丁明亮，周國雁，方藝瑾，李曉華，喬 玲，劉 琨，伍少云，李紹祥，鄭 軍*，楊木軍

(1.云南省農業(yè)科學院糧食作物研究所，云南 昆明 650205；2.國家小麥改良中心云南分中心，云南 昆明 650205；3.云南省農業(yè)科學院生物技術與種質資源研究所，云南 昆明 650205；4.山西省農業(yè)科學院小麥研究所，山西 臨汾 041000)

【研究意義】云南高原與青藏高原相毗連，屬低緯高海拔地區(qū)，境內地形十分復雜，從南到北共有7個氣候類型，從低海拔熱區(qū)河谷、溫涼壩區(qū)到丘陵及高寒山區(qū)海拔300～3600 m內均有普通小麥種植，劃分為滇北晚熟麥區(qū)、滇中中熟麥區(qū)和滇南早熟麥區(qū)，分屬于中國西南冬麥區(qū)和華南冬麥區(qū)[1-2]。小麥傳入云南后，在這種復雜的地理與生態(tài)條件下，通過長期的自然和人工選擇，形成了多樣的小麥地方種質資源，成為中國小麥種質資源最豐富的地區(qū)之一，這些豐富的小麥種質資源在云南小麥生產、育種和相關研究中發(fā)揮了重要作用[1-2]。云南小麥育成品種(系)內含有十分豐富的云南地方品種與國內外的種質資源，雖然已有一些育成品種的資源得到挖掘和利用(如育成品種云麥52號含有普通小麥—簇毛麥6AL /6VS易位系92R149抗白粉病基因Pm21和抗條銹病基因Yr26[3])，必然還有很多未知的優(yōu)異資源尚待鑒定和開發(fā)。因此，分析云南省不同時期選育的小麥品種(系)的遺傳及其多樣性將有利于優(yōu)異小麥種質資源的發(fā)掘與創(chuàng)新，對云南省的小麥育種實踐具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】當前我國小麥主要種植區(qū)均對當地的小麥種質資源的遺傳及其多樣性進行了深入研究，相關研究結果已為當地研究者進行基礎研究和育種工作提供了眾多有價值的參考信息，如鄭軍等[4]、彭芹等[5]、曹廷杰等[5]、李瑞奇等[7]、李學軍等[8]、喻俊杰等[9]分別對山西、山東、河南、河北、陜西和江蘇的小麥育成品種的遺傳多樣性進行解析，但是各省小麥育成品種遺傳多樣性存在一定的差異。劉麗等[10]、勾宇宏等[11]和楊金華等[12]分別利用SSR標記研究云南省鐵殼麥、云南歷史小麥品種和云南地方小麥品種的遺傳多樣性，分析表明云南鐵殼麥、云南歷史品種和云南地方品種均具有較好的遺傳多樣性，但是類型間其遺傳多樣性存在較大差異?！颈狙芯壳腥朦c】云南省小麥地方品種、育成品種等種質資源較多，然而目前僅僅有少數針對云南歷史品種及地方品種種質資源的遺傳研究，缺乏針對小麥育成品種(系)種質資源的系統(tǒng)性研究?！緮M解決的關鍵問題】為了進一步挖掘云南省小麥育成品種(系)中的優(yōu)異資源，利用用簡單重復序列標記系統(tǒng)分析了云南省小麥育成品種(系)的遺傳多樣性水平，并從分子水平上解析了云南省小麥育成品種(系)穗粒數和千粒重等重要產量性狀的遺傳規(guī)律和特點。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為云南省小麥育成品種(系)159個(表1)，其中育成品種80個(正式審定品種，V)，育成品系79個(非正審定品系，L)，這些材料絕大多數來自于設在云南省農業(yè)科學院生物技術與種質資源研究所的云南省作物種質庫，其余來自于云南省各育種單位。

表1 159份云南省小麥育成品種(系)Table 1 159 wheat varieties (lines) bred in Yunnan Province

續(xù)表1 Continued table 1

續(xù)表1 Continued table 1

1.2 試驗方法

本試驗使用91對SSR引物分別來源于中國小麥微核心種質構建的引物目錄(75對)[13]以及和相關重要性狀穗粒數與千粒重緊密連鎖的分子標記(16對)[14-16]。試驗材料的基因組DNA提取、PCR擴增及SSR數據處理均參考文獻[4]進行。參考文獻[17-18]統(tǒng)計和計算等位變異數、遺傳距離及遺傳多樣性指數等。

表2 91對SSR標記檢測到的等位變異數及多態(tài)性信息指數Table 2 No. of alleles and PIC values detected by 91 SSR makers

續(xù)表2 Continued table 2

2 結果與分析

2.1 云南省小麥育成品種(系)SSR分析

91對SSR引物掃描159個云南省小麥育成品種(系)，共有360個等位變異被檢測到，單個SSR標記檢測到1～9個等位變異，平均每個SSR標記檢測到3.96個等位變異，其中SSR引物wmc262可檢測到等位變異數為9個，SSR引物gwm413、gwm174、psp3071和gdm674個標記可檢測到等位變異數為8個，cfd72、gwm95和gwm1483個標記可檢測到等位變異數為7個，有50個標記檢測到的等位變異數超過平均等位變異數(占54.95 %)。各位點的多態(tài)性信息指數最低為0，最高為0.8408，所有位點多態(tài)性信息指數平均值為0.4677，位點gwm174的多態(tài)性信息指數最高為0.8408，其中多態(tài)性信息指數在0.25以下的位點有14個(占位點總數的15.38 %)，多態(tài)性信息指數大于0.5標記有48個(占位點總數的52.75 %)，可見這些標記在云南省小麥育成品種(系)中的多態(tài)性比較豐富。

表3 不同時期云南小麥育成品種(系)的遺傳多樣性Table 3 Genetic diversity of wheat bred varieties(lines) from Yunnan in different periods

2.2 云南省小麥育成品種(系)A、B、D染色體組的遺傳多樣性比較

采用的91對SSR分子標記平均分布于在小麥A、B和D 染色體組的數量分別是31、31和29個，在A染色體組、B染色體組與D染色體組被檢測到的等位變異數分別為有128、123和109個；在A染色體組上被檢測到的平均等位變異數為0.4784，在B染色體組上被檢測到的平均等位變異數為0.4664，而在D染色體組上被檢測到的平均等位變異數為0.4575；A染色體組的遺傳多樣性指數為0.5217，B染色體組的遺傳多樣性指數為0.5043，而D染色體組的遺傳多樣性指數為0.5102。說明云南省小麥育成品種(系)在A染色體組相比D染色體組與B染色體組其等位變異最為豐富，PIC值也較高，多樣性最好。

2.3 云南省不同時期的小麥育成品種(系)的遺傳多樣性比較

圖1 似然對數的變化率(△K)Fig.1 Rate of change in the log probability of data between successive K values(△K)

云南省不同時期的小麥育成品種的遺傳多樣性研究結果見表3，可見20世紀80年代以前小麥育成品種(系)的遺傳多樣性指數和PIC值最低，而80年代小麥育成品種(系)的遺傳多樣性指數和多態(tài)性信息指最高。90年代開始，云南省小麥育成品種的平均等位變異數、遺傳多樣性指數和多態(tài)性信息指隨著小麥品種(系)選育的時期總體上有下降的趨勢，說明在90年代以來云南省小麥育成品種(系)的親本資源日益狹窄。

2.4 云南省小麥育成品種群體結構分組分析

參考Evanno等[13]的方法及91對SSR引物標記結果，對159個云南省的小麥育成品種(系)進行10個重復的劃分結果測試，將lnP(D)值與△K值繪制成折線圖，見圖1，可見當K=7時，10個運行重復間標準差最小，重復性最好，且△K值最大，說明159個云南省小麥育成品種(系)可劃分為7個類群的種質資源，結果見圖2；各類群的分布與栽培類型、種植區(qū)域及其育成年代相關。由圖2可見，云南省血緣單一的品種較少，說明利用Structure分群和利用非加權平均法UPGMA聚類方法分析在一定程度上能夠對應。然而，圖中也顯示了一些來源較為復雜的品種(系)，這些品種(系)可能具有國內外引進的小麥資源和地方品種資源的混合血緣，這種復雜的組合來源充分說明云南省一些小麥品種(系)選育過程的復雜性，也證實云南省的小麥育成品種(系)具有一定的遺傳多樣性。

2.5 云南省小麥育成品種聚類分析

基于Nei's遺傳距離的UPGMA聚類圖見圖3，試驗采用的91對SSR分子標記按其遺傳距離將159個品種分為14大類群，與Structure分群相比分類更細，主要與育成年代、田地麥類型及所屬麥區(qū)有關。第Ⅰ類群有 2個材料，其中云麥60是從CIMMYT引入的F4代材料中系統(tǒng)選育的田麥品種；第Ⅱ類群有7個材料，主要是80年代選育的小麥材料；第Ⅲ類群有4個材料，主要是90年代選育的小麥材料；第Ⅳ類群有3個材料，分別是2000s選育的鳳麥34和80年代選育的2個小麥材料；第Ⅴ類群有7個材料，主要是80年代與90年代選育的小麥品系和滇南早熟麥區(qū)品種如德麥8號等；第Ⅵ類群有2個材料，主要是80年代選育的小麥品系；第Ⅶ類群有7個材料，主要是不同年代選育的適合云南不同麥區(qū)的小麥材料，如滇北晚熟麥區(qū)的靖麥19號、滇中中熟麥區(qū)的昆麥3號及滇南早熟麥區(qū)的文麥8號；第Ⅷ類群有1個材料，即云植803為80年代選育的小麥品系；第Ⅸ類群有15個材料，主要是不同年代選育的適合滇北晚熟麥區(qū)的品種，如靖麥8號與靖麥18號等；第Ⅹ類群有13個材料，主要是2000年以來選育的適合不同麥區(qū)的地麥品種，如云麥56、云麥68等，值得注意的是云麥53作為田麥品種也聚在此類；第Ⅺ類群有10個材料，主要是80年代選育的適合滇中中熟麥區(qū)的品系和2000年以來選育的適合滇中中熟麥區(qū)和滇南早熟麥區(qū)的材料如鳳麥38、臨麥15號、德麥3號等；第Ⅻ類群有32個材料，材料類型較為豐富，主要是不同年代選育的適合云南不同麥區(qū)的材料，值得注意的是由云南省農科院糧作所選育的K78S、K456S作為不育系和選育的雜交小麥品種云雜5號的恢復系云麥52號均在這一類；第XIII類群有材料最多共44個材料，主要是80年代以來適合云南滇中中熟麥區(qū)的材料，如鳳麥32、鳳麥36、鳳麥39等；第XIV類群有12個材料，主要是70年代、80年代和90年代選育的適合云南滇中中熟麥區(qū)的材料，如云麥27、云麥33與云麥38等。

圖2 159個云南省小麥育成品種(系)的類群劃分Fig.2 Population distribution of 159 wheat bred varieties(lines) in Yunnan province

圖3 云南小麥育成品種(系)聚類圖Fig.3 Dendrogram of wheat bred varieties(lines) in Yunnan province

2.6 云南省不同年代小麥育成品種(系)的穗粒數和千粒重優(yōu)異等位變異分析

云南省不同年代小麥育成品種(系)的穗粒數和千粒重相關標記的優(yōu)異等位變異分析結果表明：自20世紀70年代以來，穗粒數和千粒重相關標記的優(yōu)異等位變異的頻率隨著云南省小麥育成品種(系)育成年代的推移而逐漸增長，但穗粒數性狀相比千粒重性狀改良效果更明顯，如穗粒數緊密連鎖標記gwm259的優(yōu)異等位變異頻率增幅分別為47 %。Roberto研究認為與穗粒數緊密連鎖的SSR標記cfe273在歐美的小麥品種育種進程中其優(yōu)異等位變異頻率隨育種年代的推移而快速上升[19]，然而在云南省小麥育種進程中優(yōu)異等位變異頻率變化不大(圖4)，說明該位點在云南省的小麥育種進程中人工選擇效果不顯著。千粒重性狀的優(yōu)異等位變異的增幅雖然不如穗粒數性狀的優(yōu)異等位變異的增幅那么明顯，但是有的位點優(yōu)異等位變異隨著育種年代的推移增幅也較大，如wmc415，優(yōu)異等位變異增幅分別為42 %；千粒重性狀相關的一些位點的優(yōu)異等位變異在云南省的小麥育種進程中一直保留，如gwm156與gwm268；千粒重性狀也存在較高頻率的非優(yōu)異等位變異位點，其優(yōu)異等位變異一直未超過15 %，如cfd266和wmc17。說明在云南省小麥育種進程中針對千粒重性狀的改良有較大的潛力，而改良的主要目標即是這些非優(yōu)異等位變異位點。

圖4 穗粒數相關標記gwm259和cfe273優(yōu)異等位變異頻率變化Fig.4 The variation between the mark gwm337 and cfe273 related to the number of grains per ear

3 討 論

簡單重復序列標記(Simple Sequence Repeat，SSR)與其它分子標記相比具有數量豐富、多態(tài)性高、檢測快速、操作簡便等優(yōu)點[16]，廣泛應用于小麥遺傳圖譜構建和遺傳多樣性分析[20]。Hao等[21]利用78個微衛(wèi)星序列標記構建了西北春小麥區(qū)含340份小麥種質資源的小麥核心種質和微核心種質，共檢測到967個等位基因，平均每個位點13.6個等位基因(5～32)，平均PIC為0.64，范圍為0.05～0.91。山西省[4]、山東省[5]、河南省[6]、河北省[7]、陜西省[8]和江蘇省[9]分別對本地區(qū)的小麥育成品種(系)資源的遺傳多樣性進行全面系統(tǒng)的研究，分別為：山西省小麥育成品種平均等位變異數是3.940，平均多態(tài)性信息指數為0.446；山東省主推小麥品種的平均等位變異數是4.167，平均多態(tài)性信息指數為0.527；河南省近年審定小麥品種的平均等位變異數是6.000，平均多態(tài)性信息指數為0.404；河北省冬小麥品種的平均等位變異數是3.930，平均多態(tài)性信息指數為0.415；陜西小麥育成品種的平均等位變異數是4.180，平均多態(tài)性信息指數為0.481；江蘇主栽小麥品種平均等位變異數是3.560，平均多態(tài)性信息指數為0.456。利用91個微衛(wèi)星序列標記發(fā)現159份云南小麥育成品種(系)的平均等位變異數為3.960，平均PIC值為0.4677，PIC值高于河南省、河北省、江蘇省和山西省，低于山東省和陜西省，說明云南育成品種遺傳多樣性較為豐富。

單位面積穗數、千粒重和穗粒數是小麥產量構成的三大要素[22]，而大穗大粒又是云南小麥的典型特征，因此對云南小麥產量三大構成要素中最為重要的兩個性狀穗粒數和千粒重采用與之相關聯的SSR標記分析云南省不同時期小麥育成品種(系)中優(yōu)異等位變異頻率具有重要意義。結果表明自20世紀70年代以來穗粒數和千粒重兩個重要的產量性狀的連鎖標記的優(yōu)異等位變異頻率隨著云南省小麥育成品種(系)選育年代的推移而逐漸增長，但整體而言增幅仍然不大。說明云南省不同時期小麥育成品種(系)的穗粒數和千粒重的遺傳背景具有不同程度的改良，且穗粒數性狀相比千粒重性狀改良效果更強。云南省在今后小麥育種實踐中應重視優(yōu)異資源的引進，并對本地材料進一步改良。

4 結 論

本文采用91對SSR標記對云南省20世紀50年代以來育成的159個小麥品種(系)進行遺傳多樣性研究，結果表明云南省小麥育成品種(系)遺傳多樣性較好，特別是80年代的小麥育成品種(系)具有較高的遺傳多樣性，且不同年代小麥育成品種(系)的穗粒數和千粒重的遺傳背景具有不同程度的改良，今后云南省在小麥育種實踐中還應加強國內外優(yōu)異小麥資源的引進和利用。