全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2014, 40(12): 21982202 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(30971764)和国家转基因生物新品种培育重大专项(2008ZX08002-003)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 田纪春, E-mail: jctian@sdau.edu.cn
第一作者联系方式: Email: yuhaixia66@126.com
Received(收稿日期): 2014-03-26; Accepted(接受日期): 2014-09-16; Published online(网络出版日期): 2014-10-16.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20141016.1535.007.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2014.02198
小麦面粉色泽(白度)与 DArT标记的关联分析
于海霞 1 肖 静 2 田纪春 1,*
1山东农业大学 / 作物生物学国家重点实验室 / 山东省作物生物学重点实验室, 山东泰安 271018; 2山东省泰安市岱岳区农业局, 山
东泰安 271018
摘 要: 面粉色泽(白度)是评价小麦加工品质的重要指标之一。在4个环境中检测了109份矮孟牛姊妹系及其衍生系的面
粉色泽(白度)参数, 并利用混合线性模型分析其与覆盖小麦基因组的971个 DArT (Diversity Array Technology)标记的关
联性。结果显示 , 17个 DArT 标记与面粉色泽显著关联 , 4个标记与白度显著关联 (P≤0.001)。标记 wPt-1196和
wPt-669693在多个环境中与色泽 a*和 b*关联, 且效应值较大。该研究结果为小麦面粉色泽的分子标记辅助选择育种
提供了参考信息。
关键词: 小麦; 面粉色泽(白度); 矮孟牛; 关联分析; DArT标记
Genome-wide Association Analysis of Flour Color (Whiteness) Using DArT
Markers in Common Wheat
YU Hai-Xia1, XIAO Jing2, and TIAN Ji-Chun1,*
1Shandong Agricultural University / State Key Laboratory of Crop Biology / Shandong Key Laboratory of Crop Biology, Tai’an 271018, China;
2Daiyue District Agriculture Bureau of Tai’an City, Shandong Province, Tai’an 271018, China
Abstract: Flour color (whiteness) is an important index to evaluate wheat quality. Parameters for flour color (L*, a*, and b*) and
whiteness of 109 lines derived from wheat variety Aimengniu were evaluated in four environments, and association analysis was
carried out using 971 DArT (Diversity Array Technology) markers under the mixed linear model. Twenty-seven DArT markers
were found to be associated with flour color (P ≤ 0.001), while seven markers with whiteness. Markers wPt-1196 and wPt-669693
were associated with color a* and b* in multi-environments, and the percentages of phenotypic variation explained were high.
These results provide important information for marker-assisted selection of wheat flour color (whiteness).
Keywords: Wheat; Flour color (whiteness); Aimengniu; Association analysis; DArT markers
面粉色泽(白度)是小麦面粉品质的重要指标之一, 在
很大程度上反映面粉的质量和制粉精度 , 也是面粉分级
的重要指标。在我国, 面粉等级标准对色泽(R457白度)的
要求是一级大于76, 二级大于75, 三级大于72 [1]。馒头、
面条等中国传统食品大多都需要较高的白度。
面粉色泽主要受遗传因素影响。Parker等[2]用重组自
交系, 将控制面粉黄色度(flour b*)基因位点定位在 3A和
7A, 分别解释 13%和 60%的表型变异, 确定遗传力为 0.68,
表明面粉色泽的表达主要受遗传控制。Ma 等[3]在第 1 同
源群和 7B 染色体上检测到亮度和黄色度 (L*和 b*)的
QTL。Kuchel等[4]在 7B染色体上检测到一个主效QTL, 解
释 48%~60%的表型变异。Zhang等[5]将控制黄色度 b*的 8
个 QTL 定位于 1DS、2DL、3A、4D、5D、6AL、6D 和
7AL。McCartney 等[6]将控制黄碱面条亮度(noodle L*)和
黄色度(noodle b*)基因分别定位在 5B、5D和 7AL上。张
晓和田纪春[7]检测到控制面粉色泽的 18 个加性位点, 分
布在 19条染色体上, 其中一个主效QTL与位点Xbarc 372
(0.1 cM)邻近, 对红色度 a*的贡献率高达 25.64%。Zhang
等 [8]在 1A 染色体上检测到关于色泽的 QTL, 解释
1.5%~4.1%的变异。大多数研究集中于色泽 L*和 b*, 而对
同样重要的 a*则研究较少。
基于连锁不平衡(linkage disequilibrium, LD)的关联
分析通过检测标记–性状关联已成为 QTL 分析的一个重
要手段。近年来, 该技术已在小麦产量、品质、抗病性等
遗传学研究上广泛采用[9-12], 但是品质特性研究多集中于
高分子量麦谷蛋白, 而对面粉色泽和白度关注较少, 尤其
第 12期 于海霞等: 小麦面粉色泽(白度)与 DArT标记的关联分析 2199


是使用 DArT 标记 (Diversity Arrays Technology, http://
www.diversityarrays.com/) [13]的研究还未见报道。本研究
通过关联分析对小麦面粉色泽(白度)进行 QTL 定位, 希
望找到与之紧密连锁的 DArT标记, 为分子标记辅助选择
和分子设计育种提供参考。
1 材料与方法
1.1 植物材料
选用矮孟牛姊妹系及其亲本和衍生系 109份材料, 大
部分来源于中国。使用 DArT标记进行全基因组扫描, 标
记的 PIC平均值为 0.408。使用 STRUCTUE 2.0软件评估
群体结构, 可分为 4个子群体。整个群体 LD的延伸距离
为 23.6 cM [14]。
1.2 表型性状测定方法
分别在山东泰安的山东农业大学农场(2008—2010连
续 3 年)和安徽宿州紫芦湖农场(2010 年) 4 个田间条件下
种植, 采用完全随机区组设计, 2次重复, 行长 2 m, 行距
0.25 m。按当地小麦产量品种比较试验的要求进行田间管
理。成熟期小区混收。
收获后室温储藏 3个月, 用布勒实验磨(model-MLU
300 m/s Buhler, Uzwil, 瑞士)制粉。采用 WSB-IV型智能
白度测定仪测定面粉白度。用美能达 CR-310型色差计(日
本)测定面粉色泽(L*、a*、b*值), 以 L*、a*和 b*色空间
表示。L*为亮度(0表示黑色, 100表示白色), a*表示红–绿
方向, b*表示黄–蓝方向。每样品重复 5次, 每个环境下的
观测值为样品平均值。
1.3 数据处理和关联分析
使用 SAS 8.0 (SAS Institute Inc., Cary, NC, 美国)进行
方差分析(ANOVA)和相关性分析, 用 4 个环境的面粉色泽
(白度)平均值作相关分析。使用 TASSEL 2.0.1 (http://www.
maizegenetics.net/)计算 DArT 标记间的连锁不平衡(r2), 排
除稀有等位基因(f < 0.10)后进行 1000 次排列计算。用
Structure 2.0 计算群体结构数据, 由 TASSEL 2.0.1 计算
Kinship矩阵, 应用mixed linear model进行标记和性状之间
的关联分析。当标记的 P≤0.001时认为与性状存在关联。
2 结果与分析
2.1 面粉色泽(白度)的表型变异及参数之间的相关性
分别对 4 个环境下材料的面粉色泽和白度参数考察,
显示这个群体的表型具有丰富的多样性 , 在不同材料中
变异幅度较大, 但在不同环境间差异较小, 尤其是 2010
年 2个地点间差异更小。群体结构对面粉白度、a*和 b*
变异的解释率分别为 12.9%、21.2%和 14.6%, 而 L*受遗
传因素影响较小, 表型变异解释率仅为 7.3% (表 1)。除白
度和色泽 a*正相关外, 参数之间存在不同程度的负相关,
尤其是 b*与 a*和 L*有显著负相关(表 2)。

表 1 面粉色泽和白度的表型变异
Table 1 Phenotypic performance for flour color and whiteness
参数
Parameter
环境
Environment
最小值
Minimum
最大值
Maximum
平均值
Mean
遗传方差
VG
误差方差
VE
R2
E1 87.9 93.1 91.3 0.6 0.3 12.9
E2 82.1 93.7 91.9 1.1 0.3 4.6
E3 91.2 94.1 92.9 0.5 0.1 3.6
L*
E4 91.2 94.4 93.2 0.5 0.2 8.1

E1 –1.8 –0.1 –0.9 0.2 0.1 26.5
E2 –2.1 –0.6 –1.3 0.2 0.1 17.0
E3 –2.7 –1.0 –1.8 0.3 0.1 10.2
a*
E4 –2.6 –1.1 –1.7 0.3 0.1 31.2

E1 6.3 10.5 8.3 0.7 0.2 10.2
E2 5.4 11.5 8.6 1.0 0.4 11.2
E3 6.2 13.1 9.3 1.3 0.3 20.1
b*
E4 5.8 13.3 9.0 1.4 0.3 16.9

E2 67.9 82.3 75.9 2.5 0.4 9.6
E3 71.0 82.3 76.8 2.3 0.3 12.1
白度
Whiteness
E4 70.9 84.8 77.9 2.7 0.4 16.9
R2: 解释表型变异的比例。E1: 泰安-2008; E2: 泰安-2009; E3: 泰安-2010; E4: 宿州-2010。E1环境下白度数据缺失。
R2: percentage of phenotypic variation explained. E1: Tai’an-2008; E2: Tai’an-2009; E3: Tai’an-2010; E4: Suzhou-2010. Whiteness data
in E1 are missing.
2200 作 物 学 报 第 40卷

2.2 面粉色泽与白度的关联分析
利用各环境的数据独立寻找遗传关联, 在 P≤0.001 水
平上确定了 34 个标记–性状关联(marker-trait association,
MTA), 包括 20个分子标记, 分布在 1A、1B、3B、5A、6A、
6B、6D、7A 和 7B 染色体上, 对表型变异的解释率(R2)为
6.8%~18.1%。有 8个标记关联 2个性状, 其他 12个标记关
联单个性状; 除 3个标记在 3个环境、1个标记在 2个环境
中被重复检测到外, 其他均在单一环境下被检测到(表 3)。
表 2 面粉色泽与白度参数之间的相关性系数
Table 2 Pairwise correlation between flour color and
whiteness
参数
Parameter
白度
Whiteness
L* a*
L* –0.037
a* 0.038 –0.023
b* –0.038 –0.230* –0.590**
* P<0.05; **P<0.01.

表 3 与面粉色泽(白度)关联标记的染色体定位及其对表型变异的解释
Table 3 Chromosomal location and phenotypic variation explained of marker loci associated with flour color (whiteness)
白度 Whiteness L* a* b* 染色体
Chr.
DArT标记
DArT marker
位置
Position (cM) R2 (%) Env. R2 (%) Env. R2 (%) Env. R2 (%) Env.
wPt-9317 12.4 7.4* E4
wPt-731090 34.7 9.7* E2 8.5* E4
9.2* E3
1A
8.8* E4
wPt-3579 — 9.4* E1 8.4* E1
wPt-730156 15.9 10.2* E1
1B
wPt-2315 46.8 6.8* E1
3B wPt-11295 — 9.3* E1
5A wPt-7061 — 8.6* E1
6A wPt-1695 66.1 9.0* E2
wPt-6039 — 11.0* E1
wPt-6594 — 10.1* E1 7.9* E1
wPt-730273 288.7 13.7** E1
wPt-1437 — 8.8* E1
6B
wPt-3207 — 9.2 E2
wPt-666615 139.1 10.9* E2 6D
9.5* E3
wPt-1958 — 13.3** E1
wPt-0745 — 7.7* E1
7A
wPt-5533 221.8 8.5* E1 11.5* E1
wPt-1196 68.0 11.7** E1 11.9* E4
13.0** E2
18.1** E4
wPt-669693 68.9 8.5* E1 9.9* E4
12.1** E2
13.8** E4
7B
wPt-3710 — 8.8* E1 8.6* E1
R2: 解释表型变异的比例; Env: 环境; —: 遗传距离未知; E1: 泰安-2008; E2: 泰安-2009; E3: 泰安-2010; E4: 宿州-2010。*和**分
别表示 0.0001 < P ≤ 0.001和 P ≤ 0.0001水平显著关联。
R2: Percentage of phenotypic variation explained; Env: Environment; —: Genetic distance unknown; E1: Tai’an-2008; E2: Tai’an-2009;
E3: Tai’an-2010; E4: Suzhou-2010. * and ** indicate significant association at 0.0001 < P ≤ 0.001 and P ≤ 0.0001, respectively.

与面粉白度显著关联的标记共 4 个, 其中位于 1A 的
wPt-731090 在 3个环境中被检测到 , 位于 6D 的 wPt-
666615在 2个环境中被检测到。
与面粉色泽 L*显著关联的标记有 7 个, 在 1B 和 6B
染色体上均有多个标记位点(2个和 3个), 其中位于 6B的
wPt-730273的表型贡献率高达 13.7%。
检测到 6个与面粉色泽 a*显著关联的标记位点, 其中
位于 7B 的 wPt-1196 和 wPt-669693 都在 3 个环境下被重
第 12期 于海霞等: 小麦面粉色泽(白度)与 DArT标记的关联分析 2201


复检测到(P≤0.0001), 其表型贡献率平均值都超过 10%。
与面粉色泽 b*显著关联的标记位点最多, 共 10 个,
在 7A 和 7B 染色体上各有 3 个, 但所有标记仅在单一环
境中被检测到。7A上的 wPt-1958具有最高的表型解释率
(13.3%); 7B 上 wPt-1196t 也是 a*的关联标记; 其余标记,
如 wPt-731090 (1A)、wPt-6594 (6B)和 wPt-5533 (7A)也与
白度或 L*关联。7A 上遗传距离未知的 wPt-1958 与已定
位标记 wPt-5533 (221.8 cM)存在较强的 LD (r2 > 0.8), 这
2个标记均可视为在定位标记附近[17]。
3 讨论
面粉色泽是小麦磨粉品质和商品品质的主要指标 ,
面粉白度直接影响中国馒头和面条的外观品质。早期已有
许多面粉色泽的QTL研究, 本研究首次应用DArT标记和
关联分析探究面粉色泽(白度)的遗传基础, 这将有助于分
子标记辅助育种。我们发现关联标记大多集中在 1A、1B、
6B、7A和 7B上, 与以往 QTL定位结果吻合[2-4,7,13]。
本研究结果进一步证实色泽 b*与 a*和 L*有显著负相
关[7]。目前发现的面粉白度、色泽 L*和 a*相关 QTL较少,
所以研究 a*与 L*的遗传基础对获得理想的面粉色泽很重
要。本研究得到了 a*和 L*的大量 MTA, 其中主效位点
wPt-1196可解释色泽 a*变异的 18.1%, 且能在多个环境中
被检测到, 是一个值得深入研究的位点。此外仅检测到 1
个与白度和 b*关联的位点, 还需进一步研究。
关联结果与材料群体结构和试验环境高度相关 [15],
使用具有较高遗传多样性的材料 , 并在多个环境下重复
检测, 可有效减少误差。Bordes等[13]利用 803个标记, 在
来自世界各国的小麦群体中检测到与面粉色泽显著关联
的位点, 其中 wPt-6447为共同关联标记。本研究表明, 7B
上的 wPt-1196 和 wPt-669693 都在 3 个环境下与 a*和 b*
显著关联 , 且具有高的贡献率(18.1%), 可用于分子标记
辅助选择育种。
关联分析主要用于确定控制复杂性状且效应值较小
的 QTL[16]。面粉色泽是受微效多基因控制的数量性状。
Tsilo等[17]在 6条染色体(1A、1B、5A、5B、5D和 7B)上
发现了 QTL 簇, 单个标记的表型贡献率较小。本文确定
的关联标记与以往研究相比, 大多位于相同染色体, 但位
置不同。这可能与作图群体和试验环境、标记类型和数据、
分析方法, 以及图谱基因组覆盖率和标记密度等有关。
小麦面粉色泽主要由胚乳颜色确定 [18], 色泽组分包
括黄色素和棕色素等。黄色素是决定面粉颜色的主要组分,
同时具有一定的抗氧化功能 , 对慢性病有一定的抵抗功
效[19-20]。加强对黄色素的研究有助于对面粉色泽的理解。
另外 , 谷物蛋白含量和硬度等同样影响面粉色泽。蛋白
含量与色泽水平显著正相关 [21], 硬度通常与白度负相
关 [22-23]。探讨相关性状的遗传基础可能有助于理解色泽
的遗传机制。
面粉色泽(白度)的改良包括利用现有白度优良的品
种资源, 可采用传统杂交育种和现代生物技术相结合, 选
育白度优良的材料。本研究中, 携带优异位点或优异等位
变异的材料主要有矮丰 3号、鲁麦 23、孟县 201等[14], 广
大育种者在材料选择时可加以参考。
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