小麦种质资源穗发芽抗性鉴定和分子标记分析

龚承儒; 袁雨豪; 刘振; 郑继周; 田志成; 刘胜利; 沈庆花; 黄振朴; 董纯豪; 高艳; 李巧云; 唐建卫; 焦竹青; 殷贵鸿; GONG Chengru; YUAN Yuhao; LIU Zhen; ZHENG Jizhou; TIAN Zhicheng; LIU Shengli; SHEN Qinghua; HUANG Zhenpu; DONG Chunhao; GAO Yan; LI Qiaoyun; TANG Jianwei; JIAO Zhuqing; YIN Guihong

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小麦种质资源穗发芽抗性鉴定和分子标记分析 PDF

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1. 河南农业大学农学院/省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室/河南粮食作物协同创新中心/国家小麦工程技术研究中心，郑州 450001； 2. 河南丰德康种业股份有限公司，郑州 450001； 3. 河南省焦作市种子站，焦作 454000

最近更新：2024-08-30

DOI：10.13430/j.cnki.jpgr.20231113002

摘要

为了鉴定小麦种质资源的穗发芽抗性，筛选出有效的抗穗发芽分子标记，进而挖掘优异白粒小麦抗穗发芽种质资源，本研究通过整穗发芽试验对222份小麦种质资源进行穗发芽抗性鉴定，并利用myb10D、DFR-B、Vp1B3、PM19-A1、MFT-3A、MFT-A2、MKK3-A和QSD1等8个抗穗发芽基因的功能分子标记对供试材料进行基因型检测。表型鉴定结果表明，222份小麦种质资源材料的相对穗发芽率存在显著差异，相对穗发芽率变化范围为0~1.15，平均相对穗发芽率为0.73，鉴定出抗穗发芽小麦材料38份，其中包括白粒小麦9份、红粒小麦27份、黑粒小麦2份。等位基因类型与相对穗发芽率相关性分析表明，相对穗发芽率与功能标记myb10D、DFR-B、Vp1B3、MFT-3A和MFT-A2呈极显著相关，而与PM19-A1、MKK3-A和QSD1相关性不显著，说明myb10D、DFR-B、Vp1B3、MFT-3A和MFT-A2等分子标记可用作小麦抗穗发芽基因型检测和分子标记辅助育种。综合表现型和基因型结果，筛选出豫农914、豫农946、丰德存麦30、泛麦5号、徐麦029、连麦1901、保丰1903、郑麦829、13网27-8等9份抗穗发芽白粒小麦种质资源，可用于小麦抗穗发芽遗传育种和抗穗发芽品种布局。

关键词

小麦; 种质资源; 穗发芽; 分子标记

小麦穗发芽（PHS，pre-harvest sprouting）是指小麦在成熟期遇到连续阴雨天气或处在潮湿环境下，籽粒在穗部发芽的现象^［

1］。小麦发生穗发芽后，籽粒内贮藏物质分解转化，影响其产量、加工品质和种用价值，从而造成严重的经济损失^{［参考文献 2-3}2-3］。与白皮小麦相比，红皮小麦一般具有更高的穗发芽抗性，其主要种植于我国西北春麦区、长江中下游麦区和西南麦区，且存在磨粉品质一般等原因，造成收购价格较低，黄淮麦区红皮小麦品种选育和推广应用极少。近些年来随着全国降雨线北移，黄淮麦区正越来越容易受到穗发芽的危害，特别是2023年5月底黄淮南部麦区的河南中南部、陕西关中、安徽北部部分地区在小麦收获期遭遇5~6 d的持续低温降雨，造成部分麦田发生了较为严重的穗发芽。目前我国黄淮南部麦区对小麦育种的研究多集中于高产、优质、广适、抗病等方向，而绝大部分白皮小麦都不抗穗发芽，因此一旦在收获期遇到连续降雨，收获后水分过高又无大量晒场或设备能够及时晾晒或烘干，容易导致小麦发芽，严重影响我国小麦粮食安全和品质。整穗发芽法、籽粒发芽法、大田穗发芽法是鉴定小麦穗发芽抗性的常用方法。李玉营等^{［参考文献 4

百度学术}4］通过对65份小麦材料进行穗发芽试验，比较分析了上述3种小麦穗发芽抗性方法，其研究发现，籽粒发芽法主要反映籽粒的休眠特性，但不能反映品种穗发芽的综合抗性；大田穗发芽法较易受自然条件的影响、变异程度较大，试验结果不够准确稳定；而整穗发芽法更能准确直观的反映出小麦品种的总体穗发芽抗性。

小麦穗发芽受多种因素的影响，其抗性机制较为复杂，是受多基因控制的数量性状^［

5-6］。分子标记辅助选择法能够从早代准确选择目标，开发、验证并利用有效的分子标记是鉴定小麦穗发芽抗性的精准、有效方法之一^{［参考文献 7

百度学术}7］。目前，已经克隆了7个与小麦穗发芽抗性相关的基因，包括Tamyb10、TaDFR、TaVp-1、TaPM19-A、TaMFT（TaPHS1）、TaMKK3-A（TaPhs-A1）、TaQsd1。TaDFR和Tamyb10均为粒色相关基因，且均为MYB转录因子^{［参考文献 8-10}8-10］，其中Tamyb10是R（Red grain color gene）基因的候选基因^{［参考文献 11-12}11-12］。R基因控制的红色种皮与种皮型休眠有关，R基因定位在小麦第3同源群长臂上，与Vp-1基因相距约30 cM^{［参考文献 13-14}13-14］。Tamyb10位于3A、3B和3D染色体长臂上^{［参考文献 15

百度学术}15］，是类黄酮合成基因的转录活化剂^{［参考文献 8

百度学术}8］。二氢黄酮醇4-还原酶（DFR，dihydroflavonol 4-reductase）是植物花色苷生物合成途径中的关键酶，其编码的DFR基因转录受R基因的调控，主要在红粒小麦未成熟种皮中表达^{［参考文献 9

百度学术}9］。TaVp-1、TaPM19-A、TaMFT（TaPHS1）、TaMKK3-A（TaPhs-A1）、TaQsd1均与休眠相关，其中TaVp-1是参与ABA信号转导的与胚休眠有关的转录因子，定位在小麦第3同源群^{［参考文献 16-17}16-17］。在我国和欧洲小麦中，对TaVp-1B基因检测到6种等位变异^{［参考文献 12

百度学术}12，18-20］；在不同小麦材料中，对TaVp-1A在第3内含子中检测到6种等位变异^{［参考文献 21-22}21-22］，在第3内含子、第5内含子和第6外显子检测到17种等位变异^{［参考文献 23

百度学术}23］；但TaVp-1D中尚未发现等位变异^{［参考文献 22-23}22-23］。在小麦近缘种中克隆了11种Vp-1单倍型^{［参考文献 24

百度学术}24］。TaPM19-A1编码ABA诱导的膜蛋白19基因家族蛋白，是胚休眠正向调控因子基因，其启动子区的18 bp缺失导致其表达量降低，造成籽粒发芽指数升高^{［参考文献 25

百度学术}25］。TaMFT抑制小麦籽粒萌发，是小麦3AS染色体臂上控制种子休眠主效QTL QPhs.ocs3A.1的候选基因^{［参考文献 26

百度学术}26］。位于TaMFT启动子区域-222 bp和-194 bp的2处单核苷酸多态性（SNP，single nucleotide polymorphism），以及位于编码区+646 bp和+666 bp的2处单核苷酸多态性，均与穗发芽抗性和籽粒休眠显著相关^{［参考文献 27-29}27-29］。MKK3基因编码丝裂原活化蛋白激酶，参与脱落酸信号转导，而脱落酸是高等植物种子休眠的重要因素^{［参考文献 30

百度学术}30］。在TaMKK3-A基因起始密码子下游+665 bp处存在一个单核苷酸多态性（C/A）与穗发芽抗性相关^{［参考文献 30-31}30-31］。TaQsd1基因可能在种子吸胀过程中，通过降低丙氨酸含量来调节丙酮酸水平，使种子呼吸速率升高促进种子萌发^{［参考文献 32

百度学术}32］。不同的TaQsd1基因型可能通过调节呼吸速率影响休眠。TaQsd1基因的3个同源基因TaQsd1-5A、TaQsd1-5B、TaQsd1-5D中，发现只有TaQsd1-5B存在丰富的变异，且与籽粒休眠相关^{［参考文献 32

百度学术}32］。

小麦穗发芽抗性鉴定易受环境、表型等多种因素影响，已经开发的分子标记很多只在特定环境和遗传背景下有效，很难在小麦育种中被广泛应用，目前对小麦穗发芽抗性相关基因分子标记有效性进行验证的系统研究还不多，苏在兴等^［

6］、曹雪连等^{［参考文献 33

百度学术}33］、王瑜等^{［参考文献 34

百度学术}34］，仅对个别主流标记进行了验证，标记验证的还不够全面。因此本研究将通过对8对小麦穗发芽抗性相关基因分子标记进行有效性验证，以期筛选出能有效对穗发芽抗性进行评价的分子标记，为小麦抗穗发芽分子标记辅助育种提供参考，同时也期望能筛选出白粒抗穗发芽新种质，为小麦育种提供优异亲本材料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料共222份小麦种质资源材料，包含小麦地方品种、审定品种和正在参试的小麦新品系，其中河南135份、安徽15份、北京8份、广西1份、贵州1份、湖南1份、江苏19份、山东5份、陕西21份、四川12份、云南3份和浙江1份。其中白粒191份、红粒29份、黑粒2份。222份种质资源材料（详见https：//doi.org/10.13430/j.cnki.jpgr. 20231113002，附表1）于2022-2023年度种植于河南农业大学国家小麦工程技术研究中心平原示范区小麦试验基地，该地区地势平整，土质为壤土，灌溉方便，前茬作物为玉米，肥力均匀。种植小区采用随机排列，每份种质材料种植2行，每行10粒，行长1 m，窄行间距20 cm，宽行间距40 cm，株距10 cm，设3次重复，田间管理措施同一般大田。

表1 穗发芽抗性基因分子标记信息

Table 1 The primers information of pre-harvest sprouting resistance related genes

基因 Gene	标记 Marker	染色体 Chr.	标记类型Marker type	引物序列（5'-3'） Primer sequence（5'-3'）	等位变异 Allele	片段大小（bp） Fragment size	退火温度（℃） Tm	参考文献Reference
Tamyb10	myb10D	3DL	STS	F：ATGGGGAGGAAGCCATGCTG R：ACTGCTGCTCGTGCCCTCC	Tamyb10-D1a Tamyb10-D1b	1178 1629	64	［37］
TaVp-1	Vp1B3	3BL	STS	F：TGCTCCTTTCCCAATTGG R：ACCCTCCTGCAGCTCATTG	TaVp-1Ba TaVp-1Bb TaVp-1Bc	652 854 569	60	［12］
TaPM19-A	PM19-A1	4AL	STS	F：GAAACAGCTACCGTGTAAAGC R：TGGTGAAGTGGAGTGTAGTGG	TaPM19-A1a TaPM19-A1b	117 99	61	［25］
TaDFR	DFR-B	3BL	CAPS	F：TGCGGTCTGGCGGGGTACGT R：ACGTCGAGAGAGAGAGGGAGGGG	TaDFR-Ba TaDFR-Bb	526 432 /102	60	［10］
TaMFT	MFT-A2	3AS	STS	F：GGCTACGTGTCGCTTGAC R：GCGGCGGATTATTAACTG	TaMFT-A2a TaMFT-A2b	148 115	56	［27］
	MFT-3A	3AS	CAPS	F：GTAGCGGGTGAAATCTGCAT R：GGGACGTACGAGGGTGTAGA	TaMFT-3Aa TaMFT-3Ab	800 400	60	［27］
TaMKK3-A	MKK3-A	4AL	CAPS	F：CACCAAAGAATAGAAATGCTCTCT R：AGGAGTAGTTCTCATTGCGG	TaMKK3-Aa TaMKK3-Ac	887 605 /282	62	［31］
TaQsd1	QSD1	5BL	CAPS	F：GTTTGACCGTACAAGTTTCC R：AGACAGCAATGCCTCCC	TaQsd1-5Ba TaQsd1-5Bb	250 /59 309	55	［32］

片段大小中“/”前后数据，代表原扩增片段经酶切后产生的同时存在的两个片段；F：正向引物序列；R：反向引物序列

The data before and after "/" in fragment size represent the two simultaneous fragments produced by the enzyme digestion of the original amplified fragment；F： Forward primer sequence；R：Reverse primer sequence

1.2 整穗发芽鉴定

参考T/GJXMLZ-CARS-2020小麦抗穗发芽性检测方法标准，在开花当天选择有代表性的15~20个单株，挂牌并注明开花日期。于开花后第35天或小麦生理成熟期（穗颈和颖壳转黄，即黄熟期）选择挂牌的10个单株，从穗下颈5~10 cm处剪取，从大田中收回备用。将整穗放于灭菌水中浸泡4 h，再用0.1％次氯酸钠溶液消毒5 min，然后在人工智能气候室（22℃±2℃、100％相对湿度）中培养5 d，随即在60℃烘箱中烘干。手工剥粒，以籽粒胚部表皮破裂为发芽检测标准，分别统计每组整穗的总籽粒数和发芽籽粒数，计算穗发芽率（SP，sprouting percentage）和相对穗发芽率（RSP，relative sprouting percentage）。

穗发芽率=10个麦穗总发芽籽粒数/10个麦穗总籽粒数×100%

相对穗发芽率=待测品种穗发芽率/感穗发芽对照品种穗发芽率

参照《小麦品种穗发芽抗性鉴定标准》（T/GJXMLZ-CARS-2020）^［

35］，将参试材料的穗发芽抗性分为5个等级，即高抗穗发芽（HR，high resistance）、抗穗发芽（R，resistance）、中抗穗发芽（MR，medium resistance）、感穗发芽（S，susceptibility）和高感穗发芽（HS，high susceptibility），对应的相对穗发芽率分别为<0.05、0.05~0.20、0.21~0.40、0.41~0.60、>0.60（本研究整穗发芽试验以淮麦40整穗发芽率85.4%作为对照，计算相对穗发芽率）。

利用Microsoft Excel 2019数据分析工具对表型数据进行统计分析，采用IBM SPSS Statistics 27进行方差及相关性分析。

1.3 分子标记检测

每个供试种质材料选取2粒标准籽粒，利用CTAB法^［

36］提取基因组DNA。用于分析的功能标记有：myb10D^{［参考文献 37

百度学术}37］、DFR-B^{［参考文献 10

百度学术}10］、Vp1B3^{［参考文献 12

百度学术}12］、PM19-A1^{［参考文献 25

百度学术}25］、MFT-3A^{［参考文献 27

百度学术}27］、MFT-A2^{［参考文献 27

百度学术}27］、MKK3-A^{［参考文献 31

百度学术}31］、QSD1^{［参考文献 32

百度学术}32］，引物序列及其他相关信息见表1，所有引物均在上海生工生物技术有限公司合成。PCR反应体系10 μL：PCR Mix混合液5 μL，模板DNA1 μL（50 ng/μL），上、下游引物各0.2 μL（20 mmol/μL），ddH₂O 3.6 μL。PCR扩增程序及PCR产物酶切分别参照文献^{［参考文献 10

百度学术}10，12，25，27，31-32，37］进行。PCR扩增产物和酶切产物采用1.5%~2.0%琼脂糖凝胶电泳后，利用凝胶成像系统拍照分析。

2 结果与分析

2.1 小麦种质资源穗发芽表型分析

222份供试小麦种质材料（详见https：//doi.org/10.13430/j.cnki.jpgr. 20231113002，附表1）的穗发芽率为0.4%~98.4%，平均穗发芽率为62.3%，变异系数为43.8%；相对穗发芽率为0~1.15，平均相对穗发芽率为0.73，变异系数为43.8%。由表2可知，各抗性等级间小麦平均相对穗发芽率差异明显。其中高抗穗发芽材料有10份，占比4.5%，平均相对穗发芽率为0.03；抗穗发芽材料有20份，占比9.0%，平均相对穗发芽率为0.08；中抗穗发芽材料有8份，占比3.6%，平均相对穗发芽率为0.30；感穗发芽材料有16份，占比7.2%，平均相对穗发芽率为0.55；高感穗发芽材料有168份，占比75.7%，平均相对穗发芽率为0.89。在222份供试小麦材料中有白粒小麦191份，占比86.0%，平均相对穗发芽率为0.83；红粒小麦29份，占比13.1%，平均相对穗发芽率为0.10；黑粒小麦2份，占比0.9%，平均相对穗发芽率为0.06。本研究发现在222份小麦种质资源中，白粒小麦达到中抗穗发芽以上水平材料仅有9份，其中13网27-8（编号为212）达到抗穗发芽级别，豫农914（编号为171）、豫农946（编号为195）、丰德存麦30（编号为157）、泛麦5号（编号为8）、徐麦029（编号为15）、连麦1901（编号为63）、保丰1903（编号为80）和郑麦829（编号为128）达到中抗穗发芽级别。

表2 供试材料整穗发芽分析

Table 2 Analysis of pre-harvest sprouting of the tested materials

抗性等级 Resistance level	平均相对穗发芽率 Average RSP	材料数 Number of materials	所占比例（%） Proportio
高抗 HR	0.03±0.01	10	4.5
抗 R	0.08±0.05	20	9.0
中抗 MR	0.30±0.06	8	3.6
感 S	0.55±0.05	16	7.2
高感 HS	0.89±0.14	168	75.7

HR： High resistance；R： Resistance； MR： Medium resistance； S： Susceptibility； HS： High susceptibility； RSP：Relative sprouting percentage；The same as below

2.2 穗发芽抗性相关分子标记的有效性检测

分子标记myb10D可扩增出2种类型片段，其中基因型Tamyb10-D1b可扩增出1629 bp片段，Tamyb10-D1a可扩增出1178 bp片段（图1A）。标记DFR-B可扩增出2种类型片段，其中基因型TaDFR-Bb可扩增出534 bp片段，TaDFR-Ba可扩增出526 bp片段；534 bp片段经Hinf I酶切产生432 bp和102 bp片段（图1B）。Vp1B3是根据TaVp-1B第3个内含子开发的序列标签位点（STS，sequence tagged site）标记，已发现6种等位变异，常见的有3种，在抗穗发芽材料中为TaVp-1Bb（854 bp）和TaVp-1Bc（569 bp）基因型，而在感穗发芽材料中为TaVp-1Ba（652 bp）基因型^［

12］（图1C）。标记PM19-A1可扩增出2种类型片段，其中基因型TaPM19-A1a可扩增出117 bp片段，TaPM19-A1b可扩增出99 bp片段（图1D）。标记MFT-3A可扩增出800 bp片段，经由Cla I酶切产生400 bp片段的基因型为TaMFT-3Ab，不能酶切的基因型为TaMFT-3Aa（图1E）。标记MFT-A2可扩增出2种类型片段，其中基因型TaMFT-A2a可扩增出148 bp片段，TaMFT-A2b可扩增出115 bp片段（图1F）。标记MKK3-A可扩增出887 bp片段，经由Hpy166 II酶切产生605 bp和282 bp的片段的为TaMKK3-Ac基因型，不能酶切的为TaMKK3-Aa基因型（图1G）。标记QSD1可扩增出309 bp片段，经由Hha I酶切产生250 bp和59 bp的片段的为TaQsd1-5Ba基因型，不能酶切的为TaQsd1-5Bb基因型（图1H）。

图1 分子标记在部分材料中的扩增结果

Fig.1 Amplification results of molecular markers in some materials

M：DL 2000；图中种质资源编号同附表1；A~H：分别是分子标记myb10D、DFR-B、Vp1B3、PM19-A1、MFT-3A、MFT-A2、MKK3-A和QSD1的部分扩增结果The numbers of germplasm resources in the figure are the same as attached Table 1； A-H： Represent partial amplification results of molecular marker myb10D、DFR-B、Vp1B3、PM19-A1、MFT-3A、MFT-A2、MKK3-A和QSD， respectively

通过对上述分子标记检测结果进行分析发现，基因型Tamyb10-D1a、TaDFR-Bb、TaVp-1Ba、TaPM19-A1b、TaMFT-3Ab、TaMFT-A2a、TaMKK3-Ac、TaQsd1-5Bb在供试的222份小麦种质材料中分别占比88.3%、75.7%、62.2%、91.0%、93.2%、83.8%、57.2%、66.2%，其平均相对穗发芽率均超过0.7。基因型Tamyb10-D1b、TaVp-1Bb、TaMFT-3Aa在供试的222份小麦种质材料中分别占比11.7%、1.8%、6.8%，平均相对穗发芽率分别为0.1、0.16、0.18（表3）。这表明平均相对穗发芽率较高的基因型在供试材料中占比很大，相反平均相对穗发芽率低的基因型在供试材料中占比很小。

表3 各基因等位变异间整穗发芽分析

Table 3 Pre-harvest sprouting analysis among allelic variation of each gene

标记 Marker	等位变异 Allele	平均相对穗发芽率 Average RSP	材料数 Number of materials	所占比例（% ） Proportio
myb10D	Tamyb10-D1a	0.81	196	88.3
	Tamyb10-D1b	0.10	26	11.7
DFR-B	TaDFR-Ba	0.56	54	24.3
	TaDFR-Bb	0.78	168	75.7
Vp1B3	TaVp-1Ba	0.76	138	62.2
	TaVp-1Bb	0.16	4	1.8
	TaVp-1Bc	0.70	80	36.0
PM19-A1	TaPM19-A1a	0.67	20	9.0
	TaPM19-A1b	0.74	202	91.0
MFT-3A	TaMFT-3Aa	0.18	15	6.8
	TaMFT-3Ab	0.77	207	93.2
MFT-A2	TaMFT-A2a	0.70	186	83.8
	TaMFT-A2b	0.87	36	16.2
MKK3-A	TaMKK3-Aa	0.77	95	42.8
	TaMKK3-Ac	0.70	127	57.2
QSD1	TaQsd1-5Ba	0.72	75	33.8
	TaQsd1-5Bb	0.74	147	66.2

利用Pearson相关分析模型分析，结果表明相对穗发芽率与Tamyb10-D1a呈极显著正相关（P<0.001），相关系数为0.718，而与Tamyb10-D1b呈极显著负相关（P<0.001），相关系数为-0.718。相对穗发芽率与TaDFR-Ba呈极显著负相关（P<0.001），相关系数为-0.296，而与TaDFR-Bb呈极显著正相关（P<0.001），相关系数为0.296。相对穗发芽率与TaVp-1Ba呈显著正相关（P<0.05），相关系数为0.135，与TaVp-1Bb呈极显著负相关（P<0.001），相关系数为-0.240，而与TaVp-1Bc呈负相关但相关性不显著（P=0.298），相关系数为-0.070。相对穗发芽率与TaPM19-A1a呈负相关但相关性不显著（P=0.370），相关系数为-0.060，而与TaPM19-A1b呈正相关，但相关性不显著（P=0.370），相关系数为0.060。相对穗发芽率与TaMFT-3Aa呈显极著负相关（P<0.001），相关系数为-0.463，而与TaMFT-3Ab呈极显著正相关（P<0.001），相关系数为0.463。相对穗发芽率与TaMFT-A2a呈极显著负相关（P=0.004），相关系数为-0.194，而与TaMFT-A2b呈极显著正相关（P=0.004），相关系数为0.194。相对穗发芽率与TaMKK3-Aa呈正相关，但相关性不显著（P=0.136），相关系数为0.100，而与TaMKK3-Ac呈负相关但相关性不显著（P=0.136），相关系数为-0.100。相对穗发芽率与TaQsd1-5Ba呈负相关，但相关性不显著（P=0.643），相关系数为-0.031，而与TaQsd1-5Bb呈正相关但相关性不显著（P=0.643），相关系数为0.031。综上所述，myb10D、DFR-B、Vp1B3、MFT-3A和MFT-A2等分子标记能够用于小麦抗穗发芽材料的筛选。

2.3 小麦种质资源聚合抗穗发芽等位基因分析

由有效抗穗发芽分子标记MFT-A2、MFT-3A、Vp1B3、DFR-B和myb10D在222份试验材料中检测结果（详见https：//doi.org/10.13430/j.cnki.jpgr. 20231113002，附表1）可知，在TaMFT-A2、TaMFT-3A、TaVp-1B、TaDFR-B、Tamyb10-D等5个基因位点上，共检测到21种类型的等位变异组合（表4）。其中携带TaMFT-A2a/TaMFT-3Ab/TaVp-1Ba/TaDFR-Bb/Tamyb10-D1a等位变异组合的材料最多，丰德存麦30（编号为157）、豫农914（编号为171）、13网27-8（编号为212）等89份小麦种质材料携带该等位变异组合，占全部试验材料的40.1%；携带TaMFT-A2a/TaMFT-3Aa/TaVp-1Ba/TaDFR-Ba/Tamy b10-D1a、TaMFT-A2a/TaMFT-3Aa/TaVp-1Bb/TaDFR-Ba/Tamyb10-D1b、TaMFT-A2a/TaMFT-3Aa/TaVp-1Bc/ TaDFR-Ba/Tamyb10-D1b、TaMFT-A2a/TaMFT-3Ab/TaVp- 1Bb/TaDFR-Bb/Tamyb10-D1a、TaMFT-A2a/TaMFT-3Ab/ TaVp-1Bc/TaDFR-Bb/Tamyb10-D1b、TaMFT-A2b/TaMFT- 3Ab/TaVp-1Bc/TaDFR-Bb/Tamyb10-D1b等6组等位变异组合都仅检测到1份小麦种质材料携带上述等位变异组合，依次为平安11号（编号为151）、白壳和尚麦（编号为209）、江西早（编号为196）、13网27-25（编号为218）、syn792（编号为222）、13网27-18（编号为215），其均占全部试验材料的0.5%。表明这批试验材料以TaMFT-A2a/TaMFT-3Ab/TaVp-1Ba/TaDFR-Bb/Tamyb10-D1a等位基因组合分布为主。

表4 等位变异组合分布及其与平均相对穗发芽率的关系

Table 4 Distribution of allelic variation combinations and their relationship to average RSP

等位变异组合 Allelic combination	平均相对穗发芽率 Average RSP	材料数Number of materials	所占比例（%）Proportio	标准差Standard deviation
TaMFT-A2a/TaMFT-3Aa/TaVp-1Bb/TaDFR-Ba/Tamyb10-D1b	0.03	1	0.5	-
TaMFT-A2a/TaMFT-3Ab/TaVp-1Bb/TaDFR-Ba/Tamyb10-D1b	0.04	2	0.9	0.019
TaMFT-A2a/TaMFT-3Aa/TaVp-1Ba/TaDFR-Ba/Tamyb10-D1b	0.05	8	3.6	0.049
TaMFT-A2a/TaMFT-3Aa/TaVp-1Bc/TaDFR-Ba/Tamyb10-D1b	0.05	1	0.5	-
TaMFT-A2a/TaMFT-3Ab/TaVp-1Bc/TaDFR-Bb/Tamyb10-D1b	0.05	1	0.5	-
TaMFT-A2a/TaMFT-3Ab/TaVp-1Bc/TaDFR-Ba/Tamyb10-D1b	0.06	5	2.3	0.044
TaMFT-A2b/TaMFT-3Ab/TaVp-1Bc/TaDFR-Bb/Tamyb10-D1b	0.1	1	0.5	-
TaMFT-A2a/TaMFT-3Ab/TaVp-1Ba/TaDFR-Bb/Tamyb10-D1b	0.17	4	1.8	0.188
TaMFT-A2a/TaMFT-3Ab/TaVp-1Ba/TaDFR-Ba/Tamyb10-D1b	0.3	3	1.4	0.468
TaMFT-A2a/TaMFT-3Aa/TaVp-1Bc/TaDFR-Bb/Tamyb10-D1a	0.34	2	0.9	0.064
TaMFT-A2a/TaMFT-3Aa/TaVp-1Bc/TaDFR-Ba/Tamyb10-D1a	0.46	2	0.9	0.226
TaMFT-A2a/TaMFT-3Ab/TaVp-1Bb/TaDFR-Bb/Tamyb10-D1a	0.54	1	0.5	-
TaMFT-A2a/TaMFT-3Aa/TaVp-1Ba/TaDFR-Ba/Tamyb10-D1a	0.63	1	0.5	-
TaMFT-A2a/TaMFT-3Ab/TaVp-1Bc/TaDFR-Bb/Tamyb10-D1a	0.75	45	20.3	0.244
TaMFT-A2a/TaMFT-3Ab/TaVp-1Ba/TaDFR-Ba/Tamyb10-D1a	0.78	12	5.4	0.285
TaMFT-A2a/TaMFT-3Ab/TaVp-1Bc/TaDFR-Ba/Tamyb10-D1a	0.82	9	4.1	0.178
TaMFT-A2b/TaMFT-3Ab/TaVp-1Bc/TaDFR-Bb/Tamyb10-D1a	0.83	10	4.5	0.23
TaMFT-A2a/TaMFT-3Ab/TaVp-1Ba/TaDFR-Bb/Tamyb10-D1a	0.84	89	40.1	0.191
TaMFT-A2b/TaMFT-3Ab/TaVp-1Ba/TaDFR-Bb/Tamyb10-D1a	0.84	15	6.8	0.276
TaMFT-A2b/TaMFT-3Ab/TaVp-1Ba/TaDFR-Ba/Tamyb10-D1a	0.99	6	2.7	0.056
TaMFT-A2b/TaMFT-3Ab/TaVp-1Bc/TaDFR-Ba/Tamyb10-D1a	1.09	4	1.8	0.035

-：无数据

-：No data

利用方差分析法，进一步分析不同类型等位变异组合与平均相对穗发芽率的关系（表4）。结果表明，携带TaMFT-A2b/TaMFT-3Ab/TaVp-1Bc/TaDFR-Ba/Tamyb10-D1a等位变异组合材料的发芽指数最高，其平均相对穗发芽率为1.09，共检测到安科1703（编号为2）、西农819（编号为41）、新世纪2号（编号为109）和郑麦379（编号为154）等4份材料，占比为1.8%。根据分子标记有效性分析结果得知，该等位基因组合中仅携带TaVp-1Bc和TaDFR-Ba等2个抗穗发芽等位基因。携带TaMFT-A2a/TaMFT-3Aa/TaVp-1Bb/TaDFR-Ba/Tamyb10-D1b等位变异组合材料的发芽指数最低，其平均相对穗发芽率为0.03，共检测白壳和尚麦（编号为209）这1份材料，占比为0.5%。根据分子标记有效性分析结果得知，该等位基因组合中携带TaMFT-A2a、TaMFT-3Aa、TaVp-1Bb、TaDFR-Ba、Tamyb10-D1b等5个抗穗发芽等位基因。这表明等位变异组合TaMFT-A2a/TaMFT-3Aa/TaVp-1Bb/TaDFR-Ba/Tamyb10-D1b与抗穗发芽相关，等位变异组合TaMFT-A2b/TaMFT-3Ab/TaVp-1Bc/TaDFR-Ba/Tamyb10-D1a与感穗发芽相关。

在所有的等位变异组合中，德宏福199（编号为21）、中麦895（编号为148）、豫农901（编号为160）、豫农908（编号为167）、豫农911（编号为169）、豫农黑925（编号为178）等15份材料不携带抗穗发芽等位基因，占全部材料的6.8%，平均相对穗发芽率0.84。在只携带1个抗穗发芽等位基因的等位变异组合中，只携带TaVp-1Bc抗穗发芽等位基因的等位变异组合平均相对穗发芽率最低，其值为0.83，安科1605（编号为1）、英强1号（编号为31）、豫农927（编号为180）、豫农946（编号为195）等10份材料携带该等位变异组合，占全部材料的4.5%。在携带2个抗穗发芽等位基因的等位变异组合中，携带TaVp-1Bc、Tamyb10-D1b抗穗发芽等位基因的等位变异组合平均相对穗发芽率最低，其值为0.1，仅有13网27-18（编号为215）这1份材料携带该等位变异组合，占全部材料的0.5%。在携带3个抗穗发芽等位基因的等位变异组合中，携带TaMFT-A2a、TaDFR-Ba、Tamyb10-D1b抗穗发芽等位基因的等位变异组合平均相对穗发芽率最低，其值为0.3，信麦161（编号为114）、花旗小麦（编号为206）、13网27-24（编号为217）等3份材料携带该等位变异组合，占全部材料的1.4%。在携带4个抗穗发芽等位基因的等位变异组合中，携带TaMFT-A2a、TaVp-1Bb、TaDFR-Ba、Tamyb10-D1b抗穗发芽等位基因的等位变异组合平均相对穗发芽率最低，其值为0.04，蜈蚣鞭（编号为197）、洋麦子（编号为201）等2份材料携带该等位变异组合，占全部材料的0.9%。在携带全部5个抗穗发芽等位基因的等位变异组合中，携带TaMFT-A2a、TaMFT-3Aa、TaVp-1Bb、TaDFR-Ba、Tamyb10-D1b抗穗发芽等位基因的等位变异组合平均相对穗发芽率最低，其值为0.03，仅有白壳和尚麦（编号为209）1份材料携带该等位变异组合，占全部材料的0.5%。综上所述，抗穗发芽基因等位变异组合抗性效应由强到弱的顺序如表4所示，其中TaMFT-A2a/TaMFT-3Aa/TaVp-1Bb/TaDFR-Ba/Tamyb10- D1b等位变异组合的抗性效应最强，TaMFT-A2b/TaMFT-3Ab/TaVp-1Bc/TaDFR-Ba/Tamyb10-D1a等位变异组合的抗性效应最弱。

3 讨论

3.1 不同粒色与小麦种质资源抗穗发芽的关系

小麦的整穗发芽试验与籽粒发芽试验相比，整穗发芽试验更能反映出小麦在田间发生穗发芽现象时的真实情况和整体抗穗发芽水平，而籽粒发芽试验反映的是小麦籽粒的休眠水平，因此本研究采用整穗发芽试验对供试小麦种质材料进行穗发芽表型鉴定。在本研究222份供试小麦材料中（白粒191份、红粒29份、黑粒2份），中抗及以上材料共38份，其中红粒小麦材料27份，白粒小麦材料9份，黑粒小麦材料仅2份。在191份白粒小麦材料中，泛麦5号、徐麦029、连麦1901、保丰1903、郑麦829、丰德存麦30、豫农914、豫农946等8份材料表现为中抗穗发芽，占白粒供试小麦材料的4.2%，13网27-8表现为抗穗发芽，占白粒供试小麦材料的0.5%。在29份红粒小麦材料中，襄麦46、豫农910、豫农926等17份表现为抗穗发芽，占红粒供试小麦材料的58.6%，凤庆小麦、洋麦子、竹杆青等10份材料表现为高抗穗发芽，占红粒供试小麦材料的34.4%。豫农黑924和豫农黑925等2份黑粒小麦材料，全部表现为抗穗发芽材料。

本研究发现在222份小麦种质资源中，白粒小麦达到中抗穗发芽以上水平材料仅有9份，通过有效抗穗发芽分子标记MFT-A2、MFT-3A、Vp1B3、DFR-B、myb10D在222份试验材料中检测结果可知，抗穗发芽白粒小麦13网27-8含有效抗穗发芽等位基因TaMFT-A2a；在中抗穗发芽白粒小麦中，豫农914、丰德存麦30、连麦1901和保丰1903均只含有效抗穗发芽等位基因TaMFT-A2a；泛麦5号和徐麦029含有效抗穗发芽等位基因TaMFT-A2a和TaMFT-3Aa；郑麦829含有效抗穗发芽等位基因TaMFT-A2a、TaMFT-3Aa和TaDFR-Ba；豫农946不含有与相对穗发芽率相关性显著的有效抗穗发芽等位基因。结果表明除豫农946外，其他8份抗穗发芽白粒小麦种质资源均含有一个或多个有效抗穗发芽等位基因位点。

该研究结果表明，我国目前白粒抗穗发芽小麦种质材料稀缺，而红粒和黑粒小麦绝大部分都抗穗发芽，并且个别白粒抗穗发芽小麦材料不含有已知的抗穗发芽基因。因此我国目前急需创制更多的白粒抗穗发芽小麦种质资源以及挖掘出更多抗穗发芽基因，以全面提高我国白粒小麦品种的抗穗发芽水平。

3.2 与种皮色泽相关的抗穗发芽基因

本研究中与小麦穗发芽抗性相关的基因Tamyb10、TaDFR均为种皮色泽相关基因。Tamyb10基因与红粒小麦穗发芽抗性有关，其中Tamyb10-D1对穗发芽抗性影响最大^［

38］。本研究发现，在222个供试小麦材料中，有26份为Tamyb10-D1b基因型，全部为红粒小麦，其中13网27-24表现为高感穗发芽，syn99表现为感穗发芽，襄麦46、信麦161、江西早、蜈蚣鞭、铁壳麦等14份材料表现为抗穗发芽，凤庆小麦、洋麦子、竹杆青、顺水红、白芒子等10份材料表现为高抗穗发芽。此外扬麦15、豫农910、豫农926等3份表现为抗穗发芽的红粒小麦材料携带Tamyb10-D1a基因型。这表明Tamyb10基因与红粒小麦穗发芽抗性基因紧密连锁，且Tamyb10基因的2种等位变异类型的相对穗发芽率差异达到极显著水平，因此myb10D标记可用于红粒小麦的穗发芽抗性辅助育种，这与前人研究结果一致，应在小麦抗穗发芽中重点利用^{［参考文献 38-39}38-39］。此外Bi等^{［参考文献 10

百度学术}10］研究发现，TaDFR在120个红粒小麦品种中，基因型TaDFR-Bb与穗发芽抗性达到极显著相关，等位变异TaDFR-Bb在TaDFR-B启动子区有8 bp插入，穗发芽抗性高于TaDFR-Ba。本研究的222份供试小麦材料中有红粒材料29份，其中仅有8份为TaDFR-Bb基因型，其平均相对穗发芽率为0.13；另外21份红粒材料为TaDFR-Ba基因型，其平均相对穗发芽率为0.09。分析表明在红粒材料中TaDFR-Ba和TaDFR-Bb这2种等位变异的相对穗发芽率无显著差异。而在不区分小麦材料籽粒颜色的情况下，2种等位变异的相对穗发芽率达到极显著差异。根据本研究发现，无论是在不区分籽粒颜色还是在只关注红粒小麦材料的情况下，携带TaDFR-Ba基因型小麦材料的平均相对穗发芽率均低于TaDFR-Bb基因型小麦材料，说明TaDFR-Ba基因型才应为抗穗发芽等位基因变异，该结果与Bi等^{［参考文献 10

百度学术}10］不一致，可能与本研究中红粒小麦材料选择遗传背景有关。

3.3 与籽粒休眠相关的抗穗发芽基因

本研究中与穗发芽抗性相关的基因TaVp-1、TaSdr、TaPM19-A1、TaMFT、TaMKK3-A、TaQsd1均为籽粒休眠相关的基因。TaVp-1是与小麦种子休眠有关的转录因子基因，存在多种等位变异类型，其中TaVp-1Ba属于感穗发芽类型，TaVp-1Bb和TaVp-1Bc属于抗穗发芽类型^［

18］，本研究发现TaVp-1Ba和TaVp-1Bc基因型之间的相对穗发芽率无显著差异，说明不能用基因型TaVp-1Bc来筛选小麦抗穗发芽材料，这与李亚青等^{［参考文献 40

百度学术}40］的研究结果一致。而TaVp-1Ba和TaVp-1Bb基因型之间的相对穗发芽率达到极显著差异，说明可以用基因型TaVp-1Bb来筛选小麦抗穗发芽材料，这与李亚青等^{［参考文献 40

百度学术}40］研究结果不一致，可能因为基因型TaVp-1Bb在小麦材料中分布频率很低，李亚青等^{［参考文献 40

百度学术}40］并未在其研究材料中检测出TaVp-1Bb等位基因变异类型。曹雪连等^{［参考文献 33

百度学术}33］采用分子标记PM19-A1进行有效性验证，发现标记PM19-A1与穗发芽抗性显著相关，而李亚青等^{［参考文献 40

百度学术}40］在使用相同分子标记对42份优质小麦品种进行检测后发现，标记PM19-A1与穗发芽抗性无关，本研究结果与李亚青等^{［参考文献 40

百度学术}40］的研究结果相同。本研究采用分子标记MFT-3A和MFT-A2对222份小麦种质材料进行检测，发现在不区分小麦籽粒颜色的情况下，相对穗发芽率与标记MFT-3A和MFT-A2均显著相关，这与赵良侠^{［参考文献 27

百度学术}27］和Nakamura等^{［参考文献 28

百度学术}28］的研究结果一致。分子标记MKK3-A可以特异性地扩增出一个887 bp片段，带有C等位基因的休眠系存在完整的Hpy166II（GTNNAC）位点，887 bp的扩增片段可被酶切为605 bp和282 bp的片段，相反，具有A等位基因的非休眠株系中Hpy166II酶切位点缺失，因此在酶切后保持完整（887 bp），非休眠发芽感亲本携带TaMKK3-Aa等位基因，而所有休眠亲本携带TaMKK3-Ac等位基因^{［参考文献 31

百度学术}31］。本研究表明TaMKK3-Aa等位基因的平均相对穗发芽率高于TaMKK3-Ac等位基因的平均相对穗发芽率，这与前人研究一致^{［参考文献 31

百度学术}31］，但分子标记MKK3-A与相对穗发芽率未呈现显著相关，这可能是由于此标记更加适用于在其开发的群体内进行抗穗发芽种质筛选，广适性不高。未文新^{［参考文献 32

百度学术}32］通过重组自交系群体进一步检验表明QSD1两个等位基因的休眠期平均值之间呈极显著差异（P<0.01），携带TaQsd1-5Ba的家系休眠期较长，反之携带TaQsd1-5Bb的家系休眠期较短^{［参考文献 32

百度学术}32］。本研究表明相对穗发芽率与TaQsd1-5Bb呈正相关，而与TaQsd1-5Ba呈负相关，说明TaQsd1-5Bb为感穗发芽等位基因，而TaQsd1-5Ba为抗穗发芽等位基因，这与前人研究一致^{［参考文献 32

百度学术}32］，但分子标记QSD1与相对穗发芽率未呈现显著相关，这可能是由于此标记更加适用于在其开发的群体内进行抗穗发芽种质筛选。

4 结论

综上所述，本研究表明，myb10D、Vp1B3、MFT-A2、DFR-B和MFT-3A等5个分子标记可用于小麦种质资源的穗发芽抗性基因型检测和分子标记辅助选择育种。聚合多个抗穗发芽基因可以有效提高品种的抗穗发芽水平，其中最佳的抗穗发芽基因组合为TaMFT-A2a/TaMFT-3Aa/TaVp-1Bb/TaDFR-Ba/Tamyb10-D1b。另外，本研究通过基因型和表型筛选出来的豫农914、豫农946、丰德存麦30、泛麦5号、徐麦029、连麦1901、保丰1903、郑麦829、13网27-8等9份抗穗发芽白粒小麦种质资源材料，其中除豫农946外，其他8份抗穗发芽白粒小麦种质资源均含有一个或多个有效抗穗发芽等位基因位点。此外，这9份抗穗发芽白粒小麦种质资源材料相对穗发芽率均较低，可作为优异的白粒小麦抗穗发芽亲本材料进行抗穗发芽小麦新品种培育，同时在穗发芽易发区也可作为抗性品种加以推广利用。

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