全 文 ：植物生理学通讯 第 46卷 第 7期, 2010年 7月714
收稿 2010-02-09 修定 　2010-06-28
资助 国家自然科学基金(30 6 71 2 6 1)。
* 通讯作者(E-mail: junyin57@yahoo.com.cn; Tel: 0371-
6 3 5 5 8 2 0 3 )。
4个春性基因型小麦品种与 ‘京 841’杂交 F1代的表型分析
闫延涛 1, 李永春 1, 孟凡荣 2, 李金花 1, 尹钧 1,*
河南农业大学 1国家小麦工程技术研究中心, 2生命科学学院, 郑州 450002
提要: 选用4个具有不同显性春化基因型的小麦品种与冬性小麦品种‘京841’进行杂交实验, 通过显性春化基因特异性PCR
分析技术鉴定杂交F1代植株, 并分析4个杂交组合的正反交F1代植株表型特性。结果显示, 各显性春化基因已经导入到各
杂交F1代植株中, 且其苗穗期受显性春化基因的控制而有效缩短; 3个杂交组合的F1代穗粒数在正反交之间存在显著差异,
推测穗粒数受细胞质遗传因素的影响较大, 其中以 ‘新春2号 ’和 ‘豫麦18’分别为母本和父本与 ‘京841’杂交后F1代的穗
粒数表现出较强的杂种优势, 4个杂交组合的F1代千粒重均表现出较强的杂种优势。
关键词: 小麦; 春化; 杂交; 表现型
Phenotype Analysis of F1 Generation Derived from Wheat (Triticum aestivum
L.) Crosses between Four Cultivars with Differently Dominant Vernalization
Genes and ‘Jing 841’
YAN Yan-Tao1, LI Yong-Chun1, MENG Fan-Rong2, LI Jin-Hua1, YIN Jun1,*
1National Engineering Research Center for Wheat, 2College of Life Sciences, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002,
China
Abstract: Four spring cultivars with differently dominant vernalization genes were used to hybridize with a
winter wheat cultivar ‘Jing 841’. The F1 generation plants were identified by using PCR amplification specific to
the dominant VRN1 genes, and some phenotypes of F1 generation plants were also analyzed. The results showed
that the dominant allelic VRN1 genes were successfully introduced into the F1 plants and their seedling-heading
periods were generally shorted due to the introduction of these dominant allelic sites. In three of four cross
combinations, prominent differences of grains per spike were found between reciprocal crosses, which might
be due to the cytoplasmic inheritance, and among them, the strong heterosis was observed in two crosses
(‘Xinchun 2’ and ‘Yumai 18’ was used as the mother and father, respectively). In the four combinations, the
character of thousand-grain weight all showed strong heterosis.
Key words: wheat; vernalization; hybridization; phenotype
小麦的春化特性是小麦品种的重要性状之一,
直接决定着小麦品种的种植范围和栽培措施, 忽略
小麦品种的春化特性进行引种、用种, 往往会带来
小麦贪青晚熟或造成冻害, 给小麦生产造成巨大经
济损失(苗果园等 1993; 袁秀云等 2009)。因此, 针
对小麦品种春化特性的遗传改良已成为小麦育种的
重要方向之一。近年来, 关于春化分子调控机理方
面的研究取得了较大进展(Yan等 2003; 袁秀云等
2008b), 特别是分离克隆了决定小麦春化特性的关
键基因 VRN1, 并对普通小麦中 VRN-A1、VRN-B1
和VRN-D1这3个等位基因的序列特性及表达进行
了系统分析(Li和Dubcovsky 2008; 袁秀云等2008a)。
研究发现, VRN1基因的3个等位基因中, 只要其中
一个为显性, 则小麦品种表现为春性; 而只有当 3
个等位基因均为隐性时才表现为冬性(Loukoianov
等 2005; Trevaskis等 2007), 通过对春化基因VRN1
的显隐性的序列特征分析已开发了检测该基因等位
差异的 PCR分子标记(Yan等 2004; Fu等 2005), 并
应用于普通小麦的春化基因组成特性分析中(张晓
科等 2006; Iqbal等 2007; Zhang等 2008)。通过具
有不同春化特性的品种间杂交是进行小麦发育特性
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遗传改良的重要途径, 然而关于不同春化特性小麦
品种间的杂交育种及分子标记辅助选择方面的研究
较少, 系统分析不同春化类型品种间杂交后对后代
农艺性状的影响及遗传规律对于开展春化特性的遗
传改良实践具有重要参考价值。本文选用含有不
同显性春化基因VRN1的 4个品种 ‘辽春 15’、‘新
春 2号 ’、‘郑麦 9023’和 ‘豫麦 18’与冬性小麦品
种 ‘京 841’进行杂交实验和春化基因型的分子鉴
定, 并分析冬春性品种间杂交F1代的综合性状表现,
以期为进一步开展针对小麦发育特性的遗传改良积
累重要资料。
材料与方法
选用 4个春性小麦(Triticum aestivum L.)品种
‘辽春 15’、‘新春 2号 ’、‘郑麦 9023’和 ‘豫麦
18’ (其中春化基因VRN1的显隐性等位组成分别为
Vrn-A1/Vrn-B1/Vrn-D1、Vrn-A1/vrn-B1/vrn-D1、
vrn-A1/Vrn-B1/vrn-D1和 vrn-A1/vrn-B1/Vrn-D1)和
冬性小麦品种 ‘京 841’ (春化基因 VRN1在A、B、
D基因组中均为隐性, 即 vrn-A1/vrn-B1/vrn-D1)在
河南农业大学农场实验田进行正反交试验。
剪取 F1代小麦三叶期叶片, 采用 CTAB法(王
国英 1997)提取基因组DNA用于 PCR鉴定。春化
基因VRN1显性位点特异性引物参照Yan等(2004)
和 Fu等(2005)的方法合成, 引物序列为: VRN1AF,
5-GAAAGGAAAAATTCTGCTCG-3; VRN1R, 5-
TGCACCTTCCC(C/G)CGCCCCAT-3; Intr1/BF, 5-
CAAGTGGAACGGTTAGGACA-3; Intr1/B/R3, 5-
CTCATGCCAAAAATTGAAGATGA-3; Intr1/D/F, 5-
GTTGTCTGCCTCATCAAATCC-3; Intr1/D/R4, 5-
GGTCACTGGTGGTCTGTGC-3。试验中所用品
种的春化特性、基因型及特异性引物扩增信息见
表 1。PCR反应体系为 20 μL, 含 10×缓冲液 2 μL、
Taq DNA聚合酶 1 U、4种 dNTP各 150 μmol·L-1、
每条引物 0.5 μmol·L-1、模板DNA 40~60 ng。PCR
反应程序为: 94 ℃变性 6 min; 94 ℃变性 30 s, 55~
61 ℃退火 30 s, 72 ℃延伸 50 s, 35个循环; 72 ℃后
延伸5 min。所用PCR试剂DNA聚合酶购自TaKaRa
公司。
为了分析小麦A、B和D基因组的显性春化
基因 VRN1等位基因效应, 选用 4个不同基因型春
性小麦品种 ‘辽春 15’、‘新春 2号 ’、‘郑麦 9023’
和 ‘豫麦 18’分别与冬性小麦品种 ‘京 841’进行正
反交试验, 杂交组合及其编号见表 2。
表 1 用于分析普通小麦中 VRN1基因等位类型的 PCR引物
Table 1 PCR primers for determining the allelic types of VRN1 gene in common wheat
PCR产物 /bp
品种 等位类型
引物VRN1AF和VRN1R 引物 Intr1/BF和 Intr1/B/R3 引物 Intr1/D/F和 Intr1/D/R4
‘辽春 15’ Vrn-A1/Vrn-B1/Vrn-D1 650和 750 709 1 671
‘新春 2号 ’ Vrn-A1/vrn-B1/vrn-D1 650和 750 — —
‘郑麦 9023’ vrn-A1/Vrn-B1/vrn-D1 500 709 —
‘豫麦 18’ vrn-A1/vrn-B1/Vrn-D1 500 — 1 671
‘京 841’ vrn-A1/vrn-B1/vrn-D1 500 — —
表 2 小麦正反交组合及其编号
Table 2 The combinations and numbers of the wheat crosses
品种(基因型) ‘辽春 15’ (ABD) ‘新春 2号 ’ (Abd) ‘郑麦 9023’ (aBd) ‘豫麦 18’ (abD)
‘京 841’ (abd)为母本的正交组合 1 3 5 7
‘京 841’ (abd)为父本的反交组合 2 4 6 8
　　表中基因型用字母表示, 其中 A、B、D 代表普通小麦 3 个基因组中的春化基因 VRN1 位点, 大写字母表示该位点为显性, 小写
字母表示该位点为隐性。
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结果与讨论
1 杂交F1代小麦植株的分子鉴定
为了证实在杂交F1代小麦中, 显性的春化基因
VRN1位点成功地导入到 ‘京841’小麦的隐性背景
(vrn-A1/vrn-B1/vrn-D1)中, 用显性基因的特异性引
物(表 1)进行了F1代植株的分子鉴定。特异性引物
VRN1AF和VRN1R对4个杂交组合(表2)的8类F1
代植株进行的 PCR分析显示, 在杂交组合 1~4 (表
2)的 F1代植株中均能扩增到约为 650、750和 500
bp的3条带, 说明在这些植株中已成功将显性的春
化基因 Vrn-A1导入; 而在其他杂交组合 F1代植株
中仅能扩增到约500 bp的1条带, 表明其春化基因
VRN1在A基因组中为隐性(vrn-A1), 这和预期的结
果一致(图 1-A)。用引物 Intr1/BF和 Intr1/B/R3对
8个杂交组合F1代植株进行的PCR分析显示, 在杂
交组合 1、2、5和 6 (表 2)的 F1代植株中均能扩
增到约709 bp的1条带, 说明已成功将显性的春化
基因 Vrn-B1导入, 而在其他杂交组合 F1代植株中
没有扩增产物(图 1-B)。用 Intr1/D/F和 Intr1/D/R4
对 F1代植株的检测显示, 杂交组合 1、2、7和 8
(表 2)的 F1代植株中均能扩增到约 1 671 bp的 1条
带, 说明已成功将显性的春化基因 Vrn-D1导入 F1
代植株中(图 1-C)。上述针对春化基因 VRN1的特
异性 PCR鉴定结果和前人报道的结果一致(Zhang
等2008), 可见, 在小麦发育特性改良过程中可以利
用春化基因的组成特性进行分子标记辅助选择。
2 杂交亲本及F1代植株的苗穗期分析
苗穗期(即出苗期至抽穗期经历的天数)是衡量
小麦春化特性的重要指标。对杂交 F1代植株的苗
穗期进行分析的结果(表 3)显示: 在温室种植条件
下, 4个含有显性春化基因的亲本材料(‘辽春 15’、
‘新春 2号 ’、‘郑麦 9023’和 ‘豫麦 18’)的苗穗期
均在60 d以内, 其中 ‘辽春15’的苗穗期最短(44 d),
这与其中含有3个春化基因VRN1的显性位点有关,
而 ‘新春 2号 ’、‘郑麦 9023’和 ‘豫麦 18’的苗穗
期依次逐渐增长, 这可能与 3个品种中分别在A、
B和D基因组中含有显性春化基因VRN1位点有关
(Trevaskis等2007; 袁秀云等2008a); 冬性小麦品种
‘京 841’的苗穗期为 141 d, 这和其中含有 3个隐
性的春化基因VRN1位点的基因型相吻合; 在田间
种植条件下, 除 ‘新春 2号 ’外 3个含有显性VRN1
基因的品种间苗穗期基本一致(在 162 d左右), 冬
性品种 ‘京 841’的苗穗期为 168 d, 冬春性品种间
的苗穗期差异不大, 这主要是由于经过越冬期后, 冬
性小麦已经通过了春化阶段, 所以其苗穗期和春性
小麦间的差异就不那么显著了, 但是春性亲本的苗
穗期仍然比 ‘京 841’要短 6 d左右。从杂交 F1代
的苗穗期来看, 杂交后的苗穗期和春性亲本的苗穗
期相一致, 而且正反交 F1植株之间没有差异, 说明
春化基因 VRN1的显性位点对苗穗期起着决定作
用, 而且不受细胞质遗传因素的影响。值得注意的
是, ‘新春2号 ’小麦在田间种植条件下其苗穗期却
表 3 小麦杂交亲本及 F1代的苗穗期
Table 3 The seedling-heading periods of the
F1 plants and their parents
苗穗期 /d
亲本品种
温室种植 田间种植 正交 F1 反交 F1
‘辽春 15’ 4 4 162 163 163
‘新春 2号 ’ 5 1 169 164 164
‘郑麦 9023’ 5 5 162 162 162
‘豫麦 18’ 5 9 163 163 163
‘京 841’ 141 168 — —
图 1 杂交 F1代植株中春化基因 VRN1
显性位点的 PCR鉴定
Fig.1 PCR identification of dominant sites of the
vernalization gene VRN1 in cross F1 plants
1、3、5、7: 分别以 4个春性品种 ‘辽春 15’、‘新春 2号 ’、
‘郑麦 9023’和 ‘豫麦 18’为父本与 ‘京 841’进行的正交 F1代植
株; 2、4、6、8: 分别以 4个春性品种 ‘辽春 15’、‘新春 2 号 ’、
‘郑麦 9023’和 ‘豫麦 18’为母本与 ‘京 841’的反交 F1代植株; 对
照: 以水为模板; M: DNA marker。
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图 2 杂交 F1代及其亲本的性状
Fig.2 The characters of F1 plants and their parents
I~IV: 4个春性品种 ‘辽春 15’、‘新春 2号 ’、‘郑麦 9023’和 ‘豫麦 18’分别与 ‘京 841’进行的杂交组合。
图 3 杂交 F1代及其亲本的穗形
Fig.3 The panicle shapes of F1 plants and their parents
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和冬性品种 ‘京841’非常接近, 而杂交F1代的苗穗
期却又有所缩短, 这种现象可能和光周期反应有关
(Dubcovsky等 2006)。
3 杂交F1代的其他表型分析
从株高来看, 各杂交组合的F1代的植株高度均
高于亲本(图 2), 而且以 ‘新春 2号 ’为春性亲本的
杂交组合(II)中正反交F1代植株高度存在显著差异
(反交F1植株高度较低), 这可能是细胞质遗传因素
的效应。从穗形来看, 春性亲本与 ‘京 841’之间
存在较大的差异, 而且在正反交F1代之间也存在显
著差异(图 3)。例如, 在杂交 F1代中, 春性亲本的
长芒特性消失, 推测麦穗的长芒特性受隐性基因调
控, 进一步证实需要看其后代的分离情况。从穗长
来看, 以 ‘豫麦18’为亲本的杂交组合(IV)的F1代杂
种优势明显, 特别是其正交F1代的穗长和穗形比较
理想(图 3); 在以 ‘郑麦 9023’为春性亲本的杂交组
合(III)中, 正反交对 F1代的穗长差异显著, 这可能
与细胞质遗传因素有关(图 2)。从穗粒数来看, 以
‘新春2号 ’为亲本的反交F1和以 ‘豫麦18’为亲本
的正交存在较强的杂种优势, 其余各组合的F1代的
穗粒数表现较差, 特别是有3个杂交组合的F1代穗
粒数在正反交之间存在显著差异(图2), 推测细胞质
遗传因素对小麦穗粒数的影响比较大。从千粒重
来看, 4个杂交组合均存在显著的杂种优势, 而且
正反交之间差异不显著。
综合上述结果, 春冬性小麦品种间杂交F1代千
粒重方面存在显著的杂种优势, 特别是以 ‘新春 2
号 ’和 ‘豫麦 18’分别为母本和父本与 ‘京 841’杂
交后, F1代的穗粒数杂种优势较强, 在发育特性改
良和产量提高方面具有较大的育种应用潜力。
参考文献
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