王彦青，许娜丽，余慧霞，姚明明，孙刚，陈佳静，李清峰，刘彩霞，王掌军

(宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021)

小麦(Triticum aestivumL.)作为世界上最重要的粮食作物之一，在世界各地广泛种植，为全球约35%～40%人口提供主食[1]。 据预测，到2050年，世界人口将达97 亿，对小麦的需求将会持续不断地增加[2，3]。 高产是育种家一贯追求的目标，小麦产量主要由单位面积穗数、穗粒数和粒重构成，因此，在稳定单位面积穗数和穗粒数的前提下增加粒重对小麦产量的提高具有重要作用。 千粒重在产量构成三因素中受遗传特性的影响最大，其主要受加性效应基因的控制，早代选择有效[4，5]。 优质也是当前小麦育种的重要目标之一，是促进小麦供给侧结构性改革、提升产业竞争力的重要因素[6]。 蛋白质含量是小麦营养品质最重要的一项指标，面筋含量为影响小麦加工品质的重要因素之一[7]。 利用高蛋白质和面筋含量的基因资源对栽培小麦进行遗传改良，对选择和培育优质小麦品种具有重要意义。 而小麦病害的发生严重制约其产量提高和品质改善[8]。 近年来，随着水肥条件提升和群体密度加大，主要麦区小麦白粉病频繁发生，致其减产和品质下降。小麦白粉病由专性寄生真菌白粉菌(Blumeria graminisf. sp.tritici)引起，病情发生可贯穿整个生育期，主要危害植株地上部，影响功能叶片的光合作用[9，10]。 化学及其它防治措施虽已取得阶段性成效，但实践证明，选育和推广抗病品种是防治白粉病危害最经济有效和安全的措施。

小麦多数性状属于多基因控制的数量性状[11]。 分子标记和QTL 定位技术的发展为小麦的分子检测和数量性状的研究提供了有效方法[12]。 已有文献报道了小麦粒重、蛋白质与湿面筋含量及白粉病抗性等性状的QTL[13-18]。 Cui等[4]发现在5B、6A 和7B 染色体上分别存在控制小麦粒重的稳定主效QTL 位点QTkw-5B.1、QTkw-6A.2和QTkw-7B.1，分别能解释表型变异的11.28%～16.06%、5.64%～18.69%和6.76%～21.16%。郭利建等[12]以构建的F2群体为材料，检测到11 个粗蛋白含量QTL，分布在1A、3A、5A、6A、2B、4B 染色体上，表型贡献率为0.69%～2.48%；12 个为湿面筋含量QTL，分布在1A、3A、5A、6A、2B、3B、4B 染色体上，表型贡献率为0.58%～2.37%。 王掌军等[19]在小麦F2∶5家系中检测到14 个粗蛋白含量QTL，LOD 值最大为14.90，表型贡献率为4.00%～6.00%，加性效应为-0.51 ～0.29；16 个湿面筋含量QTL，LOD值最大为14.00，表型贡献率为3.00%～5.00%，加性效应为-1.22～0.54。 李欣等[20]以小麦RILs 群体为材料，在2A、2B、2D 和3B 染色体上共定位到5 个白粉病抗性QTL，分别是QPm.sac-2A、QPm.sac-2B.1、QPm.sac-2B.2、QPm.sac-2D和QPm.sac-3B，其中QPm.sac-2B.1的表型变异解释率最高，达到30.60%～33.60%。 以上虽然报道了很多小麦相关性状的QTL，但真正有育种利用价值的QTL亟待研究和应用。 本研究针对宁夏小麦产业提质增效的需求与育种资源相对匮乏的瓶颈，以主要性状优缺点互补的宁夏主栽品种宁春4 号(综合农艺性状优良、适应性好、但品质一般、感白粉病)和云南小麦品种云麦52 号(千粒重高、粗蛋白和湿面筋含量均较高、免疫白粉病)分别为母本、父本杂交并构建F2代群体，继而对其粒重、粗蛋白含量、湿面筋含量、白粉病抗性等性状进行分子标记及QTL 分析，发掘综合性状优异的育种中间材料和QTL，以期为宁夏小麦高产优质及抗病性遗传改良提供基因资源。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2019年，以宁夏主栽小麦品种宁春4 号为母本、云南省小麦品种云麦52 号为父本配制杂交组合，同年收获杂交种子；2020年将杂交种子点播于宁夏大学教学实验农场，收获F1代；2021年种植F1代，得到共包含476 个单株的F2代群体。 每年同时种植父、母本，5 行区，行长1.10 m，行宽0.20 m。田间同大田管理。 以上材料均由宁夏大学小麦育种课题组提供。

1.2 性状测定及方法

1.2.1 农艺性状考察 参照《小麦种质资源描述规范和数据标准》[21]进行农艺性状考察。 成熟期选收长势一致的亲本材料各15 株和所有F2代单株进行室内考种。 其中，株高、穗下茎长和穗长测定采用直接测量法，在考种表上直接记录；小穗数和结实小穗数测定采用直接观测法，有效小穗数＝结实小穗数＋不孕小穗数；穗粒数和穗粒重为单穗的平均粒数和粒重，亲本千粒重为1000 粒种子的重量，F2代群体粒重为100 粒种子的重量。经济系数＝经济产量/生物学产量，其中，生物学产量为收获后未脱粒前的植株重量，经济产量为脱粒后的籽粒重量。

1.2.2 品质性状测定 国家小麦改良中心西北分中心(宁夏银川)用瑞典Perton 公司DA7200 型近红外分析仪[22]测定小麦品质性状，重复5 次。小麦近红外校准曲线由农业农村部谷物品质监督检验测试中心建模，由国家小麦改良中心西北分中心(宁夏银川)校正，结果由系统软件自动分析。

1.2.3 抗白粉病调查 成株期白粉病田间抗性鉴定参照盛宝钦等[23]改进的0 ～9 级法，其中，0级为免疫(immune，I)，0；级为近免疫(nearly immune，NI)，1 ～2 级为高抗(highly resistant，HR)，3～4级为中抗(moderately resistant，MR)，5 ～6 级为中感(moderrately susceptible，MS)，7 ～8 级为高感(highly susceptible，HS)，9 级为极感(extremely susceptible，ES)。

1.2.4 分子标记分析 采用SDS 法提取小麦叶片基因组DNA[24]。 利用本实验室定位于普通小麦7 个部分同源群上的957 对SSR 引物，由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。 本研究能够检测到QTL 位点的9 个SSR 引物信息(表1)。PCR 反应体系和扩增程序参见王掌军等[25]的方法，其中退火温度均为56℃，扩增产物采用8%聚丙烯酰胺凝胶电泳检测，电压为180 V，电泳约1.5 h，银染后观察、照相，并统计扩增结果。

表1 SSR 引物信息

1.3 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2013 统计数据，利用IBM SPSS Statistics 25 软件对亲本与F2代群体的粒重、粗蛋白含量、湿面筋含量等数据进行方差分析，并对其在F2代群体的频率分布进行作图；运用QTL IciMapping 4.0 软件中SMA 模型对粒重、粗蛋白含量、湿面筋含量和白粉病抗性进行QTL分析[26]。 QTL 命名方法为:q＋目标性状英文大写字母缩写＋所在染色体，如3A 染色体上与粒重相关的QTL 位点命名为qGW3A。

2 结果与分析

2.1 宁春4 号与云麦52 号农艺、品质性状及白粉病抗性分析

对2 个亲本的10 个农艺性状、7 个品质性状及成株期田间白粉病抗性进行分析，结果(表2)表明，宁春4 号穗长及籽粒水分含量、硬度指数、容重和出粉率均显著高于云麦52 号，而云麦52号株高较矮，其千粒重、粗蛋白含量和湿面筋含量均优于宁春4 号，其它性状2 个亲本间无显著差异。 宁春4 号高感白粉病，病级7 ～8 级，云麦52号为免疫白粉病。

表2 宁春4 号和云麦52 号农艺与品质性状

2.2 F2代群体粒重、粗蛋白与湿面筋含量及白粉病抗性分析

2.2.1 F2代群体粒重、粗蛋白与湿面筋含量变异分析 对包含476 个单株的F2代群体粒重、粗蛋白与湿面筋含量的分布频率进行分析，结果(图1)发现，3 个性状在F2代群体中均出现较大分离，呈连续正态分布。 表明这些性状为多基因控制的数量性状，且在F2代群体中出现许多具有超亲性状的单株。

图1 F2代群体粒重、粗蛋白和湿面筋含量频率分布

同时，对F2代群体粒重、粗蛋白与湿面筋含量进行变异分析，结果(表3)表明，F2代群体粒重平均值介于双亲之间，粗蛋白与湿面筋含量平均值均低于低亲。 其中，群体粒重、粗蛋白含量、湿面筋含量超中亲比例分别达37.61%、14.71%和12.18%，超高亲比例分别达15.97%、9.66%和8.61%。由此看出，群体粒重、粗蛋白与湿面筋含量均表现出较大变异，变异系数分别为19.78%、13.22%和14.98%。

表3 F2代群体粒重、粗蛋白含量和湿面筋含量变异分析

2.2.2 F2代群体白粉病抗性分析 对F2代群体所包含单株进行成株期田间白粉病抗性调查，结果(表4)表明，476 个F2代单株中有235 个(占49.37%)表现为抗白粉病，其中，免疫、高抗、中抗白粉病单株分别为199 个、29 个和7 个，其它241个单株表现不同程度感白粉病。

表4 F2代群体白粉病抗性表现

2.3 亲本及F2代群体分子标记分析

2.3.1 多态性分子标记筛选 在2 个亲本上筛选多态性SSR 引物，结果(表5)表明，957 对引物中有144 对具有多态性，多态性比率为15.05%，其中分布于小麦A、B、D 染色体组引物的多态性比率分别为19.94%、13.11%和11.87%。 部分引物扩增结果见图2。

图2 2 个亲本部分多态性SSR 引物的扩增结果

表5 筛选的多态性SSR 引物分布及数量

2.3.2 F2代群体粒重、粗蛋白与湿面筋含量及白粉病抗性QTL 分析 144 对多态性SSR 引物在F2代群体中稳定扩增的有32 对。 用这32 对引物对群体进行QTL 检测，其中9 个标记对粒重、粗蛋白与湿面筋含量及白粉病抗性有明确定位结果，共检测到22 个QTL(表6)。 这些QTL 涉及2A、3A、7A、2B、4D和5D共6条染色体，LOD值最大为13.00，表型贡献率为2.87%～11.82%，加性效应为-0.76 ～1.42。 其中，检测到1 个粒重QTL，位于3A 染色体，LOD 值为3.98，表型贡献率为3.78%；9 个粗蛋白含量QTL，分布于2A、3A、7A、2B、4D 和5D 染色体上，LOD 值最大为13.00，表型贡献率为3.00%～11.82%；9 个湿面筋含量QTL，分布于2A、3A、7A、2B、4D 和5D 染色体上，LOD 值最大为10.77，表型贡献率为2.99%～9.89%；3 个白粉病抗性QTL，分布于3A、2B 和5D染色体上，LOD 值最大为3.79，表型贡献率为2.87%～3.60%。 同时，标记Xbarc105 检测到群体粒重、 粗蛋白含量和湿面筋含量 QTL；XbarcM171、Xgwm249 和Xpsp3094 均检测到粗蛋白含量和湿面筋含量QTL；Xbarc57、Xwmc160 和Xwmc317 均检测到粗蛋白含量、湿面筋含量和白粉病抗性QTL。 以上这些标记所在位点存在不同性状QTL 富集区。

表6 F2代群体粒重、粗蛋白含量、湿面筋含量和白粉病抗性QTL 分析

3 讨论与结论

小麦对人类生活和生产有着极其重要的作用，培育高产优质及抗病小麦新品种是当前育种的主要任务。 小麦的最终产量是由多个性状共同作用的结果[27]，而粒重是影响产量形成的重要因素之一，且受遗传特性影响最大[4]。 有研究表明，山东省1999—2010年小麦产量平均每年提高61.65 kg/hm2，但产量构成要素中只有粒重呈显著上升趋势[28]。 本研究发现，云麦52 号千粒重较高，可以作为育种亲本改良宁夏栽培小麦品种的粒重进而提高产量，且在F2代发现分别有37.61%和15.97%的单株属于超中亲和超高亲类型。 蛋白质含量和湿面筋含量分别为小麦营养和加工品质的重要指标。 蛋白质性状的遗传力较高，变异受环境影响较小，应从早期世代开始进行选择[29-32]。 F2代各遗传性状处于高度分离状态，能够提供最大的数量遗传信息，是选择的关键世代。 本研究表明，F2代群体的粗蛋白和湿面筋含量平均值分别为13.76%、28.58%，超中亲比例分别为14.71%、12.18%，超高亲比例分别为9.66%、8.61%，而且2 个性状的变异系数均较大，具有选择潜力。 这与姜朋[33]、柴永峰[34]等的研究结果相符，而杭雅文等[35]认为，籽粒蛋白质含量和湿面筋含量的变异系数较小，这可能与材料数量、栽培条件和测试手段等有关。

近几年，白粉病已成为宁夏小麦生产的第一大病害，这就要求在发病充分的条件下，利用大群体进行多年多点抗白粉病鉴定，同时要进行单个毒性小种鉴定，这样才能对育种材料的抗性和生理小种的毒性做出科学、可靠的评价，进而选育和推广抗病小麦品种以解决白粉病的危害。 云麦52 号携带来自于簇毛麦6VS 的Pm21基因，对白粉病免疫，以期在宁夏小麦抗白粉病遗传改良中发挥作用。 本研究在F2代中发现235 个单株表现为抗白粉病。 该结果具有一定参考性，这些抗白粉病单株也具有一定利用价值。

分子标记为小麦数量性状研究提供了可靠的技术手段[12]。 本研究在3A 染色体上检测到一个粒重相关QTL，表型贡献率为3.78%，而王瑞霞等[36]在3A 染色体上定位到籽粒长、宽相关的QTL，说明在3A 染色体上存在着籽粒相关的QTL；9 个粗蛋白含量QTL 和9 个湿面筋含量QTL，表型贡献率分别为3.00%～11.82%、2.99%～9.89%，分布在2A、3A、7A、2B、4D、5D 染色体上，这与王掌军等[19]以宁春4 号与河东乌麦杂交后代的F2:5家系为材料的定位结果基本一致，说明这些染色体上的确存在控制籽粒蛋白质性状的QTL；3 个不同于Pm21基因的抗白粉病QTL，分布在3A、2B、5D 染色体上，表型贡献率为2.87%～3.60%，李欣等[20]在2B 染色体上定位到1 个主效QTLQPm. sac - 2B. 1，可 解 释 表 型 变 异 率 达30.6%～33.6%，与本研究所定位置相近，同时，本研究在3A 和5D 染色体上各定位到1 个抗白粉病QTL，可能为调控小麦白粉病抗性新位点。 今后，需通过开发高效的分子标记构建密度饱和的物理图谱，进而使粒重、粗蛋白与湿面筋含量及抗白粉病QTL(尤其是主效QTL)得以精细定位，为宁夏小麦遗传改良提供分子基础和基因资源。