標記檢測。結果表明， "Rht-D1b "基因是漯河地區選育小麥品種（系）的主要矮稈基因。5個抗旱微效基因中，抗旱基因型等位基因組合 "Hap-4A-C+Hap-5D-C "在所有材料中均含有，為該地區骨干抗旱型基因組合。其中，漯豐172389含全部優異等位基因 "Westonia+Hap-4A-C+Hap-5D-C+Hap-H+B1a "，田間具有良好的抗旱性表現，是優異抗旱種質資源。18個粒質量基因檢測中，高粒質量等位基因 "TaGS2-A1b、GW2 Hap-6A-A、TaTGW-7Aa、Sus1-7B Hap-T、TaGS5-A1b、TaGW2-6B ""Hap- Ⅰ 和 "TaGW2-6B Hap "- Ⅱ 在材料中均檢測含有，材料占比100%。高粒質量等位基因 "TPP-6AL1a "最低，僅占比7.7%。漯麥76含11個高粒質量基因，田間籽粒半角質，千粒質量高，單產高，有望成為黃淮南片主推品種之一。本研究通過了解這些基因分布情況，分析原因，為下一步合理利用和培育高產小麥新品種提供參考。

關鍵詞： 漯河地區；小麥；高產；農藝性狀；KASP標記

中圖分類號：S512.103 "文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）01-0034-07

隨著世界人口的增長和環境污染、農業災害性氣候、戰爭等不利因素的影響，人類對于糧食的需求變得更加突出。在我國，小麥的種植面積和產量均居于前列，除海南島外， 其他區域都有不同規模種植，黃淮海地區是我國小麥重要的主產區［1］。 我國在小麥生產方面取得了巨大的進步和成就， 總產量從1978年的5 384萬t到2021年的13 694.4萬t［2］， 單產也由20世紀50年代的南大2419的 4 468 kg/hm2 ""提高到鄭麥7698的 10 934 kg/hm2， 增長幅度為145%，60年來小麥品種的年遺傳改良增長幅度為96.1 kg/hm2［3］。

小麥單位面積產量不僅與環境相關，還與自身農藝性狀密切相關。株高、抗逆性、粒質量等重要性狀的改良是提高產量的重要途徑。矮稈基因 ""Rht-B1b、Rht-D1b "的發現和利用，引發了世界范圍內的“綠色革命”［4］，到目前已發現35個矮稈基因［5］，它們被越來越多的育種專家重視。前人研究發現，少數矮稈基因在全國范圍內得到廣泛應用。優勢等位基因 "Rht-B1b、Rht-D1b "在黃淮麥區的246份小麥品種中分布頻率分別為41.46%、63.41%［6］；在青海省82份小麥品種中分布頻率分別為28.0%、9.8%［7］；在云南省42份小麥品種中分布頻率分別為35.71%、26.10%［8］。矮稈基因不僅降低株高，還會影響穗粒數、收獲指數等農藝性狀［9］。小麥生育期的干旱脅迫會對其生長發育和產量產生很大的影響，輕度干旱影響較小，但中度和重度則會導致植株的生物產量降低、早熟和產量下降［10］。通過對小麥抗旱基因的挖掘和利用，可以進一步提高小麥的抗旱性和適應性，進而提升小麥應對復雜多變的災害性農業天氣的能力，提高小麥的產量。 康振生團隊通過利用不同地理來源的小麥自然群體，采用全基因組關聯分析的方法，成功地發掘出1個小麥抗旱基因 "TaNAC071-A nbsp;，發現MYB轉錄因子TaMYBL1可以結合并調控 "TaNAC071-A "基因的表達，進而影響小麥的抗旱性［11］。

小麥單位面積產量的主要決定因素是單位面積穗數、穗粒數和千粒質量。其中，千粒質量的遺傳力相對穩定，受環境因素影響較小，遺傳力高達89%［12］。因此，千粒質量對小麥的產量潛力貢獻非常大［13］。單位面積穗數和穗粒數也是影響小麥產量的重要因素，通過綜合調控這些因素，可以進一步提高小麥的產量。曹廷杰等通過1988—2008年連續21年河南省小麥區域試驗冬水組試驗認為， 千粒質量對產量的貢獻最大（0.742 6），其次為穗粒數（0.706 4）［14］。 李愛國等對2001—2020年河南省審定的333個半冬小麥品種進行了研究，發現單產平均增加了610 kg/hm2， 千粒質量提高了4.7 g，穗粒數增加了3粒/穗［15］。目前數10個小麥粒質量相關基因已被克隆，開發了相應的分子標記［16］，育種家結合常規育種對這些基因加以選擇，將極大改良千粒質量性狀，提升小麥產量潛力［12］。

傳統育種技術通過大量的表型性狀來選育后代，后代選擇不可控，不能準確地對某個或某幾個特定性狀從基因角度進行精確選擇，選育效率低，育種周期長。隨著生物學技術的不斷發展，分子標記輔助選擇越來越受到育種家的重視，KASP標記具有成本低、便捷優勢，在大范圍小麥品種基因鑒定和新品種選育中得到廣泛應用［12］。前人的研究集中在優勢等位基因在不同單位不同品種中的分布頻率上，對與產量相關優勢等位基因在一個地區選育的品種（系）分析較少。本研究通過對漯河農業科學院13份材料的株高、抗旱和千粒質量等多個基因進行KASP標記檢測，了解這些基因分布情況，分析高產原因，旨在為今后的小麥遺傳改良和選育新品種提供參考和指導。

1 材料與方法

1.1 供試材料

13份供試材料均來自河南省漯河市農業科學院超麥研究室，其中4份為審定品種，分別是國審小麥豫麥158、漯麥18、郾豐168和河南省審小麥漯麥76，漯豐2792、漯豐5143、漯豐3192為參加各級試驗的新品系，其他6份為鑒定的高代系，詳見表1。試驗材料的產量數據來源于國家、省歷年審定冬小麥品種目錄。

1.2 田間種植規劃

材料于2017年秋種植在河南省漯河市農業科學院試驗基地，每份材料小區面積為13.5 m2，播種量為0.22 kg。在開花后至成熟期進行株高田間測定，隨機測量20個主莖，從地面至穗頂端（不連芒）的長度，以cm為單位計算，重復2次，計算平均值。千粒質量采用逐個數1 000粒種子，重復3次，用天平稱其質量，取其平均數。

1.3 KASP標記檢測

KASP標記檢測委托中國農業科學院肖永貴老師課題組完成，方法參照趙永濤等的方法［17］。試驗主要分析了與產量相關的KASP標記，主要包括株高主效基因2個（ "Rht-B1、Rht-D1 "），抗旱微效基因5個（ "1-feh-w3、CWI-4A、CWI-5D、TaMoc-A1、TaDreb "），粒質量微效基因18個（ "TaGS2-A1、 TaGS-D1、TaCwi-A1、TaCKX-D1、TaTGW6、Sus2- 2A、TaGS1a、GW2、TaTGW-7A、Tabas1、TPP-6A、TaSus2-2B、Sus1-7B、TaSus-7A、TaGS5-A1、TaGW2-6B、TEF-7A、TGW6-4A "）。

2 結果與分析

2.1 審定品種高產表現

4個審定品種在參加試驗時，均表現出較高的產量水平，高產潛力突出。由表2可知，豫麥158，2013—2014年度國家冬小麥品種試驗黃淮南片水地組生產試驗，較對照周麥18增產5.85%，居冬水組B組生產試驗第1位，在2005—2022年國家審定的黃淮南片冬性品種中，生產試驗產量位居13。郾豐168區試試驗和生產試驗產量分別位于第9位和第68位。弱春性品種漯麥18參加國家黃淮南片的2年區域試驗及生產試驗中，產量均居同組別同類品系第1位，在2005—2022年國家審定的黃淮南片弱春性品種中，區試試驗和生產試驗產量分別位于第10位和第26位。河南省審定的漯麥76，則分別位于第2位和第7位。

4個品種組合顯示，除了利用黃淮麥區大面積推廣高產品種作為親本之外，還利用不同生態區和近緣種作為親本，極大豐富了品種的遺傳背景，提升高產潛力（表2）。

2.2 2個矮稈基因的分布頻率

由表3可知，13份試驗材料中，株高平均為77.8 cm，變化范圍為72.7～82.8 cm。矮稈基因 "Rht-B1和Rht-D1 "來自于農林10號的，在全世界小麥的綠色革命-矮化育種中使用最廣泛。13份材料中只含有 "Rht-B1a+Rht-D1b "等位基因型組合，占比100%， "Rht-D1b是漯河農科院系列品種（系）主要矮稈基因。分析組合可知，親本之一主要是黃淮大面積推廣品種，優異等位基因Rht-D1b "分布頻率較高（表4、圖1）。

2.3 5個抗旱微效基因的分布頻率

1-feh-w3、TaDreb、CWI-4A、CWI-5D和TaMoc-A1 是與抗旱有關的重要基因，其中1-feh- w3和TaDreb "在干旱條件下，對高千粒質量影響較大。干旱基因優異等位基因分布頻率結果如表4、圖1所示， "1-feh-w3 Westonia "等位基因型占比 53.8%， "TaDREB B1a "等位基因型占比30.8%， "CWI- 4A Hap-4A-C "等位基因型占比100%， "CWI-5DHap-5D-C "等位基因型占比100%， "TaMoc-A1 Hap-H "等位基因型占比15.4%。其中漯豐172389含有全部5個優異等位基因 "Westonia+Hap-4A-C+Hap-5D-C+Hap-H+B1a "，占7.7%； "Westonia+Hap-4A-C+-Hap-5D-C+Hap-H "組合只有1份，占比7.7%； "Westonia+Hap-4A-C+Hap-5D-C+B1a "組合2份，占比15.4%； "Westonia+Hap-4A-C+Hap-5D-C "組合4份，占比30.8%； "Hap-4A-C+Hap-5D-C+B1a "組合1份，占比7.7%。4個審定品種中，均含有 "Hap-4A-C+Hap-5D-C "等位基因組合，豫麥158含有除了 "TaMoc-A1 Hap-H "等位基因外的其他4個等位基因。

2.4 18個粒質量微效基因的分布頻率

13份試驗材料的千粒質量平均為49.9 g，變化范圍為43.6～53.4 g（表3）。表5、圖1顯示，試驗共標記了18個粒質量相關的微效基因KASP分布， 頻率分布為高粒質量等位基因 "TaGS2-A1b、GW2 Hap-6A-A、TaTGW-7Aa、Sus1-7B Hap-T、TaGS5-A1b、 TaGW2-6B Hap- Ⅰ 、TaGW2-6B Hap- Ⅱ ""占比100%，高粒質量等位基因 "TaTGW6-A1a、TaSus-7A-1 "占比較高，為92.3%，高粒質量等位基因 "TaGS-D1a、TaCKX- D1a ""分別占比69.2%、77.0%，高粒質量等位基因 "TaCwi- A1a、Sus2-2A Hap-A、TaGS1a Hap- Ⅱ 、Tabas1-B1a、TPP-6AL1a、Hap-7A-3 ""分別占比30.8%、38.5%、30.8%、46.2%、7.7%、46.2%，所有供試材料均不含高粒質量基因 "TaSus2-2B Hap-H、TaTGW6-A1a "。4個審定品種中，豫麥158含有14個高粒質量等位基因，漯麥18含有10個高粒質量等位基因，漯麥76含有11個高粒質量等位基因，郾豐168含有13個高粒質量等位基因。

3 討論與結論

小麥單位面積產量的提升，需要眾多農藝性狀的改良，其中株高降低是主要因素之一，它不僅能有效增強抗倒伏能力，還能提升水肥利用。我國培育的矮稈小麥品種大面積推廣以來，產量有了巨大提升。金善寶統計了從矮稈育種起30年的矮稈品種，發現株高從107.0 cm降到97.1 cm［13］，常萍等對60年審定小麥進行分析，50年代的南大2419株高為138 cm，2005年國審的矮抗58最低，為67 cm，變異幅度為51.4%［3］。隨著育種家的不斷努力，矮稈基因品種在黃淮海推廣面積不斷增大。本試驗13份材料 "Rht-D1b "優異等位基因分布頻率為100%， "Rht-B1b "為0， "Rht-D1b分布頻率顯著高于Rht-B1a "基因，這與前人的研究一致。郭保宏等研究76個品種發現， "Rht-D1b、Rht-B1b "分布頻率分別為72%、21%，同時攜有 "Rht-B1b與Rht2-D1b "的品種僅有5份［18］。13份材料的親本含有周麥16、周麥22等黃淮小麥主產區大面積推廣品種， 這2個矮稈等位基因分布頻率［6］與由這些品種培育的本試驗材料一致。20世紀以來，河南省半冬性小麥平均株高79.1 cm［14］，本研究材料平均株高77.8 cm， 略低于河南省小麥平均株高， "Rht-B1 "基因型對株高沒有明顯影響， "Rht-D1b nbsp;等位基因型的小麥株高相對較低，同時它還對千粒質量效益最大［6］。這與本研究結果一致，參試材料的矮稈基因型與表型性狀相符，與高千粒質量關聯緊密。漯河市農業科學院培育的新品種（系）在株高適中或略低的基礎上，加大了對高粒質量的選擇，以提升小麥產量潛力。

小麥的抗旱性是由眾多基因協調調控的復雜數量性狀，在遺傳上存在著基因間的連鎖與互作等復雜關系，同時還受到環境因素的影響。因此，僅僅對單個或少數優異等位基因進行選擇，難以高效改良小麥抗旱性。相反，聚合更多的抗旱基因，可以顯著提高小麥的抗旱性［19］。 "TaDreb-b1 "基因參與了干旱等植物逆境脅迫， "1-feh-w3 "基因在干旱環境中與高千粒質量相關［20］。幾種優異等位基因在不同麥區均有較高的分布頻率，黃淮麥區 "1-feh-w3、TaDreb-b1 "的分布頻率為43.1%、71.5%［21］；揚麥 ""1-feh-w3、TaDreb-B1、CWI-4A、CWI-5D、TaMoc-A1 "的分布頻率為90. 0%、20. 0%、66. 7%、100. 0%、13.3%［19］；云南省 "1-feh-w3、TaDreb-B1、CWI-4A "的分布頻率為57.14%、54.76%、83.33%［22］。本試驗 "1-feh-w3、TaDreb-B1、CWI-4A、CWI-5D、TaMoc-A1 "的分布頻率為53.8%、30.8%、100%、100%、15.4%， "1-feh-w3、TaDreb-B1的優異等位基因與前人關于黃淮麥區的研究結果基本一致，比云南省小麥品種分布頻率稍低，1-feh-w3 "優異等位基因在楊麥中分布頻率較高；河北省旱作區近30年育成小麥品種中， "1-feh-w3、TaDreb-B1 "這2個基因均呈現上升趨勢，推測與育種家加大對抗旱高效等位基因的選擇結果［23］有關。試驗材料漯豐172389在田間表現出一定的抗旱性，千粒質量高達53.4 g，產量水平比同期對照周麥18略微增產（科室產量鑒定數據）。KASP分析顯示，漯豐172389是唯一一個含有5個抗旱優異等位基因的品種（系），分析等位基因來源，組合（周麥22/黑麥//鄭麥366///鄭麥366）含有抗旱親本黑麥，推測與其有關。后代選育時，沒有采取特殊的抗旱鑒定或水旱地交替育種等方式脅迫選擇，表明它實現了抗旱與高產的完美結合，將會是一個較好的育種材料。

小麥粒質量受到多個基因影響，不同基因的互作會影響小麥粒質量，同時還普遍存在多因一效和一因多效的現象，優異等位基因已成為小麥粒質量高低的關鍵因素。同時，株高、旗葉、粒型等農藝性狀和病蟲草害、環境脅迫都會對其產生影響［24-25］。 高千粒質量受到農民和育種家的偏愛， 經過不斷對表現型和基因型選擇，一些高千粒質量優異等位基因 "GW2-6B Hap-1 ""等分布頻率在新疆現代品種比地方品種高，分布頻率也隨著育種時期呈上升趨勢［26］。本研究結果與之一致， 漯河市農業科學院近年13份材料中，檢測18個高千粒質量優異等位基因變異，其中 "TaGS2- A1b "等6優異等位基因分布頻率達100%，2個優異等位基因分布頻率達90%以上。 "TaSus2 "基因與蔗糖合酶有關，蔗糖合酶是蔗糖轉化為淀粉第一步的酶， "TaTGW6 "基因與生長素水解酶合成有關，通過控制生長素的合成影響小麥粒質量［15］。 陳杰等用 "TaSus2-2Ba "檢測了黃淮南片麥區小麥新品種，分布頻率為25.53%［27］， 簡大為研究新疆冬性改良品種， "TaTGW6-A1a "優異等位基因分布為87.9%［26］，本研究2個優異等位基因 "TaSus2-2B "Hap-H、TaTGW6-A1a "未檢出，分布頻率為0，均為低粒質量相關等位基因 "TaSus2-2Bb和TaTGW6-A1b， "漯河市農業科學院對這2個基因選擇不夠重視，今后在雜交組配高千粒質量組合時選擇含有這2個優異等位基因的材料作為親本。本研究中，4個審定品種均含有較多的高粒質量優異等位基因，分析品種組合可知，這幾個品種均用黃淮麥區大面積推廣品種作為親本，同時創新型種質、不同生態區品種也得到了充分利用。4個品種參加各級試驗產量水平較高，千粒質量平均49.5 g，證實了聚合多個千粒質量優異等位基因有助于提升品種產量潛力。千粒質量優異等位基因豫麥158含有14個，漯麥76含有11個，豫麥158比漯麥76多了 "TaCwi-A1a、Sus2-2A Hap-A、TaGS1a Hap- Ⅱ 、TEF-7A Hap-7A-3等位基因，卻少了Tabas1-B1a "等位基因，但豫麥158的千粒質量卻沒有漯麥76高，主要原因可能是千粒質量受多基因調控、環境脅迫等影響，等位基因在品種中的表達情況各不相同。本試驗僅僅檢測了18個等位基因，還有許多調控基因沒有檢測，下一步將進一步研究漯麥76更多高粒重基因，發現更高效的基因或基因型組合。漯麥76高產、高千粒質量，籽粒半角質，并且大粒的遺傳能力突出［28］，有望成為黃淮南片主推品種之一。

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收 稿日期：2023-03-17

基金項目： 河南省現代農業產業技術體系專項資金（編號：HARS- 22-01-Z4）。

作者簡介：張中州（1977—），男，河南唐河人，碩士，副研究員，從事冬小麥新品種選育和示范推廣研究。E-mail：24718093@qq.com。

通信作者：望俊森，碩士研究生，實習研究員，從事冬小麥新品種選育和示范推廣研究。E-mail：15839506621@163.com。