黃淮麥區(qū)小麥品種耐倒春寒相關性狀的評價及關聯(lián)分析

薛 輝，余 慷，馬曉玲，劉曉丹，宋艷紅，朱保磊，劉冬成，張愛民，詹克慧

(1.河南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，河南鄭州 450002；2.中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所，北京 100101)

黃淮麥區(qū)是我國第一大麥區(qū)，該區(qū)常年小麥播種面積在866.7萬hm2以上，面積和產(chǎn)量均占全國40%以上[1]。該麥區(qū)處于南方麥區(qū)和北方冬麥區(qū)的過渡地段，各種氣象災害因受大陸性季風氣候影響而頻繁發(fā)生[2-5]。其中，小麥拔節(jié)到孕穗期發(fā)生的低溫凍害(俗稱倒春寒)是造成該地區(qū)小麥產(chǎn)量損失的主要災害之一。

小麥拔節(jié)后穗發(fā)育進入關鍵時期，處于雌雄蕊形成期至藥隔前期(孕穗期)的幼穗對低溫和水分缺乏極為敏感，一般4 ℃以下就可能對其造成傷害，致使小穗不育、枯死等[1-4]。人們對小麥幼穗的凍害最敏感期并沒有一致的研究結(jié)果。一些學者認為，隨著幼穗分化發(fā)育，其抗凍力逐漸減弱，小花分化期是小麥幼穗低溫最敏感時期[6-8]；也有研究表明，藥隔期[9-10]和雌雄蕊分化期[11-12]是最敏感時期。這可能是不同地區(qū)和不同類型的小麥敏感期有差異造成的，同時溫度的高低也會對研究結(jié)果產(chǎn)生影響，但也說明從小花分化期到藥隔期的低溫都可能會對小麥的穗發(fā)育產(chǎn)生較大影響。從黃淮南片麥區(qū)看，雌雄蕊分化期應是對小麥穗發(fā)育影響最大的時期[12]。

在遺傳控制上，小麥抗寒性是由微效多基因控制的，且抗寒性是一種誘發(fā)性狀，只有在低溫及短日照的誘導下才表現(xiàn)出抗寒力[13]。小麥1B、1D、2B、2D、4D、5A、5D和7A上存在與抗寒性相關的位點[14]，且4D、5D和7A上的抗寒性基因有加性效應[15]，而中國春5A和5D上的等位基因控制著抗寒弱的特性[16]。此外，硬粒小麥的5A上也存在著抗寒性的等位基因。在基因功能方面，研究較多的基因有春化基因Vrn(Vrn1、Vrn2、Vrn3)、耐寒基因Fr(Fr1、Fr2)和CBF類轉(zhuǎn)錄因子[17]。Vrn1基因與小麥苗期抗寒性有關，但與生殖發(fā)育階段的抗寒性沒有關系[18]。與抗寒性有關的CBF/DREB類轉(zhuǎn)錄因子受低溫誘導，激活下游Cor基因(cold-regulated genes)的表達，過表達CBF 類轉(zhuǎn)錄因子能夠顯著增強小麥和大麥的非生物脅迫抗性，包括干旱和霜凍脅迫，并且能夠誘導下游一大批抗性基因的表達，例如LEA/COR/DHN等[19-20]。

鑒于倒春寒是黃淮麥區(qū)常發(fā)的自然災害，但該地區(qū)種植的小麥品種耐倒春寒能力缺乏系統(tǒng)的鑒定評價，對其遺傳基礎也鮮有研究。本研究選用黃淮麥區(qū)107份小麥品種(系)，在雌雄蕊分化期進行模擬倒春寒的低溫處理，鑒定不同材料的耐倒春寒能力，并通過小麥660 K SNP芯片檢測進行全基因組關聯(lián)分析，獲得與小麥耐倒春寒相關的遺傳位點，解析小麥耐倒春寒的遺傳基礎，以期為優(yōu)良耐倒春寒新品種的培育奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為在黃淮地區(qū)種植或正在參加區(qū)域試驗的107份小麥品種(系)，其中77份材料為1980-2014年審定品種，29份為2014年以來審定或正在參加區(qū)域試驗的品系，1份材料是1980年以前的材料(表1)。

1.2 倒春寒鑒定方法

該試驗在中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所低溫培養(yǎng)箱和日光溫室完成。2017年2月5日將試驗材料種植于苗盤，待完全出苗后將幼苗放置于4 ℃冷庫春化處理30 d。春化結(jié)束后將生長相對一致的幼苗種到單獨的25 cm×25 cm的方形盒子中，每盒種9株幼苗，每個材料種3盒并進行編號，種植材料按照隨機排列的方式擺放于日光溫室中。

小麥拔節(jié)后使用顯微鏡觀察小麥幼穗的發(fā)育時期，在小麥幼穗生長到雌雄蕊分化期時進行低溫處理。將每個材料生長到雌雄蕊分化期的2個盒子放入低溫培養(yǎng)箱(4 ℃)處理72 h后放回日光溫室，讓其繼續(xù)生長。

1.3 表型鑒定及統(tǒng)計分析

在灌漿后期，調(diào)查材料主莖穗的小穗基部結(jié)實數(shù)、小穗基部小花數(shù)、小穗基部不育小花數(shù)等性狀，并按照下面公式計算結(jié)實率和結(jié)實率耐受力(tolerance of setting rate，TSR)。

結(jié)實率=主莖穗小穗基部結(jié)實數(shù)/主莖穗小穗基部小花數(shù)×100%。

TSR=處理結(jié)實率/對照結(jié)實率。

使用Microsoft Excel 2016和IBM SPSS Statistics 20對表型和圖表進行分析整理。

1.4 DNA提取和全基因組660 K SNP芯片分型

每份材料發(fā)芽后取5株幼苗葉片混合后，用植物基因組DNA提取試劑盒(DP350，TIANGEN)對總DNA進行提取，用1%的瓊脂糖凝膠電泳和Nanodrop對DNA的質(zhì)量和濃度進行檢測。經(jīng)檢測合格的DNA委托北京博奧晶典生物技術有限公司使用小麥660 K SNP芯片進行群體DNA的基因分型；使用Plink軟件轉(zhuǎn)化基因分型數(shù)據(jù)，剔除檢出率小于80%和最小等位基因頻率(minor allele frequency，MAF)小于5%的SNP標記，最終得到369 869個SNP標記用于耐倒春寒相關性狀的關聯(lián)分析。

1.5 群體結(jié)構(gòu)分析

選擇在小麥21條染色體上均勻分布的2 488個SNP標記，使用Structure 2.3.4軟件進行群體結(jié)構(gòu)分析，采用admixed model，設置可能的K值范圍為1～15，參數(shù)burn-in為100 000，Monte Carlo Markov Chain(MCMC)重復為100 000，每個K值獨立運行5次。將Structure結(jié)果作為輸入文件，用Structure Harvester軟件計算ΔK[21]，選擇合適的K值作為亞群數(shù)目。根據(jù)最佳K值的Structure結(jié)果，用CLUMPP計算每個小麥材料的推斷群體概率[22]。

利用EIGENSTRAT中的smartpca命令進行主成分(PCA)分析，計算小麥群體遺傳變異的主成分。利用特征值計算每個主成分的解釋變異比例，用最大的兩個主成分對應的特征向量畫出小麥群體結(jié)構(gòu)圖。

1.6 性狀與標記的關聯(lián)分析

使用TASSEL5.0軟件(http://www.maizegenetics.net/)中的廣義線性模型(general linear model，GLM)進行性狀與標記之間的關聯(lián)分析，使用主成分分析結(jié)果中解釋遺傳變異最大的3個主成分控制群體結(jié)構(gòu)的Q值作為固定效應[23]，當標記與性狀關聯(lián)的P≤10-5時認為顯著關聯(lián)。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥品種耐倒春寒特性的表型變異及相關性分析

低溫處理下試驗材料不育小花數(shù)平均為12.82個·穗-1，變化范圍為3.00～25.75個·穗-1，變異系數(shù)為39.57%；結(jié)實率的變化范圍為23.11%～90.36%，變異系數(shù)為15.63%(表1和表2)。與常溫對照(CK)相比，低溫處理的結(jié)實率極顯著降低，平均降低11.87%；低溫處理導致不育小花數(shù)極顯著增加，平均增加4.05個·穗-1。從結(jié)實率耐受力(TSR)變化范圍看，品種間差異較大，耐倒春寒(TSR≥0.90)、中耐倒春寒(0.9>TSR≥0.70)和不耐倒春寒(TSR<0.70)的品種數(shù)分別為44、53和10個，結(jié)實率耐受力平均值分別為0.94、0.81和0.59。從對低溫的響應看，品種(系)間差異也較大，如豫麥68、洛旱6號和閆麥8911的結(jié)實率差值(低溫處理與CK的差值)均低于1.00%，不育小花數(shù)的差值均小于1.00個·穗-1；內(nèi)鄉(xiāng)188、西農(nóng)889、周麥22、瑞泉麥168等不耐倒春寒品種(系)的低溫處理結(jié)實率比CK低30.00%以上，不育小花數(shù)差值均高于10個·穗-1(表1)。

倒春寒相關性狀間存在不同程度的相關性(表3)。在CK和低溫處理下，結(jié)實率與不育小花數(shù)均呈極顯著負相關，相關系數(shù)分別為-0.950和-0.925。CK與低溫處理間結(jié)實率、不育小花數(shù)均呈極顯著正相關，相關系數(shù)分別為0.609和0.588。結(jié)實率耐受力與低溫處理的結(jié)實率和不育小花數(shù)間呈極顯著相關，相關系數(shù)分別為0.701和-0.633；結(jié)實率差值與不育小花數(shù)差值間呈極顯著負相關，相關系數(shù)為-0.919。這說明小麥倒春寒造成的結(jié)實能力下降主要是由不育小花數(shù)增多引起的。

表1 供試品種(系)及其耐倒春寒能力Table 1 Wheat varieties(lines) used in this study and assessment of resistance to late-spring coldness

(續(xù)表1Continuedtable1)

代號 ID名稱Accession省份Province審定年份Released year亞群體Subpopulation結(jié)實率耐受力TSR每穗不育小花差值Difference of sterile floret per spike53淮麥19 Huaimai19江蘇 Jiangsu200120.936.3354偃師16 Yanshi 16河南 Henan200120.892.2255濟南17 Jinan 17山東 Shandong200220.97-0.3356蘭考矮早8 Lankaoaizao 8 河南 Henan200320.765.2557鄭農(nóng)17 Zhengnong 17河南 Henan200320.912.5058洛旱3號 Luohan 3河南 Henan200420.852.7359新麥18 Xinmai 18河南 Henan200420.768.0860泛麥5號 Fanmai 5河南 Henan200520.941.5061西農(nóng)889 Xinong 889陜西 Shaanxi200520.4010.6762新麥208 Xinmai 208河南 Henan200520.715.8563鄭麥366 Zhengmai 366河南 Henan200520.854.2764開麥18 Kaimai 18河南 Henan200620.882.8365洛麥21 Luomai 21河南 Henan200620.795.0866漯麥8號 Luomai 8河南 Henan200720.95-0.1867周麥23 Zhoumai 23河南 Henan200820.922.2068新旱1號 Xinhan 1河南 Henan201120.862.8369煙99102 Yan 99102山東 Shandong201120.902.5070億麥6號 Yimai 6河南 Henan201120.748.2071豫農(nóng)4023 Yunong 4023河南 Henan201120.912.5772漯麥18 Luomai 18河南 Henan201220.900.4073鄭麥0856 Zhengmai 0856河南 Henan201220.834.3374百農(nóng)207 Bainong 207河南 Henan201320.864.3875博農(nóng)6號 Bonong 6河南 Henan201420.618.5076華育198 Huayu 198河南 Henan201420.912.0077淮麥0882 Huaimai 0882江蘇 Jiangsu201420.863.2078漯6073 Luo 6073河南 Henan201420.854.4579秋樂2122 Qiule 2122河南 Henan201420.765.3380新0208 Xin 0208河南 Henan201420.842.7581中育9302 Zhongyu 9302河南 Henan201420.775.6782中育9307 Zhongyu 9307河南 Henan201420.817.3383百農(nóng)418 Bainong 418河南 Henan201520.911.3384存麥11號 Cunmai 11河南 Henan201520.824.4085泛麥7030 Fanmai 7030河南 Henan201520.813.9286俊達106 Junda 106河南 Henan201520.846.1787洛麥28 Luomai 28河南 Henan201520.911.4288濮麥053 Pumai 053河南 Henan201520.5812.3389商麥156 Shangmai 156河南 Henan201520.981.0090亞麥1號 Yamai 1河南 Henan201520.736.3091偃麥864 Yanmai 864河南 Henan201520.901.7792存麥12號 Fengdecunmai 12河南 Henan201620.93-0.3093鄭品麥8號 Zhengpinmai 8河南 Henan201620.922.1594周麥30 Zhoumai 30河南 Henan201620.814.9595FS059河南 Henan區(qū)試 Regional test20.747.1096國育101 Guoyu 101河南 Henan區(qū)試 Regional test20.757.5097滑育麥118 Huayumai 118河南 Henan區(qū)試 Regional test20.941.8098濟研麥7號 Jiyanmai 7河南 Henan區(qū)試 Regional test20.820.9799浚9917 Jun 9917河南 Henan區(qū)試 Regional test20.902.00100輪選1298 Lunxuan 1298河南 Henan區(qū)試 Regional test20.961.95101漯10T07 Luo 10T07河南 Henan區(qū)試 Regional test20.980.00102濮2056 Pu 2056河南 Henan區(qū)試 Regional test20.5913.00103瑞泉麥168 Ruiquanmai 168江蘇 Jiangsu區(qū)試 Regional test20.5112.42104泰農(nóng)8968 Tainong 8968山東 Shandong區(qū)試 Regional test20.951.50105溫0418 Wen 0418河南 Henan區(qū)試 Regional test20.835.17106溫糧1號 Wenliang 1河南 Henan區(qū)試 Regional test20.92-1.50107許科793 Xuke 793河南 Henan區(qū)試 Regional test20.922.50

表2 小麥耐倒春寒相關性狀的表型變異Table 2 Phenotypic variations of related traits of resistance to late-spring coldness in common wheat

表3 倒春寒相關性狀之間的相關性Table 3 Pairwise correlation coefficients among related traits of resistance to late-spring-coldness in common wheat

*:P<0.05; **：P<0.01. SRCK：Setting rate in CK；SFT：Sterile floret in cold treatment；SRT：Setting rate in cold treatment；SFCK：Sterile floret in CK; DSR：Difference of setting rate; DSF：Difference of sterile floret.

品種編號與表1一致。 Variety ID is identical to the varieties in table 1. 圖1 107份小麥材料的群體結(jié)構(gòu)Fig.1 Population structure of 107 wheat accessions

2.2 群體結(jié)構(gòu)及SNP標記多態(tài)性分析

通過對基因型數(shù)據(jù)的分析，從小麥660K芯片中共篩選到369 869個具有多態(tài)性且MAF>5%的SNP標記，在107份材料中平均每個標記檢測到兩個等位變異，共檢測到739 738個等位變異。多態(tài)性指數(shù)主要分布在0.09～0.50范圍，平均為0.36。在所有SNP標記中，MAF<0.20的占15.44%，MAF>0.45的占33.40%。

群體遺傳結(jié)構(gòu)分析表明，當K=2時，△K出現(xiàn)明顯的峰值(圖1A)。以K=2推斷群體概率，每個材料來自于兩個群體(Group 1和Group 2)的組分都在70%以上，Group 1中只有南大2 419具有較高的Group 2成分，為22.43%。而Group 2中沒有材料具有超過5%的Group 1組分(圖1B)。進一步的PCA分析也表明，整個群體可以分為兩個亞群(表1)，第一、第二主成分分別能解釋8.67%與7.97%的群體遺傳變異(圖1C)。第一個亞群包含43份材料，來自河南的材料有36份，剩下的多是山東、山西、江蘇2003年以前的品種，來自河南的材料中只有4份，且是2015年以來的品種(系)；第二個亞群包含64個品種(系)，其中55個品種(系)來自河南，剩下的9份材料來自江蘇、山東和陜西，這些材料多是2003年以后審定的品種或參試的品系，其中25份材料是2015年以來的品種。這說明近年來新選育的品種(系)在遺傳組成上和老品種之間存在著明顯的差異(表1)。

2.3 表型性狀的全基因組關聯(lián)分析

通過表型性狀與SNP標記信息全基因組關聯(lián)分析，共有80個SNP標記與耐倒春寒相關性狀相關聯(lián)(圖2、表4)。與低溫處理不育小花數(shù)關聯(lián)的SNP標記分布在1A、1B、2A、2B、3A、4B、5A、5B、6A、6B和7A染色體上，單個位點解釋表型的變化范圍為16.97%～29.16%；與低溫處理結(jié)實率關聯(lián)的SNP標記分布在1A、1B、2A、2B、2D、3A、3B、3D、4A、4B、5A、5B、6A、6B、7A、7B和7D染色體上，單個位點解釋表型的變化范圍為18.58%～36.15%(圖2C、表4)；與CK結(jié)實率和CK不育小花關聯(lián)的SNP標記數(shù)最少，只有1個；與結(jié)實率耐受力關聯(lián)的SNP標記分布在1A、1B、2A、2B、2D、3A、3B、4A、5A、5B、6A、6B、7A和7B染色體上，單個位點解釋表型的變化范圍為19.68%～36.14%。

A：低溫處理不育小花數(shù)；B：低溫處理的結(jié)實率；C：結(jié)實率耐受力。

A：Sterile floret under cold treatment; B：Setting rate under cold treatment; C：TSR.

圖2耐倒春寒相關性狀關聯(lián)分析的曼哈頓圖

Fig.2Manhattanimagesforrelatedtraitsofresistancetolate-springcoldnessincommonwheat

從表5可以看出，與低溫處理不育小花數(shù)關聯(lián)的SNP標記數(shù)為25個，這些位點同時與低溫處理結(jié)實率關聯(lián)，分布在1A、1B、2A、2B、3A、4A、4B、5A、5B、6A、6B和7A染色體上，單個位點分別解釋了低溫處理結(jié)實率和低溫處理不育小花表型變異的18.94%～37.27%、16.97%～33.28%。與低溫處理結(jié)實率與結(jié)實率耐受力同時關聯(lián)的SNP標記數(shù)有48個，分布在1A、1B、1D、2A、2B、2D、3A、3B、4A、5A、5B、6A、6B、7A、7B和7D染色體上，單個位點分別解釋了低溫處理結(jié)實率與結(jié)實率耐受力表型變異的18.56%～36.15%、19.68%～36.14%；與低溫處理結(jié)實率、結(jié)實率耐受力和低溫處理不育小花同時關聯(lián)的SNP標記數(shù)有7個，分布在1B、2B、3A和4A染色體上，分別解釋了低溫處理結(jié)實率、結(jié)實率耐受力和低溫處理不育小花表型變異的22.44%～34.50%、19.79%～30.25%和17.44%～29.16%，其中1B上的AX-110630731位點對三者的表型變異解釋皆最大(表4)。

表4 倒春寒相關性狀關聯(lián)位點及其對表型變異的貢獻率Table 4 Associated loci and their percentages of explained phenotypic variation

(續(xù)表4Continuedtable4)

性狀Trait處理TreatmentSNP標記SNP Marker染色體Chromosome位置Position/bpP值P value貢獻率R2/%結(jié)實率低溫 ColdAX-1094925861B218 520 5491.34E-0734.25 Setting rateAX-1114809211B575 920 3112.21E-0620.57 AX-1099728611B585 237 5805.88E-0722.45 AX-1099809921B675 272 9854.80E-0619.49 AX-1114938192A90 723 1002.78E-0620.25 AX-1099559382A501 308 6262.48E-0620.41 AX-1104864362A748 565 5929.08E-0721.79 AX-1106322492B1 175 9258.16E-0825.39 AX-1087758582B20 075 5881.48E-0621.38 AX-1092817192B46 110 5144.74E-0619.50 AX-1110004292B677 220 9831.09E-0621.94 AX-1099867272B710 979 4702.33E-0620.50 AX-1104882862B744 491 5381.43E-0621.34 AX-1110612072B757 882 6953.55E-0724.29 AX-1089553792B773 503 2265.35E-0825.76 AX-1087400222D72 998 7688.34E-0618.88 AX-949712752D585 376 5106.41E-0619.09 AX-1100999392D600 342 0581.06E-0628.08 AX-1112412612D610 067 6922.88E-0625.53 AX-1115600372D637 660 2836.34E-0631.21 AX-1100640423A77 895 3807.32E-0722.44 AX-1101835933A620 666 6562.20E-0826.85 AX-949366723B677 316 0984.55E-0619.56 AX-1095034823B742 839 0723.29E-0620.41 AX-1115170593B749 097 8807.18E-0620.68 AX-1116470133B775 737 8525.40E-0619.32 AX-952498033B802 998 8463.46E-0620.35 AX-948753763D3 548 8172.68E-0620.63 AX-1099533774A68 952 8316.29E-0825.33 AX-1100728614A631 921 8178.68E-0619.69 AX-1104519814B643 285 1215.38E-0723.58 AX-1096153684B665 605 4143.78E-0619.99 AX-1110493385A422 950 4345.23E-0722.64 AX-1101923395A505 361 0471.15E-0621.73 AX-1109255675A561 530 6233.54E-0723.06 AX-1110508195A565 498 5941.74E-0724.61 AX-1117010425A691 407 1151.80E-0723.95 AX-1088392935B38 562 5761.01E-0621.88 AX-1099884855B239 245 7394.65E-0620.15 AX-1088251975B400 769 8372.40E-0620.68 AX-1093481105B416 719 1522.63E-0621.53 AX-1116024465B508 779 7422.42E-0620.71 AX-1104545015B526 576 9979.64E-0722.29 AX-1099259635B534 264 3924.57E-0722.86 AX-1093331145B607 490 5869.17E-0618.58 AX-1105554936A12 887 4901.18E-0724.71 AX-1089070656A54 479 1991.01E-0622.36 AX-1101761036A522 267 0263.28E-0723.17 AX-1116859216A544 142 4078.90E-0825.18 AX-1098474196A581 891 2698.28E-0721.91 AX-1094255636A602 985 2014.02E-0619.87 AX-1105958256B27 649 4021.38E-0724.58 AX-1109164856B131 262 7954.79E-0722.65 AX-1105777136B202 758 2238.85E-0619.19

(續(xù)表4Continuedtable4)

性狀Trait處理TreatmentSNP標記SNP Marker染色體Chr.位置Position/bpP值P value貢獻率R2/%低溫 ColdAX-1105322536B229 725 4338.04E-0618.76 AX-1099606176B669 014 4887.25E-0618.90 AX-1105980006B696 138 0015.36E-0625.39 AX-1100192277A10 156 5147.05E-0736.15 AX-1099024507A21 206 7895.48E-0627.97 AX-1100900577A82 192 1738.19E-0721.93 AX-1111406987B654 491 1972.42E-0620.52 AX-1104707087B713 200 3713.64E-0619.88 AX-1096271497D525 889 8125.18E-0619.73 TSRAX-1103607041A2 946 4207.78E-0621.45 AX-1094162771A593 064 6917.82E-0826.75 AX-1106307311B28 824 8856.59E-0630.25 AX-1094925861B218 520 5497.10E-0629.98 AX-1114809211B575 920 3112.91E-0621.48 AX-1099728611B585 237 5803.29E-0621.48 AX-1114938192A90 723 1004.07E-0620.98 AX-1110351342A392 901 7709.10E-0619.96 AX-1087758582B20 075 5881.81E-0725.81 AX-1099867272B710 979 4705.54E-0620.61 AX-1110612072B757 882 6952.50E-0829.56 AX-1089553792B773 503 2267.48E-0620.27 AX-1106417212D72 698 4377.05E-0620.16 AX-949712752D585 376 5106.96E-0620.54 AX-1115600372D637 660 2831.98E-0635.49 AX-1100640423A77 895 3808.77E-0620.18 AX-1115170593B749 097 8802.29E-0623.61 AX-1116470133B775 737 8529.72E-0619.68 AX-952498033B802 998 8464.13E-0621.36 AX-1099533774A68 952 8318.99E-0619.79 AX-1100728614A631 921 8172.62E-0622.43 AX-1109255675A561 530 6233.98E-0621.02 AX-1110508195A565 498 5946.26E-0620.83 AX-1093331145B607 490 5866.02E-0620.48 AX-1101761036A522 267 0261.89E-0622.48 AX-1116859216A544 142 4074.48E-0621.12 AX-1105958256B27 649 4023.29E-0621.48 AX-1099606176B669 014 4887.64E-0620.04 AX-1105980006B696 138 0014.74E-0627.52 AX-1100192277A10 156 5141.90E-0636.14 AX-1100900577A82 192 1732.63E-0828.14 AX-1111406987B654 491 1976.19E-0620.52 AX-1104707087B713 200 3714.71E-0620.77

2.4 關聯(lián)位點優(yōu)異等位變異

對優(yōu)良等位變異分析(表5)發(fā)現(xiàn)，1B上位點AX-110630731的優(yōu)異等位變異為堿基G，有43份材料含有該優(yōu)異等位變異；兩種等位變異之間CK不育小花數(shù)(P=0.405)和CK結(jié)實率(P=0.265)均沒有差異；與攜帶堿基A等位變異的材料相比，攜帶堿基G等位變異材料的低溫處理結(jié)實率(P=0.002)和結(jié)實率耐受力(P=0.018)均顯著提高，低溫處理的不育小花數(shù)(P=0.002)以及低溫處理與CK的不育小花數(shù)差值(P=0.015)和結(jié)實率差值(P=0.021)均顯著降低，其結(jié)實率平均提高7.00%，不育小花數(shù)平均減少2.91個·穗-1，結(jié)實率耐受力增加6.23%。1B上位點AX-109492586的優(yōu)異等位變異為堿基C，有43份材料含有該優(yōu)異等位變異；兩種等位變異之間CK的不育小花數(shù)(P=0.397)和結(jié)實率(P=0.254)均沒有差異。與攜帶堿基T的等位變異材料相比，攜帶堿基G等位變異材料的低溫處理結(jié)實率(P=0.002)和結(jié)實率耐受力(P=0.018)均顯著提高，低溫處理不育小花數(shù)(P=0.002)以及低溫處理與CK不育小花數(shù)差值(P=0.016)和結(jié)實率差值(P=0.022)均顯著降低，其結(jié)實率平均提高7.52%，不育小花數(shù)平均減少2.91個·穗-1，結(jié)實率耐受力增加6.20%。2A上位點AX-110904719的優(yōu)異等位變異為堿基C，12份材料中含有該優(yōu)異等位變異；兩種等位變異之間CK的不育小花數(shù)(P=0.100)和結(jié)實率(P=0.053)均沒有顯著差異；與攜帶堿基G的等位變異材料相比，攜帶C等位變異材料的低溫處理結(jié)實率(P=0.001)極顯著提高，低溫處理不育小花數(shù)(P=0.007)及低溫處理與CK不育小花差值(P=0.019)均顯著降低，其結(jié)實率平均提高9.52%，不育小花數(shù)減少4.19個·穗-1。

進一步綜合分析(表6)發(fā)現(xiàn)，不耐倒春寒的材料中除博農(nóng)6號外最多含有2個優(yōu)異等位變異，如西農(nóng)889不含任何優(yōu)異等位變異，其結(jié)實率耐受力是0.40；中耐倒春寒的材料除蘭考矮早8外都具有2個及以上的優(yōu)異等位變異，如豫麥51、豫農(nóng)202、億麥6號和國育101等都只有2個優(yōu)異等位變異，其結(jié)實率耐受力均在0.80以下；而新旱1號、新麥18、洛旱3號和開麥18等都具有3個及以上優(yōu)異等位變異，其結(jié)實率耐受力均在0.80以上；耐倒春寒的材料中除北京841只有一個優(yōu)異等位變異外，其他材料都具有2個及以上的優(yōu)異等位變異，如南大2419和洛旱6號都具有5個優(yōu)異等位變異，其結(jié)實率耐受力分別為0.96和0.99。這說明可以通過這些優(yōu)異等位變異進行聚合育種來改善小麥的耐倒春寒性。

表5 穩(wěn)定關聯(lián)位點等位變異的表型效應Table 5 Phenotypic effect of alleles for the stable loci

數(shù)據(jù)后大小寫字母分別表示同一位點不同等位變異間在0.05和0.01水平上的顯著性。

Different capital and small letters following the values indicate significant difference between both alleles at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

3 討論

3.1 倒春寒對小麥穗部發(fā)育的影響

小麥在拔節(jié)后對低溫霜凍的抗性迅速降低，容易受霜凍危害，幼穗發(fā)育在雌雄蕊分化期到藥隔初期對春季低溫危害最敏感，低溫主要影響小麥穗部，使小麥產(chǎn)生白穗、空心，導致小穗不育，減少穗粒數(shù)，最終引起減產(chǎn)[24]。春季低溫凍害主要影響小麥穗部發(fā)育和穗粒數(shù)，危害嚴重時小穗不育率增加17.86%，穗粒數(shù)平均減少約16.01個[25]。研究發(fā)現(xiàn)，在低溫脅迫后，與未受低溫脅迫相比，小麥品種矮抗58的穗粒數(shù)顯著降低，不育小穗數(shù)顯著增加[26]。小麥拔節(jié)期受到低溫凍害時，穗粒數(shù)顯著下降[27]。本研究中，在小麥倒春寒敏感時期進行低溫處理后，試驗材料的不育小花數(shù)明顯增加，結(jié)實率顯著降低，與前人研究結(jié)果基本一致；此外，低溫處理的不育小花數(shù)與結(jié)實率之間呈極顯著負相關，結(jié)實率耐受力與CK結(jié)實率和CK不育小花數(shù)間沒有顯著相關性，與低溫處理結(jié)實率和不育小花數(shù)間極顯著相關，相關系數(shù)分別為0.70和-0.63，這與劉璇等[25]研究結(jié)果一致。

表6 優(yōu)異等位變異在群體中的分布Table 6 Distribution of elite alleles in the population

(續(xù)表6Continuedtable6)

品種(系)Variety(line)AX-110630731G/A(+/-)AX-109492586C/T(+/-)AX-109955938T/C(+/-)AX-110904719G/C(+/-)AX-110064042T/C(+/-)偃師16 Yanshi 16---++濟南17 Jinan 17+++-+蘭考矮早8 Lankaoaizao 8 ---+-鄭農(nóng)17 Zhengnong 17---++洛旱3號 Luohan 3++-++新麥18 Xinmai 18++-+-泛麥5號 Fanmai 5--+-+西農(nóng)889 Xinong 889-----新麥208 Xinmai 208++-++鄭麥366 Zhengmai 366++-++開麥18 Kaimai 18++-++洛麥21 Luomai 21---++漯麥8號 Luomai 8++--+周麥23 Zhoumai 23++-++新旱1號 Xinhan 1--+++煙99102 Yan 99102+++-+億麥6號 Yimai 6---++豫農(nóng)4023 Yunong 4023--+++漯麥18 Luomai 18---++鄭麥0856 Zhengmai 0856++-+-百農(nóng)207 Bainong 207++-++博農(nóng)6號 Bonong 6+++-+華育198 Huayu 198---++淮麥0882 Huaimai 0882++-+-漯6073 Luo 6073---++秋樂2122 Qiule 2122---++新0208 Xin 0208++-++中育9302 Zhongyu 9302---++中育9307 Zhongyu 9307---++百農(nóng)418 Bainong 418---++存麥11號 Cunmai 11---++泛麥7030 Fanmai 7030++-++俊達106 Junda 106---++洛麥28 Luomai 28---++濮麥053 Pumai 053---++商麥156 Shangmai 156++-++亞麥1號 Yamai 1---++偃麥864 Yanmai 864+++-+存麥12號 Fengdecunmai 12---++鄭品麥8號 Zhengpinmai 8-+-++周麥30 Zhoumai 30---++FS059---++國育101 Guoyu 101---++滑育麥118 Huayumai 118++-++濟研麥7號 Jiyanmai 7++-++浚9917 Jun 9917++-++輪選1298 Lunxuan 1298---++漯10T07 Luo 10T07---++濮2056 Pu 2056++-++瑞泉麥168 Ruiquanmai 168---++泰農(nóng)8968 Tainong 8968++--+溫0418 Wen 0418---++溫糧1號 Wenliang 1---++許科793 Xuke 793---++

+：含有該優(yōu)異等位變異；-：不含該優(yōu)異等位變異。

+：Positive allele; -：Negative allele.

3.2 耐倒春寒相關性狀的關聯(lián)分析

小麥抗寒性是一個復雜性狀，是由微效多基因控制的數(shù)量性狀[13]。本研究在21條染色體上都關聯(lián)到與小麥抗寒有關的SNP位點，與前人研究基本一致。楊學芳[28]利用花培3號和豫麥57雜交后獲得的168個加倍單倍體(DH)群體，將抗寒性生理性狀自由水/束縛水的QTL定位到1B的Xwmc128～Xbarc312和Xgpw7388～Xgpw2258區(qū)間內(nèi)、2A上的Xgwm558～Xbarc015和Xbarc264～Xwmc522區(qū)間內(nèi)、2D上的Xcfd53～Xwmc18和Xgwm539～Xcfd168區(qū)間內(nèi)及5D上的Xbarc320～Xwmc215區(qū)間內(nèi)。本研究在1B染色體28.8249 Mbp(AX-110630731)38.4579 Mbp(AX-109963163)、54.8742 Mbp(AX-108896556)，2D染色體上6.1634 Mbp(AX-108874822)及3B染色體上3.6012 Mbp(AX-89473366)附近都關聯(lián)到與倒春寒性狀關聯(lián)的位點。其中1B上28.8249 Mbp(AX-110630731)位點同時控制低溫處理結(jié)實率、不育小花數(shù)及結(jié)實率耐受力，分別解釋了表型變異的34.5%、29.16%和30.25%，其優(yōu)異等位變異平均減少不育小花2.91個·穗-1，增加7%的結(jié)實率和6%的結(jié)實率耐受力；該結(jié)果與巨 偉等[29]在花培3號和豫麥57雜交得到的加倍單倍體群體中1B的Xcfe156～Xwmc406區(qū)間基本一致。此外，1B染色體AX-109963163與其群體1B的Xcwem9～Xbarc008區(qū)間、1B染色體AX-108896556與其群體Xgwm582～Xcfe026.2區(qū)間、2D染色體AX-108874822位點與其群體中2D的Xcfd53～Xwmc18區(qū)間、3B染色體AX-89473366位點與3B的Xbarcl102～Xgwm389區(qū)間均一致。

對優(yōu)異等位變異整合發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)上大面積推廣的品種具有較多的耐倒春寒優(yōu)異等位變異。如鄭麥366含有4個優(yōu)異等位變異，其在河南省2012-2013年種植面積達71.2萬hm2；鄭麥9023含有4個優(yōu)異等位變異，其在2005-2006年在河南省的種植面積超過100萬hm2；此外，百農(nóng)207、鄭麥0856、周麥23等都具有較多的優(yōu)異等位變異，其在生產(chǎn)上都有大面積的種植。由此可見，利用鑒定得到的優(yōu)異等位變異進行聚合育種具有很大的應用潛力。

此外，本研究還檢測到一些標記位點與相同染色體上已報道的位點距離較遠，如2A上的AX-109955938和AX-110904719與楊學芳[28]鑒定的QTL(連鎖標記為Xgwm558～Xbarc015和Xbarc264～Xwmc522)都較遠，是否為新的位點還需要進一步驗證；還有一些新的位點，如1B上的AX-109492586、3A上的AX-110064042均與低溫處理結(jié)實率和不育小花及結(jié)實率耐受力同時關聯(lián)，且其優(yōu)異等位變異具有較好的耐倒春寒特性，可用于開發(fā)CAPS標記，并利用攜帶這些優(yōu)異等位變異的材料做親本，并借助分子標記輔助選擇將多個目的基因聚合，提高育種選擇效率。