全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2008, 34(1): 17−24 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

基金项目: 国家高技术研究发展计划(863 计划)项目(2006AA10Z115); 引进国际先进农业科学技术计划(948 计划)项目(2006G-2); 国家重点基
础研究发展计划(973计划)项目(2002CB111300)
作者简介: 杨燕(1976– ), 博士, 主要从事小麦分子生物学研究。
* 通讯作者(Corresponding author): 夏兰琴。Tel: 010-68918741, E-mail: xialq@mail.caas.net.cn
Received(收稿日期): 2007-06-13; Accepted(接受日期): 2007-08-22.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2008.00017
四个小麦抗穗发芽分子抗性标记有效性的验证与评价
杨 燕1,2 赵献林2 张 勇1 陈新民2 何中虎2 于 卓1 夏兰琴2,*
(1内蒙古农业大学生物工程学院, 内蒙古呼和浩特 010018; 2中国农业科学院作物科学研究所, 北京 100081)
摘 要: 成熟期穗发芽是一种世界性灾害, 严重影响小麦品质和产量。本试验利用已报道的 4 个与穗发芽抗性相关
的标记, 即 STS标记 MST101、STMS标记 wmc104、QTL位点 Xgwm155与 Vp1B3, 结合穗发芽率分析,对 95份中国
小麦地方品种和历史品种的穗发芽抗性进行筛选, 旨在从中筛选出抗穗发芽品种, 并对这 4 个分子标记的有效性进
行比较, 筛选出可用于种质资源筛选和分子标记辅助育种的高效分子标记。结果表明, Vp1B3 和 Xgwm155 与穗发芽
抗性相关, 而 MST101 和 wmc104 与穗发芽抗性无关。比较而言, Vp1B3 更能有效地用于筛选穗发芽抗性品种, 但将
Vp1B3和 Xgwm155结合起来筛选抗穗发芽小麦品种, 会提高选择效率。
关键词: 普通小麦; 穗发芽; 分子标记; Vp1B3; Xgwm155; MST101; wmc104
Evaluation and Validation of Four Molecular Markers Associated
with Pre-Harvest Sprouting Tolerance in Chinese Wheats
YANG Yan1,2, ZHAO Xian-Lin2, ZHANG Yong2, CHEN Xin-Min2, HE Zhong-Hu2, YU Zhuo1,
and XIA Lan-Qin2,*
(1 College of Biology Engineering, Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot 010018, Inner Mongolia; 2 National Wheat Improve-
ment Center, Institute of Crop Sciences / The National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic Improvement, Chinese Academy
of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China)
Abstract: Pre-harvest sprouting (PHS) of wheat (Triticum aestivum L.) reduces the quality and economic value of the grain.
Increasing PHS tolerance is one of the most important objectives in wheat breeding. In this study, three PHS tolerance- associated
markers MST101, wmc104, and Xgwm155, as well as Vp1B3, which was developed in our previous study, were employed to
evaluate 95 Chinese landraces and historical varieties, aimed at assessing the efficiency of these markers in selecting genotypes
with higher PHS tolerance. Among the 95 genotypes tested, 57, 19, and 19 accessions had germination indexes (GI) less than 30%,
30%–60%, and over 60%, respectively. The relationships between the variation of the PCR products of the four markers and the
germination indexes of the tested accessions were analyzed. Variations at Vp1B3 and Xgwm155 were associated with PHS resis-
tance, but not the STS marker MST101 and STMS marker wmc104. Whereas Vp1B3 was more effective than Xgwm155 for se-
lecting PHS resistant varieties, the selection efficiency would be greatly improved by use of both markers.
Keywords: Bread wheat; Pre-harvest sprouting; Molecular marker; Vp1B3; Xgwm155; MST101; wmc104
小麦成熟期穗发芽是一种世界性的小麦灾害 ,
严重影响品质和产量, 对白粒小麦危害尤为严重。
穗发芽后的小麦α-amylases活性提高 , 导致淀粉水
解, 面粉的降落值降低, 烘烤品质变差[1-2]。种子休
眠水平是决定小麦穗发芽抗性强弱的一个主要遗传
因素[3-4], 有关种子的休眠机制和破眠机制研究已经
有很多报道[2]。
利用分子标记辅助选择技术培育穗发芽抗性品
种是降低小麦穗发芽损害的重要途径。尽管已有许
多关于穗发芽抗性标记的报道, 但是, 由于影响穗
18 作 物 学 报 第 34卷

发芽抗性的因素很多, 例如GA含量、种皮性状和穗
部形态等[3-5], 目前尚没有一种标记能有效地应用于
辅助育种。Atsushi和Yoichi[6]利用SSR技术构建基因
图谱, 在 4AL染色体发现了一个与休眠性相关的主
效QTL, 在温室种植的条件下能解释 43.3%的表型
变异, 但在大田种植条件下却与表型相关不显著。
另外两个与种子休眠性状相关的QTL QPhs.ocs-3A.1
和QPhs.ocs-3A.2分别被定位到 3A的短臂和长臂[2]。
QPhs.ocs-1 可 以 解 释 23%~38% 的 表 型 变 异 ,
QPhs.ocs-3A是个微效QTL, 与种子的破眠相关。
Lohwasser等 [7]利用一套重组自交系的作图群体在
4A染色体长臂和 3A染色体短臂上发现了两个与穗
发芽抗性相关的QTL, 但这两个QTL还需要进一步
在不同的环境条件下进行有效性验证。另外, 还在
4A染色体上发现一个QTL位点与中等穗发 芽抗性
高度相关[8]。红色种皮与种子的休眠性相 关[9-11]。
控制种皮颜色的R基因是类黄酮合成途径的一个转
录调节因子[12], 定位在 3A、3B和 3D染色体的长臂
上, R基因可以提高种子的穗发芽抗性[13]。此外, 还
发现了与种皮颜色相关的Phs 基因, 穗部形状相关
的Hd基因、B1 基因和B2 基因[14], 以及位于 2DL染
色体与穗型相关的C位点[15]和位于 2B及 2D染色体
上与种皮吸水特性相关的分子标记[16]。
用红粒品种SPR8198(抗穗发芽 )和白粒品种
HD2329(穗发芽敏感)的杂交后代群体开发出与穗发
芽抗性相关的STMS (sequence-tagged micro-satellite
site) 标 记 wmc104 和 STS (sequence-tagged site)
MST101, 分别位于 6B和 7D染色体[17]。另外一个与
穗发芽抗性相关的主效QTL, QPhs.ccsu-3A.1位于第
三染色体的长臂上, 与Xgwm155 紧密连锁, LOD值
达 9.58能解释 78.03%的表型变异[18]。
Vp-1 基因在种子的成熟、干燥及休眠过程中起
关键作用[3,5,19-20]。研究玉米Vp-1突变体时发现Vp-1
有两个主要功能: 一是促进胚成熟, 二是加速胚休
眠, 抑制其萌发 [5]。另外在转基因燕麦种子中发现
AfVp1 cDNA的表达提高了燕麦的休眠性和穗发芽
抗性[21]。Vp1B3 是我们开发的与穗发芽抗性相关的
STS标记 , 在抗穗发芽品种中扩增出 845-bp或
569-bp的片段类型, 在穗发芽敏感的品种中扩增出
652-bp的片段类型。Vp1B3被定位到 3B染色体长臂,
能对不同品种的穗发芽抗性进行有效筛选[22]。
本研究利用 95份中国地方品种和历史品种, 选
用了 4 种穗发芽抗性标记 Vp1B3、MST101、wmc10
和 Xgwm155 来比较其在分子标记辅助育种中的有
效性。
1 材料和方法
供试材料为 95 份具有不同穗发芽抗性的小麦
品种, 其中引进品种、地方品种和历史品种分别占
11.8%、68.2%和 20.0%(表 2)。在 2000—2001 年和
2001—2002 年度, 将小麦品种分别种植于北京和郑
州, 行长 2 m, 行距 0.3 m, 收获时没有发生病害和
穗发芽损害。所有数据引自肖世和等[26]。
1.1 穗发芽抗性试验
用发芽指数GI值衡量小麦的穗发芽抗性。取蜡
熟期种子, 在 25℃下放置 1周后手工脱粒, HgCl2消
毒, 将种子胚向上腹沟向下摆放在吸水纸上, 置于
25℃下发芽。从发芽试验的第 2 天起, 每天统计发
芽数。种子的发芽率用发芽指数表示[23]:
GI= 1 2 3 4 77 6 5 4 ... 1
7
n n n n n× + × + × + × + + ×
×种子总数 ×%
其中n1, n2,⋯⋯n7是种子第 1天、第 2天⋯⋯到
第 7天每天的发芽数。设置 3次重复。
1.2 穗发芽抗性标记
本试验共选用 4 个穗发芽抗性标记 , 分别为
Vp1B3、MST101、wmc104和 Xgwm155, 详见表 1。
表 1 本研究中选用的 4 种标记明细
Table 2 Four markers associated with PHS tolerance employed in this study
标记
Marker
序列
Sequence (5–3)
染色体
Chromosome
参考文献
Reference
Vp1B3 (STS) Forward: TGCTCCTTTCCCAATTGG Reverse: ACCCTCCTGCAGCTCATTG 3BL Yang et al.
[22]
Xgwm155(QTL) Forward: CAATCATTTCCCCCTCCC Reverse: AATCATTGGAAATCCATATGCC 3AL Kulwal et al.
[18]
MST101(STS) Forward: CCACCATGAAGACCTTCC TC Reverse: ACCTTGCATGGGTTTAGCTG 7D Roy et al.
[17]
WMC104(STMS) Forward: TCTCCCTCATTAGAGAGTTGTCCA Reverse: ATGCAAGTTTAGAGCAACACC A 6B Roy et al.
[17]
第 1期 杨 燕等: 四个小麦抗穗发芽分子抗性标记有效性的验证与评价 19


1.3 DNA的提取和 PCR扩增
用CTAB法从种子中提取基因组总DNA[24]。每
种基因型取 3 粒种子分别提取DNA, 目的是能够使
结果准确地代表种子的基因型。50 μL PCR反应体系
中包括PCR buffer、125 μmol L−1 dNTP、8 pmol上下
游引物、2.0 U的Taq酶和 100 ng的模板 DNA。PCR
扩增程序为: 94℃预变性 5 min, 36个循环包括 94℃
变性 1 min, 标记Vp1B3和Xgwm155均为 60℃退火
1 min, 标记MST101 54℃退火 1 min, 标记wmc104
退火温度从 61℃开始, 每一循环降低 0.25℃, 72℃延
伸 1 min, 最后 72℃延伸 10 min。Vp1B3的PCR产物
用 2.0%的琼脂糖凝胶电泳检测, 其他 3 个标记的
PCR产物用 6%的聚丙烯酰胺凝胶电泳检 测[25]。
1.4 数据统计分析
采用 SAS Institute 1997版本的 PROC MIXED
数据统计方法, 把每一种标记所扩增出的不同类型
片段的品种分成不同的基因簇, 计算平均值, 然后
比较每一标记中不同基因簇与其 GI 平均值的差异
显著性。STS标记 Vp1B3扩增出 569和 652 bp两种
类型的片段; 另 1个 STS标记MST101扩增出 400 bp
和 425 bp 两种类型的片段; STMS 标记 wmc104 和
SSR标记 Xgwm155分别扩增出 A、B、C和 D四种
类型的片段。用 SAS PROC CORR 来统计两年 GI
平均值(2点、2个重复)的相关性。
2 结果与分析
2.1 发芽指数
根据发芽指数(表 2), 95份品种大致分为三种类
型, 57 份 GI 值小于 30%的感穗发芽品种, 19 份 GI
值居于 30%~60%为中抗穗发芽品种; 19 份 GI 值大
于 60%为高抗穗发芽品种。95 份品种的 GI 值在年
份间具有显著的相关性(r=0.898, P<0.0001), 但是少
数品种如上海籽黄、石家庄 407 和燕京白芒等在两
年间 GI 变化较大, 在 2001 年表现为中抗穗发芽,
2002年则感穗发芽, 两年GI值的平均值和偏差分别
为 35.14±29和 31.8±30。
2.2 4个不同穗发芽抗性标记的有效性验证
2.2.1 STS标记 Vp1B3 STS标记 Vp1B3在 95
份品种中共扩增出两种类型的片段。在 GI 值小于
30%的 57份品种中, 有 38份扩增出 569 bp片段, 19
份扩增出 652 bp片段; 在 GI值大于 60%的 19份品
种中, 仅有2份扩增出569 bp片段, 17份扩增出652 bp
片段; 在 GI值为 30%~60%的 19份品种中有 9份扩
增出 569 bp片段, 10 份扩增出 652 bp 片段(表 2、
图 1)。数据分析表明, 扩增出 569和 652 bp片段的两
类品种的GI值差异显著(F=8.99, P<0.0035); 与扩增出
652 bp 片段的品种相比, 扩增出 569 bp 片段的品种

表 2 95 份不同穗发芽抗性小麦品种和 4 种标记的检测结果(GI值来自肖世和等[26])
Table 2 PHS tolerance of 95 cultivars and their amplification products with the employed markers (GI data were from Xiao et al. [26])
GI×100 品种
Variety 2001 2002
Average
GI×100
Vp1B3
(STS)22
Xgwm155
(SSR)18
MST101
(STS)17
wmc104
(STMS)17
白葫芦头 Baihulutou — 0 0.0 652 B 425 B
UC 0 1 0.5 652 A 425 A
早洋麦 Zaoyangmai 1 1 1.0 652 C 425 A
武农 99 Wunong 99 2 1 1.5 569 D 425 A
许跃 6号 Xuyue 6 2 2 2.0 569 A 425 A
大青芒 Daqingmang 6 1 3.5 652 D 400 B
克壮 Kezhuang 3 4 3.5 652 B 400 B
安选 2号 Anxuan 2 5 3 4.0 569 B 425 A
内乡 173 Neixiang 173 4 4 4.0 569 D 425 A
小偃 5号 Xiaoyan 5 2 7 4.5 569 D 425 A
烟农 15 Yannong 15 9 1 5.0 569 — — —
白壳早 2号 Baikezao 2 9 1 5.0 652 B 425 B
西昌 5762 Xichang 5762 5 6 5.5 569 B 425 A
内乡 19 Neixiang 19 6 6 6.0 569 D 425 B
平原 50 Pingyuan 50 11 1 6.0 652 D 400 A
郑州 683 Zhengzhou 683 8 5 6.5 569 B 425 A

20 作 物 学 报 第 34卷

续表 2
GI×100 品种
Variety 2001 2002
Average
GI×100
Vp1B3
(STS)22
Xgwm155
(SSR)18
MST101
(STS)17
wmc104
(STMS)17
郑州 742 Zhengzhou 742 5 9 7.0 652 D 425 A
百农 3217 Bainong 3217 3 12 7.5 652 A 425 A
克群 Kequn 15 1 8.0 569 B 425 A
西农 6028 Xinong 6028 6 10 8.0 569 B 425 D
兰花麦 Lanhuamai 10 7 8.5 652 A 425 B
陕早 1号 Shaanzao 1 9 8 8.5 652 B 425 A
郑州 761 Zhengzhou 761 9 12 10.5 569 D 400 A
洛阳大口麦 Luoyang-dakoumai 13 9 11.0 652 — 425 —
薄地犟 Bodijiang 11 11 1.0 569 D 425 C
碧玛 1号 Bima 1 16 9 12.5 652 A 400 B
乾农 4号 Qiannong 4 9 16 12.5 652 B 400 D
孟麦 4号 Mengmai 4 9 17 13.0 569 C 425 C
双丰收 Shuangfengshou 20 6 13.0 569 D 400 A
内乡 36 Neixiang 36 13 14 13.5 569 A — C
大荔 52 Dali 52 26 2 14.0 652 B 400 B
郑州 17 Zhengzhou 17 17 13 15.0 569 D 425 A
武农 132 Wunong 132 14 16 15.0 652 C 400 B
宝鸡 42 Baoji 42 14 16 15.0 569 D 400 B
跃进 5号 Yuejin 5 20 11 15.5 569 A 400 B
川 484-769 Chuan 484-769 12 19 15.5 569 B 400 C
西昌
2043-117
Xichang
2043-117 12 19 15.5 569 B 425 B
小偃 4号 Xiaoyan 4 23 9 16.0 569 B 425 A
红和尚 Hongheshang 30 3 16.5 652 C 425 D
青春 2号 Qingchun 2 16 17 16.5 652 B 425 A
山农 17 Shannong 17 19 14 16.5 652 C 425 B
蚰子麦 Youzimai 24 10 17.0 652 B 425 A
内乡 5号 Neixiang 5 24 10 17.0 569 D 425 A
咸农 68 Xiannong 68 26 9 17.5 569 D 400 A
西北 612 Xibei 612 26 10 18.0 569 B 400 A
濮阳 5号 Puyang 5 22 14 18.0 652 C 425 C
信阳 12 Xinyang 12 27 9 18.0 569 B 425 A
咸农 39 Xiannong 39 22 15 18.5 569 D 425 C
泰农 153 Tainong 153 32 5 18.5 569 C 400 A
跃进 8号 Yuejin 8 19 20 19.5 569 A 425 A
泰山 4号 Taishan 4 22 23 22.5 569 B 425 A
方六柱 Fangliuzhu 44 6 25.0 652 — — —
三月黄 Sanyuehuang 43 8 25.5 652 A 425 A
大芒麦 Damangmai 46 5 25.5 652 A 400 B
陕农 1号 Shaannong 1 37 15 26.0 569 B 400 D
绵阳 82-36 Mianyang 82-36 20 35 27.5 652 C 425 A
官村 1号 Guancun 1 36 22 29.0 652 A 425 A
豫麦 7号 Yumai 7 41 20 30.5 569 D 425 B
安选 5号 Anxuan 5 40 22 31.0 569 B 425 A
克钢 Kegang 5 58 31.5 652 A 400 B
第 1期 杨 燕等: 四个小麦抗穗发芽分子抗性标记有效性的验证与评价 21


续表 2
GI×100 品种
Variety 2001 2002
Average
GI×100
Vp1B3
(STS)22
Xgwm155
(SSR)18
MST101
(STS)17
wmc104
(STMS)17
白箭头 Baijiantou 40 29 34.5 652 B 400 C
郑 6辐 Zheng 6 Fu 23 47 35.0 652 D 425 C
长武 702 Changwu 702 54 16 35.0 652 B 425 A
白齐麦 Baiqimai 42 32 37.0 652 A 425 C
信阳 751 Xinyang 751 53 24 38.5 569 A 425 A
燕京白芒白 Yanjingdabaimang 21 64 42.5 652 A 400 B
石家庄 407 Shijiazhuang 407 63 24 43.5 652 B 425 A
碧玉麦 Biyumai 60 33 46.5 569 D 425 A
上海籽黄 Shanghaizihuang 88 5 46.5 652 A 400 B
玉皮 Yupi 68 28 48.0 652 D 400 B
诼麓冬麦 Zhuoludongmai 41 56 48.5 652 D 425 C
巴麦 5号 Bamai 5 46 52 49.0 569 D 425 D
凤麦 27 Fengmai 27 36 65 50.5 569 B 425 A
白芒麦 Baimangmai 47 57 52.0 569 — 425 D
凤麦 29 Fengmai 29 44 64 54.0 569 B 425 B
渭麦 8号 Weimai 8 61 58 59.5 569 C 400 A
农大 36 Nongda 36 50 78 64.0 652 B 425 A
矮早 781 Aizao 781 93 37 65.0 652 D 425 A
太原 566 Taiyuan 566 89 45 67.0 652 A 425 A
定县 72 Dingxian 72 51 85 68.0 652 A 400 B
农大 183 Nongda 183 56 92 74.0 652 B 425 A
九三红 Jiusanhong 68 93 80.5 652 D 425 A
石家庄 52 Shijiazhuang 52 64 100 82.0 652 B 400 A
乐亭 1831 Leting 1831 68 98 83.0 569 A — C
北京 5号 Beijing 5 73 96 84.5 652 B 425 A
红芒麦 Hongmangmai 83 91 87.0 652 B — B
丰抗 10号 Fengkang 10 77 98 87.5 652 — — —
石家庄 54 Shijiazhuang 54 77 100 88.5 652 B 425 C
丰抗 15 Fengkang 15 88 96 92.0 652 A 425 A
京冬 1号 Jingdong 1 87 98 92.5 569 A 400 A
京双 10号 Jingshuang 10 90 97 93.5 652 A 425 C
延安 11 Yan’an 11 95 93 94.0 652 B 425 —
京 437 Jing 437 91 99 95.0 652 B 425 A
冀麦 14 Jimai 14 98 100 99.0 652 A 425 —
农大 45 Nongda 45 100 100 100.0 652 B 425 A

Xgwm155 (SSR标记)和 wmc104 (STMS标记)中字母 A、B、C和 D分别表示 4种类型的 PCR产物。“–”表示没有检测到 PCR产
物。每个品种分别在蜡熟期收获且在 2000—2001年和 2001—2002年没有受到穗发芽和降雨损害。
The letters A, B, C, and D in columns Xgwm155 (SSR marker) and wmc104 (STMS marker) indicate four types of PCR products, re-
spectively. ‘–’ indicates data not determined. No PHS or damages by rainfall was observed in the field in Zhengzhou or Beijing in years
2000–2001 and 2001–2002. Each cultivar was harvested separately at the dough-yellow ripening stage.

更抗穗发芽, 其 GI×100 的平均值为 23.1, 而能扩增
出 652 bp片段品种的 GI×100的平均值为 40.7。
2.2.2 SSR 标记 Xgwm155 用 SSR 标记
Xgwm155共扩增出 A、B、C、D四种类型的片段, 部
分结果见图 2。在 GI值小于 30%的 57份品种中, 11
份扩增出 A类型片段, 20份扩增出 B类型片段, 8份
22 作 物 学 报 第 34卷


图 1 用标记 Vp1B3 扩增出的 PCR 片段类型(845 bp 的片段类
型没有出现)
Fig. 1 The PCR fragments amplified with the marker Vp1B3
M: D-2000 marker; 1: 石家庄 52(平均 GI 82%); 2: 农大 36(64%);
3: 矮早 781(65%); 4: 许跃 6号(2%); 5: 武农 99(1.5%); 6: 安选
2(4.0%); 7: 内乡 173(4.0%); 8: 小偃 5号(4.5%); 9: 烟农
15(5.0%); 10: 北京 5号(84.5%); 11: 丰抗 10号(87.5%)。
M: D-2000 marker; 1: Shijiazhuang 52(average germination index:
82%); 2: Nongda 36(64%); 3: Aizao 781(65%); 4: Xuyue 6(2%);
5: Wunong 99(1.5%); 6: Anxuan 2(4.0%); 7: Neixiang 173(4.0%);
8: Xiaoyan 5(4.5%); 9: Yannong 15 (5.0%); 10: Beijing 5(84.5%);
11: Fengkang 10(87.5%).

扩增出 C类型片段, 15份扩增出 D类型片段, 另外 3
份品种无 PCR扩增产物; 在 GI值大于 60%的 19份
品种中, 7份扩增出 A类型片段, 9份扩增出 B类型
片段, 2份扩增出 D类型片段, 没有扩增出 C类型片
段 , 另外 1 份品种没有 PCR 产物 ; 在 GI 值在
30%~60%的 19份品种中, 6份扩增出 A类型片段, 6
份扩增出 B类型片段, 1份扩增出 C类型片段, 6份
扩增出 D类型片段。扩增出 A、B、C、D这 4种类
型片段品种的平均GI值分别为 40.5%、33.6%、21.9%
和 24.1%, 在 4种类型之间, 只有扩增出 C类型片段
的品种与穗发芽抗性相关, 但差异不显著(F=2.07、
P>0.05)。与 A、B 和 D 三种类型的品种相比, 能扩
增出 C类型片段的品种更抗穗发芽, 其 GI的平均值

图 2 用标记 Xgwm155 扩增出的四种 PCR 片段类型
Fig. 2 The PCR fragments amplified with the marker Xgwm155
1: 白葫芦头(平均 GI 0.0%); 2: 安选 2号(4.0%); 3: 内乡
36(13.5%); 4.碧玛 1号(12.5%); 5: 跃进 5号(15.5%); 6: 蚰子麦
(17: 0%); 7: 官村 1号(29.0%); 8: 矮早 781(65.0%); 9: 北京 5号
(84.5%); 10: 九三红(80.5%); 11: 巴麦 5号(49%); 12: 玉皮
(48.0%); 13: 农大 36(64.0%); 14: 石家庄 52(82.0%); 15: 内乡 5
号(17.0%); 16: 金光麦(4.5%); 17: 小偃 4号(16.0%); 18: 丰抗
15(92.0%)。
1: Baihulutou(average germination index: 0.0%); 2: Anxuan 2
(4.0%); 3: Neixiang 36 (13.5%); 4: Bima1 (12.5%); 5: Yuejin 5
(15.5%); 6: Youzimai (17.0%); 7: Guancun 1 (29.0%); 8: Aizao
781(65.0%); 9: Beijing 5 (84.5%); 10: Jiousanhong (80.5%);
11: Bamai 5 (49%); 12: Yupi (48.0%); 13: Noda 36 (64.0%);
14: Shijiazhuang 52 (82.0%); 15: Neixiang 5 (17.0%); 16: Jin
guangmai (4.5%); 17: Xiaoyan 4 (16.0%); 18: Fenkang 15(92.0%).

最小为 21.9%。
2.2.3 STS 标记 MST101 用 STS 标记 MST101
在 95 份品种中共扩增出两种类型片段。在 GI 值小
于 30%的 57份品种中, 有 17份扩增出 400 bp片段,
37份扩增出 425 bp片段, 3份没有扩增出 PCR产物;
GI值大于 60%的 19份品种中, 3份扩增出 400 bp片
段, 13份扩增出 425 bp片段, 另外 3份没有扩增出
PCR 产物; 在 GI 值 30%~60%的 19 份品种中, 有 6
份扩增出 400 bp片段, 13份扩增出 652 bp片段(图
3)。扩增出 400和 425 bp这两类品种的 GI值没有明
显差异。

图 3 用标记 MST101 扩增出的两种 PCR 片段类型
Fig. 3 The PCR fragments amplified with the marker MST101
1: 武农 99(平均 GI1.5%); 2: 许跃 6号(2.0%); 3: 内乡 173(4.0%);
4: 碧玛 1号(12.5%); 5: 农大 36(64.0%); 6: 矮早 781(65.0%);
7: 太原 566(67.0%); 8: 定县 72(68.0%); 9: 北京 5号(84.5%);
10: 京冬 1号(92.5%); 11: 玉皮(48.0%); 12: 白葫芦头(0.0%)。
1: Wunong 99(average germination index 1.5%); 2: Xuyue 6 (2.0%);
3: Neixiang 173 (4.0%); 4: Bima 1(12.5%); 5: Nongda 36 (64.0%);
6: Aizao781 (65.0%); 7: Taiyuan 566 (67.0%); 8: Dingxian 72
(68.0%); 9: Beijing 5 (84.5%); 10: Jingdong 1 (92.5%); 11: Yupi
(48.0%); 12: Baihulutou (0.0%).

2.2.4 STMS 标记 wmc104 用 STMS 标记
wmc104共扩增出 A、B、C、D四种类型片段, 部分
结果见图 4。在 GI 值小于 30%的 57 份品种中, 30
份扩增出 A类型片段, 14份扩增出 B类型片段, 6份

图 4 用标记 wmc104 扩增出的 4 种 PCR 片段类型
Fig. 4 The PCR fragments amplified with the marker wmc104
1: 武农 99(平均 GI 1.5%); 2: 许跃 6号(2.0%); 3: 安选 2号(4.0%);
4: 金光麦(4.5%); 5: 内乡 173(4.0%); 6: 小偃 4号(16.0%); 7: 烟
农 15(5.0%); 8: 丰抗 15(92.0%); 9: 京冬 1号(92.5%); 10: 京双
10号(93.5%); 11: 山农 1号(26.0%); 12: 冀麦 14(99.0%); 13: 石
家庄 52(82.0%); 14: 巴麦 5号(49.0%); 15: 北京 5号(84.5%);
16: 定县 72(68.0%); 17: 白葫芦头(0.0%)。
1: Wunong 99(average germination index 1.5%); 2: Xuyue 6(2.0%);
3: Anxuan 2(4.0%); 4: Jinguangmai(4.5%); 5: Neixiang 173(4.0%);
6: Xiaoyan 4(16.0%); 7: Yannong 15(5.0%); 8: Fengkang 15(92.0%);
9: Jingdong 1(92.5%); 10: Jingshuang 10 (93.5%); 11: Shangnong 1
(26.0%); 12: Jimai 14 (99.0%); 13: Shijiazhuang 52 (82.0%);
14: Bamai 5(49.0%); 15: Beijing 5(84.5%); 16: Dingxian 72(68.0%);
17: Baihulutou(0.0%).

第 1期 杨 燕等: 四个小麦抗穗发芽分子抗性标记有效性的验证与评价 23


扩增出 C类型片段, 4份扩增出 D类型片段, 另外 3
份品种没有 PCR产物; 在 GI值大于 60%的 19份品
种中, 11份扩增出 A类型片段, 2份扩增出 B类型片
段, 3份扩增出 C类型片段, 没有扩增出D类型片段,
另外 3份品种没有 PCR产物; 在 GI值 30%~60%的
19份品种中, 7份扩增出 A类型片段, 6份扩增出 B
类型片段, 4份扩增出 C类型片段, 2份扩增出 D类
型片段。扩增出 A、B、C、D这 4种类型片段品种
的 GI平均值分别为 32.7%、25.6%、39.2% 和 27.3%,
这四类品种 GI平均值之间差异不显著。

3 讨论
穗发芽抗性是一个非常复杂的性状, 是若干个
因素作用的综合表现, 包括穗的持水特性和干燥特
性, 种子休眠水平, 以及种子在萌发时储藏物的降
解速度等[27]。因此, 在育种中准确选择抗穗发芽的
基因型难度很大。休眠的种子在适合于种子发芽的
环境条件下也不发芽, 表明种子的休眠特性是控制
穗发芽的一个关键因素[4]。到目前为止, 虽然开发了
许多穗发芽抗性标记, 但是没有经过育种实践的验
证。本研究选用 4个穗发芽抗性标记来检验 95份不
同穗发芽抗性品种, 试图找出这 4 个穗发芽抗性标
记与品种的休眠性之间的关系。结果表明, 4个标记
中有 2个标记与穗发芽抗性相关(实际是与品种的休
眠性相关), 其中Vp1B3扩增出的 569和 652 bp两种
片段类型品种的平均GI值有显著差异 (F=8.99,
P<0.0035), 具有 569 bp片段的品种比具有 652 bp片
段的品种具有更高的穗发芽抗性; 标记Xgwm155 扩
增出的 4 种类型片段, 携带不同类型扩增片段的品
种间平均GI值差异不显著(F=2.07, P<0.1088)。所以,
Vp1B3 是 4 个穗发芽抗性标记中最有效的标记。虽
然 Roy等 [17]报道 STS标记MST101 和 STMS标记
wmc104 与穗发芽抗性有较强的相关性, 但是, 在本
试验中这 2 个标记与穗发芽抗性无显著相关性。其
原因可能是这 2 个标记是根据红皮穗发芽抗性品种
SPR8198 和白皮感穗发芽品种HD2329 的杂交群体
后代开发的, 基因背景单一, 不适合对多种基因型
品种的穗发芽抗性进行筛选。
Vp1B是控制种子休眠性的一个主要基因。我们
先前的研究表明Vp-1B基因有三个等位基因 , 分别
命名为Vp-1Ba、Vp-1Bb和Vp-1Bc。用STS标记分别
能扩增出 652 bp、845 bp和 569 bp三种类型的片段。
一般情况下 , 抗穗发芽品种属于 Vp-1Bb或者
Vp-1Bc基因型。与野生型相比, Vp-1Bb中含有 193 bp
的插入, Vp-1Bc中含有 83 bp的缺失, 这个插入和缺
失片段分别与玉米和大麦的gypsy/Ty3 (AF050455和
AY040832)反转录转座子和一个与转录有关的类似
序列AY090462.1 具有高度的同源性 [28]。与Vp-1Ba
基因型相比较, Vp-1Bb基因型具有更高的穗发芽抗
性, Vp-1Bc基因型次之。事实上, 许多抗穗发芽、具
有Vp-1Bb基因型的品种是地方品种, 其发芽指数小
于 8%[22], 如宜宾白麦子、永川白麦子、万县白麦子、
阆中白麦子和涪陵白麦子, 它们都是抗穗发芽育种
中非常有价值的基因资源[22]。另外, 在 78 份属于
Vp1Bc基因型的品种中, 有 8份穗发芽抗性很强的品
种, 即武农 99、内乡 173、小偃 5 号、烟农 15、西
昌 5762、内乡 19、郑州 683 和西农 6028, 它们的
GI值均小于 10%, 农艺性状相对较好, 也是穗发芽
抗性育种中的重要抗性基因源。
Xgwm155在它的作图群体中是一个与穗发芽率
相关的主效QTL, 在不同的环境条件下均有很高的
LOD值 [18]。本研究用Xgwm155标记扩增出了 4种类
型的PCR产物, 表明在本研究采用的 95 份材料中存
在 4 种与发芽率相关的基因型, 在所有测试的品种
只有早洋麦(GI值小于 10%)属于Vp1Ba(感性类型)基
因型, 而在Xgwm155标记中扩增出C类型(抗性类型)
的片段。另外在 9个属于C类型品种中, 只有 3份是
属于Vp1Bc基因型, 其他 6 分属于Vp1Ba基因型。上
述结果说明, Xgwm155在本研究中与种子休眠性(GI
值)关系较弱, 标记Xgwm155可能与影响穗发芽的其
他因素有关。在 57份GI值小于 30%的品种中, 有 31
份属于Vp-1Bc基因型, 只有 8份属于C类型片段。但
是在 19 份GI值大于 60%的品种中, 只有乐亭 1831
和京冬 1号属于Vp-1Bc基因类型, 不存在属于C类型
片段的品种。如果把Vp1B3和Xgwm155这 2个标记
结合起来对供试材料的穗发芽抗性进行筛选，会提
高选择效率和准确性。
4 结论
Vp1B3和 Xgwm155与穗发芽抗性相关, 而 STS
标记 MST101 和 STMS 标记 wmc104 与穗发芽抗性
相关不显著。比较而言, Vp1B3更能有效地用于筛选
穗发芽抗性品种, 但Vp1B3和Xgwm155结合起来筛选
抗穗发芽小麦品种, 将会提高选择效率。武农 99、内
乡 173、小偃 5号、烟农 15、西昌 5762、内乡 19、郑
州 683和西农 6028的 GI值均小于 10%, 属于 Vp1Bc
基因型, 是穗发芽抗性育种中非常有用的基因资源。
24 作 物 学 报 第 34卷

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