全 文 ：中国农学通报 2009,25(03):283-287
Chinese Agricultural Science Bulletin
基金项目：山西省留学基金(2004044)，山西省青年基金(20031044)。
第一作者简介：焦文英，女，1968年出生，山西运城人，在职硕士，主要从事作物遗传育种研究，E-mail：jwy8112@sina.com。
通讯作者：孙黛珍，女，1964年出生，山西万荣人，博士，教授，主要从事小麦遗传育种研究。通信地址：030801山西太谷山西农业大学农学院，
E-mail：sdz64@126.com。
收稿日期：2008-10-27，修回日期：2008-11-14。
六倍体小黑麦品种资源的抗旱性
聚类分析
焦文英 1,2，王曙光 1，孙黛珍 1
（1山西农业大学农学院，山西太谷 030801；2山西运城农业职业技术学院，山西运城 044000）
摘 要：选用10个六倍体小黑麦品种(系)为材料，利用20%PEG-6000模拟干旱，检测各品种芽期的发
芽势、发芽率、胚芽鞘长、主根长以及苗期的POD和SOD活性、相对含水量、MDA含量，并计算各性
状的抗旱系数（T/CK），根据抗旱系数的欧氏距离将其聚为两大类，一类为抗旱性强的S1、S3、S5、S8、
S10，另一类为抗旱性弱的S2、S4、S6、S7、S9。同时，利用RAPD分子标记分析其遗传多样性，以0.34为
阈值将其分为三类，其中S4、S5为一类；S1、S2、S3、S6、S7、S8、S9为一类，S10自成一类。对比分析发现抗
旱性强的一类品种分散分布在分子标记的三大类群里，表明这些分子标记与品种的抗旱性不相
关。但反过来可以说明这些抗旱性强的品种其遗传差异较大，遗传变异丰富，为在小麦或小黑麦的
抗旱育种中更好地利用这些品种资源提供了依据。
关键词：六倍体小黑麦；抗旱性；RAPD分子标记；遗传多样性
中图分类号：S512.4 文献标识码：A
Cluster Analysis of Drought Resistance in Hexaploid
Triticale (TriticosecaleWittmaCK)
Jiao Wenying1,2, Wang Shuguang1, Sun Daizhen1
(1College of Agronomy, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801;
2Yuncheng Vocational College of Agriculture, Yuncheng 044000)
Abstract: The germinating potential, germination rate, coleoptile length, radicle length and the activities
of SOD and POD, relative water content and MDA content in 10 hexaploid triticale(Triticosecale
WittmaCK) varieties were analyzed under 20% PEG-6000(W/V) stress, then drought-resistance
coefficient of each trait was calculated. After clustered according to drought-resistance coefficient, 10
varieties were divided into two main groups: one group is S1, S3, S5, S8, S10, which has strong
drought-resistant; The other group is S2, S4, S6, S7, S9, which has weak drought-resistant. On the other
hand, 10 varieties were divided into three groups: S4, S5; S1, S2, S3, S6, S7, S8, S9; S10; using RAPD markers,
based on 0.34 threshold value. In comparison with two clustering results, the strong drought-resistant
varieties were scattered in three groups clustered on RAPD markers, indicating that these molecular
markers are not related to drought resistance of the varieties. However, the results also showed that these
drought-resistant varieties have quite different genetic diversity, which can provide a theoretical basis for
using these variety resources in wheat or triticale’s drought-resistant breeding.
Key words: hexaploid triticale(Triticosecale WittmaCK), drought resistance, RAPD molecular marker,
genetic diversity
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六倍体小黑麦是通过四倍体硬粒小麦和黑麦杂交
然后进行染色体加倍而成，不但保持了小麦的粒多、粒
重的特点，而且还结合了黑麦的小穗多、抗病和抗逆性
强、适应性广以及蛋白质、赖氨酸含量高、营养品质好
等特性[1-2]。魏亦农等[3-4]比较了小麦与小黑麦的抗旱性
差异，发现小黑麦具有较强的抗旱性。
对作物种质资源遗传多样性的准确估计是提高育
种效率的基础[5]。以往普遍应用农艺性状和形态性状
指标分析种质资源的遗传多样性。随着生物技术的发
展，分子标记已成为分析种质资源遗传多样性的有用
工具[6]。与农艺性状和形态性状指标相比，分子标记
更能准确地揭示种质资源间的DNA差异。为在育种
中更有效地利用种质资源，一些研究者[7-9]分别利用农
艺性状和分子标记估计品种间的遗传多样性，探求两
者之间的关系。笔者利用RAPD标记和PEG-6000胁
迫下品种的形态性状和生理性状的变化分析 10份六
倍体小黑麦品种的遗传多样性，目的是探求品种的抗
旱性和分子标记之间的关系，为在小麦的抗旱育种中
更好地利用六倍体小黑麦种质资源提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
供试材料为从国外引进的 10个六倍体小黑麦新
品种(系)：Moreno，Fidelio，Tewo，Prego，Pronto，Presto，
Prado，Szd154，Tornado，Lamberto，编号分别为 S1、S2、
S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10。试验于 2006—2007年在山
西农业大学作物遗传育种重点实验室进行。
1.2 方法
1.2.1 六倍体小黑麦萌发期各形态指标的测定 将供试
材料种子用清水洗净，经 0.1%升汞消毒 10 min，取出
洗净；浸种吸胀24 h后，在直径10 cm的培养皿中铺上
2层滤纸，加6 ml清水，制成发芽床。每一供试品种取
萌动一致的种子 20粒均匀摆放到滤纸上，加盖，置温
度为 25℃、光强为 5000 lx的光照培养箱中培养 24 h
后，取出加入 6 ml 20%聚乙二醇(PEG-6000)溶液进行
水分胁迫处理（对照加水），然后再培养24 h，随机选取
10株测定胚芽鞘长度、主根长度和根数。重复3次。
1.2.2 六倍体小黑麦苗期生理指标的测定 将生长一致
的 8天幼苗各 20株用 6 ml 20% PEG-6000的Hoagland
培养液处理，以不加 PEG-6000的Hoagland培养液处
理的幼苗为对照，3次重复。每 12 h更换培养液 1次，
以减少浓度误差，3天后，各取5株大小一致的幼苗，测
定POD、SOD活性、叶片相对含水量和MDA含量。
（1）超氧化物歧化酶（SOD）活性和丙二醛（MDA）
含量测定。参照李合生主编的《植物生理生化实验原
理和技术》[10]。
（2）过氧化物酶（POD）活性测定。参照华东师范
大学主编《植物生理学实验指导》，用比色法测定[11]。
（3）叶片相对含水量测定。对照和处理分别取 5
株幼苗，用吸水纸吸干叶片表面水分，称取鲜重，然后
放入大试管中加入足量的蒸馏水，浸没材料使其充分
吸水，当材料重量不再发生变化时，称取重量即为饱和
重，将称取饱和重的材料于105℃下杀青10 min，再于
75℃条件下连续烘干 24 h，称干重，计算其相对含水
量。
叶片相对含水量（rwc)= ×100%
1.2.3 抗旱系数的计算 某一性状的抗旱系数是该性状
在干旱条件和正常供水条件下性状值的比值，计算公
式为：
该性状抗旱系数=
1.2.4 抗旱系数的聚类分析 利用 20% PEG-6000胁迫
处理下各品种的发芽率、发芽势、胚芽鞘长、主根长、
POD和SOD活性、MDA含量、相对含水量的T/CK值，
在DPS 3.0统计分析软件系统中，首先把各指标的 T/
CK值标准化，然后以各指标 T/CK值的欧氏距离按不
加权成对算术平均法(UPGMA)进行系统聚类,构建供
试材料间的系统聚类图。
1.2.5 DNA提取和PCR扩增 DNA提取参照Thompson
和Henry的方法[12]。PCR总反应体积为 13 μl，包括模
板 DNA0.5 μ l，9.75 μ l的 ddH2O，0.125 μ l×10 mmol/L
Tris-HCl ，10 μ l × 2 mmol/L MgCl2，0.0625 μ l BSA，
0.625 μl dNTP，0.25 μl引物，0.187 5 μl Taq polymerase，
DNA 扩 增 在 PTC-100 Programmable Thermal
Controller上进行，94℃预变性1 min；10个循环，每循
环94℃变性5 s，37℃退火30 s，72℃延伸30 s；接下来
35个循环 94℃变性 5 s，37℃退火 30 s，72℃延伸 60
s。扩增产物用1.5%琼脂糖凝胶电泳后在自动凝胶成
像仪上观察、照像、记录。
1.2.6 数据分析 RAPD扩增产物以 0、1、9统计建立数
据库。在相同迁移位置，有带记为1，无带记为0，扩增
失败或缺失数据记为9。在NTsys3.0统计分析软件系
统中，按Nei&Li的方法[13]计算遗传相似系数(GS)。计
算公式为：GS=2Nij/(Ni+Nj)，其中Nij为材料 i和 j共有的
扩增片段数目，Ni为材料 i中出现的扩增片段数目，Nj
为材料 j中出现的扩增片段数目。不同基因型间的遗
传差异用遗传距离GD=(1-GS)来衡量，根据遗传距离
GD按不加权成对算术平均法(UPGMA)进行聚类分析。
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焦文英等：六倍体小黑麦品种资源的抗旱性聚类分析
2 结果与分析
2.1 20% PEG-6000胁迫下不同性状抗旱系数（T/CK）
的聚类分析
利用 20% PEG-6000胁迫处理，检测各品种的发
芽率、发芽势、胚芽鞘长、主根长、POD和SOD活性、相
对含水量、MDA含量，并计算其抗旱系数（T/CK）(表
1)。在DPS 3.0统计分析软件系统中，首先把各指标的
T/CK值标准化，然后以各指标T/CK值的欧氏距离按不
加权成对算术平均法(UPGMA)进行系统聚类(图 1)，
将10份材料聚为2大类。第1类包括S1、S3、S5、S8、S10，
属于此类的六倍体小黑麦在 20%PEG-6000胁迫下其
发芽率、发芽势、胚芽鞘长、主根长、POD和SOD活性、
相对含水量的抗旱系数（T/CK）小，而MDA含量的抗
旱系数（T/CK）大，表明抗旱性弱；第2类包括S2、S4、S6、
S7、S9，属于此类的六倍体小黑麦在20%PEG-6000胁迫
下其发芽势、发芽率、胚芽鞘长、主根长、POD和SOD
活性、相对含水量的抗旱系数（T/CK）大，而MDA含量
的抗旱系数（T/CK）小，表明抗旱性强。
表1 PEG-6000胁迫下各品种不同性状的抗旱系数（T/CK）
ક⾡ থ㢑࢓ থ㢑⥛ 㢑䵬䭓 ḍ䭓 32⌏ᗻ 62⌏ᗻ Ⳍᇍ含∈䞣 M$含䞣
61 0.11 0.16 0.21 0.25 1.87 4.54 0.9 3.75
62 0.29 0.48 0.52 0.74 3.19 7.07 0.94 2.99
63 0.15 0.22 0.28 0.28 1.77 3.88 0.89 4.71
64 0.39 0.61 0.6 0.7 2.69 7.48 0.86 1.69
65 0.22 0.39 0.31 0.38 2.01 4.03 0.94 3.53
66 0.37 0.62 0.6 0.58 3 6.5 0.96 2.38
67 0.35 0.56 0.71 0.69 2.3 6.71 0.99 2.86
68 0.14 0.18 0.2 0.2 2.36 6.51 0.87 3.51
69 0.43 0.68 0.66 0.78 3.16 6.26 0.96 2.04
610 0.24 0.29 0.26 0.58 1.93 5.26 0.91 4.15
图1 PEG-6000胁迫下各品种抗旱系数的系统聚类图
S1
S3
S5
S10
S8
S2
S7
S4
S6
S9
0.0 0.18 0.36 0.54 0.72 0.91
2.2 以RAPD为基础的聚类分析
2.2.1 扩增产物的多态性 选用 19个随机引物对供试
材料进行PCR扩增，其中10个引物(52.63%)可扩增出
清晰且具多态性的条带(表 2)。10个引物共产生 324
条DNA片段，其中 322条具有多态性，多态性比率为
99.38%，不同引物扩增带数变幅为 4~58条，平均为
32.4，扩增产物的片段大小在298~3054 bp之间。表明
供试材料间RAPD变异大、多态性高。图2是引物100
的扩增结果。
2.2.2 聚类分析 利用10个RAPD引物所获得的322条
扩增条带计算供试材料间的遗传距离(GD)，所有材料
间的 GD值变化范围在 0.198~0.312之间，平均值为
0.307。根据 RAPD标记计算的遗传相似矩阵，按
UPGMA法构建了供试材料间的遗传距离聚类图(图
3)。以 0.34为阈值将供试材料分为 3类。其中S1、S2、
S3、S6、S7、S8、S9为一类，S4、S5为一类，S10自成一类。
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3 讨论
RAPD分子标记具有方法简单、操作快速、灵敏度
高等特点，已被广泛应用于玉米、水稻、小麦等禾谷类
作物的遗传差异和亲缘关系的研究[14-16]，但关于六倍体
小黑麦的研究报道甚少。笔者不仅建立了应用RAPD
标记研究六倍体小黑麦亲缘关系的技术平台，并且发
现多态性频率高达99.38%，因此RAPD标记对于评价
不同六倍体小黑麦品种的遗传多样性和识别不同六倍
体小黑麦品种的类型是有效的。
利用RAPD标记将10份六倍体小黑麦聚为三类，
S4、S5为一类，S1、S2、S3、S6、S7、S8、S9为一类，S10自成一
类。而利用 20%PEG-6000胁迫下各形态性状和生理
表2 RAPD引物及其扩增结果
引物 序列(5-3) 总条带数 片段大小 多态性条带数
100 CCCTACCGAC 51 298~3054 51
99 TGAACCGCCG 16 506~2036 16
98 TACGGCTGGC 33 344~1636 33
97 CGTTGGATGC 6 506~2036 4
95 GCGACGCCTA 30 506~2036 30
94 TGACATGCGA 47 506~2036 47
92 TAGCGGCTAC 25 506~2036 25
90 CAGTCGCGTG 45 344~1636 45
87 ACCTCGAGCA 58 298~3054 58
OPA09 GGGTAACGCC 13 506~2036 13
图3 RAPD标记的遗传聚类图
S1
S2
S3
S6
S7
S8
S9
S10
S4
S5
0.23 0.26 0.29 0.32 0.35
Coefficient
图2 引物100扩增产物琼脂糖电泳图谱
4072bp3054bp
2036bp
1636bp
1018bp
506bp
394bp
344bp
298bp
M S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10
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焦文英等：六倍体小黑麦品种资源的抗旱性聚类分析
指标性状的抗旱系数，将 10份六倍体小黑麦聚为两
类，一类为抗旱性强的品种，另一类为抗旱性弱的品
种。对比分析发现抗旱性强的一类品种分散分布在分
子标记的不同类群里，据此推断这些分子标记与品种
的抗旱性可能没有联系。虽然如此，但反过来可以说
明这些抗旱性强的品种其遗传差异较大，这为在小麦
或小黑麦的抗旱育种中更好地利用这些品种资源提供
了理论依据。
作物遗传多样性研究主要是通过一些遗传标记进
行作物种质资源的遗传多样性检测。遗传标记主要包
括形态学标记、细胞学标记、生化标记和分子标记等。
形态学标记是基因表达的结果，是对基因差异的间接
反映，易受环境和其他因素的影响。而分子标记直接
从DNA分子水平上反映差异，不受环境、发育阶段、组
织等的影响，稳定可靠，多态性好。对于作物的种质资
源的遗传多样性分析也从最初的形态学标记发展为现
在的分子标记。近年来，为了探求一些形态学相似的
种质资源的分子差异，更好的应用于作物的品种选育
或者遗传研究，不少国内外学者把形态学标记与分子
标记结合起来进行研究[7-9]。笔者正是利用RAPD分子
标记和与抗旱性相关的形态性状分析六倍体小黑麦的
遗传多样性，通过分析这两种遗传标记的聚类结果，探
求品种的抗旱性和分子标记之间的关系，揭示抗旱品
种之间的分子差异。为在小麦或小黑麦的抗旱育种中
更好地利用笔者筛选的抗旱种质资源提供理论依据。
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