小麦农作物种质资源Word文档格式.docx

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对650份小麦材料进行苗期抗旱性鉴定，筛选出31份强抗性（一级）材料。

对200份苗期抗旱性为一、二级的材料进行全生育期抗旱性鉴定，筛选出8份强抗性（一级）材料，2份水分敏感材料。

此外筛选到4份抗旱小麦野生近缘种材料。

2.1.3抗病种质资源的筛选

对240份小麦种质资源进行了抗纹枯病鉴定，共筛选出抗性优于对照品种山红麦的材料11份，包括6份农家种，5份国外引进品种。

对70份小麦野生亲缘物种和150份引进的小麦种质进行了赤霉病抗性鉴定，发现了11份抗性相当于或接近著名抗赤霉病品种苏麦3号小麦种质，例如申9204、宁8547、叶子黄、本地红麦等。

2.1.4高光能利用率种质资源的筛选

参考在水稻上建立的简易测定方法，在低CO2,低O2和中等光强条件下对30个不同小麦品种进行了筛选，筛出抗光氧化的材料有：

小偃54、西植小偃22、鲁麦8055、90230等4份材料；

不抗光氧化有：

94028、中国春、旱选、京冬8号、原冬9428、京411。

2.2作图群体与近等基因系的培育

作图群体既是发现新基因的材料基础，同时也是进行植物基因组研究的材料基础。

永久作图群体包括重组近交系（RIL）与加倍单倍体（DH）。

这类群体不仅可用于质量性状基因鉴定,而且还可用于数量性状基因鉴定。

由于主要农艺性状如产量性状、品质、抗逆性等都表现为数量性状，因此培育永久作图群体更为重要。

不同的目标基因存在于不同的材料中，作物育种所涉及的基因种类与数目很多，这就要求培育大批量的永久作图群体。

然而培育永久作图群体工作量大，周期长。

近十多年来，世界各国培育的各类小麦永久作图群体合计约数十个，且大部分尚未交换。

永久作图群体的不足已成为大规模发掘新基因的重要限制因素之一。

为了发现本项目的目标基因，在种质资源大量筛选的基础上，我们完成了27个永久作图群体的培育，其中RIL群体23个，DH群体4个（表1）。

特别指出的是这些作图群体的亲本大都是从上万份种质资源中筛选出来的“精品”，作图群体的数目多在100个以上，最高达1000多株。

进一步的研究表明，这些作图群体的大部分性状与标记都符合正态分布，质量较高，符合QTL作图的需要。

为了解决RIL永久作图群体培育周期长的问题，我们从数万份小麦种质资源中筛

选出一份极早熟且农艺性状优良的材料，利用该材料分别与我国小麦的主栽品种、骨干亲本、地方品种、国外品种与人工合成种杂交，共配制杂交组合311个，目前F1-F6各世代的组合数分别为47，70，27，115，48，与4个。

这些作图群体具有以下特点：

（1）作图群体数量大，所选亲本具有广泛的遗传多样性与代表性，可对全部农艺性状基因进行作图与标记，进而发现一大批重要农艺性状新基因，其中包括在我国小麦育种中曾产生重要作用的基因。

以每个群体平均发现2-3个新基因计算，使用这些群体至少可发现600-900个新基因。

（2）群体的亲本包括重要应用价值与理论价值的材料，其中包括我国主要麦区不同时期推广面积最大的品种，我国小麦育种的10大骨干亲本，小麦遗传研究的模式品种“中国春”以及具各类目标性状的宝贵种质，因而利用这批作图群体不仅可发掘出我国小麦育种上迫切需要的基因，而且可用于研究我国小麦育种骨干亲本的遗传效应。

（3）由于所有群体具有一个共同亲本，对位点相同的组合可合并使用，合并后的群体数目大，可用于基因克隆。

（4）组合中有一个农艺性状优良的亲本，因而在其自交后代特别是回交后代中可选出综合农艺性状优良的品系甚至品种。

目前已选出一批优良品系，参加品种比较试验。

表1已构建的永久作图群体

群体组合

群体类型（世代）

群体大小

目标性状

阿夫x望水白

RIL

190

抗赤霉病

阿夫x苏麦3号、

400

南大2419x苏麦3

南大2419x望水白

1000

山红麦/温麦6号

116

抗纹枯病

和尚麦/豫麦18

135

抗条锈病，产量，早熟

鲁麦21/红秃头

166

抗条锈病，产量

旱选10号/鲁麦14

DH

150

抗旱，高效，产量

茶淀红/莱州953

100

抗盐

种49/宁麦3号

115

耐湿

洛夫林10号/中国春

180

磷高效

小偃54/京411

282

优质，产量

蚰子麦/百农3217

179

产量

成都光头/百农3217

140

W924142-1/蚂蚱麦

205

W924142-1/早洋麦

W924142-1/碧玉麦

318

Am1/莱州953

105

抗白粉病

品冬42-5/莱州953

106

大粒

品冬42-5/90022-1

136

大穗大粒

950299-2/90022-1

146

偃展1号/豫麦18

120

高产，早熟，抗病

偃展1号/SIRMIONE

78

多粒，早熟，抗病

偃展1号/内乡188

198

高产优质，早熟，抗病

偃展1号/Owens

99

饼干小麦，早熟，抗病

中优9507/CA9632

71

小麦品质

H1488/CA9613

113

秆强

近等基因系是进行新基因发掘的另一类遗传材料。

此前国际上报道的小麦近等基因系共计143个，其中没有我国培育的近等基因系。

通过回交与高代分离群体选择的方法，本课题共选育出47个近等基因系，其中株高近等基因系7个，熟期近等基因系3个，磷高效近等基因系1个（图1），抗病近等基因系35个，叶色近等基因系1个。

上述近等基因系大部分为QTL-NIL，这些近等基因系的培育将在QTL基因克隆中产生重要作用。

以往的近等基因系都是通过表型差异来选育的，我们将这种近等基因系称为表现型近等基因系，简称P-NILs。

另外尚有110个随机选择的回交高代品系，目前在已鉴定的形态性状中虽未发现其差异，但用COS（conservedothologousset）标记检测发现了49个选系在9个基因位点存在结构变异。

我们将这种基因结构变异的近等基因系称为基因型近等基因系（G-NILs）。

使用G-NILs并与其它方法相结合，将有可能开辟一条发掘新基因的新途径。

+P–P+P-P

磷高效家系20A磷低效家系20B

图1.磷高效拟-近等基因系在高、低磷土壤中的生长情况

2.3小麦重要农艺性状基因的发掘

重要的农艺性状基因大多为数量性状基因（QTL）。

由于研究技术的限制，90年代之前，小麦上未见有数量性状基因的报道。

分子作图促进了小麦数量性状基因的研究并取得了突破性的进展，此前国际上发掘的小麦QTL共计132个，没有我国报道的小麦QTL。

根据“少投入、多产出、促进健康、保护环境”的宗旨，我们重点进行了营养高效、抗旱、抗倒、抗病及品质等育种目标性状基因的研究，共发掘出各类QTL198个，质量性状基因7个。

2.3.1营养高效相关基因发掘

我国人均耕地面积仅为世界平均数的1/7。

为了获得尽可能高的单位面积产量以满足我国的粮食需求，近20年来，氮、磷肥用量快速增加，氮（N）、磷（P2O5）肥年施用量分别达到2400和1200万吨以上，占世界用量的28.6%和37%。

其中约一半的磷肥需要进口。

我国农田的氮肥利用率平均只有28-41%，多数未被农作物利用而进入环境，既造成了重大的经济损失，又引起了严重的环境问题。

如能发掘小麦的氮、磷高效基因，将可促进氮、磷高效小麦品种的选育。

小麦氮高效QTL分析前期的研究结果表明，无论是低氮还是高氮土壤条件下，高效吸收氮素是小麦获得高产的重要基础，也是提高氮肥利用率、降低氮肥对环境污染的前提之一。

基于“少投入、多产出、促进健康、保护环境”的考虑，我们的研究重点在于发掘在低氮条件下高效吸收氮素的基因。

通过连续2年的大田试验，在低氮和高氮条件下对“旱选10号×

鲁麦14”DH群体的氮效率进行分析，结果表明，有3个控制低氮土壤条件下吸氮量的QTL位点在两年的试验结果相同，它们位于1B染色体上P3622-280—P3616-310之间、3B染色体上WMC326—WMC236之间、和7B染色体上WMC526—WMC273之间，分别命名为Nup1,Nup2,和Nup3。

这3位点并不与高氮条件下控制吸氮量的QTL位点重合，说明只在低氮条件下起作用。

图2低氮条件下小麦吸氮量及其相关性状的QTL位点。

本图仅列出了低氮土壤条件下位于1B、3B、7B上的位点。

Nup为吸氮量，Gw为籽粒产量，DW为生物学产量，SN为单株穗数。

小麦磷高效QTL分析在缺磷条件下，发达的根系对小麦高效吸收磷、进而获得高产是非常重要的。

因此我们重点发掘在低磷条件下控制根系重量、吸磷量、以及相对产量（及其产量组成）的QTL。

利用大田试验、盆栽试验、和无土栽培相结合的研究方法，我们定位了这些性状的QTL位点（图3）。

在这些位点中，位于1A上WMC120-Xgwm135之间的QTL控制缺磷条件下开花期的根系重量，与此连锁的WMC20-WMC93则控制缺磷条件下成株期的吸磷量，这两个位点的LOD值分别为4.87和2.65，对相应性状的贡献率为17.9和7.5%。

因此可以认为1A上此区域携有磷高效基因。

我们对一套以中国春为背景的黑麦附加系进行研究证明，黑麦的1R上携有磷高效基因。

说明第1同源群对小麦及其近缘种高效利用磷非常重要。

通过施磷/胁迫进行各性状的QTL分析，发现有4个性状的10个位点与磷胁迫有关。

其中有4个位点与分蘖有关，说明分蘖对缺磷的反应较为敏感。

图3.磷高效基因定位

2.3.2抗逆相关基因发掘

抗旱基因的定位从2万份小麦种质资源中筛选出抗旱优异种质旱选10号，创建了DH作图群体，构建了具有395个标记的分子连锁图。

分别对种子萌发期，苗期及全生育期抗旱相关基因进行遗传作图，其中全生育期进行了6个年*地点的实验，取得的结果如下：

（1）对不同发育时期小麦的抗旱基因位点进行了检测，发现不同时期的抗旱基因位点各不相同。

在芽期共检测到9个抗旱相关位点，分别在1B,2B,5A,6B,7A和7B，其中2B上的位点可以解释表型变异的27.2%。

在苗期共检测到3个抗旱相关QTL位点，分别位于染色体1B、3B和7B上，其中3B上的位点可以解释表型变异的21.6%。

全生育期研究发现，六个试验点干旱处理条件下共同的QTL共5个：

穗长的3个QTL，即2D的Xgwm261-WMC112、5A的Xgwm304-P24M70、7A的CWM462.2-Xgwm635.2，其贡献率均在12.5%～22.6%；

不孕小穗数的2个QTL，即5A的Xgwm291-Xgwm410、7A的

WMC83-WMC301，其贡献率均在20.6-40.5%。

另外还发现了四个试验点干旱处理条件下共同的QTL4个：

4B上Xgwm495-Xgwm149区间总小穗数的QTL，7A上WMC83-WMC301区间穗粒数的QTL，6A上WMC179.1-Xpsp3071区间千粒重的QTL，4D上Xgwm192-WMC331区间株高的QTL。

（2）在水分胁迫条件下发现了小麦单株穗数、穗长、总小穗数、不孕小穗数、穗粒数、千粒重、株高与单株粒重等8个性状的33个QTL位点（图4），其中单株穗数有4个，最大的为2B上的Xgwm429-P34M70.5，LOD值为4.32,可解释遗传变异的25.7%；

穗粒数有6个，最大的为7A上的WMC83-WMC301,可解释变异的27.5%；

千粒重有4个，其中6A上的WMC179.1-Xpsp3071,可解释变异的27.2%。

。

但这些位点大部分与非胁迫条件下的QTL重合，说明这些位点的基因在两种情况下均能表达。

仅在胁迫条件下检测到的QTL有14个。

（3）用8个性状水分胁迫与非胁迫条件下的比值作为抗旱指标进行了QTL分析，发现同一性状在不同环境条件下作图位点的差异较大。

只有1B上的一个单株穗数位点、2D上穗长位点、6B上的穗长位点分别在一个标记的两侧得到两次重复，这进一步说明抗旱遗传基础的复杂性。

图4水分胁迫条件下小麦单株穗数、穗长、总小穗数、不孕小穗数、穗粒数、千粒重、株高与单株粒重等性状的QTL位点

耐湿性的分子标记在F6、F7两个世代对亲本和重组自交系进行了耐湿性诱发鉴定与分子标记分析。

共发现了4个耐湿性相关的QTL，其中S1249位于染色体5A上，可解释遗传变异的10.24%；

Xgwm544位于染色体5B上，可解释8.2%的表型变异；

Xgwm149位于染色体4B上，可解释9.3%的表型变异；

gwm558位于染色体2A上，可解释6.34%的表型变异。

茎秆强度QTL定位分析倒伏是小麦高产稳产的重要限制因素。

随着产量的进一步提高，单靠降低株高已难以凑效，因此增加径秆强度就愈显重要。

然而由于径秆强度属数量性状遗传，此前又缺乏准确的度量方法，因而关于小麦径秆强度的基因发掘远落后于其它性状基因的研究。

本课题从大量种质资源中筛选出了高抗倒伏的强秆品种H1488（强秆），培育了DH群体，并进行了小麦茎秆强度的QTL分析。

共检测到14个控制这些性状的QTLS，其中一个控制茎秆强度的QTL（qSS-1a）位于1A染色体上，可解释表型变异的18.94%，正效等位基因来源于强秆亲本H1488；

4个控制髓直径的QTLS（qPD-1a，qPD-2a，qPD-3dandqPD-4b）分别位于1A，2A，3D和4B染色体上，其中qPD-1a和qPD-3d的正效等位基因来源于CA9613，qPD-2a和qPD-4b的正效等位基因来源于H1488，qPD-1a，qPD-2a，qPD-3dandqPD-4b可分别解释表型变异的15.17%、16.35%、17.61%和15.07%；

5个控制茎秆直径的QTLs（qSD-1a，qSD-3a，qSD-3b，qSD-3dandqSD-7a），正效等位基因全部来源于H1488，可分别解释表型变异的10.5%、11.78%、14.57%、22.72%和9.94%；

4个控制秆壁厚度的QTLS（qST-1a，qST-3a，qST-3bandqST-3d）,其正效等位基因也全部来源于H1488，可分别解释表型变异的12.16%、13.29%、11.97%和20.65%。

此结果表明，虽然强秆亲本对秆强有较大的贡献，但弱秆亲本对秆强也有一定的贡献，两个亲本均具有增强茎秆强度的基因。

2.3.3抗病基因发掘

抗赤霉病新基因发掘与分子标记赤霉病是目前我国及世界许多小麦主产国的重要病害，它不仅造成小麦严重减产，而且感染赤霉病的小麦对人畜的安全造成严重危害。

小麦赤霉病抗源相对贫乏，目前世界各国使用的抗源大都来自我国的小麦品种苏麦3号，抗源单一。

研究发现我国小麦农家种望水白高抗赤霉病，其抗性水平与苏麦3号相当或优于苏麦3号，是一个十分宝贵的赤霉病抗源。

用望水白与感病品种南大2419杂交，育成重组自交系。

对重组自交系群体进行了两年的赤霉病抗扩展性鉴定，一年的抗侵入的田间鉴定，获得如下结果：

（1）抗扩展性的QTL定位：

通过单向方差分析，发现望水白的四个染色体区域与病小穗数（NDS）有关（P<

0.01），另两个位点表现出年度间变异（表2）。

这些QTL位点分布在2B、3B、4B、6B和7A等染色体上。

望水白有五个染色体区域与病穗节长度（LDR）有关，还有一个位点表现出年度间的变异。

这两个性状的QTL位点相同，但在显著水平和解释的表型变异份额上有差异。

这些位点中有三个位点可解释10%以上的表型变异，其中一个对病小穗数影响最大的QTL位于3BS上Xgwm533附近，一个对病穗节长度影响最大的QTL位于6B上，与Xwmc341连锁。

尽管这两个性状的QTL位点在显著水平和解释的表型变异上表现出差异，但位点均相同，它们一起反映了对赤霉病的抗扩展性。

在感病的南大2419中也检测出两个位点与抗扩展性有关，以位于2B的位点效应较大，并在年度间表现稳定。

表2QTLsdetectedforNDSandLDRbyone-wayANOVA,themarkerslinkedclosesttothem,andtheirPvaluesandthecorrespondingdeterminationcoefficients

QTLs

Markers

Sour.

NDS

LDR

2002

2003

P

R2（%）

P

P

R2（%）

Qfhs.nau-2b

s1021m

N

0.0019

8.6

0.0083

5.9

0.0008

9.9

0.0444

3.5

Qfhs.nau-3b

wmc054-1

W

0.0148

5.4

0.049

3.4

6.3

Qfhs.nau-4b

gwm107

0.0256

7.8

0.0004

17.9

0.07

5.2

0.09

4.4

Qfhs.nau-6b

wmc341

0.0844

2.8

0.0007

10.1

0.01

6.2

0.0001

13.4

Qfhs.nau-3b/7b

gwm533-3

0.005

7.1

0.0016

0.0018

8.4

Qfhs.nau-7d

barc076

0.072

4.7

0.0026

12.2

0.0621

5.0

5.6

Qfhs.nau-7A?

barc126-1

0.0358

4.2

0.0065

7.2

0.0673

3.2

Qfhs.nau-3b2

barc229

7.4

0.0188

（2）抗侵入性的QTL定位：

在望水白中有五个染色体区域与病穗数百分率（PIS）有关（表3），其中位于5A的QTL效应最大，可解释18.4%的表型变异。

这四个来自望水白的QTL一起可解释43.7%的表型变异。

在南大2419中也有一染色体区段与抗侵入有关。

Loci

Source

R2

Qfhs.nau-3a2

gwm2

0.0061

10.1%

表3.小麦抗赤霉病病小穗数QTL分析

Qfhs.nau-5a

barc056

≤0.0001

18.4%

Qfhs.nau-4a

barc184

0.0073

7.0%

Qfhs.nau-5b

gwm408

V

0.0027

8.7%

wmc181-2

0.0009

9.8%

抗白粉病新基因发掘白粉病是我国小麦的重要病害之一,在我国小麦主产区均大面积发生。

本项目利用资源与分子标记的优势，目前已经发现了5个新基因，其中抗白粉病基因Pm32已正式命名；

尚未正式命名但已证明是新基因的有4个，即来自小伞山羊草的抗白粉病基因PmU,来自高大山羊草的PmS,来自乌拉尔图小麦的PmA及来自旱麦草的PmE。

特别提出的是，本研究对小麦国际作图群体（OPATA85/W7984）进行了抗白粉病鉴定,检测到一个数量性状抗病位点Qtl-Pm，该位点位于7A染色体上，可解释抗性变异的29.7%,为一个主效QTL。

该群体的两个亲本均为感病亲本，说明在感病亲本中的确存在有抗病基因。

这一发现不仅为发掘