許小宛，姚儉昕，高雅潔，馮 毅，張玲麗，孫道杰

(西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100)

小麥作為我國(guó)的主要口糧作物之一，其產(chǎn)量高低直接關(guān)系到我國(guó)的糧食安全。黃淮麥區(qū)是我國(guó)冬小麥生產(chǎn)的重要區(qū)域，在我國(guó)的小麥生產(chǎn)中占有極其重要的地位[1]。近年來(lái)，黃淮麥區(qū)育成并推廣了大批優(yōu)良品種，為我國(guó)的小麥育種提供了大量?jī)?yōu)異種質(zhì)資源，也為我國(guó)的糧食生產(chǎn)做出了重大貢獻(xiàn)。對(duì)黃淮麥區(qū)新育成小麥品種(系)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，能夠客觀、全面地了解本地區(qū)的育種現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，為新品種的推廣及后續(xù)品種的選育提供理論參考。

前人關(guān)于小麥品種(系)的評(píng)價(jià)多集中在農(nóng)藝性狀、品質(zhì)性狀和抗性上[2-5]，將分子標(biāo)記鑒定與農(nóng)藝性狀相結(jié)合進(jìn)行品種(系)的綜合評(píng)價(jià)的研究甚少。要燕杰等[2]通過(guò)對(duì)96份小麥材料的農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀進(jìn)行多元評(píng)價(jià)分析，篩選出了綜合農(nóng)藝性狀和綜合品質(zhì)性狀優(yōu)良的品種。薛 香等[4]通過(guò)對(duì)小麥的品質(zhì)性狀進(jìn)行主成分分析，將13個(gè)品質(zhì)性狀濃縮成5個(gè)主成分，為小麥的品質(zhì)改良提供了重要參考。孫彩鈴等[5]通過(guò)對(duì)山東省區(qū)試小麥品種(系)的品質(zhì)性狀進(jìn)行主成分分析和聚類分析，篩選出了6個(gè)綜合品質(zhì)較好的小麥品種(系)，同時(shí)證明了主成分分析可以有效用于小麥品種(系)的綜合評(píng)價(jià)。在分子標(biāo)記輔助選擇上，前人開(kāi)發(fā)了大量分子標(biāo)記可以有效用于小麥多個(gè)性狀的選擇。Ellis等[6]設(shè)計(jì)出了兩組特異性引物，能夠準(zhǔn)確鑒別矮桿基因Rht1和Rht2的a、b兩種等位變異。Korzun[7]和Worland[8]等的研究表明，SSR標(biāo)記Xgwm261的擴(kuò)增結(jié)果(192 bp)與系譜分析相結(jié)合，可以準(zhǔn)確鑒定矮稈基因Rht8。Sun等[9]基于小麥PPO基因序列所設(shè)計(jì)的STS標(biāo)記PPO18，能夠有效檢測(cè)多酚氧化酶基因PPO-A1。Zhang等[10]開(kāi)發(fā)出Ppd-P11及Ppd-P12兩個(gè)光周期標(biāo)記，可區(qū)分光周期敏感型a和不敏感型b兩種等位變異。Vp1B3是Yang等[11]基于Vp1B基因開(kāi)發(fā)的一個(gè)STS標(biāo)記，能夠有效鑒定小麥品種穗發(fā)芽抗性，共有a(652 bp)、b(845 bp)、c(569 bp)三種等位變異，其中a類型與感穗發(fā)芽有關(guān)，b與c類型與抗穗發(fā)芽有關(guān)。此外，Kulwal等[12]在3AL上檢測(cè)到一個(gè)與穗發(fā)芽抗性有關(guān)的位點(diǎn)Qphs.ccsu-3A.1，該位點(diǎn)與標(biāo)記Xgwm155緊密連鎖，具有A、B、C、D四種等位變異。在小麥的赤霉病鑒定方面，朱展望等[13]開(kāi)發(fā)出一對(duì)Fhb1診斷性標(biāo)記PFT-CAPS和His-InDel，其中PFT-Ⅰ/HIS-Ⅰ為抗赤霉病單倍型。

小麥農(nóng)藝性狀是由多個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的復(fù)雜性狀，通過(guò)主成分分析既可以達(dá)到降維的效果，又能保證所獲取信息的完整性，大大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)分析程序。聚類分析是一種依據(jù)遺傳距離對(duì)材料進(jìn)行分類的研究方法，在小麥農(nóng)藝性狀及品質(zhì)性狀的研究上應(yīng)用廣泛，已有大量研究證明了聚類分析在對(duì)材料分類處理時(shí)具有很高的可行性[14-15]。聚類分析可以作為主成分分析的補(bǔ)充，在主成分分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行聚類分析有助于提高研究工作的準(zhǔn)確性。在品種的選育過(guò)程中，僅通過(guò)肉眼觀察，很難對(duì)品質(zhì)性狀和抗性等一些重要性狀做到準(zhǔn)確的把握，分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)(MAS)能夠?qū)τN材料進(jìn)行基因型選擇，有效克服在表型觀測(cè)上的諸多不便，在作物育種中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用[16]。本研究擬從農(nóng)藝性狀選擇和分子標(biāo)記輔助選擇兩方面入手，對(duì)黃淮麥區(qū)2016-2017年度參加國(guó)家區(qū)試的81份小麥品種(系)及本課題組育成的10份小麥品種(系)做以全面評(píng)價(jià)，以期為新品種的推廣及后續(xù)品種的選育提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料(表1)為81份2016-2017年度國(guó)家黃淮南片區(qū)試品種(系)和10份由本課題組育成的小麥品種(系)。

所有材料均于2016年10月份種植于陜西楊凌區(qū)試試驗(yàn)站和西北農(nóng)林科技大學(xué)南陽(yáng)小麥試驗(yàn)站，實(shí)驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，各小區(qū)中每個(gè)品種種植3行，行長(zhǎng)2 m，行距25 cm，株距3 cm。常規(guī)田間管理。

1.2 方 法

1.2.1 農(nóng)藝性狀調(diào)查

性狀調(diào)查按照國(guó)家小麥良種區(qū)域試驗(yàn)統(tǒng)一記載標(biāo)準(zhǔn)，在大田記載株高、旗葉長(zhǎng)、寬、穗長(zhǎng)、小穗數(shù)、穗頸長(zhǎng)、芒長(zhǎng)等性狀，室內(nèi)考種記錄穗粒數(shù)、籽粒長(zhǎng)、寬、千粒重等性狀。株高、穗粒數(shù)和千粒重?cái)?shù)據(jù)來(lái)源于《2016-2017年度國(guó)家冬麥區(qū)黃淮南片水地品種試驗(yàn)總結(jié)》。

1.2.2 整穗發(fā)芽率(GP)的測(cè)定

本研究用整穗發(fā)芽率(GP)來(lái)評(píng)價(jià)小麥的穗發(fā)芽抗性，參照Yang[11]等的分類標(biāo)準(zhǔn)稍作改進(jìn)，將材料的穗發(fā)芽抗性分為高抗(GP≤20%)、抗(20%

表1 供試小麥品種(系)名稱Table 1 Wheat cultivars(lines) tested in 2016-2017

1～81:2016-2017年度國(guó)家黃淮南片區(qū)試小麥品種(系)；82～91:本課題組育成的品種或品系。

1-81:Wheat cultivars originated from Huang-Huai wheat growing region which participated in the National Adaptability Test of Wheat Varieties in 2016-2017; 82-91:Cuitivars or lines developed by our research group.

每個(gè)品種(系)取主莖穗2個(gè)進(jìn)行編號(hào)、掛牌，而后分別置于不同的紙杯中，于紙杯中加水至整穗完全浸沒(méi)，10 h后將水倒出，每隔4 h噴水1次，確保整穗完全濕潤(rùn)。重復(fù)5次。7 d后統(tǒng)計(jì)整穗發(fā)芽率(GP)，以芽長(zhǎng)達(dá)到籽粒長(zhǎng)度視為發(fā)芽，反之則為不發(fā)芽，最終發(fā)芽率為兩個(gè)穗子發(fā)芽率的平均值。

1.2.3 DNA提取及PCR擴(kuò)增

用CTAB法從幼苗中提取小麥基因組DNA[17]。10對(duì)分子標(biāo)記分別用于檢測(cè)矮稈基因(Rht1、Rht2、Rht8)、赤霉病抗性基因(Fhb1)、光周期基因(PpD-A1、PpD-D1)、多酚氧化酶基因(PPO18)、穗發(fā)芽抗性基因或QTL位點(diǎn)(Vp1B、Qphs.ccsu-3A.1)，標(biāo)記引物均由上海生工生物工程有限公司合成，詳見(jiàn)表2。

PCR反應(yīng)體系為15 μL，包括2×Mix混合液7.0 μL，上、下游引物各1.0 μL(2 μmol·L-1)，ddH2O 4.0 μL ，DNA模板2.0 μL(100 ng· μL-1)。標(biāo)記PFT-CAPS和His-InDel的擴(kuò)增程序?yàn)椋?5 ℃預(yù)變性3 min；94 ℃變性30 s，65 ℃退火30 s，68 ℃延伸2 min 30 s ，33個(gè)循環(huán)；68 ℃終延伸7 min，4 ℃保存。其他標(biāo)記的擴(kuò)增程序?yàn)?5 ℃預(yù)變性5 min；94 ℃變性1 min，58～65 ℃退火1 min，72 ℃延伸0.5～1.0 min，36個(gè)循環(huán)；72 ℃延伸10 min，4 ℃保存。標(biāo)記WMS155、Xgwm261用6%的聚丙烯酰氨凝膠電泳檢測(cè)，其他8個(gè)標(biāo)記均用1.5%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

用Excle 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；SPSS 20.0進(jìn)行主成分分析；GRAPHPAD 7.00進(jìn)行二維排序分析；R語(yǔ)言進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)藝性狀鑒定結(jié)果

2.1.1 主要農(nóng)藝性狀的主成分分析

對(duì)91份供試材料的12個(gè)重要農(nóng)藝性狀進(jìn)行主成分分析，利用SPSS 20.0數(shù)據(jù)處理軟件計(jì)算出各主成分的特征值和貢獻(xiàn)率，提取到特征值大于1的主成分6個(gè)，累計(jì)貢獻(xiàn)率為79.128%，詳見(jiàn)表3。其中，第一主成分的特征值為1.946，貢獻(xiàn)率為16.218%，載荷較高的農(nóng)藝性狀分別是千粒重、粒長(zhǎng)，主要反映的是籽粒性狀，因此命名為籽粒性狀構(gòu)成因子。向量間關(guān)系表明，籽粒越大，千粒重越高，但由于籽粒大小與穗粒數(shù)有一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此穗粒數(shù)會(huì)有所減少。第二主成份的特征值為1.901，貢獻(xiàn)率為15.844%，載荷較高的農(nóng)藝性狀分別是頂芒芒長(zhǎng)和側(cè)芒芒長(zhǎng)，主要反映芒長(zhǎng)相關(guān)性狀，因此命名為芒長(zhǎng)構(gòu)成因子。該主成分的向量間關(guān)系表明，芒長(zhǎng)與籽粒性狀、旗葉面積等均成負(fù)相關(guān)，而麥芒越長(zhǎng)，與株高相關(guān)的性狀越大，穗粒數(shù)越多。第三主成分的特征值為1.637，貢獻(xiàn)率為13.642%，載荷較高的農(nóng)藝性狀分別是旗葉寬和旗葉長(zhǎng)，主要反映旗葉相關(guān)性狀，因此命名為旗葉構(gòu)成因子。向量間關(guān)系表明，旗葉面積增大則株高和籽粒長(zhǎng)度下降，而產(chǎn)量相關(guān)性狀有所升高。第四主成分的特征值為1.536，貢獻(xiàn)率為12.797%，載荷最高的性狀是穗長(zhǎng)，因此命名為穗長(zhǎng)構(gòu)成因子。向量間關(guān)系表明穗長(zhǎng)增長(zhǎng)則有效小穗數(shù)、千粒重等增加，但穗粒數(shù)和籽粒長(zhǎng)度有一定下降。第五主成分的特征值是1.282，貢獻(xiàn)率為10.686%，載荷最高的性狀是穗頸長(zhǎng)，該性狀與株高相關(guān)，因此命名為株高構(gòu)成因子。向量間關(guān)系表明，穗頸長(zhǎng)增加則穗長(zhǎng)、有效小穗數(shù)明顯下降，千粒重和穗粒數(shù)略有升高但不明顯。第六主成分的特征值是1.193，貢獻(xiàn)率為9.94%，載荷最高的性狀是穗粒數(shù)，因此命名為穗粒數(shù)構(gòu)成因子。向量間關(guān)系表明穗粒數(shù)增多則有效小穗數(shù)增多，株高升高。

表2 引物和PCR檢測(cè)結(jié)果Table 2 Primers and the fragment lengths of PCR detection

2.1.2 二維排序分析

以第五主成分值為橫坐標(biāo)，分別以第一、二、三、四、六主成分值為縱坐標(biāo)利用GRAPHPAD 7.00繪圖軟件繪制二維排序圖(圖1、圖2、圖3、圖4、圖5)。第五主成分是株高控制因子，較小為好，第一主成分是籽粒性狀構(gòu)成因子，較大為好，因此第五主成分值較小且第一主成分值較大的品種主要分布在圖1的左上角，這些品種整體表現(xiàn)為株高較矮且籽粒較大。第二主成分是芒長(zhǎng)構(gòu)成因子，由于芒長(zhǎng)與千粒重、穗長(zhǎng)及旗葉面積等性狀成負(fù)相關(guān)關(guān)系，所以第二主成分適中較好，因此符合條件的品種主要分布在圖2縱坐標(biāo)軸的左邊，圍繞橫坐標(biāo)軸附近。第三主成分是旗葉性狀構(gòu)成因子，由于旗葉面積增大則株高和籽粒長(zhǎng)度下降，且旗葉過(guò)大不利于植株通風(fēng)、透光，容易引發(fā)病蟲(chóng)害，因此第三主成分適中較好。符合該特點(diǎn)的品種主要分布在圖3縱坐標(biāo)軸的左邊，圍繞橫坐標(biāo)軸附近。第四主成分是穗長(zhǎng)構(gòu)成因子，較大為好，因此符合該特點(diǎn)的品種主要分布在圖4的左上角，這些品種表現(xiàn)為株高較矮、穗子較大。第六主成分是穗粒數(shù)構(gòu)成因子，由于穗粒數(shù)與籽粒大小、千粒重在一定程度上呈負(fù)相關(guān)，因此穗粒數(shù)應(yīng)適中偏大但不可過(guò)大，符合該特點(diǎn)的品種主要分布在縱坐標(biāo)軸的左側(cè)，圍繞橫坐標(biāo)軸附近及橫坐標(biāo)軸上方，整體表現(xiàn)為穗粒數(shù)與籽粒大小及千粒重等性狀結(jié)合較好。

表3 入選的6個(gè)主成分及其特征向量Table 3 Principal component analysis of agronomic traits

圖1 第5、1主成分二維排序圖

圖2 第5、2主成分二維排序圖

圖3 第5、3主成分二維排序圖

由以上分析可知，參試材料中綜合性狀較好的小麥品種編號(hào)為3、4、13、15、28、29、31、33、35、41、44、48、51、54、59、61、62、66、70、78、82、83、85、86、88、90。所對(duì)應(yīng)的品種是鄭麥1860、中農(nóng)麥 4007 、秦禾麥2號(hào)、珍麥3號(hào)、圣麥 108、鄭麥 151、豫農(nóng)186、鄭品麥22號(hào)、禾豐3號(hào)、泉麥31、安科1502、中育1220、豐德存麥16號(hào)、泰禾麥5號(hào)、淮麥4046、洛麥27、鄭育麥21、懷川365、瑞華1426、鄭麥119、西農(nóng)979、西農(nóng)585、西農(nóng)B2、西農(nóng)B3、西農(nóng)B5、西農(nóng)B7。

圖4 第5、4主成分二維排序圖

圖5 第5、6主成分二維排序圖

2.1.3 聚類分析

在主成分分析的基礎(chǔ)上，以供試材料的主成分得分乘以對(duì)應(yīng)主成分所占總貢獻(xiàn)率的權(quán)重得到綜合得分，利用綜合得分進(jìn)行聚類分析，在歐氏距離1.0處將供試材料聚為5類(圖6)，各類群的被測(cè)指標(biāo)平均值具體見(jiàn)表4。第Ⅰ類包含2份材料，主要特點(diǎn)是株高最矮，穗長(zhǎng)較長(zhǎng)，旗葉面積較小，千粒重較輕，穗粒數(shù)最多，籽粒飽滿度較差。第Ⅱ類包含34份材料，主要特點(diǎn)是株高較矮，穗長(zhǎng)較短，千粒重中等，穗粒數(shù)較少。第Ⅲ類包含12份材料，主要特點(diǎn)是株高較矮，穗長(zhǎng)最短，旗葉面積較小，千粒重最輕。第Ⅳ類包含1份材料，主要特點(diǎn)是株高、穗長(zhǎng)、旗葉面積、穗粒數(shù)均最大，千粒重較高，籽粒飽滿度稍差。第Ⅴ類包含42份材料，整體呈現(xiàn)為株高稍高，穗長(zhǎng)較長(zhǎng)，旗葉面積適中，千粒重最高，穗粒數(shù)較多。綜上所述，第Ⅴ類材料雖株高較高但豐產(chǎn)潛力較好，第Ⅰ類、第Ⅱ類和第Ⅲ類材料株高雖然較矮但豐產(chǎn)性較差，第Ⅳ類材料雖然也具有較高的豐產(chǎn)潛力但其株高過(guò)高，農(nóng)藝性狀較差。因此，第Ⅴ類材料可以作為優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源在生產(chǎn)上得以運(yùn)用，其他材料則可以作為育種上的優(yōu)良親本，用于品種改良。

表4 各類群小麥農(nóng)藝性狀的平均值Table 4 The average value of agronomic traits in different clusters

圖6 農(nóng)藝性狀系統(tǒng)聚類圖

2.2 供試材料分子標(biāo)記鑒定結(jié)果

2.2.1 矮稈基因鑒定結(jié)果

矮桿基因檢測(cè)結(jié)果表明，參試的91份材料中，有7份含有矮稈基因Rht1，占比為7.69%，代表品種有西農(nóng)585、阜麥18、鄭麥151、西農(nóng)528等(圖7)；84份材料含有矮稈基因Rht2，占比為92.31%，代表品種有西農(nóng)20、泉麥29、鄭麥136、周麥18等(圖8)；79份材料含有Rht8，占比為86.81%，代表品種有西農(nóng)979、西農(nóng)585、泉麥29、中麥247等(圖9)。在91份參試材料中，只含Rht1的材料僅有1份，為鄭麥151，占比為1.10%；只含Rht2的材料有10份，占比為10.99%；只含Rht8的材料有2份，占比為2.20%；兼具Rht1和Rht8的材料有5份，占比為5.49%；兼具Rht2和Rht8的材料有73份，占比為80.22%；兼具Rht1和Rht2的材料僅有2份，占比為2.20%；同時(shí)含有Rht1、Rht2和Rht8的材料僅有1份，為安科1403，占比為1.10%。

2.2.2 多酚氧化酶基因鑒定結(jié)果

在PPO-A1位點(diǎn)，91份參試材料中有27份為PPO活性較低的PPO-A1b基因型，頻率為29.67%；有64份為PPO活性較高的PPO-A1a基因型(圖10)，頻率為70.33%。

M:DL2000; 1～7:部分供試材料; a:Rht-B1a基因的擴(kuò)增條帶; b:Rht-B1b基因的擴(kuò)增條帶。

M:DL2000; 1-7:Part materials tested;a:Band ofRht-B1a；b:Band ofRht-B1b.

圖7矮稈基因Rht1在部分參試材料中的檢測(cè)結(jié)果

Fig.7The detection results of dwarfing geneRht1in some tested materials

M:DL2000; 1～7:部分供試材料; a:Rht-B1a基因的擴(kuò)增條帶; b:Rht-B1b基因的擴(kuò)增條帶。

M:DL2000; 1-7:Part materials tested;a:Band ofRht-B1a；b:Band ofRht-B1b.

圖8矮稈基因Rht2在部分參試材料中的檢測(cè)結(jié)果

Fig.8The detection results of dwarfing geneRht2in some tested materials

M:DL500; 1～12:部分供試材料。

M:DL500; 1-12:Part materials tested.

圖9矮稈基因Rht8在部分參試材料中的檢測(cè)結(jié)果

Fig.9The detection results of dwarfing

geneRht8in some tested materials

2.2.3 光周期基因鑒定結(jié)果

PpD-A1(圖11)和PpD-D1(圖12)兩個(gè)光周期基因均具有a、b兩種等位變異，PpD-A1a基因型(580 bp)和PpD-D1a基因型(186 bp)對(duì)光周期反應(yīng)不敏感，PpD-A1b基因型(274 bp)和PpD-D1b(172 bp &186 bp)基因型對(duì)光周期反應(yīng)敏感，經(jīng)檢測(cè)，參試材料均為PpD-A1a+PpD-D1a基因型，因此91份材料均為光周期非敏感型材料。

M:DL1000; 1～12:部分供試材料。

M:DL1000; 1-12:Part materials tested.

圖10多酚氧化酶基因PPO-A1在部分參試材料中的檢測(cè)結(jié)果

Fig.10The detection results of polyphenol oxidase genePPO-A1in some tested materials

M:DL1000; 1～12:部分供試材料。

M:DL1000; 1-12:Part materials tested.

圖11光周期基因PpD-A1在部分參試材料中的檢測(cè)結(jié)果

Fig.11The detection results of photoperiod genePpD-A1in some tested materials

M:DL1000; 1～12:部分供試材料。

M:DL1000; 1-12:Part materials tested.

圖12光周期基因PpD-D1在部分參試材料中的檢測(cè)結(jié)果

Fig.12The detection results of photoperiod genePpD-D1in some tested materials

2.2.4 赤霉病基因鑒定結(jié)果

91份供試材料中，經(jīng)標(biāo)記PFT-CAPS擴(kuò)增后共檢測(cè)到17份材料含有2 077 bp/2 076 bp片段(圖13)，進(jìn)一步經(jīng)DraⅠ內(nèi)切酶酶切后發(fā)現(xiàn)，有5份材料為PFT-Ⅰ型(2 077 bp)，分布頻率為5.49%；有12份材料為PFT-Ⅱ型(1 567 bp& 709 bp)，分布頻率為13.19%。在His位點(diǎn)，91份供試材料均檢測(cè)到2 061 bp片段(圖14)，說(shuō)明這些材料均非His-Ⅰ型(1 309 bp)。由此可知，供試的91份材料均不含F(xiàn)hb1基因。

M1:DL5000; M2:DL2000; 1～10:部分供試材料。

M1:DL5000; M2:DL2000; 1-10:Part materials tested.

圖13PFT-CAPS標(biāo)記在部分參試材料中的檢測(cè)結(jié)果

Fig.13Detection results ofPFT-CAPSmarker in some tested materials

M2:DL2000; 1～10:部分供試材料。

M2:DL2000; 1-10:Part materials tested.

圖14His-InDel標(biāo)記在部分參試材料中的檢測(cè)結(jié)果

Fig.14Detection results ofHis-InDelmarker in some tested materials

2.2.5 穗發(fā)芽抗性基因鑒定結(jié)果

91份供試材料中，有37份材料含抗穗發(fā)芽基因Vp1Bc(569 bp)，分布頻率為40.66%，平均發(fā)芽率為45.5%；有54份含感穗發(fā)芽基因Vp1Ba(652 bp)，分布頻率為59.34%，平均發(fā)芽率為57.6%；未出現(xiàn)Vp1Bb(845 bp)基因型材料(圖15)。對(duì)不同基因型進(jìn)行方差分析發(fā)現(xiàn)，Vp1Ba基因型的發(fā)芽率明顯低于Vp1Bc基因型，呈顯著差異(F=16.97，P<0.01)。

用Xgwm155標(biāo)記在91份供試材料中共擴(kuò)增出A、B、C、D四種片段類型，其中擴(kuò)增出A片段類型的僅有1個(gè)，占供試材料的1.10%，整穗發(fā)芽率為75%；擴(kuò)增出B片段類型的有16個(gè)，占供試材料的17.58%，整穗發(fā)芽率均值為52.9%；擴(kuò)增出C片段類型的有19個(gè)，占供試材料的20.88%，整穗發(fā)芽率均值為44.7%；擴(kuò)增出D片段類型的有55個(gè)(圖16)，占供試材料的60.44%，整穗發(fā)芽率均值為55.0%。方差分析表明，擴(kuò)增出B型片段的品種與擴(kuò)增出C型和D型片段的品種發(fā)芽率沒(méi)有顯著差異，而擴(kuò)增出C型和D型片段的兩類品種的發(fā)芽率具有顯著性差異(F=7.318，P<0.05)。由于含有A帶型的材料太少，所以含有該帶型材料的發(fā)芽率還有待驗(yàn)證。

M:DL1000; 1～12:部分供試材料。

M:DL1000; 1-12:Part materials tested.

圖15Vp1B3標(biāo)記在部分參試材料中的檢測(cè)結(jié)果

Fig.15Detection results ofVp1B3marker in some tested materials

1～12:部分供試材料。

1-12:Part materials tested.

圖16WMS155標(biāo)記在部分參試材料中的檢測(cè)結(jié)果

Fig.16Detection results ofWMS155markerin some tested materials

結(jié)合整穗發(fā)芽實(shí)驗(yàn)，從參試的91份材料中篩選出21份SGR≤40%的抗穗發(fā)芽品種，占總數(shù)的23.08%。標(biāo)記基因型方差分析表明，Vp1B3和Xgwm155均與穗發(fā)芽抗性有關(guān)。21份抗穗發(fā)芽品種中，15份為Vp1Bc型，6份為Vp1Ba型，占比分別為71.43%、28.57%；用標(biāo)記WMS155擴(kuò)增出A、B、C、D帶型的品種個(gè)數(shù)分別為0、3、8、10，占比分別為0、14.29%、38.10%、47.62%。用兩個(gè)標(biāo)記同時(shí)可檢測(cè)到抗性條帶的有7份，占參試材料的7.69%，分別為西農(nóng)20、徽研66、鄭麥151、淮麥4046、安科1405、西農(nóng)501、西農(nóng)585，穗發(fā)芽率均值為35.3%，這些材料可作為穗發(fā)芽抗性改良的重要抗源用于后續(xù)育種。

3 討 論

3.1 小麥主要農(nóng)藝性狀的分析方法

3.1.1 主成分分析

主成分分析采用降維的思想，以較少的幾個(gè)不相關(guān)的變量來(lái)反映多變量信息，將其用于農(nóng)藝性狀的評(píng)價(jià)分析時(shí)，可實(shí)現(xiàn)用幾個(gè)綜合指標(biāo)來(lái)把握若干性狀的整體信息，為數(shù)據(jù)分析提供便利[19]。本研究通過(guò)對(duì)91份參試材料進(jìn)行主成分分析，將12個(gè)復(fù)雜農(nóng)藝性狀濃縮成6個(gè)互為獨(dú)立的綜合因子，可以解釋79.128%的表型變異。就本研究的6個(gè)主成分因子而言，對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率依次是：籽粒性狀構(gòu)成因子>芒長(zhǎng)構(gòu)成因子>旗葉構(gòu)成因子>穗長(zhǎng)構(gòu)成因子>株高構(gòu)成因子>穗粒數(shù)構(gòu)成因子。千粒重是小麥的產(chǎn)量構(gòu)成三要素之一，本研究中第一主成分載荷最高的是千粒重因子(0.836)，表明了千粒重對(duì)小麥的產(chǎn)量起著極其重要的作用，這與張中州等[20]的研究結(jié)果相符。根據(jù)高產(chǎn)育種的標(biāo)準(zhǔn)及各性狀間的相互關(guān)系，選擇品種應(yīng)滿足的條件是：第一主成分較大、第二主成分適中、第三主成分適中、第四主成分較大、第五主成分較小，第六主成分適中偏大。由此可知鄭麥151，西農(nóng)585等26個(gè)小麥品種均為滿足以上標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)良品種。

3.1.2 聚類分析

聚類分析是一種依據(jù)遺傳距離遠(yuǎn)近對(duì)材料進(jìn)行分類的研究方法，實(shí)踐證明，聚類分析在研究品種資源的差異和分類方面可行[14-15]。基于主成分分析進(jìn)行聚類分析既可以保證生物信息的完整性又可以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)處理程序，得到更為可靠的結(jié)果，為以后雜交育種的親本選配提供參考，是較為科學(xué)的數(shù)據(jù)分析方法[2,21]。本研究基于主成分分析的結(jié)果對(duì)91份供試材料進(jìn)行聚類分析，采用Q型聚類，在遺傳距離1.0處將供試材料聚為5類，可以較好的揭示出各類群間及類群內(nèi)品種的差異性，同時(shí)也能反映出黃淮麥區(qū)新育成小麥品種(系)的遺傳距離較近，遺傳基礎(chǔ)較為狹窄的現(xiàn)狀。馬艷明等[22]利用11對(duì)ISSR引物分析了我國(guó)黃淮麥區(qū)96個(gè)小麥推廣品種(系)的遺傳多樣性，分析結(jié)果表明，參試品種間具有較高的遺傳相似度，其中64.6%的品種被聚在同一類，這與本研究結(jié)果一致。推測(cè)出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是育種工作中所用骨干親本較為有限。因此，在后續(xù)的育種中應(yīng)注重?cái)U(kuò)寬親本選擇范圍，盡量選擇遺傳背景差異較大的合適親本配制雜交組合。

3.1.3 二維排序分析

二維排序分析法能夠簡(jiǎn)潔、直觀的方式反映參試材料的分布特點(diǎn)及品種間的性狀差異。陶愛(ài)芬等[23]基于主成分分析對(duì)紅麻的產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀進(jìn)行了二維排序分析，篩選出了在品質(zhì)或產(chǎn)量上表現(xiàn)突出和兼具高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)的品種，明確了各參試材料的優(yōu)點(diǎn)與不足，為后續(xù)的生產(chǎn)利用提供了有力參考。本研究通過(guò)二維排序分析對(duì)91份材料的12個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行綜合分析，共篩選出26份矮桿、高產(chǎn)且綜合性狀優(yōu)良的品種。其中已經(jīng)通過(guò)國(guó)家區(qū)試的優(yōu)異小麥品種西農(nóng)979和西農(nóng)585同時(shí)出現(xiàn)在聚類分析及二維排序分析的結(jié)果中，且入選的其他品種在兩種分析方法中的吻合度也很高，由此可見(jiàn)，基于主成分分析的二維排序分析及聚類分析在分析結(jié)果上具有很高的一致性，前者能夠客觀地反映各品種在農(nóng)藝性狀上的差異，而后者則可以反映各品種的遺傳距離及各類群品種之間的差異，兩種方法各有所長(zhǎng)，但都能較好的對(duì)種質(zhì)資源的綜合農(nóng)藝性狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，這與前人的研究結(jié)果基本一致。在數(shù)據(jù)分析中兩種分析方法結(jié)合起來(lái)，能夠從多個(gè)角度對(duì)種質(zhì)資源的農(nóng)藝性狀或者品質(zhì)性狀進(jìn)行更為全面的評(píng)價(jià)，為小麥的生產(chǎn)運(yùn)用及后續(xù)育種工作提供科學(xué)依據(jù)。

3.2 小麥分子標(biāo)記鑒定

在育種實(shí)踐中，將分子標(biāo)記輔助選擇與表型性狀的選擇相結(jié)合，能夠在很大程度上提高育種效率。本研究共利用10個(gè)分子標(biāo)記對(duì)參試的91份材料的不同性狀進(jìn)行鑒定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在矮桿性狀上，黃淮麥區(qū)小麥品種中Rht2和Rht8存在的比例較高，這與張德強(qiáng)等[18]的研究結(jié)果一致，推測(cè)可能與該地區(qū)的氣候條件及近年來(lái)所育成品種的遺傳基礎(chǔ)較為狹窄有關(guān)。對(duì)多酚氧化酶活性相關(guān)基因，陳 泠等[24]的研究表明，陜西和河南的小麥品種中含PPO-A1b的比例較低。本研究中，有69%的參試材料來(lái)自河南和陜西，有29.67%的參試品種具有低活性多酚氧化酶基因，這與前人的報(bào)道是吻合的。在光周期基因上，參試品種經(jīng)檢測(cè)均屬于光周期不敏感型，這與鄧跟望等[25]的研究結(jié)果相一致,但孫道杰等[26]的研究表明，一定的光周期敏感性會(huì)增強(qiáng)品種的生殖發(fā)育穩(wěn)定性(抽穗期穩(wěn)定性)，因此小麥品種應(yīng)具有一定的光周期敏感性。在赤霉病抗性上，91份參試材料均不含對(duì)赤霉病抗性最強(qiáng)的Fhb1[27]基因，但有5個(gè)材料含有PFT-Ⅰ，后續(xù)工作中可嘗試?yán)煤蠬is-Ⅰ基因型的品種為親本，對(duì)黃淮麥區(qū)小麥品種的赤霉病抗性加以改良。在穗發(fā)芽抗性上，參試材料整體表現(xiàn)為穗發(fā)芽抗性較差，抗性材料所占比例為23.08%，這與馬文潔等[28]的研究結(jié)果一致。由此可知小麥的穗發(fā)芽抗性也是黃淮麥區(qū)品種亟待改良的性狀。

綜上可知，黃淮麥區(qū)近年來(lái)育成的品種(系)在產(chǎn)量、品質(zhì)和抗性方面有一定的提升，但仍有很大的發(fā)展空間。新育成的品種中鄭麥151、西農(nóng)585等綜合性狀優(yōu)良，可用于后續(xù)推廣。鑒于黃淮麥區(qū)小麥品種的遺傳基礎(chǔ)較為狹窄，后續(xù)育種中應(yīng)選擇遺傳背景較為豐富的材料作為雜交親本，重點(diǎn)改良品種的穗發(fā)芽抗性、赤霉病抗性，其次也要提高對(duì)低多酚氧化酶活性材料的選育，以改良面粉(團(tuán))的色澤，滿足現(xiàn)代人的消費(fèi)需求。再者，近年來(lái)全球極端氣候增多，氣候不穩(wěn)定性增強(qiáng)，為了使小麥具有穩(wěn)定的抽穗期，保證糧食產(chǎn)量，在后續(xù)的育種中要注重培育具有適度光周期敏感性的品種。