全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2009, 35(7): 1268−1273 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由引进国际先进农业科学技术计划(948 计划)项目[2006-G1(A)], 国家高技术研究发展计划(863 计划)项目(2006AA100104-3), 黑龙江省
博士后科研启动基金(LHK-04014)资助。
*
通讯作者 (Corresponding authors): 胡国华 , E-mail: Hugh757@vip.163.com, Tel: 0451-55199475; 陈庆山 , E-mail: qshchen@126.com, Tel:
0451-55191945
第一作者联系方式: E-mail: j444444@yahoo.cn
Received(收稿日期): 2008-10-30; Accepted(接受日期): 2009-03-23.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2009.01268
大豆导入系群体芽期耐低温位点的基因型分析及 QTL定位
蒋洪蔚 1,2 李灿东 1,2 刘春燕 1,2 张闻博 2 邱鹏程 2 李文福 1,2 高运来 1,2
胡国华 1,3,* 陈庆山 2,*
1 黑龙江省农垦科研育种中心, 黑龙江哈尔滨 150090; 2 东北农业大学农学院, 黑龙江哈尔滨 150030; 3 国家大豆工程技术研究中心,
黑龙江哈尔滨 150050
摘 要: 利用美国大豆品种 Clark (供体亲本)与主栽品种红丰 11 (轮回亲本)所构建的回交导入系, 经过严格的芽期耐
低温筛选鉴定, 得到 46个在芽期耐低温性状上明显超过轮回亲本的导入系个体。利用这套选择群体结合随机对照群
体和基因型分析, 通过基于遗传搭车原理的卡方分析和单向方差分析方法, 检测到分布于大豆 8个连锁群的 12个与
大豆芽期耐低温相关的 QTL。其中卡方分析检测到 9 个供体片段的超导入位点, 对芽期耐低温性状表现为正效应。
方差分析检测到 5 个位点, 也表现为正效应, 且其中 Satt237 和 SOYPRP1 两个位点是两种方法共同检测到的, 应视
为与耐低温直接相关的 QTL。本研究旨在创建大豆芽期耐低温分子育种的检测方法平台, 为大豆芽期耐低温研究提
供有用的分子标记。
关键词: 大豆; 导入系; 芽期; 耐低温; QTL定位
Genotype Analysis and QTL Mapping for Tolerance to Low Temperature in
Germination by Introgression Lines in Soybean
JIANG Hong-Wei1,2, LI Can-Dong1,2, LIU Chun-Yan1,2, ZHANG Wen-Bo2, QIU Peng-Cheng2, LI Wen-Fu1,2,
GAO Yun-Lai1,2, HU Guo-Hua1,3,*, and CHEN Qing-Shan2,*
1 Land Reclamation Research & Breeding Centre of Heilongjiang, Harbin 150090, China; 2 College of Agriculture, Northeast Agricultural University,
Harbin 150030 China; 3 The National Research Center of Soybean Engineering and Technology, Harbin 150050, China
Abstract: Northeast of China is the main soybean production area. Low temperature is one of the main factors to reduce soybean
yield and to limit soybean production spreading to north regions. Shortening the growth stage is considered as one way of solving
the problem, but the effective way is to breed cultivars with low temperature to tolerance. The identification of low-temperature
tolerance germplasm is the basis for soybean breeding. A set of backcross introgression lines were constructed with Hongfeng 11
as recurrent parent and Clark as donor parent, 46 individuals were screened out, which were more tolerant than recurrent parent
Hongfeng 11 under low temperature condition. Fifty individuals from BC1F4 were used as control (random population). Twelve
QTLs on eight linkage groups for tolerance to low temperature in germination were detected with genotype analysis by chi-test
and one-way ANOVA. Nine excessive-introgression alleles from donor parent with positive effect were acquired by chi-square
and 5 alleles by ANOVA. Satt237 and SOYPRP1 were detected by the two methods, so the two loci should be the main effect
QTL and more believable. Introgression lines were used for mapping QTL related with tolerance to low temperature in germina-
tion, and the molecular mechanism could be studied in the further research on the platform established in this study for molecular
assisted breeding.
Keywords: Soybean; Introgression lines; Germination stage; Low temperature tolerance; QTL mapping
低温是影响大豆产量及限制大豆种植区域北移
的主要因素之一。东北高纬度地区, 全年大豆生长
的有效积温少, 适宜大豆生长的季节短。缩短大豆
的生育期使其提早成熟, 以避开霜冻期, 是解决低
温问题的有效途径之一; 但是通过增强大豆发芽、
出苗耐低温能力, 提早播种出苗延长大豆的生育期
第 7期 蒋洪蔚等: 大豆导入系群体芽期耐低温位点的基因型分析及 QTL定位 1269


来维持或提高大豆的产量则更为人们所期待。因此,
获得耐低温材料、定位耐低温的 QTL并将其应用于
大豆的耐低温育种是解决这一问题最为直接有效的
方法。单彩云[1]利用人工气候箱控温 4℃发芽实验,
以相对发芽率作为耐低温指标, 将国内外 470 份大
豆资源分类, 其中耐低温型资源共 89 份; 胡国玉[2]
对大豆耐低温出苗性状进行研究, 获得 Satt562 和
Satt157两个与大豆耐低温出苗性状相连锁的 SSR标
记; 宋友等 [3]对早熟大豆芽期和苗期进行了耐寒性
鉴定 , 获得较好的耐寒性评价指标; 王萍等 [4]对大
豆花期低温进行研究结果表明大豆花期遇低温时二
粒荚和三粒荚的减少是造成大豆单株产量下降的主
要原因之一。但前人对大豆芽期耐低温 QTL的研究
还未见报道。
传统的定位材料通常遗传背景较复杂, 难以进
行精细的 QTL 定位, 更为重要的是, 定位群体往往
并非育种群体, 使 QTL定位同育种工作脱节。随着
分子标记技术和计算机生物统计软件的迅速发展 ,
分子标记辅助选择育种也逐渐走向成熟。导入系
(introgression lines, ILs)作为一种新的 QTL定位群体
和育种材料, 在番茄[5-7]、水稻[8-11]、玉米[12]、小麦[13]、
油菜[14-15]等作物上得到了较好的应用。理想状态下,
一个导入系基因组带有供体亲本染色体的一个小片
段, 而其他的则是轮回亲本的遗传背景。两个株系
之间的性状值的显著差异都可能因为导入株系的渗
入片段存在着差异 QTL。在田间试验条件下需要相
对较小的群体即可对性状进行鉴定[16], 这是利用导
入系材料做 QTL定位的理论基础。
本研究利用红丰 11和 Clark构建的回交导入系
群体为筛选材料, 在芽期进行低温筛选鉴定。利用
“遗传搭车作图”[17]的方法检测等位基因频率的显著
变化并结合方差分析和图示基因型定位耐低温相关
位点, 为大豆的耐低温分子辅助育种提供有用的材
料和信息。
1 材料与方法
1.1 回交导入系材料的构建
回交导入系材料的受体亲本是黑龙江主栽品种
红丰 11, 供体亲本是美国大豆品种 Clark。经单彩云
[1]试验筛选鉴定, 红丰 11为耐低温品种, Clark属中
间型品种, 其耐低温特性较红丰 11差。以受体亲本
为母本与供体亲本杂交获得杂种 F1, 并回交获得
BC1F1, 自交 3代, 混收 BC1F4种子。随机选取 1 200
粒 , 分为两份 , 取其中一份进行耐低温鉴定 , 另一
份为随机群体(种植及管理同一般大田)。本试验的群
体构建于 2004—2008年。
1.2 耐低温鉴定
根据导入系材料特点, 结合单彩云[1]和胡国玉[2]
的研究结果, 以发芽时间为指标, 对材料的耐低温
特性进行鉴定。根据前期预备试验的结果, 筛选温
度设为 6℃。将随机选取的 600粒种子用 1%的次氯
酸钠溶液消毒, 每个灭菌的培养皿中均匀摆放 20 粒,
培养皿中加灭菌水漫过种孔 , 上加盖滤纸 , 放入
20℃培养箱吸胀 12 h取出换水, 转入 6℃培养箱中。
5 d后每天同一时间调查发芽情况, 以较耐低温的轮
回亲本红丰 11为对照, 发芽情况好于对照的则视为
超亲材料, 记录发芽时间并繁殖, 共得到明显超亲
的个体 46个。
1.3 基因型分析
在随机群体中, 待超亲个体幼苗长出 4~5 片三
出复叶时, 随机选取 50株, 分别提取其基因组DNA。
根据大豆公共图谱[18]将大豆的 20条连锁群以 10 cM
左右的距离均匀分成 200 个区段。利用代表上述区
段的 230对多态性高的 SSR标记检测超亲个体的等
位基因导入频率。
1.4 数据分析
利用图示基因型分析软件 GGT32 (http://www.
dpw.wau.nl/pv/pub/GGT)对获得的基因型数据进行
分析, 观察片段导入情况。
利用获得的基因型数据对各个区段供体等位基
因频率与 BC1代预期值及随机群体的偏离情况进行
计算, 以卡方测验作近似的显著性检测, 显著水平
为 0.05。
利用 SAS PROC GLM, 对超亲个体的发芽时间
与标记基因型进行方差分析, 显著水平设置为 0.01。
2 结果与分析
2.1 等位基因导入频率分析
选取的 230 对引物中, 在两亲本中有差异的为
55对, 占引物总数的 23.9%, 其中在连锁群 D2和 E
上未找到差异引物。由于材料的自交世代较高, 导
入片段主要以纯合为主, 以基因加性效应起作用。
由于选择的关系, 较之随机群体, 选择群体具有更
大的导入频率波动范围(表 1)。
2.2 卡方检测及基因型分析
结合基因型分析 , 利用卡方检测作近似检验 ,
根据等位基因频率响应位点在选择群体中的总体表
1270 作 物 学 报 第 35卷

表 1 耐低温导入系的供体等位基因频率及其偏离
Table 1 Frequency and deviation of donor alleles in introgression lines from directional selection for low temperature tolerance
平均 Mean ± SD 变幅 Range 群体
Population
个体数
Number 频率 Frequency a χ2 频率 Frequency a χ2
选择群体 Selected population 46 0.319±0.168 9.24±15.31 0–0.782 0–69.600
随机群体 Random population 50 0.265±0.144 5.36±10.85 0–0.724 0–59.900
a为供体等位基因导入频率; 等位基因偏离的显著性检测 χ2值(df=1)。
a was donor allele frequency; χ2 value indicates the significance of allelic deviation with one degree of freedom (df=1).

现, 设置检测阈值为 0.05。在 18个连锁群上共检测
到分布在 A1、A2、C1、H、K、L、M和 N这 8个
连锁群上的 9 个区域呈现选择后导入频率的显著变
化, 即供体亲本片段导入较多(表 2)。
所检测到的位点可分为 2 类。第 1 类是由于群
体结构及获选群体规模的影响检测到的供体亲本的
超导入位点, 其中包括 A1、A2、C1、H、L、M、N
连锁群上的 Satt449、Sat-162、SOYGPATR、Satt353、
Satt541、Satt278、Satt323 和 Satt237。这些位点的
供体片段导入频率都明显大于理论值, 即随机群体
中的供体片段导入频率, 表现为供体片段的超导入,
因此这些位点上的供体片段对耐低温是有贡献的。
第 2 类是与理论导入频率相比并未表现超导入而较
之随机群体表现出的导入频率明显变大的位点, 即
K连锁群上的 SOYPRP1, 尽管这个位点并未表现出
导入频率明显高于理论值, 但表现出明显高于随机
群体的导入频率, 因此这些位点上供体片段对耐低
温也是有贡献的。
2.3 方差分析
通过对低温条件下种子发芽时间和基因型的方
差分析, 在 0.01的显著水平下共检测到 5个位点, 都
表现为供体片段的正效应。其中有 2个位点 Satt237
和 SOYPRP1 与卡方检测的位点一致, 都表现为供
体片段的超导入; 另外的 3个位点 Satt196、Satt201
和 Satt540的供体片段导入频率未发生明显变化, 因
此卡方检测不显著。
3 讨论
3.1 统计分析方法的选择
本研究利用回交得到的初级导入系材料, 在严格的
芽期低温胁迫下, 得到 46个明显优于轮回亲本的耐
低温导入系。获选群体较多地保留了与耐低温相关
的有利基因。由于该过程为定向选择, 会导致群体
规模小、等位基因偏离严重, 无法进行传统的连锁
作图分析。
根据群体遗传学原理, 当群体中发生与选择相

表 2 基于遗传搭车原理的 χ2测验及方差分析所检测到耐低温位点分布
Table 2 Distribution of low temperature tolerance loci by χ2 test and analysis of variances based on genetic hitch-hiking
QTL
随机群体
Random population

选择群体
Selected population

选择群体相对随机群体
Selected / random

选择群体方差分析
ANOVA of selected population

标记
Marker
连锁群
Group
频率
Frequency
χ2 频率
Frequency
χ2 χ2 F-value
Satt449 A1 0.25 0 0.49 14.03 14.13 –
Sat_162 A2 0.30 0.61 0.59 28.23 18.42 –
SOYGPATR C1 0.34 1.99 0.50 15.33 5.25 –
Satt353 H 0.13 3.53 0.49 14.13 52.70 –
Satt541 H 0.35 2.45 0.52 17.88 5.84 –
Satt278 L 0.25 0 0.49 14.13 14.13 –
Satt323 M 0.31 0.88 0.50 15.33 7.76 –
Satt237a N 0.17 1.57 0.41 6.28 18.78 8.37
SOYPRP1a K 0.18 1.20 0.36 2.97 10.10 12.15
Satt540 M 0.35 2.45 0.47 11.87 2.91 7.56
Satt196 K 0.28 0.20 0.37 3.53 1.85 9.58
Satt201 M 0.39 5.59 0.41 6.28 0.08 10.24
带 a的位点为 χ2测验与方差分析共同检测到的位点。
The loci with a are both detected by χ2 test and analysis of variances.
第 7期 蒋洪蔚等: 大豆导入系群体芽期耐低温位点的基因型分析及 QTL定位 1271




图 1 连锁群 H和 M的基因型图示及 QTL定位情况
Fig. 1 Graphic genotype and QTL mapping on linkage groups M and H

1272 作 物 学 报 第 35卷

关的等位基因替代时, 由于选择压力的作用, 有利
基因及其连锁位点频率上升, 而不利基因及其连锁
位点下降, 这一现象称为“遗传搭车”(genetic hitch-
hiking)效应[19]。利用这一原理更能快速有效地获得
优良材料及相关的 QTL位点, 对于材料的选择准确
性和目的性更强。因此, 本研究利用基于遗传搭车
原理的卡方测验并结合图示基因型的分析方法, 以
明确耐低温选择群体片段的导入情况并探索与耐低
温相关位点的检测方法。
但是, 作物的耐低温性较复杂, 已经证明同种
作物的同一品种在不同时期的耐低温遗传机制不同,
而且同一时期不同的鉴定标准得出的结果往往也存
在差异 [3], 因此 , 本研究对选择群体还进行了方差
分析, 以确保分析结果的可靠性。
研究中共检测到 12个耐低温相关位点, 卡方分
析检测到 9个位点, 方差分析检测到 5个位点, 2个
位点(Satt237和 SOYPRP1)为两方法共同检测到的。
这说明卡方检测到的部分位点确实与耐低温直接相
关。但是 , 一些方差分析检测到的位点(Satt196、
Satt201 和 Satt540)却没有被卡方分析检测到, 不存
在等位基因频率的显著偏离。因此这样的位点无法
利用简单的表型选择和通过改变群体的基因频率加
以改良[20]。
3.2 随机群体的使用
由于群体特性等原因, 导入系群体中的一些位
点未经选择也会表现相对于理论值的严重偏分离。
因此, 选择群体和随机群体的供体片段导入频率与
理论供体片段导入频率的卡方值只是用来反映选择
群体和随机群体在某些位点的偏分离程度, 是定位
耐低温位点的一个参考而并非依据, 而选择群体供
体片段导入频率与随机对照群体供体片段导入频率
的卡方值才是定位耐低温位点的依据。
相对于理论值, 随机群体的使用增强了所定位
到的超导入位点的可信度。所检测到的位点中有一
些确实为供体片段的超导入, 如H连锁群上的Satt442
位点, 导入频率达 78.2%, 与理论值的卡方值达 69.6,
但与随机对照群体在该位点上的导入频率没有显著
差别, 因此, 笔者不认为这类位点为耐低温相关位
点。还有一类位点, 其与理论导入频率相比并未表
现超导入, 而较之随机群体则表现为导入频率明显
变大 , 如 K 连锁群上的 SOYPRP1(方差分析检测
到)。由于这些位点供体片段导入频率的增大是耐低
温定向选择的结果, 且与随机群体在该位点的卡方
检测达到显著水平, 文中将这类位点归为耐低温相
关位点。但是这类位点卡方检测的显著性也可能与
随机群体的选择有关, 因此, 这类位点与耐低温是
否相关还有待进一步研究。
4 结论
利用基于遗传搭车原理的卡方测验和方差分析
实现了对芽期耐低温导入系群体的遗传定位分析 ,
共检测到 14个与耐低温性状相关的位点, 其中位于
连锁群 M 上的 Satt540, N 连锁群上的 Satt237 和 K
连锁群上的 SOYPRP1 是两种方法共同检测到的与
耐低温直接相关的 QTI。初步建立了大豆芽期耐低
温分子育种的检测方法平台, 同时相关标记将为大
豆芽期耐低温辅助选择提供有用的标记信息。
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