全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2012, 38(2): 369373 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2011CB100100)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 郑有良, E-mail: ylzheng@sicau.edu.cn
第一作者联系方式: E-mail: chenzhenhong817@163.com
Received(收稿日期): 2011-06-16; Accepted(接受日期): 2011-10-12; Published online(网络出版日期): 2011-12-01.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20111201.0923.017.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2012.00369
普通小麦对仓储害虫玉米象的抗性 QTL分析
陈振鸿 1 李 俊 1,2 魏会廷 2 刘亚西 1 李朝苏 2 邓 梅 1 李净琼 1
王际睿 1 魏育明 1 杨武云 2 郑有良 1,*
1四川农业大学小麦研究所, 四川成都 611130; 2四川省农业科学院作物研究所, 四川成都 610066
摘 要: 以普通小麦品种川农 16与人工合成小麦衍生品种川麦 42为亲本构建了含有 127个株系的重组自交系(RIL)
群体, 将 2008和 2009年收获的种子用玉米象(Sitophilus zeamais)虫卵进行接种, 并于 2009年 11月开始储藏, 次年 8
月和 10月进行虫害调查。利用复合区间作图法(CIM)对 RIL群体的抗虫性进行 QTL定位分析。在 2008年收获群体
中检测到位于 3B、2D和 3D染色体的 3个 QTL, 贡献率依次为 10.2%、8.5%和 8.3%; 在 2009年收获群体中检测到
位于 3D 和 4B 的 2 个 QTL, 贡献率分别为 8.5%和 11.3%。位于 3D 染色体 Xbarc6Xgwm112 标记区间内的 QTL 在
年度间重复检测到, 贡献率为 8.3%~8.5%, 抗性位点来自川农 16。
关键词: 普通小麦; QTL定位; 玉米象抗性
Resistance QTL Mapping Analysis for Storage Pest Sitophilus zeamais in
Wheat
CHEN Zhen-Hong1, LI Jun1,2, WEI Hui-Ting2, LIU Ya-Xi1, LI Chao-Su2, DENG Mei1, LI Jing-Qiong1,
WANG Ji-Rui1, WEI Yu-Ming1, YANG Wu-Yun2, and ZHENG You-Liang1,*
1 Triticeae Research Institute, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China; 2 Crop Research Institute, Sichuan Academy of Agricultural
Sciences, Chengdu 610066, China
Abstract: Quantitative trait loci (QTLs) associated with Sitophilus zeamais resistance were identified using a population (127 re-
combined inbred lines) from wheat cross Chuannong 16×Chuanmai 42. In a stimulated storage environment, adult, larva, and egg of
S. zeamais were artificially fed with wheat seeds harvested in 2008 and 2009, respectively. Five QTLs located on chromosomes 3B,
2D, 3D, and 4B were detected with phenotypic contributions of 10.2%, 8.5%, 8.3%, 8.5%, and 11.3%, respectively. The QTLs lo-
cated between Xbarc6 and Xgwm112 on chromosome 3D were identified in seeds from both growing years, which explained
8.3–8.5% of the phenotypic variance. The positive allele on this locus was from parent Chuannong 16.
Keywords: Common wheat; QTL mapping; Resistance to Sitophilus zeamais
玉米象(Sitophilus zeamais)属鞘翅目象甲科, 是世界
性储粮害虫, 对储粮的储备量和质量造成重大危害[1]。玉
米象主要以谷物种子为食 , 属于钻蛀性害虫 , 目前常采
用熏蒸剂 PH3防治, 但由此产生的抗药性、杀虫剂残留、
虫害再猖獗问题已经很明显 [2]。因此研究和应用抗虫基
因、选育抗虫品种、避免或减少虫害的影响, 以及改善小
麦储藏环境, 对有效防治这一害虫有重要的实践意义。
在国外, Gruden等[3]和Matsumoto等[4]通过对玉米象
的消化基因与谷物种子相互关系的研究, 揭示了作物种
子内抑制因子对象鼻虫的影响; Araujo等[5]和 Anselme等
[6]分别从杀虫剂的抗虫机制以及玉米象体内细菌的免疫
机制对玉米象的抗性进行了研究; García-Lara 等[7-8]使用
玉米 CML290 × Muneng-8128 C0 HC1-18-2-1-1的 F2群体
构建遗传图谱, 对抗虫相关的多个性状进行 QTL 定位,
为分子标记辅助选择育种提供了理论依据。在国内, 小麦
对仓储害虫抗性的研究尚属起步阶段。
近年来, 四川农业大学小麦所和四川省农业科学院
作物研究所先后育成多穗型品种川农 16和重穗型人工合
成小麦衍生品种川麦 42, 具有优良的农艺性状和抗病虫
害特性 [9-10], 用其杂交获得的重组自交系(RIL)是研究相
关农艺性状的良好材料, 并已有多项报道[11-12]。本研究利
用这 2个品种构建的 127份RIL群体鉴定玉米象抗性QTL,
370 作 物 学 报 第 38卷


以了解小麦对玉米象的抗虫性遗传机制, 寻找可用于育
种的抗性位点。
1 材料与方法
1.1 植物材料
重组自交系由四川省农业科学院作物科学研究所用
川麦 42 和川农 16 杂交, 采用单粒传法构建而成(127 个
F8代株系)[13]; 2008—2009年连续 2个生长季在四川广汉
种植川麦 42、川农 16及其 RIL群体。田间按照随机区组
设计, 3次重复, 小区面积 5 m2, 采用免耕、撬窝穴播、稻
草覆盖栽培方式。RIL群体及其分子数据由四川省农业科
学院作物研究所提供。
1.2 玉米象鉴定及抗虫性分析
储藏物中 3 种象虫是指谷象(S. granaries)、米象(S.
oryzae)和玉米象(S. zeamais)。后二者在国内曾混称为玉
米象, 1975 年以后加以区分, 谷象成虫无后翅, 不能飞,
前胸背板上的刻点椭圆形, 鞘翅单一褐色, 发亮, 这 3 条
特征清晰可见, 容易识别。米象和玉米象十分近似, 较难
区别; 本研究中主要使用光学显微镜对米象和玉米象雄
虫阳茎和雌虫 Y 型骨片进行区分, 最终确定象鼻虫的种
类为鞘翅目象甲科玉米象(图 1-A)。
从两年度收获的 RIL 群体的种子中各取 200 粒密装
于编织口袋中, 并放入玉米象成虫、卵和各个时期的幼虫,
混合均匀存于一个较小的储藏室 , 模拟种子储藏环境 ,
2009 年与 2010 年温度和相对湿度分别为 25℃±1℃和
75%±5%。种子自 2009年 11月起开始储藏, 参照 García-
Lara 等[7]的方法对被咬食种子数进行统计, 种子表面有
孔洞即认为被玉米象侵害, 在 2010年 8月和 10月各统计
一次 , 抗虫系数为被咬食种子数占种子总数的比例; 用
SPSS v17软件统计分析表型数据。
1.3 遗传图谱的构建
选用覆盖小麦全基因组的 1 912个 SSR 和 SRAP 标
记, 用亲本普通小麦川农 16 和人工合成小麦衍生品种川
麦 42 筛选出多态性标记。采用 MapMaker/Exp3.0[14]软件
标记定位, 选用 Kosambi 函数[15]将标记间的重组交换率
转换为遗传图距单位(cM), 构建分子连锁图谱, 包含 205
个 SSR标记和 24个 SRAP标记。该图谱总长 3 271.5 cM,
其中 A、B、D基因组长度分别为 1 368.8、1 254.4和 648.3
cM。
1.4 QTL分析
采用 CTAB 法提取各材料的基因组 DNA。按李俊
等[9]的方法进行 PCR扩增和 SDS-PAGE电泳, 按 Bassam
等[16]的方法银染。利用分子标记构建的连锁遗传图谱及
复合区间作图法(CIM)[17], 以 QTL Cartographer 2.5 软件
分析 QTL。将 LOD值 2.5设为阈值。遵循 McCouch等[18]
提出的原则命名 QTL。
2 结果与分析
2.1 RIL群体抗虫性的表现
2008—2009年收获种子中, 亲本川农 16的抗虫系数
均为 17.5%, 亲本川麦 42分别为 25.0%和 73.0%; 抗虫频
率在 RIL群体中呈连续分布 , 均偏向于亲本川农 16, 变
异幅度为 1.5%~85.5% (表 1 和图 2), 其中编号 1-55 和
1-105 的 RIL 为抗虫和不抗虫的极端品系(图 1-B, C)。2
年的数据显著相关(P<0.05), 相关系数为 0.188 (表 1)。
2.2 RIL群体抗虫性的 QTL分析
两年共检测到 5 个与重组自交系抗虫性有关的 QTL
(表 2 和图 3), 贡献率为 8.3%~11.3%。其中, 在 2008 年

图 1 部分储藏种子及玉米象的扫描图
Fig. 1 Scanning pictures about seeds and Sitophilus zeamais
A: 玉米象; B: 抗虫株系 1~55种子; C: 不抗虫株系 1~105种子。
A: Sitophilus zeamais; B: Seeds of resistant lines 1 to 55; C: Seeds of susceptible lines 1 to 105.

表 1 亲本及 RIL群体 2008年和 2009年的抗虫系数
Table 1 Resistance coefficients of parents and RILs population in 2008 and 2009 (%)
亲本 Parent 重组自交系 RIL 收获年份
Harvest year 川农 16 Chuannong 16 川麦 42 Chuanmai 42 均值 Mean 变异范围 Range 标准差 SD
2008 17.50 25.00 20.13 1.557.5 27.26
2009 17.50 73.00 30.25 3.585.5 32.91
两年度相关系数为 0.188 (P < 0.05)。Correlation coefficient was 0.188 (P < 0.05) between the two years.
第 2期 陈振鸿等: 普通小麦对仓储害虫玉米象的抗性 QTL分析 371



图 2 RIL群体抗虫系数在 2008 和 2009年的分布频率
Fig. 2 Frequency distribution of resistance coefficient of RIL population in 2008 and 2009

表 2 RIL群体储藏期抗虫性 QTL两年的分析结果
Table 2 Resistance QTLs identified in 2008 and 2009 using RIL population
年度
Year
QTL 染色体
Chromosome
标记区间
Marker interval
LOD 加性效应
Additive effect
贡献率
Phenotypic contribution (%)
2008 qRSZ-3B-1 3B Xsrap12a–Xsrap5 3.2 8.2 10.2
qRSZ-2D-2 2D Xbarc144–Xbarc153 2.5 7.6 8.5
qRSZ-3D-3 3D Xbarc6–Xcfe172 2.7 7.5 8.3
2009 qRSZ-3D-4 3D Xcfe172–Xgwm112 2.8 8.5 8.5
qRSZ-4B-5 4B Xwmc238–Xgwm495 3.4 9.8 11.3
加性效应正值表示增强成株抗虫性的等位变异来自亲本川农 16, 负值表示增强成株抗虫性的等位变异来自亲本川麦 42。
Positive values of additive effect indicate that alleles from Chuannong 16 increase the resistance to S. zeamais adult, and negative values indi-
cate that alleles from Chuanmai 42 increase the resistance.

图 3 RIL群体的抗虫性 QTL图谱
Fig. 3 Molecular genetic linkage map of pest resistance based on the RIL population

372 作 物 学 报 第 38卷


和 2009年的 3D染色体 Xbarc6–Xcfe172区段和 Xcfe172–
Xgwm112 区段分别检测到 1 个 QTL, 即 qRSZ-3D-3 和
qRSZ-3D-4, 其贡献率分别为 8.3%和 8.5%。2008 年检测
到 qRSZ-3B-1、qRSZ-2D-2 和 qRSZ-3D-3 的总贡献率为
27.1%。2009年检测到 qRSZ-3D-4和 qRSZ-4B-5的贡献率
分别为 8.5%和 11.3%。两年中贡献率超过 10%的 QTL有
2个。这些结果表明, 小麦在储藏期间抗虫性受多个有加
性效应的基因控制, 而基因的效应相对较小。
3 讨论
García-Lara 等[7-8]以玉米 163 份 CML290 (感虫)×
Muneng-8128 C0 HC1-18-2-1-1 (抗虫)的 F2为群体对玉米
象抗性进行研究, 根据玉米象对种子的物理损伤和种子
本身的各种化学组成成分性状进行 QTL 定位, 发现玉米
种子对玉米象的抗性机制涉及蛋白、纤维和各种种皮细胞
壁的酚醛酸化合物和过氧化物酶, 且加性基因效应显著。
García-Lara 研究发现, 影响玉米象抗性性状的发现对分
析遗传变异和增加玉米种植资源的效率有很大帮助。与玉
米象抗性性状有关的 QTL 与环境的互作显著。在玉米象
抗性的分子标记辅助选择育种(MAS)之前 , 应对一个更
广范围的环境和其他的抗性资源进行作图研究。特别是在
玉米象复杂抗性和在测量费用高的情况下, 研究结果可
为 MAS 的实用性提供依据。同时, 热带玉米中与玉米象
抗性有关的 QTL 的发现将能够提高育种工作者开发遗传
变异和增加玉米抗储藏害虫的有效性进而增加谷物的安
全性。本研究表明小麦在储存过程中的抗虫性为数量遗传
性状, 这与前人[8]的研究结果相一致。
利用 2 年收获的小麦种子, 我们定位了与小麦储藏
期抗玉米象的 5 个加性 QTL, 但每个 QTL 的基因效应均
相对较小, 有 2 个 QTL 能解释 10%以上表型变异, 最大
表型贡献率为 11.3%, 说明小麦对玉米象的抗性由多个微
效基因位点控制。Zhuang等[19]发现 QTL对环境敏感, 不
同性状的 QTL 稳定性不同, 遗传力高的性状在不同环境
中更容易被检测到。本研究发现的位于染色体 3D 的
Xbarc6 至 Xcfe172 和 Xcfe172 至 Xgwm112 区段的 2 个
QTL (qRSC-3D-3和 qRSC-3D-4)在 2008年和 2009年收获
的种子中均被检测到, 而且这 2个 QTL的位置相对较近。
这 2 个位点可作为小麦抗虫性分子标记辅助育种的候选
基因。
在 García-Lara 等[8]的研究中, 玉米象危害玉米的 5
个 QTL (LOD=2.5)定位于玉米第 2、第 5、第 6、第 7和
第 10染色体, 其中贡献率最小为 2.7%, 最大为 9.9%, 加
性效应为–4.43~ –0.26。在本研究中, 共发现 5 个 QTL
(LOD=2.5)与玉米象危害有关, 位于小麦第 2、第 3和第 4
染色体上, 其表型贡献率最小为 8.3%, 最大为 11.3%, 加
性效应为–9.84~8.47。经小麦与玉米染色体同源比对[20-21],
小麦第 2染色体对应玉米第 2、第 10和第 4、第 5连锁群,
第 3染色体对应第 3、第 8连锁群, 第 4染色体对应第 1、
第 5和第 1、第 9连锁群。可见, 抗玉米象 QTL在 2种作
物中出现了位点重复, 说明谷物对仓储害虫可能具有多
个相同的抗性位点, 且在小麦中检测到的 QTL 的加性效
应和贡献率明显高于玉米。但是, 在小麦有重复出现抗性
位点的第 3 染色体上并未找到与其具有相对应同源关系
的玉米染色体的抗性位点, 这说明不同谷物对仓储害虫
的抗性存在一定的差异, 具有谷物各自的特点。
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