20082009年度河北、河南、四川和江苏四省冬小麦区试品系的遗传多样性和抗条锈性分析

托扬保 201440(2)：113118 Plant Protection 2008-2009年度河北、河南、四川和江苏四省 冬小麦区试品系的遗传多样性和抗条锈性分析 高晓梅 ， 冯 晶 ， 蔺瑞明。， 王凤涛 ， 何月秋 ， 徐世昌 (1云南农业大学，昆明650201；2中国农业科学院植物保护研究所，植物病虫害生物学国家重点实验室，北京100193) 摘要探讨20o82009年度河北、河南、四川、江苏四省参加区试的70个小麦品系的遗传多样性和抗条锈性，以期 了解小麦种质资源间的遗传差异，并为小麦品种抗条锈病基因的合理布局提供科学依据。采用亲缘系数(coeffi cient of parentage，COP)分析2OO82009年度四省的7O个供试小麦品系的2 415对组合并进行聚类分析，同时， 对这7O个品系接种条锈茵混合菌系CYR32、CYR31、CYR33、CYR30和CYR29，进行抗条锈性鉴定。供试的所有 品系的COP值的变化范围在0000 OO750 0之间，COP值的总和为24607 5，其平均值为0010 2。聚类分析分 为6大类，聚为一类的多为同一个骨干亲本培育的品系且它们的抗性相似，说明使用同一骨干亲本抗病性得到了较 好的遗传，但使用同一亲本降低了小麦品种间的遗传多样性。增大对亲缘关系较远的品种的应用，有利于增加小麦 品种间的遗传多样性，创造出更多的优异种质。小麦条锈病抗性鉴定结果表明，四省的小麦区试品系对条锈病感病 和抗病分别占总参试品系的5714 和4O ，其中，四川抗病品系占参试品系的6155 ，总体上看抗条锈性相对较 好，其他三省抗条锈性相对较差，抗病品种选育工作亟待加强。 关键词 小麦； 亲缘系数； 聚类分析； 抗病性 中图分类号： S 43221 文献标识码： A DOI： 103969jissn05291542201402022 Genetic divers ity for wheat regional trial cultivars of Hebei，Henan， Sichuan and Jiangsu provinces in 2008-2009 Gao Xiaomei ， Feng Jing ，Lin Ruiming ，Wang Fengtao ，He Yueqiu ，Xu Shichange (1Yunnan Agricultural University，Kunming 650201，China；2State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests，Institute of Plant Protection，Chinese Academy ofAgricultural Sciences，Beijing 100193，China) Abstract In order to understand the genetic differences between wheat germplasms and provide the scientific ba sis for the reasonable layout of yellow rust resistance genes of wheat varieties，the genetic diversity and resistance to wheat stripe rust in the 70 regional trial wheat lines from Hebei，Henan，Sichuan and Jiangsu provinces in 2008 2009 were studiedThe coefficients of parentage for the 70 regional trial wheat lines from the four provinces in 20082009 was calculated and clusteredMeanwhile。the resistance to wheat stripe rust was investigated by inocu lating the races of Puccinia striiformis fsptritici CYR32，CYR31，CYR33，CYR30 and CYR29Among 2 415 combinations，the range of COP value was 0000 00750 0，with the total and average value of 24607 5 and 0010 2，respectivelyCluster analysis suggested that the 70 lines could be divided into 6 groupsThe lines with the same backbone parents were mostly clustered into one class and the resistance was also similar，indicating that the resistance in the same backbone parent was inherited，but genetic diversity among them was reducedThe ap- plication of varieties with distant relatives should be strengthened，which can increase the genetic diversity of wheat varieties and create more excellent germplasmsIdentification of resistance to wheat stripe rust showed that the lines of susceptibility and resistance accounted for 5714and 40of the total。respectivelyindicating that 收稿日期：20130502 修订日期：20130531 基金项目： 国家重点基础研究发展计划(“973”计划)(2O13CB1277)(，2Ol1cB1O04O3) *通信作者 E-mail：shichangxu317163corn，jingfengippcaascn 114 i 毳女； 2014 the regional trial wheat lines from the four provinces in 2008-20O9 was relatively susceptibleTherefore，the re sistance breeding needs to be enhanced Key words wheat； coefficient of parentage； cluster analysis； resistance 小麦是我国的重要粮食作物，而小麦条锈病 严重影响我国小麦的安全生产。研究表明，选育 并合理使用抗病品种是防治小麦条锈病最为经 济有效的措施。选育好的品种，要涉及合理选配 亲本问题，由于长期对产量、品质、抗性等性状的 连续定向选择，造成育成小麦品种遗传基础日益 狭窄和遗传多样性下降1。育种工作的物质基 础种质资源越来越有限，特别不利于小麦病虫害 防治及新品种的培育。 目前，有很多关于品种遗传多样性的研究报 道，可以从表型性状 、生化标记 、分子标 记I6喵 等方面进行研究。这些研究是对基因组的 微观分析，揭示的仅是整个基因组的部分遗传差 异且会受到抽样误差的影响 。亲缘系数(coef ficient of parentage，COP)可直接度量两个个体问 加性基因效应间相关的程度_1 ，即指某两个个体 间含有相同基因的可能性，反映的是整体的基因 流向和品种间的遗传相似度，是对基因组的宏观 分析。目前，已在大豆11-14、玉米1引、小麦 、燕 麦1 73和甘蔗l】。等作物上用亲缘系数度量品种间 的亲缘关系并进行了分析。研究表明，对于已知 系谱信息的自花授粉作物小麦，系谱距离分析是 探讨遗传多样性简便而有效的方法。特别是对 一个较大区域的资源进行遗传多样性和系统演 化研究，更具有宏观指导性193。 在我国，西北和黄淮海地区是我国小麦条锈 病的两个主要流行区系之一，河北、河南，江苏地 处黄淮海麦区，位于我国小麦条锈病的流行区 域。四川地处亚热带季风气候和暖温带的过度 区域，由于其独特的气候条件成为小麦条锈菌越 夏、冬繁的最适区域，是我国小麦条锈病的主要 菌源地之一；四川盆地的独特地势又是小麦条锈 病流行和传播的桥梁地带，有效控制四川小麦条 锈病的流行，有助于降低外传菌源，对减轻我国 主要麦区的春季防治压力有很重要的作用。 探讨分析小麦种质资源的遗传丰富度和小麦品 种的抗条锈性，有利于小麦种质资源的利用。通过 对区试品系的遗传背景分析，加强小麦品种及其遗 传资源的抗病性研究，对病害持续控制和确保小麦 安全生产至关重要。本研究利用COP对四省小麦 参试品系进行遗传多样性分析，并对其进行抗条锈 性鉴定，以期为合理利用种质资源，提高对亲本选择 利用的预见性，提供科学依据。 1材料与方法 11材料 供试的7O个冬小麦品系均为20082009年度 国家冬小麦区域试验品系，分别由河北、河南、四川、 江苏四个省有关育种单位提供，分别追溯其系谱信息 至3代及3代以上，其品系名称、系谱信息列于表1。 12方法 121亲缘系数分析 计算河北、河南、四川、江苏四个省共70个区域 参试品系组成的2 415对组合的亲缘系数。依据 Cox等 。 方法原则如下：双亲在一个品种中各占 一半的亲缘，亲缘系数均为12；所有祖先种、亲 本及其后代品种都是纯合子同型的；没有系谱信 息的祖先种是不相关的；系统选育品种、自然突变 品种、诱变品种及核不育轮回群体选择品种从亲本中 得到的基因是亲本的34；同一亲本组合的后代两 个品种间的COP=(075) 一0562 5；一个品种与 其自身的Cf)P=1。用(1一COP)矩阵表示系谱遗传 距离矩阵_2 ，采用SPSS160软件的欧氏距离法对矩 阵(7070)亲缘系数欧氏矩阵进行聚类分析。 122抗条锈性分析 在农业部廊坊有害生物防治野外科学观测实验 站对供试品系进行人工接种鉴定，供试的条锈菌混 合菌系包括中国农业科学院植物保护研究所、甘肃 省农业科学院植物保护研究所和四川省农业科学院 植物保护研究所提供的CYR32、CYR31、CYR33、 CYR30和CYR29，接种2次(4月6日和4月10 Et)，铭贤169为高感对照品种。待小麦条锈病发 病充分后鉴定。鉴定方法和调查记载标准参见小 麦抗病虫性评价技术规范：小麦抗条锈病评价技术 规范(NYT 144312007)。 4o卷第2期 高晓梅等：2008-2009年度河北、河南、四川和江苏四省冬小麦区试品系的遗传多样性和抗条锈性分析l15 表1供试品系的基本信息l】 Table 1 The basic information of the selected lines 霹号爵系 系诺馒染型 序号 晶系 系 染型 NoLines Pedigree InfectiOh啪e NO, Lines Pedigree Infection type 1 SW1839o 93GH378SW8688 S 2 笳06-367 1275-199152 一 MRi 3 lI07001 981231费农 f茔该3295 MR?i；| | 稿0 j 聃 号| 郇 啦f酸匹号 S SW29o73 SW3243SW8688惑破| 鹳 媳1号 币 N5R 5 肉5220 2935947| | 6 LM07-25 N1491定麦 号| ms |。 1 1、粳16 1)ig 1287-429 t鼍 啦| 豫双202豫茇21II127 MS 8 l06晶9 1 菱4203品翦 3、菱蛆| 佼| 童媳 |黾茇蓬毡 魂乡185N9号 毽 9 B991(174183)F1x99=i572 MR S 10 XK0553贵农21961t-39 50 45 NN 988 N磕N 71 -洛22 fg 781 Q 11玉咻1号R594551 S。| |螨 凌9啦| 该 谜瀑 12 1I07005 981231费觳213295 | | 13 LB0758 MY95-32592RI35 | 硬 lI i 蠊| 9902登蠹-澡菱4号 9411-413 tl s 14嘉蔓8901 77546-2倚潭麦 一一| |鸲 I|爵020 越百赦 f，、疆135 MS 5 筏4399 61弛憾穗28 |S| ： ii 鬻 16 台456 黑7、轰PH8516 | j7冀麦585 戈各孩轮回群 进择 舅 。 52 NN 668 R81-lgi64dql135 MR 18 石13057388冀935352济南i s 。 -u 曩薯53毫0_郑育麦9989。豫麦 l8内乡184 0 19刃农583阿衣822X荐 MS 20 够6172 4032中引1号A | 411o 鹊t3 矗 ?疆旱781一 21 石4185 太谷苈石青谨进 Hj孽 | 鹊 毳 卑 一 22 石BO56678石4185(烟辐188临8014)F2 _。A 奠t 57 N2G NN 78(1n)晋麦33 s 23 镯05观33筏97 416796,4067 R 24 镄056607邯6172穗2黾 。 | 25 石颟811 石瓿7339731 Hs-| 6Q|镇吼 扬菱 号 逸t s 26衡穆j3 衙4119石家庄j号 毒DS |吼 华菱Q 0撬轰 剐P警 卺2 MS 024080帮984282缩95,145毒 28 洛早11号温2540 农45 参 。 _鹋|l扬06-164 扬轰 号 扬轰9号 MS 29糟麦6005 倚汾61543214,6 S 扬辐裁2地 顿 30 定E03Ol 893X88113-28 IR j |6鬣 扬菱 8 扬菱号7Sti472506 31 沧2007一H12沧96-277 t6 H 0 誓娟 蠢北茇 号 鸥l鲁菱队号 s 32 觳825 临远9 30 f石n |0 s | 警钒|潍麦0559|难菱 t邯 64 s 33 镰5067 石418596Y6 ( s 68 ： 0566嗣菱 |瓿菱9 G ( R 骢 京冬 F 4o 4 ( n1ore, | R 35 河棚zs ( 1)113为四川小麦品系，1436为河41：4,麦品系，3758为河南品系，5970为江苏小麦品系；0表示免疫；NIM表示近免疫；(H)R表示 (高)抗；MR表示中抗；(H)s表示(高)感；表示未鉴定。 113：Wheat lines from Sichuan；1436：Wheat lines from Hebei；3558：Wheat lines from Henam 597O：Wheat lines from Jiang SH；“0”indicates immune；“NIM”indicates nearly immune；(H)R indicates high resistance；“MR”indicates moderate resistance：(H)S indicates high susceptibility；“一”indicates not identified 116 主 钧镳 ； 2014 2结果与分析 21供试品系组合间的亲缘系数分析 对2OO82009年度河北、河南、四川I和江苏四 省参加区试的70个小麦品系进行亲缘系数分析(表 1和表2)，所有组合的COP值变异范围在o000 0 O750 0，COP总和为24607 5，平均值为0010 2。 表明品系间存在一定的亲缘关系，但遗传相似性程度 不高，为今后小麦品种的培育提供了优异的种质资 源。7O个品系中有44份COP值不为0。其中，四川 有13个参试品系COP总值为2125，占总COP值的 8636 ；河北有23个参试品系，COP总值为 10062 5，占总COP值的43O8 ；河南有2O个品系， COP总值为9420 1，占总COP值的3828 ；江苏有 12个参试品系，COP总值为1500 0，占总COP值的 6098 表2单一品系与其余品系的COP值 Table 2 The COP Values of sine lines with the others 岸号COP总值 序号 )P总 序号 总 C0PSumvalof 。 No COP valu No 1 0250 0 19 0000 0 37 1078 I 55 0000 0 2 0000 0 20 0562 5 38 0428 1 56 0031 2 3 687 5 21 3。000 0 39 0000 0 57 0500 0 4 0250 0 22 0000 0 40 0000 0 58 0000 0 5 0000 0 23 0000 0 41 0750 0 59 0375 0 6 0000 0 24 O000 0 42 1218 6 6O 0750 0 7 O000 0 25 O000 0 43 1789 1 6l O125 O 8 0187 5 28 0。000 0 44 0000 0 62 0000 0 9 O000 0 27 3000 0 45 0250 0 63 0000 0 10 0750 0 28 1250 0 46 0750 0 640000 0 l1 0000 0 29 0000 0 47 0062 5 65 OOO0 O 12 0000 0 30 0000 0 48 1000 0 66 0000 0 13 O000 0 31 0000 0 49 0250 0 67 025O 0 14 O000 0 32 0250 0 50 0000 0 68 0000 0 15 1O0o O 33 0000 0 51 0562 5 69 0000 0 16 000010 34 0000 0 52 0000 0 70 0000 0 17 O750 0 35 0000 0 53 1375 0 l8 0250 0 36 0000 0 54 O000 0 从COP值可以看出，参试的品系中河北和河南 的亲缘系数相对较高，其原因可能是河北和河南为 我国小麦的主要产区，在育种过程中由于长期对产 量、品质等的连续性选择，造成了育成品种遗传基础 日益狭窄、遗传多样性下降。另外，参试的20个品 系中大多以豫麦2、豫麦15、豫麦18等为骨干 亲本，使得亲缘系数值增大，降低了小麦品种间的遗 传多样性。因此，如果利用这些品种组合培育新品 种，会降低小麦种质资源的遗传多样性，特别不利于 小麦病虫害的防治，其结果与徐晓丹等_2 和王翠玲 等 。 的一致。 四川I和江苏的亲缘系数值相对较低，其原因可 能是因为这一类品系的遗传背景复杂，遗传差异较 大，小麦品系组合间没有亲缘关系；也可能是因为对 小麦品种系谱追溯不深，有的品系只追溯至其父母 本，也正是因为如此，使得所有品系组合问的COP 总值偏低，从而增大了品系组合的遗传多样性。因 此，在今后的小麦育种工作中，利用这些品系组合选 育优良品种有很大的潜力。充分挖掘利用亲缘关系 较远的品种资源，有利于扩宽小麦育种种质资源，也 有利于增加小麦品种组合间的遗传多态性，从而培 育出优质品种。 22品系组合间的聚类分析 计算2O082009年度四个省的70个供试品系 间组合间COP值，利用SPSS160软件的欧氏距离 对7070亲缘系数矩阵进行聚类分析，用(1一 COP)值表示系谱遗传距离。结果显示，2008 2009年70个供试品系可以明显分为6类(图1)。 第一类：包括川1 07001、XK0553、川 070053个，以贵农21为主要亲本选育而成。贵 农21穗大粒多分蘖力强，茎秆粗壮，表现出丰产性 和优良的综合抗病力，是具有重要利用价值的抗病 基因资源E 。 第二类：包括周麦18、淮麦0566、豫麦34 等，可以看出这一类主要是以豫麦2号为主要亲 本来源，豫麦2号是建国以来在小麦育种中起核 心作用的种质资源，不仅是一个丰产、稳产、范围广， 综合性状较好的优良地方品种，而且是品质好且遗 传力较高的优良优质亲本_2引。 第三类：包括衡4399、邯6172 CK1、衡05 观33，是以邯6172为主要亲本。在我国黄淮南 片、北片区试验中，邯6172表现出丰产性和对生态、 环境、土壤、肥力等条件的高度适应性。黄淮麦区是 我国最大的小麦产区，覆盖晋、冀、鲁、豫、苏、皖、陕等 多省，许多小麦高产品种在生产条件、种植区域、逆境 胁迫等方面适应性较差。邯6172使高产品种适宜 种植范围由23个纬度，扩大到67个纬度，可以 在整个黄淮麦区种植，填补了黄淮麦区产量500 kg 667 rn2产量水平下广适型小麦品种的空白(http： 、 nnfood s1corncontent701046) 4o卷第2期 高晓梅等：2008-2009年度河北、河南、四川和江苏四省冬小麦区试品系的遗传多样性和抗条锈性分析117 CAS E O 5 10 l5 20 25 Label Ntim 4-一4,- 一4-一1 -+ 图1聚类分析树状图 Fig1 Dendr 即m based on(卜coP J 第四类：包括洛旱2号和洛旱13、淮麦 0559等36个品系，有26个品系间与其余品系无亲 缘关系，其余的有以晋麦33、淮麦2O、偃师4 号为亲本来源的品系。偃师4号是一个优良品 种_2 ，晋麦33号籽粒饱满，丰产性好、抗冻、抗 旱、田问调查高抗条锈病 ；淮麦20接种鉴定结 果显示，中感条锈病和纹枯病，高感叶锈病、白粉病 和赤霉病，对秆锈病免疫；田间表现中感白粉病、纹 枯病，叶锈病发生轻等特点l2 。以这些优良品种为 遗传基础培育出的品种具有优良的农艺性状，有利 于抗病和丰产这类品种系谱距离上的遗传差异扩 大，因此大大降低了总体水平上的遗传相似性，增大 了总体遗传差异与遗传多样性。其原因可能是由于 多数品系利用诱变育种的结果和品系的系谱信息追 溯不全，利用这些品种培育优良品种潜力很大。 第五类：包括石B056678、徐麦4036等，是 以烟辐188为亲本培育而成。烟辐188是烟台 农科院用烟中22、兴麦7721和鲁麦7号为亲 本，采用阶梯式复合杂交和7诱变技术相结合，经系 统选择选育而成的高产、优质、抗病的大穗型小麦新 品种，其茎秆粗壮，抗倒伏，抗锈病能力较强(http： baikebaiducomview4555186htm)。 第六类：是驻99021和许科1号2个品系， 将2个品系分别追溯至4代可以找到它们与豫农 202、洛麦23、洛新45有亲缘关系，它们以偃 师4号为亲本来源。 23抗条锈性分析 从抗条锈性鉴定结果(表1)可以看出，在河北 和河南46个供试小麦品系中，有17个小麦品系的 侵染型呈现的是MRR(中抗一高抗)和0(免疫型)， 其余的为MSS(中感一高感)，抗病品系占参试品系 的3796 ；江苏参试品系12个，有3个是MRR(中 抗一高抗)，9个是MSS(中感一高感)，抗病品系占参 试品系的25 ；四川13个供试品系中有6个是MR (中抗)，2个免疫型，5个感病，抗病品系占参试品系 的6155 。总体上看，20O82009年度中感病品系 和MSS(中感一高感)的品系占参试品系的5714 ， Mf (中抗一高抗)和O(免疫型)的占40 。这一结果 说明，四川省所育品种总体上看抗条锈性相对较好， 其他三省抗条锈性相对较差。感病品种若大面积推 广应用，一旦遇到适宜的环境条件和充足的菌源量， 将会造成小麦条锈病全国大流行，给小麦生产带来不 可估量的损失。 3讨论 在小麦生产上，由于多年来的定向选择育种和 单一使用骨干亲本为育种的关键材料，使小麦遗传 基础越来越狭窄，小麦遗传多样性呈现趋势降低的 现象。本研究探讨了20082009年河北、河南、江 苏和四川四省参试品系的遗传多样性和抗条锈性， 以期为发掘和利用更多具有优良小麦种质资源提供 m 3 醯 ：2 加 卯 489 ：2 增加 “” 钾如 如 2=2 n765 铝 118 氩约镰婚 2014 科学依据。 陈玉清等28的研究结果表明，聚类结果能很 好地反映出育种资源的利用情况和遗传多样性程 度。本研究应用SPSS160软件的欧氏矩阵法，对 20082009年四川、江苏、河北和河南四省参加区 试7O个小麦品系的2 415对组合的亲缘系数进行 聚类分析，共聚为6类。第一、二、三、五、六类的类 内具有相同遗传背景的品种较好地聚在一起。第 四类为最大的一类，这一类的品系组合间的亲缘系 数值很低，其原因可能是对品系的系谱追溯不深， 也可能是因为品系组合间没有亲缘关系，或小麦品 系遗传基础复杂，遗传背景丰富所致。在以后的生 产中应增大这类品系利用的频率，尤其是对那些具 有优良抗病性的品系，如：定Eo301和京冬 18等。 从不同省份的品系间亲缘系数值来看，河北和 河南的相对要大，遗传多样性要低，其原因是两省对 同一骨干亲本及骨干亲本的衍生中利用率过高，如 以豫麦2号为骨干亲本。这一结果和本课题组的 徐晓丹等_2z的研究结果一致。同一类骨干亲本的 连续使用使得小麦的种质资源的遗传多样性降低， 如果依旧连续地利用这一类品种，将不利于小麦的 增产丰收及小麦病虫害的防治。河北和河南是我国 主要的小麦产区，充分利用好种质资源的多样性有 利于扎实我国农业的根基。四川和江苏参试的品系 亲缘系数值相对较低，这说明四川和江苏在所选育 的小麦亲本组合遗传丰富度较大，增大对这类小麦 种质资源的利用将有利于扩宽小麦的种质资源。 小麦条锈病是一种随高空气流远距离传播的气 传病害，河南和河北是我国小麦的主要产区，江苏位 于我国小麦条锈病的流行区域，四川I独特的地势和 气候是我国小麦条锈菌的主要菌源区。从寄主病原 物相互关系上看，小麦品种对条锈菌选择作用强，大 量感病品种种植不利于小麦条锈病的控制。本研究 发现2O082009年度四省的小麦品系含有大量感 病品系，这就要求小麦育种学家加大对亲缘关系较 远的小麦品系进行利用，同时选择具有优良抗性的 小麦亲本组合，提高对优质小麦品种的培育速度，挖 掘和培育新的抗病品种，增强对抗病品种的培育和 利用力度，培育出具有高抗丰产优良性状的品种。 小麦条锈病在我国各个小麦产区均有发生，主 要有西北和黄淮海两大流行区域，而流行区域是地 理气候条件和小麦栽培状况所决定的客观存在。为 了较好地防治小麦条锈病，应有目的地进行亲本引 入，并筛选遗传多样性较高的新种质；同时要利用远 缘杂交、航天诱变、基因工程等高新技术创造新种 质。今后在筛选小麦亲本的过程中还应提高对亲本 选择的预见性，在利用优良骨干亲本基础上，注意创 造、发现和引入新的优良种质资源，增加小麦种质的 遗传背景丰富度。 参考文献 1刘三才，郑殿升，曹永生，等中国小麦选育品种与地方品种 的遗传多样性_J中国农业科学，2000，33(4)：2024 2毛盛贤，刘来福，黄远樟，等冬小麦数量性状遗传差异及其 在作物育种上的应用口遗传，1979，1(5)：2630 3Van Beuningen L T，Busch R HGenetic diversity among North American wring wheat cultivars：III duper analysis based on quan titative morphological traitsJCrop Science，1997，37：981 988 4Mayakovski E V，Barnyard G Genetic diversity of French cornrnon wheat germplasm based on gliding alldes-JTheoretical and Ap plied Genetics，1998，96：209218 5Metakovshy E V，Kezevic D，Javomik B Gliding allelic corn position of Yugoslav winter wheat cuhivarsJEuphytica， 1991，54：285295 6孙其信，黄铁诚，倪中福小麦杂种优势群研究：I利用RAdPD 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