全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2008, 34(8): 1484−1488 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

基金项目: 引进国际先进农业科学技术计划(948计划)项目(2006-G2); 国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2006AA100102); 江苏省博士后
科研资助计划项目(0702011C)
作者简介: 张平平(1977–), 男, 博士, 从事小麦遗传育种研究。Tel: 025-84390298; E-mail: pp_zh@126.com
*
通讯作者(Corresponding author): 马鸿翔。Tel: 025-84390300; E-mail: mahx@jaas.ac.cn
Received(收稿日期): 2007-12-21; Accepted(接受日期): 2008-03-14.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2008.01484
宁麦 13选系的遗传多样性及品质差异
张平平1 马 庆1,2 钱存鸣1 马鸿翔1,*
(1 江苏省农业科学院农业生物技术研究所, 江苏南京 210014; 2 扬州大学生物科学与技术学院, 江苏扬州 225009)
摘 要: 系统选择是新品种选育的有效方法, 也是修饰育种的重要途径, 群体内剩余变异和天然杂交是系统选择的
来源基础。为探讨其分子生物学基础, 利用 25对 SSR引物对宁麦 13的 65个选系进行了位点多态性分析。结果表明,
每位点的遗传多样性指数为 0~0.57, 平均遗传多样性指数为 0.08, 仅有 9对引物呈现多态性, 从基因型水平为系统选择
提供了理论依据。对宁麦 13的 9个选系的分析表明, 硬度基因型全部表现为 Pina-D1a/Pinb-D1b, Pinb-D1b 可能来源于
天然异交。角质度受环境影响大, 遗传力较低, 应结合角质度和硬度基因标记辅助选择提高籽粒品质的早代选择效
率。系统选择可对重要农艺或品质性状进行改良。
关键词: 系统选择; SSR标记; 遗传多样性; 品质
Genetic Diversity and Quality Difference of Systemic Selective Lines in
Ningmai 13
ZHANG Ping-Ping1, MA Qing1,2, QIAN Cun-Ming1, and MA Hong-Xiang1,*
(1 Institute of Agricultural Biotecnology, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, Jiangsu; 2 College of Bioscience and Biotech-
nology, Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu, China)
Abstract: Systemic selection is an effective method for wheat (Triticum aestivum L.) breeding. A set of 25 SSR primers located
on 21 wheat chromosomes were used to investigate the genetic diversity of 65 lines derived from Ningmai 13. Simpson diversity
index (Hi) ranged from 0 to 0.57 with an average of 0.08 per primer, which is a powerful evidence for systemic selection. Only 9
out of 25 were polymorphic primers. Nine lines originated from Ningmai 13 characterized with Pina-D1a/Pinb-D1b, and
Pinb-D1b might come from natural cross. Horniness was significantly affected by environments, and horniness and hardness gene
detection should be used in kernel quality selection together. Systemic selection should be useful for agriculture and quality char-
acter improvement.
Keywords: Systemic selection; SSR markers; Genetic diversity; Quality
系统选择作为一种简便有效的育种方法, 在作物育
种中发挥了重要作用。徐勇等[1]分析了建国 40 多年育成
的小麦品种 , 系统选择法育成的品种占推广品种总数的
15%左右。随着育种水平的提高, 通过系统选择育成品种
的数量有所减少[2], 但其有效性仍然存在[3-4]。如 2006 年
国审小麦品种中有 4 个品种来自系统选择 (http://www.
cnpvp.com/)。系统选择作为新品种选育和品种种性提高的
手段, 是修饰育种的重要途径。事实上, 大面积应用品种的
原种生产都经历了系统选择过程[5]。随着分子标记技术的
发展, 基因型分析已成为育种中表型选择的可靠依据[6-7]。
我单位育成的宁麦 9, 具有高产、稳产、优质和适应性广
的优良特点, 但株型散乱、抗倒性差、千粒重较低(约 35 g)
制约了其进一步推广应用。通过对宁麦 9的系统选择, 相
继获得的宁麦 13 和宁麦 14, 明显提高了植株抗倒性和籽
粒商品性等性状。本研究即以SSR标记评价宁麦 13 选系
的遗传多样性, 并对其 9个选系进行了硬度基因和品质性
状检测 , 以期了解育成品种的遗传多样性和品质性状的
变异, 为通过系统选择改良品种提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
用于系选后代遗传多样性评价的材料为宁麦 13原原
第 8期 张平平等: 宁麦 13选系的遗传多样性及品质差异 1485


种的 65 个选系。用于硬度基因检测和系选后代品质分析
的材料为宁麦 13 的 9 个穗选群体, 分别为宁 13-11、宁
13-21、宁 13-34、宁 13-23、宁 13-24、宁 13-25、宁 13-12、
宁 13-22 和宁 13-35。其中, 2006 年秋播前经籽粒性状调
查, 宁 13-11、宁 13-21、宁 13-34、宁 13-23、宁 13-24和
宁 13-25表现为粉质, 宁 13-12、宁 13-22和宁 13-35表现
为角质。宁麦 9作为对照, 表现为粉质。随机选取苗期每
份粉质材料 5个穗行, 每份角质材料 3个穗行, 每穗行随
机选取 3 个叶片混合, 用于提取 DNA。成熟期收获对应
穗行的籽粒样本, 用于品质分析。
1.2 DNA提取及 SSR检测
参考Saghai-Maroof等[8]的CTAB法提取DNA。利用分
布于 21 条染色体的 25 对SSR引物对 65 个选系进行位点
多态性分析(引物名称及序列略)。SSR引物根据Röder等[9]
发表的Xgwm系列。PCR扩增及电泳分析参考任丽娟等[10],
20 μL反应体积中包括 1×buffer, 1.5 mmo1 L−1 MgC12, 2.0
mmo1 L−1 dNTPs, 250 μmol L−1引物, 50~100 ng模板DNA,
1 U Taq polymorase。反应程序为 94 2 min, 94 1 min, ℃ ℃
50~60 1 min, 72℃ ℃ 1 min, 36个循环, 72℃延伸 4 min。
PCR反应产物以 6%变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测, 恒定
功率 80 W电泳 2 h后银染, 并对胶板扫描成像。
1.3 硬度基因 Pina和 Pinb等位变异检测
参考Gautier等[11]的方法鉴定Pina-D1基因。若扩增产
物为 330 bp的片段则为pina-D1a(野生型), 无扩增条带为
pina-D1b(突变型)。
参考Tranquili等[12]的方法鉴定Pinb-D1基因。扩增产
物经Bsr B1酶切, 若产生 300 bp的片段则为Pinb-D1a (野
生型), 若产生 200 bp的片段则为Pinb-D1b(突变型)。扩增
产物经Pvu II酶切, 若产生 447 bp的片段则为Pinb-D1c(突
变型)。
1.4 品质性状测定
观察宁麦 13的 9个选系籽粒的角质度, 经SKCS单籽粒
谷物特性测试仪 (Perten Instruments North America Inc.,
Springfield, IL)测定籽粒硬度和含水量。用Branbender Junior
实验磨按AACC (1995) 26-50制粉[13], 出粉率约 50%~55%。
用近红外分析仪(Foss 1241, Högänas, Sweden)测定面粉蛋白
质含量, 按 54-40A测定和面仪参数[13]。
1.5 统计分析
以SSR检测结果分析遗传多样性。凝胶电泳结果有带记
为 1, 无带记为 0, 构建引物扩增结果的 0/1 数据库。每位点
的Simpson多样性指数Hi=1−∑Pij2, 平均遗传多样性指数
He=∑Hi/n, 其中Pij表示第i个位点上第j个等位变异的频率,
n为检测位点的总数。
采用 Statistical Analysis System(SAS Institute, 1997)软件
进行品质性状的基本统计量和显著性检验(LSD)分析。
2 结果与分析
2.1 SSR分子标记多态性分析
25个 SSR标记对宁麦 13的 65个选系进行多样性分析
后共检测出 34个等位变异, 每个位点的等位变异数在 1~2之
间, 平均为 1.36(图 1)。仅有 9对引物呈现多态性(两个等位变
异), 分别是 Xgwm 003、Xgwm 052、Xgwm 060、Xgwm 133、
Xgwm 148、Xgwm 159、Xgwm 328、Xgwm 459和 Xgwm 480。
每位点的 Simpson多样性指数(Hi)为0~0.57, 平均遗传多样
性指数(He)为 0.08。Xgwm 159、Xgwm 328和 Xgwm 480的
遗传多样性指数较高, Hi值分别为 0.57、0.53和 0.49。表明宁
麦13株系间仍存在遗传多样性, 可能存在有价值的剩余变异,
这些剩余变异有可能与重要的农艺性状或品质性状有关。



图 1 宁麦 13 65个选系的 SSR位点多态性检测
Fig. 1 SSR loci diversity detection of 65 systemic selective lines
of Ningmai 13

2.2 系选后代籽粒性状观察和硬度基因型检测
对宁麦 13 的 9 份系选后代共 39 份穗行材料的籽粒
进行观察, 穗行间无角质和粉质区分, 都表现为半角质。
表明角质度遗传力低, 受环境影响较大。9 份材料硬度基
因型全部为 Pina-D1a/Pinb-D1b(突变型), 无 Pinb-D1c 的
突变型(图 2), 而宁麦 9号(对照)为 Pina-D1a/Pinb-D1a(野
生型), 突变位点可能来源于天然异交。
2.3 系选后代的品质性状比较
表 2表明, 蛋白质含量、和面仪和面时间和 8 min带
宽是综合反映面筋质量最关键的指标。部分品系间差异达
显著水平, 如千粒重变幅达 7.9 g, 除宁 13-21 和宁 13-22
外, 其余各品系的千粒重都明显高于宁麦 9。宁 13系选后
代的硬度值显著高于宁麦 9, 这是宁麦 13 硬度基因为
Pina-D1a/Pinb-D1b(突变型)所致。面粉蛋白和和面时间变
幅分别达 1.4%和 1.37 min, 表明在系选后代中仍能对蛋
白质含量和面筋强度两个性状进行选择。
相关分析表明(结果未列出), 蛋白质含量与面筋强
度相对独立, 这与所有品系的蛋白质含量均较低有关; 硬
度与蛋白质含量以及和面时间相关亦不显著。如宁 13-35
硬度值为 76, 和面时间为 2.91 min, 而宁 13-22硬度值和
和面时间分别为 68和 4.18 min。因此, 硬度、蛋白质含量
和面筋强度这 3 个影响加工品质最关键的性状具有相对
独立性, 在品质育种早代需根据目标分别选择。

1486 作 物 学 报 第 34卷



图 2 Pina(A)和 Pinb(B)等位基因检测
Fig. 2 Allele detection of Pina (A) and Pinb (B)
M: DL 2000; CK: Ningmai 9; 1–5: Ning 13-11; 6–10: Ning 13-21; 11–15: Ning 13-34; 16–20: Ning 13-23; 21–25: Ning 13-24; 26–30: Ning
13-25; 32–34: Ning 13-12; 35–37: Ning 13-22; 38–40: Ning 13-35.

表 2 宁麦 13系选后代品质性状
Table 2 Quality traits of lines from Ningmai 13
品系
Line
千粒重
1000-grain weight (g)
硬度
Hardness
面粉蛋白
Flour protein content (%, 14%)
和面时间
Peak time (min)
8 min带宽
8 min width (%)
宁 13-11 Ning 13-11 42.4 70 9.9 2.81 11.7
宁 13-21 Ning 13-21 38.0 71 10.3 3.46 11.8
宁 13-34 Ning 13-34 45.0 75 10.1 3.40 13.1
宁 13-23 Ning 13-23 41.4 68 9.9 4.12 12.3
宁 13-24 Ning 13-24 41.4 69 10.5 3.62 12.0
宁 13-25 Ning 13-25 42.4 64 9.1 2.90 11.5
宁 13-35 Ning 13-35 41.9 76 10.2 2.91 12.7
宁 13-12 Ning 13-12 40.6 69 9.7 3.93 11.6
宁 13-22 Ning 13-22 37.1 68 9.9 4.18 13.2
宁麦 9 Ningmai 9 (CK) 39.1 40 10.1 3.82 9.41
变幅 Range 7.9 12 1.4 1.37 1.7
LSD0.05 6.9 7.3 1.1 1.30 3.8
各性状值为平均值, 其中宁 13-11、宁 13-21、宁 13-34、宁 13-23、宁 13-24 和宁 13-25 为 5 个穗行的平均值; 宁 13-12、宁 13-22 和宁
13-35为 3个穗行的平均值; 宁麦 9为对照。
Average values are showed in table. Ning 13-11, Ning 13-21, Ning 13-34, Ning 13-23, Ning 13-24 and Ning 13-25 are averaged from 5 spike
lines; Ning 13-12, Ning 13-22, and Ning 13-35 are averaged from 3 spike lines; Ningmai 9 is the control.

3 讨论
系统选择是获得优良品种的有效方法之一, 在品种育成
初期, 由于剩余变异和天然杂交等原因, 其原始群体内个体
间许多重要经济性状均存在遗传差异, 系统选择可使许多性
状上的缺陷得到改良或使优良的性状得到加强[4-5]。徐勇等[1]
认为, 保持原始群体多数性状原有的水平, 针对主要缺点对
个别性状进行选择的纯系育种有较大潜力。虽系统选择在品
种改良中发挥了巨大的作用, 但仍未利用现有的分子生物学
手段从基因型水平对其探讨, 也未对系选材料的品质性状差
异进行研究。宁麦 9 杂交组合为扬 86-17×西凤, 经集团选择
法在F7进入鉴定圃, 在宁麦 9号原种生产中, 我们选择了部分
优良穗系, 经 5 个世代的选择淘汰获得了千粒重和植株抗倒
伏等性状表现较好的品系宁麦 13(宁 0078)。尽管宁麦 13选系
内的遗传多样性(He = 0.08)远低于品种间的遗传多样 性
[6 ,14] , 但仍从分子水平支持了系统选择获得优良品系的可
能性, 系统选择可作为当前修饰育种的重要途径。宁麦 13的
9 个系选后代硬度基因全部为 Pina-D1a/Pinb-D1b, 而对宁
麦 9 硬度基因的多次检测都表现为 Pina-D1a/Pinb-D1a。
由于宁麦 13 在株高、茎秆强度、千粒重、叶形、抗病性
以及面筋强度等诸多农艺性状和经济性状都明显区别于
宁麦 9, 因此硬度基因的突变位点及选系间的差异可能来
源于天然异交。天然异交给系统选择提供了更多机会。
目前籽粒品质的选择仍以角质度为依据, 角质度主
要受环境因素影响 , 是反映籽粒透明程度的一项重要指
标, 遗传力较低[15-16]; 而硬度主要受位于 5D染色体短臂的
主效基因 (Ha)控制和多个微效基因控制 , 遗传力较
高[17-19]。Sourdille等[18]研究表明, 位于 5DS的主效基因可
解释总变异的 63.2%。周艳华等[20]也表明, 角质度与硬度
之间存在一定相关性 , 同一环境下可以用角质率大致反
映硬度大小, 而不同环境下二者相关性较低。本研究进一
第 8期 张平平等: 宁麦 13选系的遗传多样性及品质差异 1487


步表明 , 使用角质度在早代进行软麦和硬麦的选择准确
度较低, 需充分利用分子标记辅助选择。美国爱达荷州立
大学的软麦育种计划就在F1(或BC1)代开始对硬度基因
(Pina/Pinb)进行辅助选择[21]。国内虽对小麦硬度进行了大
量的研究 [20,22-24], 但仍待加强分子标记辅助选择在软质
小麦育种中的应用。
以品质改良为目标的早代选择中, 常认为高蛋白质
含量、高角质度与高面筋强度紧密相关。但诸多研究
[20,25-26]和我们的实践都发现 , 经过多代选择后经常并非
如此, 这与我们的育种目标、对亲本特性的了解以及品质
检测评价方法有关。如对弱筋软麦的选择, 我们仍以蛋白
质含量和SDS沉降值为主, 并辅以角质度, 其中蛋白质含
量和SDS沉降值更多反映的是蛋白质数量 , 对面筋强度
(蛋白质质量)的选择本身就具有偏差, 而角质度的遗传力
更低 , 若对软麦最关键的硬度和磨粉品质没有进行有效
选择, 获得优质品系的机会则较小。因此, 在育种计划中
要根据明确的育种目标, 选用适合的评价选择方法。

致谢：感谢中国农业科学院作物科学研究所国家小麦改良
中心在品质性状测定方面给予的帮助。
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