陳朝陽(yáng) ，易曉余 ，熊 君，楊 珂 ，許 珂，匡成浩 ，張志鵬 ，丁 麗 ，蒲至恩，陳國(guó)躍 ，李 偉 *

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所，成都 611130；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，成都 611130）

小麥（Triticum aestivum L.）是世界重要的糧食作物之一，其種植面積和產(chǎn)量長(zhǎng)期居于栽培谷物的前列。中國(guó)小麥常年播種面積約2 400～2 600萬(wàn)hm2，分布范圍廣，生態(tài)類型多[1-3]，而四川由于其獨(dú)特的生態(tài)區(qū)域條件，造就了小麥具有大穗、多花多粒等特點(diǎn)[4]。自1950年至今，四川選育和推廣小麥農(nóng)藝性狀優(yōu)良的品種多達(dá)130多個(gè)，具有優(yōu)良遺傳基礎(chǔ)的骨干親本種質(zhì)資源的育成與利用起到重要的作用。在四川特定生態(tài)環(huán)境條件下，育種家通過(guò)對(duì)小麥產(chǎn)量性狀的改良來(lái)實(shí)現(xiàn)最終提高小麥的產(chǎn)量，所選育的小麥新品種多屬于穗重型或穗數(shù)穗重并重型[5-8]。小麥產(chǎn)量受穗數(shù)和穗重的影響較大，在一定程度上協(xié)調(diào)兩種性狀間的關(guān)系，綜合提升小麥的產(chǎn)量是最高效、最優(yōu)化的育種途徑[9-10]。而穗重型只考慮穗重一個(gè)性狀，具有操作簡(jiǎn)單，利于分析等特點(diǎn)，使其成為提高小麥產(chǎn)量的重要途徑。研究表明[11-13]，超高產(chǎn)小麥產(chǎn)量構(gòu)成應(yīng)該在穩(wěn)定穗數(shù)的基礎(chǔ)上，提高穗粒數(shù)和千粒重，只有穗大、穗勻、穗粒數(shù)多才能建立高產(chǎn)群體結(jié)構(gòu)的框架。

冰草（Agropyron cristatum L.）是小麥遺傳改良的重要基因源，具有極強(qiáng)抗寒、抗旱性，對(duì)小麥銹病、白粉病表現(xiàn)高度免疫性，以及多小穗、多小花等優(yōu)點(diǎn)[14-15]。通過(guò)染色體工程和遠(yuǎn)緣雜交，已獲得了一批具有多粒特性的小麥-冰草新種質(zhì)，應(yīng)用于小麥育種和研究工作中[16-18]。普冰04-3504是小麥-冰草附加系4844-12的一對(duì)6P附加染色體自然丟失的滲入系材料[19]，表現(xiàn)突出的多花多粒特性，每小穗粒數(shù)為7～9粒，穗粒數(shù)為90～130粒，并且對(duì)千粒重?zé)o顯著的負(fù)向影響，對(duì)白粉病及銹病表現(xiàn)為抗性[20]，具有重要的育種利用價(jià)值。

本研究對(duì)前期以大穗種質(zhì)普冰04-3504為骨干親本，與其他優(yōu)異小麥品種（系）雜交，經(jīng)多年選育，獲得的遺傳較為穩(wěn)定的118個(gè)小麥新品系進(jìn)行農(nóng)藝性狀評(píng)價(jià)，并采用特異性分子標(biāo)記進(jìn)行鑒定，篩選表現(xiàn)優(yōu)異材料，以期深入了解其利用價(jià)值，為本地區(qū)小麥高產(chǎn)育種奠定基礎(chǔ)和提供參考。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試材料包括親本普冰04-3504、蜀麥375，以及二者衍生的118個(gè)小麥新品系（圖1）。普冰04-3504是中國(guó)農(nóng)科院作物科學(xué)研究所李立會(huì)研究員利用小麥-冰草附加系4844經(jīng)人工選擇創(chuàng)制的攜帶冰草染色質(zhì)、具有多花多粒特性的小麥新種質(zhì)[19-20]。蜀麥375是由綿陽(yáng)93-7/92R141的F2代與綿陽(yáng)96-324雜交所培育的品種[21]。利用蜀麥375與大穗種質(zhì)普冰04-3504雜交，F(xiàn)1再與22535雜交，后代選株分別與B39、1601、HC1519和鄭麥9023等品種（系）雜交，然后群體中選株自交，經(jīng)多代自交和選擇，共獲得118個(gè)表現(xiàn)穩(wěn)定的小麥新品系。中國(guó)春、黑麥 PI105和 PI107、冰草（Ag.cristatum）PI531535和PI439939作為分子標(biāo)記鑒定時(shí)的對(duì)照材料。除PI編號(hào)材料為美國(guó)國(guó)家小谷物種質(zhì)庫(kù)提供外，其他材料均由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所提供。2016年10月22日在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)溫江惠和村農(nóng)場(chǎng)播種118個(gè)小麥新品系及親本，行長(zhǎng)2 m，行間距30 cm，株距10 cm，單粒單窩點(diǎn)播，每個(gè)品系播種2行，田間管理同大田生產(chǎn)。

1.2 農(nóng)藝性狀調(diào)查

田間生長(zhǎng)期間調(diào)查抽穗期（heading date，HD），成熟后收獲室內(nèi)考種調(diào)查農(nóng)藝性狀，每個(gè)品系調(diào)查3株。主要調(diào)查性狀包括株高（plant height，PH）、有效分蘗數(shù)（fertile tillers number，F(xiàn)TN）、穗長(zhǎng)（spike length，SL）、芒長(zhǎng)（awn length，AL）、總小穗數(shù)（total spikelet per spike，TSS）、穗粒數(shù)（kernel number per spike，KNS）、穗密度（spikelet density，SD）、千粒重（thousand-kernel weight，TKW）和單株產(chǎn)量（grain weight per plant，GWP）。性狀調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)參照李立會(huì)和李秀全[22]的方法。

1.3 分子標(biāo)記鑒定

小麥幼苗四葉期時(shí)，取各系5～10株葉片2 g左右，置于液氮中備用。DNA的提取參照王關(guān)林等[23]的方法提取DNA。黑麥1RS上特異SCAR引物ωsec-p3/p4[24]序列為：前引物（F）：5’-CCT TCC TCATCT TTG TCC TC-3’，后引物（R）：5’-GCT CTG GTC TCT GGG GTT GT-3’。本試驗(yàn)中SSR擴(kuò)增體系為20 μL，體系配制過(guò)程所用到試劑dNTP Mixture、Taq Plus 酶、10×Taq Plus Buffer 均由天根（TIANGEN）生化科技（北京）有限公司提供。反應(yīng)體系：10×Taq Plus Buffer 2 μL，dNTP Mixture 1.6 μL；引物 F（10 μmol/L）1 μL，引物 R（10 μmol/L）1 μL，模板 DNA 100～150 ng，Taq Plus 酶（2.5 U/μL）0.3 μL，ddH2O加至終體積 20 μL；PCR反應(yīng)程序：94℃預(yù)變性5min，94℃變性30sec，55℃退火30sec，72 ℃延伸1 min，72℃總延伸 7 min，反應(yīng)35個(gè)循環(huán)。PCR反應(yīng)在eppendorf基因擴(kuò)增儀中進(jìn)行，然后用1.5%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)，最后在Molecular Imager Gel DocTMXR+and ChemiDocTMXRS+Systems with Image LabTMSoftware凝膠成像儀進(jìn)行成像。

圖1 普冰04-3504、蜀麥375及部分新品系穗部及籽粒表現(xiàn)Figure 1 The performance of spikes and grains among Pubing 04-3504，Shumai 375，and the new strains

1.4 數(shù)據(jù)分析

表型數(shù)據(jù)和分子數(shù)據(jù)的匯總整理使用Microsoft Excel 2013軟件進(jìn)行處理。對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，包括方差分析、多重比較、簡(jiǎn)單相關(guān)分析、回歸分析和聚類分析均采用IBM SPSS Statistics 20.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)藝性狀分析

對(duì)118份小麥新種質(zhì)的10個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行了分析（表1）。結(jié)果表明，供試材料內(nèi)各性狀間差異顯著；其中，抽穗期平均為134.12 d，變異系數(shù)為6.13%，變幅為 103～145 d；株高均值是 94.30 cm，變異系數(shù)為9.93%，其中株高＞100 cm的有32個(gè)品系，占總數(shù)的21.12%；有效分蘗數(shù)平均值是3.84個(gè)，變異系數(shù)為33.12%，其中有效分蘗數(shù)＞4個(gè)的有51個(gè)品系，占總數(shù)的43.22%；穗長(zhǎng)平均值為11.62 cm，變異系數(shù)為 11.76%，其中穗長(zhǎng)＞12 cm 的有43個(gè)品系，占總數(shù)的36.44%；芒長(zhǎng)變異系數(shù)15.57%，平均值為 5.67 cm，其中芒長(zhǎng)＞6 cm 的有 41個(gè)品系，占總數(shù)的34.75%；小穗數(shù)變異系數(shù)為11.21%，平均值為 19.68 個(gè)，其中小穗數(shù)＞20 個(gè)的有50個(gè)品系，占總數(shù)的42.37%；不孕小穗數(shù)平均值1.42 個(gè)，變異系數(shù) 40.54%，其中不孕小穗數(shù)＜2 個(gè)的有105個(gè)品系，占總數(shù)的88.98%，普冰04-3504的不孕小穗數(shù)為0個(gè)；穗粒數(shù)均值為52.29粒，變異系數(shù)為25.48%，其中穗粒數(shù)＞60粒的有33個(gè)系，占總數(shù)的27.97%；千粒重平均值為48.56 g，變異系數(shù)11.29%，其中千粒重＞50 g的有42個(gè)品系，占總數(shù)的35.6%；單株產(chǎn)量平均值為7.72 g，變異系數(shù)是49.70%，其中單株產(chǎn)量＞8 g粒的有49個(gè)品系，占總數(shù)的41.53%。10個(gè)農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)在6.13%～49.70%之間，新品系群體株高和抽穗期的變異系數(shù)最?。ㄗ儺愊禂?shù)均＜10%），單株產(chǎn)量的變異系數(shù)最高為49.70%，其次是不孕小穗數(shù)的變異系數(shù)為40.54%。

表1 普冰04-3504、蜀麥375及新品系的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)Table1 The performance of agronomic traits of Pubing 04-3504，Shumai 375 and the new strains

2.2 農(nóng)藝性狀相關(guān)分析

對(duì)供試材料的10個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行了相關(guān)性分析（表2）。結(jié)果表明，株高與抽穗期達(dá)到顯著負(fù)相關(guān)，與小穗數(shù)、有效分蘗數(shù)、單株產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)；穗長(zhǎng)與芒長(zhǎng)、小穗數(shù)、穗粒數(shù)和單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，與不孕小穗數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)；芒長(zhǎng)與穗粒數(shù)和千粒重呈極顯著正相關(guān)，與有效分蘗數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)；抽穗期小穗數(shù)、穗粒數(shù)和單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)；小穗數(shù)與有效分蘗數(shù)、穗粒數(shù)和單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，與千粒重呈極顯著負(fù)相關(guān)；不孕小穗數(shù)與穗粒數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，與千粒重呈顯著正相關(guān)；有效分蘗數(shù)與千粒重呈極顯著負(fù)相關(guān)，與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)；穗粒數(shù)與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。單株產(chǎn)量與除芒長(zhǎng)和千粒重之外的農(nóng)藝性狀，都有顯著的相關(guān)性，與抽穗期、穗長(zhǎng)、小穗數(shù)、有效分蘗數(shù)和穗粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與株高呈極顯著負(fù)相關(guān)。小穗數(shù)與7個(gè)性狀達(dá)到極顯著相關(guān)，而與芒長(zhǎng)和不孕小穗數(shù)相關(guān)不顯著，說(shuō)明適當(dāng)?shù)脑黾有∷霐?shù)，可以增加穗粒數(shù)，進(jìn)而提高小麥的單株產(chǎn)量。

表2 性狀間簡(jiǎn)單相關(guān)分析Table 2 Simple correlation coefficients between the investigated traits

2.3 多元回歸分析

對(duì)供試材料的農(nóng)藝性狀進(jìn)行多元回歸分析。以普冰04-3504、蜀麥375以及新品系單株產(chǎn)量（Y）為因變量，所測(cè)的抽穗期（X1）、株高（X2）、穗長(zhǎng)（X3）、芒長(zhǎng)（X4）、小穗數(shù)（X5）、不孕小穗數(shù)（X6）、有效分蘗數(shù)（X7）、穗粒數(shù)（X8）和千粒重（X9）為自變量，舍去與回歸系數(shù)不顯著的自變量（＞0.05），得到最優(yōu)化的回歸方程：?jiǎn)沃戤a(chǎn)量 Y=-22.660+0.059X1+0.288X5+1.713X7+0.136X8+0.106X9（決定系數(shù)R2=0.816）。回歸方程表明，抽穗期、小穗數(shù)、有效分蘗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重是影響單株產(chǎn)量的主要因素，抽穗期、小穗數(shù)、有效分蘗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重每增加一個(gè)單位，單株產(chǎn)量分別提高 0.059、0.288、1.713、0.136 和0.106 g。該回歸方程表明抽穗期、小穗數(shù)、有效分蘗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重5個(gè)因素所決定的單株產(chǎn)量變異占產(chǎn)量總變異的81.6%。

2.4 聚類分析

為區(qū)分不同材料的農(nóng)藝性狀特性，對(duì)各農(nóng)藝性狀進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換，計(jì)算卡方距離，采用類平均法進(jìn)行聚類分析。結(jié)果表明，118個(gè)新品系大致可以分為 6類（圖 2）。I類包含 T2、T18、T172等 60份材料，該類又可以分為2個(gè)亞類Ia（55個(gè)）和Ib（5個(gè)），其千粒重最高，表現(xiàn)為千粒重與單株產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)；II類包含 T54、T236、T116等 49份材料，又包含3個(gè)亞類IIa（24個(gè)）、IIb（24個(gè)）和IIc（1個(gè)），其小穗數(shù)和穗粒數(shù)在3類中最高，相應(yīng)的單株產(chǎn)量也最高，表明小穗數(shù)和穗粒數(shù)對(duì)單株產(chǎn)量呈正相關(guān)的趨勢(shì)；III類包含 3份材料（T88、T244和 T206），其性狀表現(xiàn)基本介于I類和II類材料之間，單株產(chǎn)量也是高于I類材料，而低于II類材料。IV類包含2份材料（T118和 T208）；V類包含 2份材料（T138和T140）；VI類包含 2份材料（T58和 T100）（表 3）。

圖2 118個(gè)小麥新品系系統(tǒng)聚類圖Figure 2 Systemic clustering tree of 118 new wheat strains

表3 各類群新品系農(nóng)藝性狀表現(xiàn)Table 3 The performance of agronomic traits between the groups based on cluster analysis

不同類群材料間農(nóng)藝性狀T檢驗(yàn)表明，Ia和Ib類材料，在抽穗期、穗粒數(shù)、千粒重和單株產(chǎn)量上有極顯著差異，在芒長(zhǎng)上有顯著差異，表現(xiàn)為Ib類材料有較低的單株產(chǎn)量；IIa和IIb類材料，在抽穗期、株高、穗長(zhǎng)、芒長(zhǎng)、有效分蘗數(shù)和千粒重上有極顯著差異，在單株產(chǎn)量上有顯著差異，IIa類材料有較明顯的千粒重差異；I和II類材料，在除芒長(zhǎng)之外的9個(gè)性狀上，均有極顯著差異，II類材料有較高的穗粒數(shù)和單株產(chǎn)量差異；I/II和III類材料，在芒長(zhǎng)和不孕小穗數(shù)上有極顯著性差異，在株高、穗長(zhǎng)、有效分蘗數(shù)和千粒重上有顯著差異，I/II類材料有較高的穗粒數(shù)差異。

2.5 黑麥特異分子標(biāo)記鑒定

利用來(lái)自黑麥1RS上的SCAR標(biāo)記對(duì)供試材料進(jìn)行了分子鑒定，結(jié)果表明，普冰04-3504、蜀麥375和所有新品系均檢測(cè)出黑麥1RS上的特征條帶（圖3），對(duì)照中國(guó)春中沒(méi)有擴(kuò)增條帶，而在冰草PI531535和PI439939中均擴(kuò)增出了一條比黑麥特征條帶小的片段，明顯區(qū)別于其他材料。因此，普冰04-3504、蜀麥375和所有118個(gè)新品系均具有黑麥1RS血緣。

圖3 普冰04-3504、蜀麥375及部分小麥新品系電泳檢測(cè)Figure 3 The agarose electrophoresis detection of Pubing 04-3504，Shumai 375 and the new wheat strains

3 討論與結(jié)論

西南麥區(qū)是我國(guó)第三大小麥產(chǎn)區(qū)，四川小麥面積和產(chǎn)量位列西部第一、全國(guó)第六。四川地區(qū)大部分為丘陵、氣候冬暖春早、分蘗期短及灌漿期長(zhǎng)、濕度大導(dǎo)致病蟲(chóng)害和穗發(fā)芽嚴(yán)重，因此，選育適應(yīng)該地區(qū)的高產(chǎn)、抗病、抗逆的小麥新品種（系）對(duì)于提高小麥產(chǎn)量具有重要的意義[25]。不同生態(tài)區(qū)域小麥產(chǎn)量性狀一般具有明顯的地域特征，如四川小麥具有多花多粒大穗，青海小麥則有較高的千粒重，河南等北方地區(qū)則有較高的單位面積穗數(shù)[26-27]。前人研究表明，四川小麥育成品種的穗數(shù)是影響產(chǎn)量的首要因素，收獲指數(shù)范圍為 0.36～0.48，通過(guò)收獲指數(shù)的改良能明顯提高產(chǎn)量潛力[25]，并且育成品種的灌漿快增期持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，干物質(zhì)累計(jì)量可占總干物質(zhì)量80%左右，粒重與灌漿快增期速率呈極顯著正相關(guān)[28]。因此，四川小麥超高產(chǎn)育種可以選擇分蘗性較強(qiáng)、具有較高穗數(shù)的類型，同時(shí)注意具有灌漿快增期長(zhǎng)和收獲指數(shù)高[29]。也有育種者認(rèn)為，四川超高產(chǎn)小麥下一步方向應(yīng)該是保持現(xiàn)有穗數(shù)基礎(chǔ)上，提高千粒重或增加小穗數(shù)以顯著增加穗粒重來(lái)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)[28-30]。本研究中的普冰04-3504具有高穗粒數(shù)，蜀麥375具有較高千粒重，對(duì)利用二者創(chuàng)制選育的小麥新品系進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)四川小麥主要產(chǎn)量性狀在新的水平上達(dá)到新的平衡，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量再上臺(tái)階具有重要的意義。

小麥新品系的性狀分析結(jié)果表明，供試材料在株高、有效分蘗、千粒重和單株產(chǎn)量上較普冰04-3504有所改良，而在穗粒數(shù)上，大部分材料保留了普冰04-3504多粒特性，其中穗粒數(shù)＞60粒的有33個(gè)品系，占總數(shù)的27.97%，千粒重＞50 g的有42個(gè)品系，占總數(shù)的35.6%。供試小麥新品系中千粒重和單株產(chǎn)量高于均值的有14個(gè)品系，可為穗數(shù)型小麥品種選育提供基礎(chǔ)；穗粒數(shù)、千粒重和單株產(chǎn)量高于均值的有5個(gè)品系，可為穗重型小麥品種選育提供基礎(chǔ)。方差分析表明，新品系中各農(nóng)藝性狀均存在極顯著差異，表明所選育的小麥新品系性狀類型豐富。供試材料的單株產(chǎn)量變異系數(shù)最大，不孕小穗數(shù)其次，而抽穗期變異系數(shù)最小，株高其次。這與姚盟等[31]對(duì)黃淮麥區(qū)小麥新品系主要農(nóng)藝性狀變異分析得到不孕小穗變異系數(shù)較大的結(jié)果較一致。與杜麗媛等[32]通過(guò)對(duì)小麥-冰草新種質(zhì)普冰2011姊妹系的育種效應(yīng)分析得到結(jié)果也基本一致。

徐翠蓮等[33]報(bào)道了冬小麥單株產(chǎn)量與單株穗數(shù)，單株粒重與單株穗數(shù)、單株粒數(shù)間呈極顯著正相關(guān)；單株粒數(shù)與單株穗數(shù)在0.1水平上達(dá)到極顯著偏相關(guān)。謝成俊等[34]指出收獲指數(shù)與株高、穗莖長(zhǎng)、穗長(zhǎng)、小穗數(shù)、單穗產(chǎn)量、主莖生物產(chǎn)量、千粒重和和單株產(chǎn)量都有顯著關(guān)系。陳華萍等[35]在對(duì)四川小麥地方品種農(nóng)藝性狀分析時(shí)注意到，當(dāng)小麥有效穗數(shù)、穗粒重和千粒重增加時(shí)，單株產(chǎn)量有顯著增加的趨勢(shì)。本研究的相關(guān)分析和多元逐步回歸分析表明，抽穗期（X1）、小穗數(shù)（X5）、有效分蘗數(shù)（X7）、穗粒數(shù)（X8）和千粒重（X9）均顯著或極顯著影響單株產(chǎn)量，其中有效分蘗數(shù)起到主要作用，其次是小穗數(shù)和穗粒數(shù)，表明不同群體間主要是對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成各性狀偏重點(diǎn)不同。

俞世蓉等[36]對(duì)小麥聚類分析結(jié)果表明，由于遺傳分離以及對(duì)不同株系不同方向的選擇，使同一組合的不同后代產(chǎn)生了比較大的遺傳差異，在聚類上成為不同的類。張芬等[37]對(duì)冬小麥品種作的聚類分析也有類似結(jié)果。本研究聚類結(jié)果表明，118份衍生材料主要為I類和II類（共109份），在除芒長(zhǎng)之外的9個(gè)性狀上都有極顯著差異。II類材料有較高的穗粒數(shù)和單株產(chǎn)量，這部分材料在千粒重基本不變的基礎(chǔ)上，保留了普冰04-3504多粒的優(yōu)點(diǎn)，使得產(chǎn)量得到顯著的提升，如 T54、T56、T116、T130 和T132等，均達(dá)到穗粒數(shù)60粒以上，單株產(chǎn)量8.5 g以上。因此，II類材料是今后工作的關(guān)注重點(diǎn)。

SCAR引物ω-sec-p3/p4來(lái)源于黑麥1RS上的ω-secalin序列，通過(guò)瓊脂糖凝膠電泳分析表明，雙親及新品系均含有黑麥1RS特征條帶。普冰04-3504檢測(cè)中含有特征條帶，推測(cè)其創(chuàng)制過(guò)程中與冰草Z559雜交的日本普通小麥Fukoho中可能含有黑麥血緣而導(dǎo)致的[38]。因此，后續(xù)還需對(duì)創(chuàng)制親本和后代品系材料所含的黑麥1RS血緣做進(jìn)一步的鑒定確認(rèn)；同時(shí)注意到2份冰草材料也擴(kuò)增出與特征帶型有差異的帶紋，值得進(jìn)一步的研究。