，， ，，，，董力*，*

(1.宁夏农林科学院 农业生物技术研究中心，宁夏 银川 750002； 2.宁夏大学 农学院，宁夏 银川 750021)

近10 a全球气候明显变暖[1]，预计到2050年平均温度将会比现在高2 ℃[2]，高温已经成为制约我国甚至世界小麦生产的重大气候灾害之一。小麦属于喜凉作物，但小麦生育后期易受高温天气危害，引起小麦叶片萎蔫、生长势减弱、育性降低并影响籽粒灌浆，造成小麦产量降低和品质变劣[3-6]。因此，研究小麦灌浆不同时期耐热性的遗传机制，挖掘并利用耐热基因资源，选育耐热小麦品种，对实现小麦高产、稳产具有重要的理论和实践意义。

一些研究者在小麦形态性状及耐热性的遗传机制方面已经做了有意义的探讨。Vijayalakshmi等[7]研究表明，小麦染色体2A、3A、3B、6A、6B、7A与热胁迫下叶片持绿性QTL关系密切。Mason等[8]利用1套重组自交系(RILs)群体进行耐热性遗传分析，以热敏感指数为指标，检测到5个稳定的耐热相关QTL，分别定位在1A、2A、2B、3B染色体上。陈希勇等[9]以中国春-HOPE染色体代换系为试验材料，利用细胞膜热稳定性和大田生产条件下高温胁迫2种方法对与耐热性有关的基因进行染色体定位发现，耐热品系HOPE的3D、4A、5A、5B染色体与耐热性有关。由于不同研究者使用的研究材料和鉴定方法不同，对耐热性QTL的检测结果也不尽相同。前人对小麦耐热性QTL的研究主要集中于灌浆中期，且进行的是单一高温胁迫[10-15]，而在小麦灌浆中期和灌浆后期进行不同高温胁迫，对小麦耐热相关QTL进行定位的研究鲜有报道。为此，以春小麦RILs群体为试验材料，进行不同高温胁迫，以旗叶叶绿素含量、含水量、穗粒质量和千粒质量为指标，对春小麦耐热相关QTL进行定位，旨在进一步揭示小麦耐热性遗传机制，为小麦耐热性遗传改良提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

以小麦宁春4号和宁春27号杂交构建的RILs群体(F13代，128个家系)及其亲本为遗传研究材料。宁春4号是1980年宁夏壮族自治区永宁县小麦育繁所育成的春小麦品种，其高产、耐热、优质、适应性广，是宁夏回族自治区灌区种植时间最长的小麦品种[16]。宁春27号是宁夏壮族自治区固原市农业科学研究所选育的春小麦品种，其热敏感、高产、优质、抗病，在宁夏回族自治区南部山区雨养地区大面积种植。宁夏农林科学院农业生物技术研究中心(宁夏农林科学院农业生物技术重点实验室)前期已经构建了该RILs群体的遗传连锁图谱[17]，并进行了春小麦碳同位素分辨率[18-19]的QTL定位分析。

1.2 试验设计

试验材料于2月下旬种植在宁夏农林科学院农作物研究所育种试验基地，每个株系种植1行，行长1 m，行距15 cm，株距10 cm，重复3次，田间管理同大田生产。在春小麦灌浆中后期进行高温胁迫处理(表1)，用长×宽×高为7 m×3 m×1.5 m的角铁制成框架，固定于田间，周围和顶部采用无色透明聚乙烯塑料薄膜(透光率≥95%)围住，底部留距地30 cm的空隙，保证通风和气体交换。温控设施由开顶式气室和能正反转的电机及控温组件组成，内有温度报警装置。高温处理时间为灌浆中期(开花后16 d)和灌浆后期(开花后20 d)，在当天自然温度最高时段(13:00—16:00)进行高温处理，连续处理3 d。高温处理前，每个株系选择15株发育正常、无病虫害、长势大小基本相同的植株挂牌，用于高温处理前、后旗叶叶绿素含量、相对含水量及收获后穗粒质量和千粒质量的测定。

表1 不同高温胁迫处理温度及时间

1.3 测定性状及方法

1.3.1 叶绿素含量(SPAD值) 在旗叶顶部、中部、底部各取1个点采用SPAD-502型叶绿素仪测定SPAD值，测5片叶，计算平均值。

1.3.2 叶片相对含水量(RWC) 测定旗叶相对含水量，具体方法参照文献[20]，3次重复，计算平均值。

1.3.3 穗粒质量 每个株系各取10个主穗，3次重复，脱粒，称质量，计算平均值。

1.3.4 千粒质量 每个株系各取1 000粒，3次重复，称质量，计算平均值。

1.4 遗传连锁图构建和QTL定位分析

RILs群体21条染色体的遗传连锁图包括291个标记位点，覆盖全基因组总长度为2 576.09 cM，标记之间的平均遗传距离为8.85 cM。把高温胁迫和正常条件作为环境因子，采用QTL IciMapping 4.0[21]软件和复合区间作图法，在步长=1 cM、P=0.05显著水平下，对不同环境、不同时期高温胁迫下耐热相关生理性状、产量性状进行QTL检测，以LOD值 3.0作为阈值来判断QTL是否存在。QTL的命名参照 McIntosh[22]的命名方法，即Q+性状名称缩写+染色体+编号(如果同一条染色体存在多个QTL)。

2 结果与分析

2.1 不同高温胁迫条件下亲本及RILs群体表型变异分析

由表2和表3可知，在3种高温胁迫条件下，小麦RILs群体及其亲本的旗叶叶绿素含量和相对含水量有明显差异。开花后不同时间、不同温度处理条件下，亲本旗叶叶绿素含量和相对含水量均表现为宁春4号高于宁春27号；RILs群体旗叶叶绿素含量的CV表现为T3

表2 不同高温胁迫条件下亲本和RILs群体旗叶叶绿素含量

表3 不同高温胁迫条件下亲本和RILs群体旗叶相对含水量

由表4和表5可知，随着处理温度升高，RILs群体及其亲本的穗粒质量和千粒质量逐渐降低。相同高温胁迫条件下，RILs群体灌浆中期处理比灌浆后期处理的变异程度大，说明灌浆中期高温处理对穗粒质量和千粒质量影响较大，且灌浆中期38 ℃高温处理后RILs群体穗粒质量和千粒质量降低最多。亲本和RILs群体的穗粒质量和千粒质量均表现为宁春4号优于宁春27号。综上，宁春4号的耐热性表现在生理性状和产量性状2个方面。RILs群体中穗粒质量和千粒质量也表现出明显的超亲分离，偏度和峰度均较小，呈正态分布。表明RILs群体中控制高温胁迫下穗粒质量和千粒质量的等位基因也得到广泛分离。因此，该群体也适合对产量性状进行QTL分析[23]。

表4 不同高温胁迫条件下亲本和RILs群体穗粒质量

2.2 高温胁迫条件下春小麦RILs群体生理及产量性状QTL分析

由表6可知，在3种高温胁迫条件下，共检测到45个控制春小麦旗叶叶绿素含量、相对含水量、穗粒质量和千粒质量的QTL。其中，控制叶绿素含量的QTL有13个，其表型贡献率均大于10%，介于11.53%～32.39%，为主效QTL。对于Qcc-3B和Qcc-7B.2两个QTL，等位基因来源于宁春27号，会降低叶绿素含量，其他的QTL增效等位基因均来自宁春4号，具有增加叶绿素含量的效应，叶绿素含量的遗传以加性效应为主，其加性效应为1.189 5～4.233 1。控制叶片相对含水量的QTL相对较少，为8个，其表型贡献率均大于10%，为主效QTL。这8个QTL均在单一试验处理中被检测到，说明叶片相对含水量受环境影响，其中宁春4号的等位基因可以增加旗叶叶片相对含水量。

由表6可知，在不同高温胁迫条件下，共检测到14个控制穗粒质量的QTL，Qsgw-6D.1、Qsgw-4B.1、Qsgw-6A.1、Qsgw-3A、Qsgw-4D、Qsgw-2A的表型贡献率均大于10%，为主效QTL。Qsgw-6A.1和Qsgw-4B.1降低穗粒质量的效应均来源于宁春27号，其他QTL提高穗粒质量的效应均来源于宁春4号。

由表6可知，在不同高温胁迫条件下，共检测到控制千粒质量的QTL 10个，除Qtkw-2A和Qtkw-6D外，其他QTL的表型贡献率均大于10%，为主效QTL。Qtkw-2B.2和Qtkw-7B.1增加千粒质量的效应均来源于宁春4号。在T3和T5处理条件下，均检测到控制千粒质量的Qtkw-2B.1，标记区间为wmc661—wmc441。

由表6和图1可知，T6处理条件下，控制叶绿素含量的Qcc-2A、控制穗粒质量的Qsgw-2A均位于2A染色体上，标记区间相同，均为gwm294—wmc644。T3和T5处理条件下，控制千粒质量的Qtkw-2B.1位于2B染色体上，标记区间为wmc661—wmc441。T2处理条件下，控制叶绿素含量的Qcc-5A、控制穗粒质量的Qsgw-5A均位于5A染色体上，标记区间相同，均为gwm415—cfa2190。T3和T4处理条件下，控制穗粒质量的Qsgw-5D位于5D染色体上，标记区间为cfd266—cfd67。

表6 高温胁迫条件下小麦各性状QTL定位分析

○：千粒质量QTL(T1)；●：叶绿素含量QTL(T3)；△：叶绿素含量QTL(T6)；▲：叶片相对含水量QTL(T4)；◎：穗粒质量QTL(T6)；☆：千粒质量QTL(T3)；★：叶片相对含水量QTL(T5)；◆◇：千粒质量QTL(T3)；□：千粒质量QTL(T5)；■：穗粒质量QTL(T5)； ▽：叶绿素含量QTL(T1)；▼：叶片相对含水量QTL(T6)；#：穗粒质量QTL(T3)；@：叶绿素含量QTL(T5)；&：叶绿素含量QTL(T4)；＊：叶绿素含量QTL(T5)；≡∑：千粒质量QTL(T3)；※：穗粒质量QTL(T2)；§：穗粒质量QTL(T5)；№：千粒质量QTL(T2)；⊕：叶绿素含量QTL(T6)；⊙：叶片相对含水量QTL(T2)；【：叶片相对含水量QTL(T4)；】：穗粒质量QTL(T5)；︻：叶绿素含量QTL(T2)；︼：穗粒质量QTL(T2)；《：叶片相对含水量QTL(T1)；》：叶片相对含水量QTL(T2)；︽：叶绿素含量QTL(T1)；︾：叶绿素含量QTL(T3)；﹁：穗粒质量QTL(T3)；﹂：穗粒质量QTL(T4)；『：叶绿素含量QTL(T4)；』：穗粒质量QTL(T2)；﹃：穗粒质量QTL(T4)；〒：穗粒质量QTL(T5)；﹄：叶片相对含水量QTL(T3)；々:穗粒质量QTL(T1)；⊿：穗粒质量QTL(T5)；¤：千粒质量QTL(T3)；￠：叶绿素含量QTL(T4)；￡：叶绿素含量QTL(T5)；㊣：千粒质量QTL(T3)；∏：千粒质量QTL

(T5)；∈：穗粒质量QTL(T1)

图1春小麦灌浆期耐热相关QTL在染色体上的分布

3 结论与讨论

据预测，未来全球平均气温每升高1 ℃，小麦产量将减产约6%[24]。在我国，小麦籽粒灌浆期经常遭遇30 ℃以上的高温天气，其危害面积可达小麦种植面积的2/3，使小麦减产10%～20%[25]。因此，挖掘作物抗高温基因资源，进而培育抗高温新品种，来应对气候变暖的威胁，具有重要的战略意义。

本研究采用人工搭建日光温室增温的大田鉴定方法，试验环境比较接近大田自然环境，是灌浆期高温处理的较理想方法之一。宁春4号和宁春27号分别是宁夏回族自治区灌区和雨养地区2种生态环境下育成的具有代表性的优良品种，它们的株高、叶形、穗型、籽粒大小等性状差异很大。本研究以宁春4号×宁春27号杂交的RILs为作图群体，检测到13个控制小麦叶绿素含量的QTL，分别位于1D、2A、3A、3B、4B、5A、5D、6A、7B染色体上。Vijayalakshmi等[7]利用冬小麦耐热品种Ventnor和热敏感品种Karl92构建了101个RILs，分别在2A、3A、3B、6A、6B、7A染色体上检测到9、1、1、2、2、1 个控制叶绿素含量的QTL。Talukder等[13]利用GBS-SNP标记构建RILs小麦遗传图谱，经分析发现控制叶绿素含量的QTL分别位于1B、1D、6A、7A染色体上，但这些QTL所在染色体区段与本研究结果均不一致。这可能是由于试验材料、鉴定方法以及QTL定位工具等不同造成的，这也说明了小麦耐热机制的复杂性[26]。当然，本研究也有与前人研究结果相近的地方[9,14-15]。例如，本研究与陈希勇等[9]均在5B染色体上检测到与耐热性有关的加性QTL，与Mason等[14]、李世平等[15]均在7B染色体上检测到与耐热性有关的加性QTL。

数量性状一般受多个基因调控，环境条件对基因的表达也有一定影响，因此，导致QTL定位结果的重复性不高。本研究在T6和T2处理条件下分别检测到Qcc-2A、Qsgw-2A和Qcc-5A、Qsgw-5A所在的染色体位置相同，分别位于标记gwm294—wmc644和gwm415—cfa2190，其加性效应均来自宁春4号。T3和T5处理条件下，控制千粒质量的Qtkw-2B.1位于2B染色体上，标记区间为wmc661—wmc441。T3和T4处理条件下，控制穗粒质量的Qsgw-5D位于5D染色体上，标记区间为cfd266—cfd67。数量性状受环境影响较大，在2个及以上环境中重复出现的QTL才是稳定表达的QTL。因此，利用永久性作图群体，通过多年多环境的QTL分析检测能够稳定表达的QTL，对小麦耐热性遗传改良和育种更具有实际意义[27]。