全 文 ：第26卷 第3期 作　物　学　报 V ol. 26KN o. 3
2000 年5月 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA M ayK2000
农艺性状优良冬小麦 ph1b 系的创造及标记辅助选择的应用X
王新望1K2　赖菁茹3　刘广田1
; 1中国农业大学植物遗传育种系K北京K 100094M2 中国科学院遗传研究所K北京K 100101M3 河南省农业科学院小麦研究
所K河南郑州K450002G
提　要　利用改进的桥梁亲本法K即以阿勃5B 缺体为桥梁亲本K分别与受体冬小麦推广品种; 农大95、
京411和京冬8号G和中国春 p h1b 突变体杂交K两个组合 F 1 ; 即5B Ph1和5B ph1b单体G再杂交K后代选择
5B ph1b单体与受体亲本5B Ph1单体杂交K仅3个世代就获得了3个冬小麦 p h1b 中间育种系K在杂交转育过
程中K我们用先前获得的3个 SCA R 标记对5B ph1b单体进行标记辅助选择K其效率和可靠性均较高K方
法简单K易于操作L 因此K利用这种杂交转育 p h1b 基因的育种方法K结合 SCA R 标记辅助选择目的基
因K可以大大缩短小麦育种年限K加快育种进程L
关键词　普通小麦M桥梁亲本M单体M中国春 p h1b 突变体M标记辅助选择M冬小麦 p h1b 系
Con struction s of El ite ph1bW in ter W hea t L ines and the Appl ica tion of
the M arker-a ssisted Selection
WAN G X in2W ang1K2　LA I J ing2R u3　L IU Guang2T ian1
@1 D epartm ent of P lant Genetics and B reed ingYChina A g ricultural U niversity YB eij ing 100094[ 2 Institu te of GeneticsYChinese A 2
cad em y of S ciencesYB eij ing 100101[ 3 Institu te of W heat R esearchY H enan A cad em y of A g ricultural S ciencesY Z hengzhouY
450002S
Abstract　T he nullisom ic 5B of A bbod anza w as used as bridge paren t to cross w ith Ch inese
Sp ring p h1b m utan t and th ree released elite w in ter w heat varietiesKN ongda 95KJ ing 411 and
J ingdong 8K in o rder to develop som e w in ter w heat p h1b breeding lines. T h ree p h1b w in ter
w heat breeding linesw ere constructed after th ree crossing generations and one selfing generation.
T he monosom ic 5B harbo ring p h1b gene w as selected by using the th ree SCA R m arkers linked to
p h1 geneKw h ich w ere obtained in the p revious study. T h is strategy that com bined the bridge
paren t m ethod w ith app lication of m arker2assisted selection w as demonstrated to be tim e consum 2
ingK low cost and simp le in the p rogram of transferring desirable alien gene ; sG in to common
w heat.
Key words　Common w heat ; T riticum aestivum L. GMB ridge paren tMM onosom ic 5B MCh inese
Sp ring ; CSGp h1b m utan tMM arker2assisted selection;M A SGMp h1b w in ter w heat line
普通小麦; T. aestivum S由于其5BL 染色体上的 P h1基因[ 1K2 ]的作用K使得在小麦远缘杂
交中小麦染色体与异源种部分同源染色体之间难以有效配对而产生易位[ 3 ]L 5B 缺体或5B 缺
体—四体可以避免 P h1基因的抑制作用K但缺体材料难以保存K再者5B 缺体和5B 缺体—四
体诱导小麦—异源种部分同源染色体配对效率不及包括 P h1基因在内的中间缺失突变体; 如
p h1b 突变体G的配对效率K甚至还不及5B 单体的配对效率[ 4 ]L Sears; 1977G[ 5 ]得到的中国春
X 收稿日期P 1998208210K接收日期P 1999201210

p h1b 突变体可以解决上述问题K并已应用于小麦异源基因的转移[ 3K6～ 9 ]L 不过K直接应用于
普通小麦远缘杂交育种计划存在3个主要问题P 一是中国春 p h1b 突变体属春性小麦K在杂交
转育过程中往往遇到花期不遇K给杂交工作造成麻烦M二是 p h1b 突变体农艺性状较差K即使
杂交成功K要育成直接应用于生产的小麦品种还需要进行多次回交以消除中国春的遗传背
景K这无疑会延长育种年限L 因此K人们希望将 p h1b 基因转育到推广的优良小麦品种中K再
利用具有 p h1b 基因的冬小麦品种; 系G转移异源基因K这样就存在第三个问题K即在转育过程
中K由于 p h1b 基因为隐性基因K筛选非常困难L 常规方法是将待测个体与一个野生种如 T.
p ereg rinum 杂交K检查杂种 F 1在M I染色体配对情况[ 5 ]K即凡是具有 P h1基因的个体在M I只
表现二价体K而具有 p h1b 基因的个体在M I必然会出现单价体或多价体对[ 5 ]L 另一种方法是
对待测个体根尖细胞进行 C—带分析并与正常 CS 的C—带比较[ 10 ]K或者将待测个体与一近
缘种如黑麦杂交K检查杂交结实率L 然而K这些方法在大规模的杂交转育计划中是一项相当
繁琐而细致的工作K远远不能满足现代育种计划要求L 近年来分子标记的发展及标记辅助选
择;M A SG技术为目的基因的筛选提供了有效的工具[ 11 ]L
若将中国春 p h1b 突变体中的 p h1b 基因转移到推广品种中K就要将 p h1b 突变体的5B 染
色体代换到优良品种中或将5BL 染色体臂易位到优良品种中K按常规染色体工程方法获得这
种品种间代换系或易位系是一项繁杂的工程K首先要花7～ 8年时间通过回交育成稳定的受体
小麦单体系和异附加系K然后再以受体单体系作中间亲本与异附加系杂交育成代换系或易位
系K这又要花7～ 8年时间L 四川省农业科学院杨武云; 个人通信G曾提出以中国春5B 单体作为
桥梁亲本分别与供体品种和受体品种杂交K后代选单体互交并同时将受体单体与受体品种回
交K经过5～ 6代上述杂交转育即可育成具有 p h1b 纯合基因的代换系K并同时获得稳定的受体
单体K这种策略比常规染色体工程技术可以缩短一半的育种年限L 不过K在该育种程序中K
所选择的是具有 p h1b 基因的单体K其选择遇到了困难K杨武云首先用细胞学方法检查单体植
株K第二年用此单体株与黑麦杂交K利用 p h1b 基因与可交配基因 krl 连锁的特点[ 12 ]K检查杂
交结实率K高者即为 p h1b 基因的单体株K然而这种检测方法受环境和人为影响较大K且又增
加了杂交工作量L
为此K我们对杨武云提出的桥梁单体法进行修改K改用阿勃5B 缺体作为桥梁亲本K其优
点有二P 一是阿勃的遗传背景比中国春5B 单体好K以减少转育年限K二是阿勃5B 缺体生长
正常K第一年杂交免去根尖染色体检查的麻烦L 在以后的杂交转育过程中用我们前面获得的
SCA R 标记筛选 p h1b 基因单体植株K免去单体植株与黑麦杂交的冗繁K结果仅用3个世代即
获得了3个冬小麦 p h1b 中间育种系L 实验证明这种策略简单、快速K大大缩短了育种年限L
1　材料与方法
1. 1　植物材料　　阿勃5B 缺体; 桥梁亲本GK中国春 p h1b 突变体; 供体亲本GK京411、京冬8
号和农大95; 受体亲本GL
1. 2　杂交转育　　分别配制组合桥梁亲本×受体亲本和桥梁亲本×供体亲本K两组合的 F 1
种子种下即为单体植株; 5B P h1和5B p h1bGL 将两个单体植株杂交K同时以受体亲本单体; 5B P h1G
为母本与受体亲本回交L 以后每年选5B P h1和5B p h1b单体植株杂交K共进行三轮; 或以上G杂交L
1. 3　根尖染色体检查和减数分裂M I染色体配对调查　　均按常规方法进行L
1. 4　标记辅助选择　　用我们先前[ 13 ]获得的3个 SCA R 标记对每个单体杂交世代群体中所
823　　　　　　　　　　　　　　　　　作　　物 　　学　　报　　　　　　　　 　　　　　　　　26卷

有个体基因组DNA 进行 SCA R 分析K以筛选出5B p h1b单体植株L SCA R 分析及产物检测方法
见前文[ 13 ]L
2　结果与分析
2. 1　农艺性状优良的冬小麦 p h1b 系的创造　　按照我们提出的改良桥梁亲本法K经过3个
世代的杂交转育K分别得到3个冬小麦 p h1b 中间育种系; 图1GL 图1中所示分别为农大95、
图1　获得的3个农艺性状优良的冬小麦; 农大95K
京411K京冬8号Gph1b 育种系
F ig. 1　The ph1b breeding lines of th ree elite w inter w heat
varietiesKNongda 95KJ ing 411 and J ingdong 8Kw ere obtained
by using the bridge parent m ethod.
京411和京冬8号 p h1b 单体系自
交得到的二体系L 本来按计划是
进行4个世代杂交K由于1996年夏
季加代失败K我们只进行3个世代
的杂交转育L 因此K这里得到的3
个冬小麦 p h1b 系从表型上并不
完全象原来的亲本 ; 农大95、京
411、京冬8号GK要得到与原来亲
本相同遗传背景的冬小麦 p h1b
系还需进行2～ 3轮杂交转育L
2. 2　标记辅助选择　　用阿勃
缺体5B 作桥梁亲本第一轮杂交
F 1无需作任何检查即为5B 单体K
第二轮将两个单体杂交K理论上
会出现24% 的二体K 72% 的5B p h1b
单体K 1% 的5B P h1单体和3% 的5B
缺体L 对这种群体基因组 DNA
; 苗期G进行 SCA R 分析K可以得
到两种结果K 一是有扩增带的K
包括24% 的正常的二体植株K1%
的5B P h1单体M另一种是无扩增带
的K包括5B p h1b单体和5B 缺体; 图
2242A GL 根据实际情况K 5B 缺体
在生长期间一般生长缓慢K个体
矮小K容易分辨L 当然K 即使不
能从表型上区分也无关紧要K因
为这种基因型所占比例很小; 仅
3% GK即使被选上作为下一轮杂交亲本K与受体亲本5B Ph1单体杂交时只有一半基因型; 缺体G
能被选中K对转育 p h1b 基因不受任何影响L实际上K这种5B 缺体的育性很差K个体长势弱极
容易分辨L 这样K利用 SCA R 标记即可很方便地筛选出 p h1b 单体; 5B p h1bGL 由于我们在前
面[ 13 ]得到的3个 SCA R 标记; 分别位于 P h1基因两端5. 0、5. 7和11. 4 cM 处K另文报道G均只
扩增一条带; P h1基因型G或无带; p h1b 基因型G两种带型L
因此K在进行标记辅助选择时K仍然可以在反应管中直接加入溴化乙锭K根据荧光反应
的有无K在紫外灯下即可鉴定出我们所需要的5B p h1b单位; 图2242B GL 最后一轮杂交完成后利
9233期　　　　　　王新望等P 农艺性状优良冬小麦 p h1b 系的创造及标记辅助选择的应用　　　　　　　　

用 SCA R 标记辅助选择出5B p h1b单体K再自交一轮即为 p h1b 基因的二体或称为冬小麦 p h1b
基因代换系; 实际上是一个中间育种系K我们正在进行以后的杂交转育工作GL
图2　利用 SCR7823标记对分离群体中的 ph1b
个体进行标记辅助选择
A P 电泳检测MBP 紫外灯下直接检测
F ig. 2　The m arker2assisted selection for ph1b
individuals in segregating populationsKw hich w ere
obtained in the constructions of w inter w heat ph1b
lines by using SCR7823 m arker. A P detection by
electrophoresisMBP direct visualization under UV ligh t.
The+ or- on the each laneö tube indicates the P h1 genotypes
or monosom ic 5Bph1b ö nullisom ic 5B
图3　利用 SCR17403标记对分离群体中的 ph1b
个体进行标记辅助选择
A P 电泳检测MBP 紫外灯下直接检测
F ig. 3　The m arker2assisted selection for ph1b
individuals in segregating populations that w ere obtained
in the constructions of w inter w heat ph1b lines by using
SCR7403 m arker. A P detection by electrophoresisMBP
direct visualization under UV ligh t. The+ or- on the each
laneö tube indicates the P h1 genotypes or monosom ic
5Bph1b ö nullisom ic 5B
2. 3　植株的细胞学分析　　为了证明 SCA R 标记辅助选择的准确性和可靠性K我们仍然调
查了所有待检测个体的根尖细胞染色体数K并进行减数分裂M I染色体配对分析K并与前面
的 SCA R 分析对应比较L 结果发现KPCR 扩增没有任何带出现的植株大多数根尖染色体数为
n= 41K并在M I出现单价体和; 或G多价体; 图5GK表明为5B p h1b单体K而 PCR 扩增出一条带的
基因型K减数分裂M I染色体配对只有二价体; 5B P h15B p h1b基因型G或除二价体外还有一个单价
体; 5B Ph1基因型G形成K即为 P h1基因型L
3　讨论
中国春 p h1b 突变体因属春性小麦且其农艺性状差而不便直接应用于小麦异源基因的转
移L 若将 p h1b 基因转移到一个优良的已应用于生产上的冬小麦品种中K再用这个具有 p h1b
基因的冬小麦作亲本进行异源基因的转移则是很方便的K至少减少了回交转育的次数L 我们
将杨武云; 个人通信G提出的桥梁单体法转育 p h1b 基因的方法略加修改K并根据先前获得的
SCA R 标记进行标记辅助选择K仅3个世代即获得相对稳定的冬小麦 p h1b 中间育种系K根据
这种策略可以十分方便地鉴定出每个单体杂交世代中的5B p h1b单体K避免待测个体根尖染色
体调查、与黑麦杂交、M I染色体配对分析等繁琐过程K大大减轻了转育过程中的检测5B p h1b
033　　　　　　　　　　　　　　　　　作　　物 　　学　　报　　　　　　　　 　　　　　　　　26卷

图4　利用 SCRABC838标记对分离群体中的 ph1b 个体进行标记辅助选择
A P 电泳检测MBP 紫外灯下直接检测
F ig. 4　The m arker2assisted selection for ph1b individuals in segregating populations that w ere obtained in the constructions
of w inter w heat ph1b lines by using SCRABC838 m arker. A P detection by electrophoresisMBP direct visualization
under UV ligh t. The+ or- on the each lane ö tube indicates the P h1 genotypes or monosom ic 5Bph1b ö nullisom ic 5B
图5　两种单体; 5BPh1和5Bph1bG杂交后代群体的减数分裂分析
A P ph1b 基因型; 示单价体和多价体GMBP P h1基因型; 示二价体G
F ig. 5　The m eiosis analysis for the p rogenies from two monosom ic p lants; 5BPh1 and 5Bph1bG
A P ph1b genotypes ; indicate the monovalent and m ultivalentGMBP P h1 genotypes ; indicate the bivalentG
单体的工作量L 由于所得到的 SCA R 标记为显性K所需要的5B p h1b单体不会扩增出任何带K因
此KPCR 检测无需电泳分离K直接在反应管中加入溴化乙锭K没有荧光反应的基因型一定是
所需要的5B P h1单体或5B 缺体K后者在田间根据其表现即可分辨出并淘汰掉L 在实际应用过
程中K我们可以仅用与 P h1基因连锁的标记对群体进行筛选并结合田间表现即可得到我们所
1333期　　　　　　王新望等P 农艺性状优良冬小麦 p h1b 系的创造及标记辅助选择的应用　　　　　　　　

需要的 p h1b 个体L 这种检测方法快速K而且很直观K因此K这种策略在大规模育种计划中应
用是相当方便的[ 13～ 14 ]L
常规转育小麦异源有益基因往往是先育成含目的基因的异附加系K再以该异附加系为中
间亲本K与待转育品种杂交K最终获得稳定的含目的基因的代换系L 一般来说K最终育成具
有目的异源基因的新的小麦品种大约需要15年左右的时间L 而 p h1b 基因的转育有其特殊性K
不象其它如抗性基因K可以通过田间抗性检查鉴定Kp h1b 基因型从表型上是无法鉴定的K而
通过减数分裂M I染色体配对调查分析K费时、繁琐、工作量大K用分子标记进行目的基因的
辅助选择;M A SG被证明是有效的K 尤其是将重复性差的 RA PD 标记转换成可靠性强的
SCA R 标记[ 11K14～ 17 ]K在育种计划中对一些表型选择比较困难的基因; 如一些抗性基因G或不
能选择的基因; 如 P h1基因GK标记辅助选择显示出其强大的生命力L 利用分子标记辅助选择
有以下几个优点P ① 在育种早期如苗期; 甚至半粒种子G或植株整个生长阶段均可进行M②
显性标记可以鉴定分离世代的隐性基因K共显性标记可以区分显性纯合子和杂合子M③ 选择
过程不受环境因素影响K甚至与基因是否表达无关L 近年来以RA PD 技术结合M A S 已被人
们所共识[ 18 ]L 不过K在许多作物有益基因的M A S 应用上还存在一些问题M① 目标基因尚未
定位M② 目标基因的连锁图谱还不饱和K可利用的标记很少M③ 发展稳定的分子标记所需成
本高L 不过K一旦得到稳定的分子标记如 SCA R 标记K在育种计划中应用标记辅助选择目的
基因是相当简单方便的L 在前面的分析中我们已证明所获得的3个 SCA R 标记均能应用于
p h1b 基因的标记辅助选择K而且准确率高L 因此K在我们转育 p h1b 基因的育种计划中可以
直接应用L
在标记辅助选择过程中K3个 SCA R 标记的选择效率及可靠性均较高K说明这3个 SCA R
标记可以应用于普通小麦利用 p h1b 基因的育种计划L 另外K从前面的结果看K这3个 SCA R
标记只能区分 P h1基因型和 p h1b 基因型K而不能将 P h1基因的纯合子和异合子区分开来K但
这对于我们转育 p h1b 基因甚至对普通小麦利用 p h1b 基因的其它育种计划没有影响K因为在
这些过程中K我们只需 p h1b 纯合个体; 单体或二体GK标记辅助选择时表现无带M凡是含有
P h1基因的无论是纯合的还是杂合的K标记辅助选择时表现有带K在育种过程中都是不需要
的L 因此K这3个 SCA R 标记完全可以用于 p h1b 基因的标记辅助选择L
参　考　文　献
1　R iley R KV Champm an. N atureY1958K182P 713～ 715
2　Sears R EKM O kamoto. P roc. 10th Int Cong r GenetY1958K2P 258～ 259
3　樊路K韩敬花K邓景扬. 中国农业科学K1988K3P 92～ 93
4　M iller T EKS M ReaderKK A PurdieKet al. T heor A pp l GenetY1994K89P 255～ 258
5　Sears R E. Can J Genet Cy tolY1977K19P 585～ 593
6　樊路K韩敬花K邓景扬等. 中国科学;B 辑GK1989K; 11GP 1156～ 1160
7　樊路K韩敬花. 中国农业科学K1992K25; 4GP 88～ 90
8　Knott R D. W heat and W heat Im p rovem ent @2nd S Cam brid ge P ressYLondon. 1987
9　Sharm a C H KB S Gill. Z P lanzenauchty 1986K96P 1～ 7
10　Gill S KKS B Gill. GeneticsY1991Y129P 257～ 259
11　Dudley J W. H ered ity Y1993K71P 177～ 184
12　Sitch A L KJ W SnapKS Feldm an. T heor A pp l GenetY1985Y70P 309～ 314
13　王新望K赖菁茹K陈梁鸿K刘广田. 中国农业科学K1998K31; 5GP 31～ 34
14　Penner G A KS J L eeKL J Bezte. M olecular B reed ing Y1996K2P 7～ 10
15　A dam～B london A FKM SevignacKH. Bannero tKM. D ron. T heor A pp l GenetY1994K88P 865～ 870
16　Garcia G M KH T StalkerKE ShroederKet al. Genom eY1996K39P 836～ 845
17　Paran IKR W M ichelmore. T heor A pp l GenetY1993Y85P 985～ 993
18　W illiam s C E M KB W angKT E HolstenKet al. T heor A pp l GenetY1996Y93P 1119～ 1122
233　　　　　　　　　　　　　　　　　作　　物 　　学　　报　　　　　　　　 　　　　　　　　26卷