全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2010, 36(9): 1610−1614 http://www.chinacrops.org/zwxb/
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 (30771345), 教育部新世纪优秀人才支持计划项目 (NCET-06-0862)和国家“十一五”科技支撑计划项目
(2006BADB02-02)资助。
*
通讯作者(Corresponding authors): 陈新宏, E-mail: cxh2089@126.com; 吉万全, E-mail: jiwanquan2003@126.com
Received(收稿日期): 2010-01-18; Accepted(接受日期): 2010-04-17.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2010.01610
普通小麦-华山新麦草 1Ns二体异附加系的农艺性状和品质
赵继新 1 武 军 1 程雪妮 2 董 剑 1 陈新宏 1,* 刘淑会 1 杜万里 1
庞玉辉 1 杨群慧 1 吉万全 1,* 傅 杰 1
1西北农林科技大学农学院, 陕西杨凌 712100; 2西北农林科技大学生命学院, 陕西杨凌 712100
摘 要: 对新培育的普通小麦-华山新麦草 1Ns 二体异附加系 H9021-28-5 的农艺性状、面粉加工品质和籽粒矿物质
元素含量考察和测定表明, 与亲本 7182相比, 异附加系 H9021-28-5的株高、分蘖数、穗粒数、小穗数和结实率等性
状值显著降低, 籽粒重量和粒径等性状值显著升高, 条锈病抗性增强; 沉降值、稳定时间、弱化度、拉伸曲线面积等
品质指标得到显著改善, 籽粒中镁、铜、锌、钼等元素的含量显著提高。华山新麦草 1Ns 染色体对小麦部分农艺性
状、面粉加工品质指标和矿物质元素含量具有正向效应。
关键词: 普通小麦; 华山新麦草; 异附加系; 农艺性状; 品质
Agronomic and Quality Traits of a Wheat-Psathyrostachys huashanica 1Ns
Disomic Addition Line
ZHAO Ji-Xin1, WU Jun1, CHENG Xue-Ni2, DONG Jian1, CHEN Xin-Hong1,*, LIU Shu-Hui1, DU Wan-Li1,
PANG Yu-Hui1, YANG Qun-Hui1, JI Wan-Quan1,*, and FU Jie1
1 College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 2 College of Life Sciences, Northwest A&F University, Yangling
712100, China
Abstract: The 1Ns disomic addition line H9021-28-5 is the hybrid between common wheat (Triticum aestivum L.) and Psathyro-
stachys huashanica. The agronomic traits, processing quality, and mineral element contents of H9021-28-5 were investigated and
measured. Compared with the wheat parent 7182, H9021-28-5 appeared significantly lower plant height, smaller numbers of tiller
and spikelet, fewer grains per spike, and lower seed-setting ratio. However, the resistance to stripe rust was improved. The proc-
essing quality test showed that the sedimentation value, dough stability time, degree of softening, and extension area of
H9021-28-5 were significantly improved than those of its parent 7182. The contents of Mg, Cu, Zn, and Mo in H9021-28-5 grains
were significantly higher than those in 7182 grains. The results suggested that P. huashanica 1Ns chromosome might have a posi-
tive effect on some agronomic traits, flour processing properties, and contents of a few microelements.
Keywords: Triticum aestivum; Psathyrostachys huashanica; Alien addition line; Agronomic trait; Quality
小麦远缘杂交可以将小麦亲缘种属植物中优异基因
导入小麦, 从而改良小麦品种, 丰富小麦遗传多样性。前
人通过小麦与黑麦、偃麦草的杂交, 将黑麦的抗病和丰产
等性状、偃麦草的抗病和大穗多花等性状导入小麦中[1-2]。
小麦的麦谷蛋白和醇溶蛋白与小麦加工品质密切相关 ,
高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)赋予面团以弹性, 低分
子量麦谷蛋白亚基 (LMW-GS)和醇溶蛋白为面团提供延
展性 [3-5]。前人已对黑麦的黑麦碱基因 [6-7]、簇毛麦的
Glu-V1、Gli-V1、Gli-V2 和 Gli-V3 基因[8], 西尔斯山羊草
的 HMW-GS基因[9]等的加工品质效应进行了研究。
小麦亲缘种属植物还含有丰富的微量元素, 伴随外
源染色体或其片段的导入 , 可以提高小麦的矿物质元素
含量。目前对小麦亲缘植物矿物质元素含量的研究报道很
少, Cakmak 等[10]对一套小黑麦二体异附加系的锌利用效
率进行了深入研究。Chhuneja等[11]对黏果山羊草(Aegilops
kotschyi)和粗山羊草(Ae. tauschii)的铁和锌元素含量进行
了测定。Rawat 等[12]对培育出的普通小麦-黏果山羊草双
二倍体的铁和锌元素含量进行了分析。
华山新麦草(Psathyrostachys huashanica Keng.)是我
国一个特有种 , 为国家一类珍稀濒危植物和亟需保护的
农作物野生亲缘种, 具有抗寒、抗旱、耐瘠薄、早熟、优
质、矮秆、抗病等特点[13-16]。Dewey[17]和 Wang等[18]确认
第 9期 赵继新等: 普通小麦-华山新麦草 1Ns二体异附加系的农艺性状和品质 1611


新麦草属的染色体组为 Ns。陈漱阳等[13,19]首次获得华山
新麦草与普通小麦品种 7182 的杂种后代 H8911, 并培育
出一批小麦-华山新麦草的异附加系。傅杰等[20]、赵继新
等[21]、武军等[22]对 H8911 及其异附加系进行了分子细胞
遗传学等方面的研究。此外, 孙根楼等[23]也杂交获得普通
小麦-华山新麦草杂种后代; Kang 等[24]培育出 1 个小麦-
华山新麦草双二倍体材料 PHW-SA。目前, 对含有华山新
麦草 1Ns染色体异附加系的农艺性状、加工品质效应和矿
物质元素含量的研究还未见报道。
本课题组在前期研究中, 通过细胞学观察、基因组原
位杂交和聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定出 1 个携带华山新麦草
HMW-GS、LMW-GS 和醇溶蛋白基因的 1Ns 二体异附加
系 H9021-28-5[25]。本研究对该二体异附加系从农艺性状、
面粉加工品质指标和矿物质元素含量方面进行分析 , 以
期了解华山新麦草 1Ns 染色体及其 HMW-GS、LMW-GS
和醇溶蛋白基因对普通小麦的农艺性状、面粉加工品质和
矿物质元素含量的遗传效应。
1 材料与方法
1.1 供试材料
华山新麦草(P. huashanica)、普通小麦-华山新麦草
1Ns二体异附加系H9021-28-5及其亲本品种 7182 (引自河
南省农业科学院, 原名郑州 7182)、中国春和铭贤 169 (感
条锈病)均由本课题组保存。
1.2 农艺和籽粒性状调查
2008 年在西北农林科技大学试验地按顺序排列种植
1Ns 异附加系 H9021-28-5 及其小麦亲本 7182。试验地肥
力均匀一致, 设 2次重复。每个重复种植 20行, 行长 1.5 m,
行距 20.5 cm。田间观察记载幼苗习性、株型; 随机选取
10个单株, 在室内考察株高、穗长、小穗数、分蘖数、穗
粒数和结实率。利用 Perten SKCS 4100型谷物特性分析仪
对材料的各 300粒种子的籽粒重量、长度、粒径和硬度等
性状指标进行测定, 计算平均值, 采用随机区组试验统计
分析方法(t测验)分析各性状值的差异显著性。
1.3 条锈病抗性鉴定
在西北农林科技大学植保学院进行, 田间种植每材
料 4 小区, 分别接种条中 31 号、条中 32 号、条中 33 号
和水原 11-4条锈菌小种, 待感病品种铭贤 169充分发病后,
记录各材料对各小种的反应型, 严重度和普遍率。收获各
小区全部种子, 用于面粉加工品质指标测定。
1.4 加工品质分析
根据 AACC(1995)26-21A的方法, 采用 Buhle实验磨
制粉, 出粉率约 70%。采用 AACC(1995)56-6lA方法测定
籽粒蛋白质含量和 Zeleny沉降值; 采用 AACC 56-81B方
法测定降落值, 取其平均值; 用 50 g 面粉, 按照 AACC
(1995)54-21 方法, 采用德国 Brabender 公司的粉质仪测
定粉质参数 ; 按照 AACC(1995)54-10 方法 , 采用德国
Brabender公司的拉伸仪测定拉伸参数。
1.5 矿物质元素含量分析
参照 Tracy 等[26]的方法, 对样品用硝酸—高氯酸进
行联合消煮 , 用电感耦合等离子发射光谱 (inductively
couples plasma optical emission spectrometry, ICPOES)分
析钙、镁、钾、磷、硫等常量元素和铁、锌、锰、铜等微
量元素的含量, 并换算成干重样品的养分含量。对华山新
麦草和小麦品种 7182各测定 2个样, 取其平均值, 异附加
系测定 5 个样, 取平均值, 并利用新复极差法(LSR 法)比
较平均值的差异显著性。
2 结果与分析
2.1 异附加系 H9021-28-5的农艺性状
异附加系 H9021-28-5 的幼苗半匍匐, 株型较紧凑,
穗子为白色, 长芒, 穗为纺锤形, 这些性状与其小麦亲本
7182 基本一致。表 1 表明, 异附加系 H9021-28-5 与其小
麦亲本 7182 相比, 株高、分蘖数、小穗数、穗粒数和结
实率等性状值均显著降低。
与其小麦亲本 7182相比, 异附加系 H9021-28-5的籽
粒重量、长度、粒径和硬度等指标均有一定程度的提高,
其中籽粒重量和粒径的提高达到显著水平(表 2)。说明华山
新麦草的 1Ns 染色体对小麦的籽粒重量和粒径等性状值
具有显著促进作用。
小麦亲本 7182 对条中 31号小种表现高抗, 对条中
32号小种表现中抗, 对条中 33号和水原 11-4小种表现中
高感, 而异附加系H9021-28-5对条中 31号小种表现免疫,
对条中 32 号小种表现中抗, 但严重度和普遍率比其亲本
高, 对条中 33号和水原 11-4小种表现中高抗。说明异附
加系 H9021-28-5除了对条中 32号小种的抗条锈病性有所
减弱外, 对其他 3 个小种的抗条锈病性均有所增强, 尤其
对条中 31号小种免疫(表 3)。

表 1 异附加系 H9021-28-5及其小麦亲本 7182的农艺性状
Table 1 Agronomic traits of alien addition line H9021-28-5 and its wheat parent 7182
材料
Material
株高
Plant height
(cm)
穗长
Spike length
(cm)
分蘖数
Tiller number
小穗数
Spikelet number
穗粒数
Grains per spike
结实率
Seed-seting rate
(%)
H9021-28-5 64.4±2.2 a 6.7±0.6 a 7.1±1.6 a 17.4±2.3 a 45.5±4.8 a 65.6±5.2 a
7182 71.9±1.4 b 8.5±0.7 a 10.9±2.1 b 18.9±2.6 b 61.0±6.5 b 80.6±3.9 b
数据为 2个生物学重复各 10个单株的平均值。标以相同字母的同栏值在异附加系与小麦亲本间差异不显著(P<0.05)。
Data are the means of each 10 individuals from 2 biological replicates. Values within a column marked with the same little are not sig-
nificantly different (P< 0.05).
1612 作 物 学 报 第 36卷

表 2 异附加系 H9021-28-5及其小麦亲本 7182的籽粒性状
Table 2 Grain traits of alien addition line H9021-28-5 and its wheat parent 7182
材料
Material
籽粒重量
Grain weight (mg)
籽粒长度
Grain length (mm)
粒径
Grain diameter (mm)
硬度
Hardness
H9021-28-5 41.5±5.05 a 4.46±0.65 a 3.38±0.28 a 94.3±9.2 a
7182 32.8±6.81 b 3.92±0.46 a 2.83±0.23 b 93.8±8.6 a
数据为 300粒平均值。标以相同字母的同栏值在异附加系与小麦亲本间差异不显著(P<0.05)。
Data are the means of 300 grains. Values within a column marked with the same little are not significantly different (P< 0.05).

表 3 异附加系 H9021-28-5及其小麦亲本 7182的条锈病抗性调查
Table 3 Strip rust resistance of alien addition line H9021-28-5 and its wheat parent 7182
反应型 Reaction type 严重度 Severity (%) 普遍率 Prevalence rate (%) 材料
Material CYR31 CYR32 CYR33 Su11-4 CYR31 CYR32 CYR33 Su11-4 CYR31 CYR32 CYR33 Su11-4
7182 1 2 4 3 20 20 40 5 80 80 100 100
H9021-28-5 0 2 2 1 0 40 20 5 0 100 80 100
Mingxian 169 4 4 4 4 60 60 80 40 100 100 100 100

2.2 异附加系 H9021-28-5的面粉加工品质指标
异附加系 H9021-28-5比小麦亲本 7182, 在 Zeleny沉
降值和降落数值上都有较大的提高 , 在蛋白质含量和灰
分指标上有一定的增加; 面团形成时间和稳定时间均有
明显的提高, 弱化度明显降低; 随着醒面时间的延长, 异
附加系及其亲本面团的拉伸曲线面积和最大拉伸阻力都
逐渐升高, 而延伸度都逐渐降低, 且在不同醒面时间, 异
附加系 H9021-28-5 在拉伸曲线面积、最大拉伸阻力和延
伸度指标上均比其小麦亲本 7182明显提高(表 4)。说明华
山新麦草 1Ns 染色体对小麦面粉加工品质指标具有正向
效应。
2.3 异附加系的矿物质元素含量
在 15 种测试矿物质元素中, 除钼含量外, 其余元素
含量均比普通小麦 7182及异附加系 H9021-28-5高。其中,
铁、钙、铝、钛的含量比 7182和 H9021-28-5高 2倍以上。
异附加系 H9021-28-5 中, 除铁、钾、钠和硒元素含量低
于双亲, 磷、镁、钼元素含量高于双亲外, 其他 8 种元素
含量均介于双亲之间, 尤其是镁、铜、锌、锰和钼的含量
比 7182明显提高(表 5)。说明附加华山新麦草 1Ns染色体
后, 可使小麦亲本的部分微量元素含量显著增加。
3 讨论
王益等[27]研究表明, 中国春 ph2b突变体与华山新麦
草属间杂种 F1 的衍生后代植株总体偏高, 平均旗叶长表
现为超亲优势, 衍生后代部分植株对条锈病和赤霉病具
有一定的抗性。张艳等[28]研究表明, 小麦-大麦 2H附加系
和代换系的农艺性状都比中国春有不同程度的改善, 2H
附加系的籽粒硬度表现超亲。本研究表明, 异附加系的株
高、分蘖数、小穗数、穗粒数和结实率等性状值, 比其小
麦亲本 7182 均显著降低 , 籽粒重量和粒径 , 比其亲本

表 4 异附加系 H9021-28-5及其小麦亲本 7182的品质指标
测定结果
Table 4 Quality parameters of H9021-28-5 and its wheat
parent 7182
品质指标
Quality parameter
H9021-28-5 7182
蛋白质含量 Protein content (%) 12.4 11.0
灰分含量 Ash content 0.59 0.56
Zeleny沉降值 Sedimentation value 26.5 14.8
降落值 Falling number (s) 624.5 558.0
面团形成时间 Development time (min) 3.0 2.3
稳定时间 Stability time (min) 3.1 1.9
弱化度 Degree of softening (FU) 91 122
拉伸面积 Extension area (cm2) 40 30
延伸性 Extensibility (mm) 205 202
最大拉伸阻力 Maximum resistance (BU) 124 114


表 5 异附加系 H9021-28-5及其亲本的矿物质元素含量
Table 5 Microelement contents of H9021-28-5 and its parents (mg kg−1)
材料
Material
Ca Mg K P S Na Cu Zn Fe Mn Al B Mo Se Ti
P.huashanica 1320 a 1580 b 5600 a 4500 a 2400 a 20.38 a 7.49 a 59.88 a 132.84 a 56.00 a 83.82 a 1.65 a 0.44 c 0.063 a 3.15 a
H9021-28-5 625 b 1730 a 4783 c 4517 a 1828 b 16.20 b 5.76 b 35.31 b 43.25 b 51.03 b 8.39 c 1.11 b 0.78 a 0.021 c 0.17 b
7182 560 b 1480 c 4900 b 3900 a 1790 b 16.43 b 4.66 c 31.26 c 45.73 b 45.81 c 12.41 b 0.98 b 0.52 b 0.034 b 0.28 b
亲本数据为 2次重复的平均值; 异附加系数据为 5次重复的平均值。标以相同字母的同元素值在材料间差异不显著(P<0.05)。
Means of both parents are based on two replicates, and means of alien addition line are based on five replicates. Means within a column
marked with the same little are not significantly different (P< 0.05).
第 9期 赵继新等: 普通小麦-华山新麦草 1Ns二体异附加系的农艺性状和品质 1613


7182 均显著升高; 异附加系对小麦条锈病的总体抗性得
到了增强。说明华山新麦草的 1Ns染色体对小麦的部分农
艺性状具有正向的改良作用。
黑麦 1R染色体的引入, 在提高小麦抗病性和丰产性
的同时, 引起小麦品种的面筋质量显著降低, 面条品质显
著变劣[6-7]; 簇毛麦 1V染色体上的 Glu-V1和 Gli-V1位点
对小麦的籽粒蛋白质含量和 SDS-沉降值有明显的提高作
用[8]; 含有西尔斯山羊草 Glu-Ss1和 Gli-Ss1基因的异附加
系, 其面粉 SDS-沉降值和谷蛋白聚合体含量显著高于其
亲本小麦[9]; 含有大麦 2H 染色体的材料在蛋白质含量、
氨基酸含量、沉淀值等指标上都表现出了较好的遗传正效
应[28]。本研究表明, 异附加系 H9021-28-5比其亲本 7182,
在沉降值、蛋白质含量、面团形成时间、稳定时间、拉伸
面积、最大拉伸阻力、延伸度等品质指标上均得到明显提
高。此外, 本课题组的前期研究已证明, 该异附加系携带
有华山新麦草的麦谷蛋白(HMW-GS、LMW-GS)和醇溶蛋
白基因 , 由于小麦胚乳中的麦谷蛋白和醇溶蛋白的数量
及其组成是影响小麦面粉加工品质的主要因素[4-5], 由此
推断, 异附加系 H9021-28-5 面粉加工品质指标改善的主
要原因可能是华山新麦草 1Ns 染色体上的 HMW-GS、
LMW-GS 和醇溶蛋白基因的影响 , 说明华山新麦草的
HMW-GS、LMW-GS 和醇溶蛋白基因对小麦面粉的加工
品质指标具有正向遗传效应 , 这些基因可作为小麦品质
改良的重要外源基因加以研究和利用。
黑麦染色体可提高普通小麦的锌利用效率, 尤其 1R
和 7R染色体附加系的锌利用效率最高, 黑麦的 1R 和 7R
染色体上可能含有锌效率控制基因 [12]; 黏果山羊草(Ae.
kotschyi)和粗山羊草(Ae. tauschii)的 Fe、Zn含量显著高于
栽培小麦, 是富集 Fe、Zn 的潜在种质资源[13], 黏果山羊
草含有特殊的铁、锌元素吸收遗传体系, 可用于普通小麦
高铁、锌营养品质的遗传改良[14]。本研究表明, 华山新麦
草的 14种矿物质元素含量均比普通小麦高, 其中铁、钙、
铝、钛元素含量高出近 2 倍以上。异附加系 H9021-28-5
的 11 种元素含量比受体亲本 7182 明显提高, 其中, 镁、
铜、锌、锰和钼等元素含量显著提高。说明, 附加华山新
麦草 1Ns染色体后, 可显著提高小麦的镁、铜、锌、锰和
钼等元素的含量, 华山新麦草的 1Ns 染色体上可能含有
控制这些矿物质元素含量的基因 , 华山新麦草可能也含
有特殊的部分矿物质元素高效吸收的遗传体系 , 可作为
改良小麦矿物质元素含量及营养品质育种的潜在种质资
源和重要野生亲缘物种加以利用。
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