小麥新品系鄂麥28及其系選后代的農藝性狀及產量特點

王文學，王逸虹，劉易科，張宇慶，佟漢文，陳 泠，何偉杰，鄒 娟，朱展望，高春保,

(1. 湖北省農業科學院糧食作物研究所/糧食作物種質創新與遺傳改良湖北省重點實驗室/農業部華中地區小麥病害生物學科學觀測實驗站/湖北省小麥工程技術研究中心，湖北武漢430064；2.長江大學/主要糧食作物產業化湖北省協同創新中心，湖北荊州 434025)

系統選擇是對已經基本穩定的品種(系)進行選擇，并對選育后代進行鑒定試驗而選育新品種的育種方法[1]。我國近代育種歷史中，采用系統選擇方法育出了大批作物品種，并在生產上應用。江蘇里下河地區農科所通過系統選擇先后育成了揚麥1號、揚麥2號、揚麥3號、揚麥4號等小麥品種。在水稻中，通過系統選擇先后育成了揚稻1號、揚稻2號等品種。隨著育種水平的提高，雜交育種被廣泛利用，系統選擇在現代育種中的地位不斷下降，但系統選擇可保留原有品種優點，利用品種剩余變異克服原品種某些缺點，并可進一步提高品種的一致性與穩定性。因此，此育種方法仍被作為一種輔助手段在育種中應用。如江蘇省農業科學院對寧麥9號進行系統選擇，育成的寧麥13、寧麥14等品種克服了寧麥9號抗倒性差、千粒重較低的缺點，取代了寧麥9號，在生產上大面積應用[2-3]。

植物新品種必須要滿足特異性、一致性和穩定性(distinctness, uniformity and stability, DUS)才能取得品種權[4]。DNA分子標記技術可用來直接檢測品種間DNA水平上的差異，不受環境影響和季節限制，檢測周期短、準確率高，已經被應用于多種領域。因SSR(simple sequence repeats)分子標記具有穩定性好、多態性高、共顯性分離、位點?；?、標記覆蓋整個基因組且分布均勻等優點，國內外科學家對其應用較為廣泛，并取得了一定成果[5-11]。韓鳳龍等[12]篩選出了6對骨干引物，它們具有較好的品種鑒別力和穩定性，可用于河南省小麥品種特異性和一致性鑒定。滕海濤等[13]認為，要保證對不同品種進行區分，需要建立核心引物。王立新等[14]根據小麥DUS測試的需求，篩選出105對引物，并將其分為21對核心引物、29對一級備用引物和55對二級備用引物。其中21對核心引物分辨力較高，可以完成約80%品系的特異性檢測，約95%品系的種子純度檢測和約60%品系的一致性、穩定性檢測。分子標記的應用極大地方便了品種DUS測試，可在基因型水平上反映品種間遺傳相似性[15]，結合田間性狀鑒定，可有效鑒定品種特異性。

鄂麥28是用揚麥15/華2566雜交組合通過系譜法和改良集團育種法選育而成的小麥新品系，2016-2018年參加湖北省小麥區域試驗，平均產量5 306.70 kg·hm-2，比對照鄭麥9023增產4.97%。該品系具有中抗赤霉病、抗穗發芽、高產穩產等突出特點，推廣應用價值較大。為進一步改良鄂麥28，對其群體進行了大規模的系統選擇。本研究對鄂麥28系統選擇的30個品系進行田間鑒定試驗和小麥21對核心SSR標記檢測，以有效利用其剩余變異，促進其生產利用。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料為鄂麥28及其系統選擇的18S268、18S270等30個品系。2016-2017年度選擇鄂麥28單穗800個。2017-2018年度在襄陽原種場種植穗行，田間選擇穗行65個，經產量比較和室內考種，保留30個品系進行產量試驗和分子標記檢測。

圖1 鄂麥28與親本揚麥15和華2566典型單株

1.2 方法

1.2.1 田間鑒定試驗

2018-2019年在襄陽市原種場(襄陽市襄州區古驛鎮，北緯32°17′6.3762″)和湖北省農業科學院糧食作物研究所南湖農場(武漢市洪山區，北緯30°29′3″)種植鄭麥9023(對照)及鄂麥28系選的30個品系。襄陽市原種場屬鄂北崗地麥區，冬季陰冷潮濕，夏季高溫干旱，春秋常年較干旱，土壤黃棕壤，肥力中上等。南湖農場屬江漢平原麥區，小麥生育期降雨偏多，抽穗揚花期光照相對不足，赤霉病流行較重，秋季雨量偏少。

試驗采用完全隨機設計，武漢和襄陽的小區面積分別為6和6.67 m2。武漢試驗調查記錄各小區抽穗期、開花期和成熟期；抽穗完全后測量株高，調查單位面積有效穗數，收獲時取樣調查穗粒數，并測量千粒重及小區產量。襄陽試驗小麥收獲后計產。

1.2.2 分子標記檢測

待收獲后取少量鄂麥28和30個品系的種子，在發芽盒中發芽，取少量新鮮嫩葉，采用CTAB法[16]提取其基因組DNA，用21對核心SSR引物(表3，含Genomic-SSR引物18對和EST-SSR 引物3對，均為單位點引物，分別位于21條染色體，引物類型退火溫度等詳見參考文獻[14])進行檢測，根據21對引物比對結果計算品系間的遺傳相似系數(GS)。GS≤0.90時品系之間具有特異性，GS在0.91～0.95之間時品系比較相似，GS大于0.95時品系為高度相似[17-18]。1.2.3 PCR反應體系及擴增結果分析

PCR反應體系為康為世紀的2×Es Taq MasterMix (Dye)反應體系15 μL：7.5 μL 2×PCR 反應緩沖液，10 μmol·L-1的引物 1 μL，模板DNA 2 μL。PCR反應條件：94 ℃預變性5 min，94 ℃變性30 s，50～68 ℃(根據引物不同，見表1)退火1 min，72 ℃延伸30 s，擴增30個循環；72 ℃延伸5 min，4 ℃保存。PCR產物用6%非變性聚丙烯酰胺凝膠200 V電泳1.2 h，采用硝酸銀染色法顯色后進行人工讀帶。擴增產物的帶型與鄂麥28相同記為“1”，不同的依次記為“2”、“3”、“4”，以此方法標記帶型編號。

1.2.4 遺傳相似系數(GS)的計算方法

GSij=2Nij/(Ni+Nj)。式中Nij為第i和第j兩品系相同帶型的DNA位點總數，Ni和Nj為鄂麥28和參試品系相對比的DNA位點總數。

2 結果與分析

2.1 田間鑒定結果

2.1.1 產量及及其構成表現

由表1可知，30個品系產量變化范圍為 4 788.33～6 541.00 kg·hm-2，穗粒數變化范圍為36.00～48.53，千粒重變化范圍為32.93～ 46.67 g，每公頃穗數變化范圍為313.33萬～451.67萬。產量的變異系數為7.73%，產量構成因素與產量的相關性均未達到顯著。穗數變異系數為9.37%，穗粒數和千粒重變異系數均較小。

表1 不同小麥品種(系)在武漢和襄陽的產量調查結果Table 1 Yield of different wheat materials in Wuhan and Xiangyang

與鄭麥9023相比，武漢試驗中18S329等20個品系表現增產，襄陽試驗中18S279等23個品系增產。其中，18S268、18S272、18S281、18S309、18S311、18S314、18S317、18S318、18S323、18S325、18S276、18S278、18S279、18S293、18S329、18S331、18S333等17個品系在兩地均增產，兩地增產幅度均超過5%的品系有18S268、18S309、18S314、18S317、18S318、18S279、18S293、18S329、18S331等9個品系。18S325和18S276在武漢增產顯著，但在襄陽增產不明顯。18S278在襄陽增產顯著，而在武漢增產不明顯。18S318增產幅度在兩地均超過10%，豐產性和穩產性均較好。18S329的產量在武漢鑒定試驗中居第一位，增產24.23%，其穗粒數和穗數均最高，千粒重中等；在襄陽試驗中增產7.93%，產量表現優異。18S279的產量在襄陽鑒定試驗中居第一位，增產14.74%；在武漢鑒定試驗中增產 7.05%，產量表現優異，千粒重較高，穗粒數和穗數中等。

2.1.2 其他性狀表現

30個品系株高變化范圍為83.67～93.33 cm，變異系數為2.65%，品系之間差異不大(表2)。18S349、18S323、18S337、18S282、18S279、18S272、18S333、18S278、18S336等9個品系株高高于對照品種，其余21個品系矮于對照品種。30個品系中，18S299生育期比對照品種早2 d，18S278抽穗開花較早，其余品系生育期與對照品種一致或晚1～4 d。

表2 武漢試點小麥不同品種(系)株高和生育期Table 2 Plant height and growth stages of different wheat materials in Wuhan

2.2 鄂麥28選系的相似性

根據王立新等[14]的方法，在19～21個核心SSR標記相同的品系中，均有GS大于0.95的可能性，需利用備用引物進行更多位點比對，以確定GS大于0.95的品系，即3個及以上核心標記不同的品系可以確定其特異性。鄂麥28及其30個后代家系經21對核心SSR引物擴增，再經6%非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳，結果(圖2、表3)表明，18S270、18S281、18S306、18S309、18S311、18S314、18S323、18S325、18S276、18S329、18S331、18S337等12個品系標記結果與鄂麥28完全一致，GS 為 1，不具有特異性。其中18S325、18S314、18S329、18S331等4個品系產量性狀優異，可作為鄂麥28優系進行繁殖推廣。18S268、18S272、18S288、18S307、18S317、18S318、18S277、18S293、18S333、18S350等10個品系有一個變異位點，18S282和18S285有兩個變異位點。這12個品系遺傳相似系數較高，特異性需進一步檢測。18S268、18S293、18S317、18S318四個品系產量性狀優良，在田間也表現出一定的差異，可作為新品系進一步利用。18S279、18S349、18S278、18S336、18S299分別有3、4、5、6、7個位點變異，18S312變異位點最多，為12個。這6個品系遺傳相似系數小于0.90，可以確定其特異性。其中18S279產量表現優異，兩地均增產；18S278在襄陽增產顯著，在武漢增產不明顯，抽穗開花較早，成熟期與對照一致；其余4個品 系不同程度減產。這兩個品系可作為新品系利用。

M:DNA marker; 1泳道：鄂麥28典型單株；2～31泳道：鄂麥28的30個選系。

表3 鄂麥28及其30個選系21對SSR核心引物檢測結果Table 3 Genotypes of Emai 28 and its 30 re-selected lines at 21 wheat core SSR loci

3 討 論

雜交育種是目前小麥育種的主要方法，系統選擇在育種中應用相對較少。但本研究發現，新育成品系仍存在較多的剩余變異，比如18S312品系，經檢測與鄂麥28在21個位點中有12個位點變異。系統選擇方法雖然在新品種選育中效率較低，但可將其應用在新品系剩余變異的挖掘利用中。在品種育成后對苗頭品種進行較大規模的穗選或單株選擇，尤其是對于綜合性狀好、優點突出、應用前景較大的新品種，對其進行系統選擇，有望改良某些缺點，并提升品種的一致性和穩定性，對該品種的推廣應用大具有較大價值。

系統選擇結合雜交育種是一個快速有效的育種手段。如對雜交育種育成的小麥品種寧麥9號進行系統選擇，育成了寧麥13、寧麥14等品種。這些品種，特別是寧麥13，克服了寧麥9號抗倒性差、千粒重較低的缺點，取代了寧麥9號，得到大面積種植[2-3]。程順和等[19]指出，在品種育成初期，由于剩余分離和天然雜交等原因，其原始群體內個體或株系間許多重要經濟性狀均存在遺傳差異。從原始群體中進行再選擇，可以使許多經濟性狀上的缺陷得到改良或使原本優良的性狀得到加強。揚麥5號優系在產量、抗病性等方面均比揚麥5號有明顯提高。揚麥158的優系的產量性狀顯著好于原始群體，揚麥158育成初期成熟期有少量青穗、植株不整齊等缺點明顯改善。系統選擇對于這兩個品種的推廣利用起到了重要推動作用。雜交育種親本選配原則之一是要求親本綜合性狀好、優點多、缺點少，而系統育種能針對某個缺點進行改良，優中選優，連續選優，因此把系統選擇用于親本的選擇，提高親本的水平，有助于育成新品種和提高育成品種的水平。彭紹峰等[20]研究表明，同一小麥品系內不同株系作親本對雜種優勢表現有顯著影響，對優良組合親本進行分離篩選能進一步提高雜種優勢水平。

分子標記的應用極大地方便了育種工作，利用分子標記對系統選擇的后代的遺傳相似性進行鑒定，可幫助我們從基因型的角度了解不同家系的遺傳差異，其檢測結果可有效區分各家系的特異性，具有特異性的家系還可作為新品種進行應用。對系統選擇的后代，如果在某個性狀如抗病性有明顯差異，且遺傳相似性較高，可以作為遺傳材料進行該性狀的研究。

目前，基于SSR分子標記的小麥DNA指紋鑒定主要有聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測和毛細管電泳熒光檢測2種方法。R?der等[21]利用19個小麥SSR熒光標記，建立了歐洲主栽小麥品種DNA指紋數據庫。鄭永勝等[22]從2 438個定位到小麥染色體上的SSR標記中，篩選出了42個PCR擴增穩定、帶型易讀、在基因組中分布較均勻、適合對中國小麥育成品種進行鑒定的SSR標記，建立了基于SSR熒光標記的高通量小麥品種DNA指紋鑒定體系。王立新等[14]提出檢測小麥特異性采用3種分子標記的105對引物，包含21對核心引物、84對備用引物。劉麗華等[23]利用21對核心SSR引物對2009-2014年參加國家冬小麥區域試驗的430個品系進行了遺傳多樣性和群體結構分析，發現這21對SSR引物能夠區分430個品系中的408個品系，引物區分能力為95%，表明21對核心引物的多態性非常高，具有較高的代表性。本研究利用21對核心引物對鄂麥28系統選育后代進行檢測，研究結果有效反映了參試材料在基因組水平存在的差異，有助于準確分析各優系和原始品種之間存在的差異，對于進一步分析各優系的潛在利用價值有重要參考 意義。