黑粒小麥寧0726種皮顏色的遺傳分析

楊學(xué)明， 周淼平， 姚金保， 張 鵬， 楊 丹， 姚國才， 馬鴻翔， 陸維忠

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究所，江蘇省農(nóng)業(yè)生物學(xué)重點實驗室，江蘇 南京 210014)

小麥籽粒由胚、胚乳以及皮層組成，皮層包括果皮和種皮，果皮、種皮和糊粉層中沉積的色素形成了不同的粒色。黑粒小麥一般是指籽粒顏色呈紫、藍(lán)、紫黑、黑等小麥品種的統(tǒng)稱，它富含天然黑色素、蛋白質(zhì)和氨基酸，對人體有益的各種微量元素的含量顯著高于普通白粒或紅粒小麥，尤其是黑粒小麥中的花青苷有防止心腦血管疾病和抗癌作用［1-5］，因而黑粒小麥具有獨特的營養(yǎng)和保健功能。隨著人們生活水平的不斷提高和膳食結(jié)構(gòu)呈多元化，黑粒小麥種皮顏色的遺傳研究對于提高黑粒小麥新品種選育效率具有重要意義［6］。

有關(guān)黑粒小麥籽粒種皮顏色的遺傳研究國內(nèi)外均有報道，但是由于試驗材料的差異，結(jié)果不一。Piech等報道硬粒小麥紫皮性狀是位于3A和7B染色體上2個互補基因控制的［7］。

Knievel等研究結(jié)果表明紫粒普通小麥的紫皮性狀由2對互補基因控制［8］。河?xùn)|烏麥526的黑粒性狀為胚乳性狀，具有花粉直感現(xiàn)象，黑粒對白粒為顯性，受2對互補基因控制［9］;黑粒小麥76的黑粒性狀表現(xiàn)母體影響，為不完全顯性，受2對互補基因控制［9-10］。黑小麥18、line220和96-45籽粒黑色性狀的遺傳基因有2對，表現(xiàn)為獨立遺傳且有互補作用［10］。歐俊梅等用漯珍1號與3個紅粒小麥品種雜交，F(xiàn)1代植株籽粒表現(xiàn)為黑色，F(xiàn)2代植株籽粒黑色與紅色分離比例為9∶7，說明漯珍1號黑種皮受2對顯性互補基因控制［11］。利用紫粒小麥03初3與紅粒糯性小麥雜交、回交，在對F1、F2以及 F2∶3代籽粒的種皮顏色和分離比例進行分析，紫粒性狀表現(xiàn)為母體影響，受2對顯性互補基因控制［12］。利用內(nèi)蒙古紫粒小麥與紅粒、白粒小麥品種雜交，F(xiàn)1代植株籽粒表現(xiàn)為黑色，F(xiàn)2代植株籽粒黑色與紅色或白色分離比例為9∶7，說明紫色種皮受2對顯性互補基因控制［13］。青海黑小麥籽粒種皮黑色為細(xì)胞核遺傳，黑粒與白粒之間存在2～3對基因的差異，其中有1對起抑制作用［14］。孫群等利用漯珍1號與白粒小麥京411進行正反交，根據(jù)雜交后代及其籽粒顏色的分離比例，表明漯珍1號的黑粒性狀表現(xiàn)為母體影響，為不完全顯性，受1對基因控制［9］。邵中子等報道1份來自內(nèi)蒙古的紫粒小麥的種皮性狀受1 對顯性基因控制［15］。

本研究從小麥蘇2051/鄭麥9023雜交組合中，篩選到1個種皮顏色為深紫色的突變體寧0726，通過其與3個紅皮和2個白皮小麥品種雜交，對該突變體的紫色種皮的遺傳特性進行分析，以期為黑粒小麥資源的高效利用和新品種選育工作提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

寧0726由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究所江蘇省農(nóng)業(yè)生物學(xué)重點實驗室從蘇2051/鄭麥9023雜交組合中，發(fā)現(xiàn)小麥種皮顏色為深紫色的變異株，經(jīng)定向選育而成。3個紅粒小麥品種分別是揚麥11(種皮深紅)、寧麥8號(種皮淡紅)、寧0775(種皮淡紅);2個白粒小麥品種分別是淮麥18和豫麥50。田間試驗于江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗場進行。

1.2 試驗方法

2009年春以黑粒小麥寧0726與3個紅粒小麥、2個白粒小麥品種配制10個正反交組合，當(dāng)年5月份獲得雜交種(F1代籽粒)。2010年夏收獲得F2代種子，并觀察其籽粒種皮色澤。當(dāng)年秋播將6個親本和10個組合的 F2代種子種植于田間，行長3.60 m，行距0.28 m，株距0.10 m，親本材料種植5行，F(xiàn)2代種子種植30行。成熟時每個親本收獲50個單株，F(xiàn)2∶3代收獲400株左右，室內(nèi)調(diào)查親本和F2∶3代籽粒色澤。

1.3 數(shù)據(jù)分析

對F2∶3代種皮顏色的調(diào)查數(shù)據(jù)進行卡方測驗，檢驗實際測得的分離比例與理論比例的符合度，分析紫粒性狀的遺傳模式。

2 結(jié)果與分析

2.1 F1代和F2代種皮顏色

寧0726分別與3個紅粒小麥和2個白粒小麥雜交，當(dāng)代所結(jié)的種子(F1代籽粒)均表現(xiàn)為紫色(表1)。與紅粒小麥反交所結(jié)的種子表現(xiàn)為紅色，與白粒小麥反交所結(jié)的種子表現(xiàn)為白色，正反交均表現(xiàn)母本性狀，這表明寧0726的紫色性狀是由母本組織(果皮和種皮)決定的。10個正反交組合F2代籽粒均表現(xiàn)為紫色，但不同植株的籽粒顏色深淺稍有差異，均比親本寧0726的籽粒顏色略淡，表明種皮的紫色性狀相對于紅色和白色性狀為顯性，主要由細(xì)胞核的遺傳物質(zhì)控制，與細(xì)胞質(zhì)基因無關(guān)。組合間的F2代種皮顏色有明顯差異，寧0726與揚麥11的正反交組合顏色最深，與白粒品種配制的正反交組合相對較淡，由此可以推斷:由于其他粒色基因的影響，決定紫色性狀的顯性基因在不同的遺傳背景中顯性程度存在差異。

表1 F1代和F2代種皮顏色Table 1 The grain coat color in F1 and F2 generations

2.2 F2∶3代種皮顏色

各組合F2∶3代群體中不同植株種皮顏色分離明顯，其分離比例見表2。寧0726與紅粒小麥揚麥11、寧麥8號、寧0775雜交的F2∶3代群體中紫色籽粒與紅色籽粒的比例符合9∶7，表明寧0726紫色種皮由2對顯性基因控制且相互間存在互補作用，當(dāng)2對基因分別處于純合顯性或雜合狀態(tài)時，籽粒種皮表現(xiàn)為紫色，當(dāng)只有1對基因為顯性或2對基因都是隱性時表現(xiàn)為紅色。與此相仿，寧0726與白粒小麥淮麥18、豫麥50雜交的F2∶3代群體中紫色籽粒與白色籽粒的分離比也是9∶7，進一步驗證寧0726紫色種皮受2對顯性基因控制且存在互補作用。2種組合的F2∶3代各紫粒單株間紫色存在深淺之分，表明這2對顯性互補基因還有劑量效應(yīng)。

表2 F2∶3代群體中單株間種皮顏色的分離Table 2 Segregation of grain coat color in the F2∶3 generation

3 討論

3.1 黑粒小麥的主要來源

小麥籽粒顏色呈現(xiàn)不同顏色，主要是由于其皮層中含有不同種類和含量的色素。根據(jù)目前已經(jīng)報道的文獻，紫粒小麥的主要來源有:埃塞俄比亞四倍體小麥、埃塞俄比亞二粒小麥、中國的普通小麥、野生一粒小麥、賴草及偃麥草［16］。藍(lán)粒小麥的主要來源有:野生一粒小麥、黑麥、中間偃麥草、長穗偃麥草及百薩偃麥草［16-20］。實踐表明，通過人工雜交和定向選擇，可以將黑色種皮性狀轉(zhuǎn)移到普通小麥和硬粒小麥中［17，20］。自然誘變也是產(chǎn)生黑粒小麥的一種途徑，河南省漯河市農(nóng)科所從白粒小麥偃師86117［(黔豐1號/山前)/(偃師9號/小偃5號)］中發(fā)現(xiàn)的一個紫粒變異株，經(jīng)定向選擇育成黑粒小麥漯珍1號［21］。本研究中的紫粒小麥寧0726，也是從雜交組合蘇2051(紅粒)/鄭麥9023(白粒)中發(fā)現(xiàn)的一個紫粒變異單株，經(jīng)定向選育而成，其親本的種皮顏色均不呈現(xiàn)紫色。

3.2 黑粒小麥種皮顏色的遺傳

黑粒小麥種皮顏色的遺傳研究，可以為黑粒小麥的品種改良工作奠定基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)外學(xué)者對小麥黑色種皮遺傳行為研究，由于供試材料的不同結(jié)果不盡相同。有些學(xué)者認(rèn)為由1對顯性基因控制，有些學(xué)者認(rèn)為由2對顯性互補基因控制，也有學(xué)者認(rèn)為黑粒與白粒之間存在2～3對基因的差異，其中有1對起抑制作用［7-15］。本研究結(jié)果表明，寧0726與紅?；虬琢Ｐ←溦唇籉2代籽粒顏色均表現(xiàn)為紫色，說明紫色種皮對紅色和白色種皮均呈顯性;紫粒小麥與紅粒小麥雜交F2代籽粒種皮顏色，比紫粒小麥與白粒小麥雜交F2代籽粒種皮顏色相對較深，說明決定紫色性狀的顯性基因其顯性程度在不同的遺傳背景下有所差異。寧0726與紅?；虬琢Ｐ←滊s交，F(xiàn)2∶3代紫色種皮與紅色種皮、紫色種皮與白色種皮的分離比例均符合9∶7，這與大部分學(xué)者的研究結(jié)果，即黑色種皮由2對顯性互補基因控制一致;F2∶3代各紫粒單株間紫色有深淺之分，說明這2對顯性互補基因還具有劑量效應(yīng)。

3.3 黑粒小麥新品種的培育

黑粒小麥作為一類優(yōu)異的小麥種質(zhì)資源，其特殊性除了籽粒中富含色素外，還具有獨特的營養(yǎng)和保健功能，因而黑粒小麥的新種質(zhì)創(chuàng)制和新品種選育愈來愈受到小麥育種工作者的重視。品種間雜交、輻射誘導(dǎo)等方法可以獲得小麥籽粒顏色不同的個體株系［22-24］。目前，通過省級品種審定的黑粒小麥品種中，大部分品種是通過普通小麥品種與黑粒小麥種質(zhì)雜交育成的，如黑粒小麥76、河?xùn)|烏麥 526、寧春 46 號等［17，25-26］，這些品種已在有關(guān)省市示范種植。因此，品種間雜交是選育黑粒小麥新品種的主要途徑，利用黑粒小麥與當(dāng)?shù)卮竺娣e推廣品種雜交、回交，對分離世代進行異地加代和穿梭選擇，可以加速黑粒小麥新品種的選育進程，提高選擇效率。通過連續(xù)多年的觀察和鑒定，寧0726具有矮稈抗倒、千粒質(zhì)量高、中抗赤霉病、紋枯病較輕等優(yōu)點，但存在抽穗期略遲(比本地區(qū)對照品種遲3 d)、中感白粉病等缺點。根據(jù)寧0726的特征特性，我們利用當(dāng)?shù)卮竺娣e推廣的高產(chǎn)品種與寧0726配置正反交組合，并進行回交、三交，通過異地加代和定向選擇，已將寧0726的黑皮基因?qū)氘?dāng)?shù)赝茝V品種(寧麥13、揚麥16、揚麥20)中，綜合性狀較好的高代品系已經(jīng)進行產(chǎn)量初級鑒定。

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