陕西历代小麦品种籽粒硬度演变规律研究

杨 璐， 赵振杰， 霍丽花， 王光一， 金 蕊， 于乃彬，辛赛格， 高 翔,2， 赵万春,2， 董 剑,2， 李晓燕,2

(1.西北农林科技大学农学院， 陕西 杨凌 712100；2.陕西省小麦工程技术研究中心/陕西省小麦新品种培育工程研究中心， 陕西 杨凌 712100)

陕西省小麦栽培历史悠久，是我国优质小麦生产区，1949 年以来，已经经历了7 次品种更换。研究籽粒硬度基因在陕西省历次品种更换过程中的演变，对了解Pina和Pinb等位变异类型，解析籽粒硬度形成的分子机制，推动陕西省乃至全国的小麦品质育种具有重要意义。本研究用NIR和SKCS方法测定陕西省历代和当代小麦品种(系)的籽粒硬度，分析其硬度类型与演变规律，并利用PCR方法对籽粒硬度基因Pina和Pinb的等位基因变异类型进行检测，揭示陕西省小麦品种更新换代中籽粒硬度的遗传与等位基因变异特点，以期为小麦品种选育和推广中对籽粒硬度的改良提供一定的理论支持。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1小麦品种(系)

陕西省历代主要小麦品种(系)170份，包括当代品种(系)119份，6次大规模换代代表性品种51份，主要由西北农林科技大学农学院小麦品质遗传改良实验室提供，材料详情见表1、表2。

表1 主要代表材料基本信息

表2 历代主要小麦品种(系)

品种(系)名称矮丰3号西农881武农68西农312长安5号长武C34-3陕7859西农971陕448秦农18小偃325西农2208陕229蚂蚱麦秦农578武农21西农111陕农138陕160碧蚂1号西农2178武农882陕447西农558陕354西农269西农245阿勃西农20西麦2号早系陕253偃麦894西农145西安837西农6582011高陵陕715西农528西农402西农822小偃269西农846陕538西农266小偃22小偃327西农018农大1108西农2000农科0901西安603西农810西农1013西农508西农9872西农13西安1104西农823小偃282西农861咸168西农975西农102西农9811西农056大荔1号西安3122西农5311西农538-12西农2002武农6号临渭227西农928农麦1号西农521陕垦99陕杂二号西农383小偃864西农023西农8727西农501武丰三号武农886武168小偃312西农2611西农213西农805西抗199陕垦138西农1018武农132小偃216陕农70西抗6001荔高6号陕农56邢9160小偃504西农185西农837丰产3号西农121西农16小偃166陕943陕农33秦农161西农294偃展4110西农6028陕垦57武农986陕9872西农638西农898西农84G6陕垦224小偃270陕218-33武农9号秦农16西农165西农1121西安735西农811秦农26王老师96-106西农7733西安366西农2718西农93102户县中麦1号西农223西农335西农112西农986陕农981西农529西农1918西农958西农1326陕225西农9718陕垦32陕农51西农1623西安979西农246陕垦9740西农122西农1043西农196西农1829陕254陕麦536西安240秦农29西农1725西农65西农509西安2871西安141长武C18-1陕农342西安158西农9871武农148小揠6号

1.1.2引 物

Pina和Pinb等位基因检测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等位基因检测引物信息

标记(基因)序列(5'-3')片段大小( bp)退火/℃变异类型Pina-D1b[1]AATACCACATGGTTCTAGATACTGGCAATACAAAG-GACCTCTAGATT77655Pinb-D1bPina-D1b[2]ATGAAGACCTTATTCCTCCTACTCATGCTCACAGCCGCT77655Pinb-D1bPina[3]CATCTATTCATCTCCACCTGCGTGACAGTTTATTAGCTAGTC52450Pinb[3]GAGCCTCAACCCATCTATTCA,CAAGGGTGATTTTATTCATAG59750

1.2 方 法

1.2.1硬度测定

籽粒硬度利用Perten 4100型单籽粒谷物特性测试仪与Perten DA 7250型连续光谱近红外分析仪测定。

1.2.2基因组DNA的提取

小麦种子在培养皿中进行发芽，至3叶期，用CTAB法[4]提取DNA。

1.2.3硬度基因型鉴定

PCR反应体系：反应体积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，加灭菌去离子水至25μL。反应程序为：95 ℃预变性3 min，然后每个循环：95 ℃变性30 s，53 ℃复性30 s(不同引物复性温度见表3)， 72 ℃延伸1 min，共循环35次，最后72 ℃延伸10 min。扩增完成后1%琼脂糖凝胶电泳，凝胶成像系统检测。

2 结果与分析

2.1 籽粒硬度演变规律

170份陕西小麦品种(系)的籽粒平均硬度指数为80.27，其中51份历代小麦品种籽粒平均硬度指数为67.71，硬度指数最高的品种是西农2208，硬度指数最低的品种是矮丰3号；当代品种(系)平均硬度指数为85.65，籽粒硬度指数最高的品种是西农9718(为128)，硬度指数最低的品种是西农246(为61)。陕西省历代小麦品种硬度指数平均数呈先降后升趋势，总体呈逐渐上升趋势(表4)。

表4 陕西省小麦品种(系)籽粒硬度

类型硬度指数 品种数比例/% 历史品种当代品种总品种历史品种当代品种总品种硬质>7020466639.2238.6638.82混合40～70317310460.7861.3461.18软质<40000000

170份陕西小麦品种(系)中硬质麦66份，混合麦104份，软质麦0份，分别占比38.82%、61.18%，0。51份历代小麦品种中硬质麦20份，混合麦31份，软质麦0份，分别占比39.22%、60.78%、0。当代小麦品种(系)119份，硬质麦46份，混合麦73份，软质麦0份，占比分别为38.66%，61.34%，0(表4)。

2.2 籽粒硬质基因变异

2.2.1Pina和Pinb基因检测

Pina-D1b检测：Ha位点是否存在缺失，产物扩增长度为776 bp即Pina-D1b类型，在非Pina-D1b等位类型中无该特异条带扩增。西农2611、西农2208、西农84G6、西农65、陕229等5份品种(系)扩增出该特异条带，陕229等21份当代品种中扩增出该特异条带(图1、图2)。

注：1为DL 2000；2为小偃6号；3为西农2611；4为西农85；5为陕225；6为西农2208；7为DL 2000；8为陕160；9为陕354；10为陕229；11为西农196。

注：1为DL 2000；2为陕农70；3为西农2718；4为小偃22；5为武农9号。

Pinb-D1b变异类型检测：Pinb基因46位点甘氨酸向丝氨酸的变化，产物扩增长度为250 bp，在非Pinb-D1b类型则无该特异条带扩增。历代品种蚂蚱麦、碧蚂4号、丰产3号等24份材料携带Pinb-D1b基因型，西农822等45份当代品种携带Pinb-D1b等位基因。

Pina、Pinb全长基因检测：可扩出Pina全长为524 bp的产物，51份历代品种均扩增出524 bp条带，秦农18等45份当代品种扩增出来该特异条带。Pinb全长597 bp，51份历代品种中均扩增出597 bp条带，秦农18等45份当代品种扩增出该特异条带。

2.2.2Pina和Pinb等位基因变异

在170份陕西小麦品种(系)材料中，Pina-D1b变异类型26份，占比15.29%，Pinb-D1b变异类型71份，占比41.76%。在51份陕西省历代小麦品种(系)中，硬质麦39.22%，混合麦60.78%；硬质麦和混合麦中Pina-D1b类型共计5份，所占比例为9.80%；Pinb-D1b变异类型共计24份所占比例47.06%；当代材料品种(系)119份，硬质麦38.66%，混合麦61.34%。硬质麦和混合麦中Pina-D1b类型21份，所占比例为17.65%；Pinb-D1b变异类型47份，所占比例为39.50%；17份携带Pina基因，占14.29%；75份携带Pinb基因，占63.03%(表4)。当代品种Pina和Pinb基因序列长度具有多态性(表5)。

表5 陕西省小麦品种(系)Pina和Pinb等位基因型

年代材料/份等位基因变异Pina-D1b类型/%Pinb-D1b类型/%Pina/%Pinb/%历代519.8047.06100.0100.00当代11917.6539.5014.263.03总计17015.2941.7640.074.12

3 讨 论

3.1 陕西历代小麦籽粒硬度演变

本研究中，陕西省历代小麦品种(系)材料共计51份，硬质麦占39.22%，混合麦占60.78%。119份当代小麦品种(系)中，硬质麦占38.66%，混合麦占61.34%。王晶等[5]研究了262份中国小麦微核心种质(MCC)和1 228份中国小麦主栽品种及重要亲本，发现北方地区硬质小麦品种较多。张晶等研究表明，陕西省当代小麦品种(系)硬质麦、混合麦、软质麦比例分别为71.6%、6.5%和21.9%[6]，而本研究未发现软质麦，可能与收集的品种大多来源于关中地区有关。本研究的51份历代品种(系)材料平均硬度虽然经历了一个由降到升的过程，但总体硬度水平都偏高。

3.2 Pina和Pinb等位基因变异

20世纪90年代开始，小麦品质和产量同时受到育种专家的关注，育成的品种中Pinb-D1b比例变高，如陕225、西农2611和小偃22等都属于Pinb-D1b类型。研究表明，90年代初期山东选育的优质品种中硬质麦占多数，且同时期在全国范围内大面积推广的有扬麦158等Pinb-D1b硬质小麦[7-9]。本研究利用分子标记分析了籽粒硬度基因Pina和Pinb的等位变异类型及组成，发现陕西省历代品种材料中硬质麦和混合麦中硬度基因Pina-D1类型为9.80%；Pinb-D1b类型为47.06%；当代小麦品种(系)中硬度基因Pina-D1b类型为17.65%；Pinb-D1b类型为39.50%；Pina基因所占比例为14.29%；Pinb基因所占比例为63.03%，研究结果可为陕西小麦品种选育和品种推广提供数据支持。