中国冬小麦品种Waxy蛋白分析及分子标记研究

利用SDS-PAGE分析了国内外306份小麦品种(系)Waxy蛋白的缺失类型,筛选出缺失Wx-B1蛋白亚基的材料46份;通过对济麦19×豫麦47的120个F2单株Waxy蛋白亚基分析,发现缺失Wx-B1的比例接近1/4,符合孟德尔分离规律。利用3个STS标记和1个SSR标记对不同Waxy蛋白缺失类型进行鉴定,验证其在分子标记辅助育种中的有效性。结果表明,Wx-7A位点的STS引物在野生型中扩增出1条1172bp的特异带,而缺失Wx-A1蛋白亚基的突变材料中没有扩增出该特异带;Wx-4A位点的STS引物在野生型中扩增出1条440bp的特异带,缺失Wx-B1蛋白亚基的突变材料中没有该扩增片段;Wx-7D位点的STS引物在野生型中扩增出1条940bp的特异带,而在缺失Wx-D1蛋白亚基的突变材料中则扩增出1条360bp的特异带;Wx-7D位点的SSR引物在野生型中扩增出1条204bp的特异带,在缺失Wx-D1蛋白亚基的突变材料中没有扩增出该特异带。这4个标记可以用于分子标记辅助育种。

叶考拉F70及其后代在中国小麦品质改良中的应用

品质和产量同步改良是小麦育种的重要目标。自20世纪70年代开始,本研究利用来自CIM-MYT的优质小麦叶考拉F70(Yecora F70)进行品质育种,先后育成优质面包小麦品系京771和中作8131-1、中优9507、中优206等三个优质强筋小麦新品种,产量水平得到逐步提高。中优206较好地实现了优质和高产的结合。中作8131-1及其衍生系已成为中国小麦品质育种的重要优质源之一。本文系统介绍了YecoraF70及其后代在品质育种中应用的最新进展,目的是为中国小麦品质育种提供方法和经验。

小麦籽粒硬度及其分子遗传基础研究回顾与展望

籽粒硬度是最重要的小麦品质性状之一,是市场分级和定价的重要依据。随着硬度测试方法的日趋完善,其分子遗传基础的研究逐步加快。硬度主要受位于5D染色体短臂上一个主效基因和多个微效基因控制,Pina和Pinb是形成小麦籽粒硬度的基础。PINA蛋白的缺失或编码PINB蛋白的基因突变均造成小麦胚乳质地变硬。中国目前该项研究较少,与国外相比仍有很大差距,本文着重阐述了小麦胚乳结构及硬度的生化和遗传基础,旨在为我国小麦籽粒硬度的研究提供理论依据。

中国小麦育种进展与展望

近10年我国小麦育种研究在3个方面取得新进展:育成一批高产优质多抗新品种,周8425B、鲁麦14和普通小麦-簇毛麦6VS/6AL易位系在全国小麦育种中发挥了重要作用,育种技术研究也取得重要进展。但育种工作也存在4个主要问题。从育种角度评述分子标记辅助育种中连锁标记和功能标记的研究现状和存在的主要问题,并提出今后的重点领域。概括小麦品质研究中与育种密切相关的实用技术和方法,即面包、面条和饼干品质育种中的品质评价方法和选择指标,建议今后加强5个方面的工作。对未来小麦育种中的4个重要问题做了分析,提出国内进一步加强高产潜力研究的初步设想,建议加大持久抗性的研究力度,重视抗旱、抗热及适应性等与气候变化相关性状的研究,还分析了种业商业化等问题。

小麦条锈病和白粉病成株抗性研究进展与展望

利用成株抗性是小麦抗病育种的重要方向,本文综述了小麦条锈病和白粉病成株抗性鉴定方法、基因定位和克隆及其在育种中的应用。将报道的72个条锈病成株抗性数量性状遗传位点(quantitative trait loci,QTL)和82个白粉病成株抗性QTL整合到一张连锁图谱上,控制2种病害的基因簇(≥5个QTL)有8个,其中位于7DS的Yr18/Lr34/Pm38和1BS的Yr29/Lr46/Pm39对条锈病、叶锈病和白粉病均表现成株抗性,位于4DL的Yr46/Lr67位点可能也对白粉病表现成株抗性,Yr18/Lr34/Pm38和Yr36已被克隆,Yr29/Lr46/Pm39的克隆已取得良好进展,为培育兼抗和成株抗性相结合的品种提供了可用基因。总结了成株抗性在中国小麦育种中的应用现状,并用实例证实了培育成株抗性品种的可行性,建议对兼抗条锈病和白粉病成株抗性的咸农4号和小偃6号等进行遗传分析,育种工作者和品种审定部门需要转变观念,将成株抗性利用作为国内条锈病和白粉病抗性育种的重要内容。

小麦营养和健康品质研究进展

作物营养和健康品质改良正在成为世界主要作物的重要研究方向和育种目标。文中围绕铁和锌、抗性淀粉和阿拉伯木聚糖、酚酸和植物固醇,从微量营养元素、功能性膳食纤维、膳食纤维、植物生物活性物质4个方面对小麦籽粒的营养品质研究进行评述,兼顾面筋过敏和赤霉菌毒素对人体健康的影响,概括与育种工作密切相关的分析测定方法、种质资源筛选、基因定位与育种研究进展。提出国内营养和健康品质研究的重点领域,建议加强四方面的工作,(1)优先进行与人体健康密切相关的铁、锌及其生物有效性影响因子植酸含量和植酸酶活性等微量营养元素、阿拉伯木聚糖和抗性淀粉等膳食纤维、酚酸和植物固醇等植物生物活性物质含量的分析,开展大规模营养元素普查工作,筛选营养价值高的育种亲本和材料;(2)加强抗赤霉病相关研究,并将其结果尽快用于育种;(3)通过关联和连锁分析开展基因定位和克隆,发掘基因功能标记或紧密连锁的分子标记,通过与常规育种紧密结合,推动生物技术育种实用化,加快品种选育进程,提高品质育种效率;(4)通过加强国际合作与国内协作,建立小麦品质研究协作网,推广普及现有实用技术并研究新型营养品质快速检测技术。

用STS标记检测矮秆基因Rht-B1b和Rht-D1b在中国小麦中的分布

目的明确矮秆基因在中国小麦中的分布,有助于改良小麦株高和提高产量潜力。方法选用中国主要麦区品种(系)239份,用STS标记检测矮秆基因Rht-B1b(Rht1)和Rht-D1b(Rht2)的分布规律,验证其PCR标记在分子标记辅助育种中的可用性。结果(1)Rht-B1b和Rht-D1b特异性STS标记可以准确检测小麦品种的Rht-B1b和Rht-D1b矮秆基因。(2)Rht-B1b基因在全国的平均分布频率为24.3%,新疆冬春麦区高达62.5%,长江中下游冬麦区为42.3%,黄淮冬麦区、北部冬麦区和西北春麦区分别为28%、25.8%和25%,北部春麦区和西南冬麦区分别为9.1%和8.3%,东北春麦区供试材料未携带Rht-B1b基因。(3)Rht-D1b基因在全国的平均分布频率为46.9%,北部春麦区和黄淮冬麦区分别为72.7%和69%,西南冬麦区、西北春麦区和北部冬麦区分别为38.9%、37.5%和35.5%,长江中下游冬麦区和新疆冬春麦区分别为23.1%和12.5%,东北春麦区供试材料未携带Rht-D1b基因。结论分子检测结果和系谱分析表明,中国小麦品种(系)携带的Rht-B1b矮秆基因来自St2422/464和农林10,Rht-D1b矮秆基因来自农林10号、水源86、辉县红和蚰包麦。

中国软质小麦品种戊聚糖含量的遗传变异及其与饼干加工品质的关系

戊聚糖是影响小麦营养和加工品质的重要因素.将17份软质小麦品种进行了两年多点试验,分析了水溶性戊聚糖、非水溶性戊聚糖和总戊聚糖含量的遗传变异和基因型、环境及其互作对其影响;同时研究了3种戊聚糖含量与其它品质性状的关系.结果表明,中国软质小麦品种3种戊聚糖含量均存在显著差异,水溶性戊聚糖、非水溶性戊聚糖和总戊聚糖含量的变异范围分别为0.54%～1.07%、0.87%～1.43%和1.51%～2.47%.基因型和环境对3种戊聚糖含量的影响均达1%显著水平,且基因型是影响水溶性戊聚糖含量的主要因素;基因型和环境互作对其影响未达显著水平.3种戊聚糖含量与粉质仪吸水率呈5%显著正相关,r值分别为0.51、0.55和0.66;水溶性戊聚糖含量与峰值粘度、低谷粘度、最终粘度和峰值时间之间的相关均达1%显著水平,r值分别为-0.72、-0.72、-0.66和-0.70;水溶性戊聚糖和总戊聚糖含量与饼干直径的相关皆达1%的显著水平,相关系数分别为-0.70和-0.69.因此,在软质小麦育种中应注意选择戊聚糖含量较低的品种.

30余年来北部冬麦区小麦品种产量改良遗传进展

采用1965年以来北部冬麦区育成的10个主栽品种,在水、肥供应充足、病、虫、倒伏得到有效控制条件下,连续两年共进行4个点次试验;同时对1B/1R易位系和矮秆基因进行分子鉴定。结果表明,品种产量年遗传进展为64.63 kghm-2或1.20%,其较大幅度的提高出现在1980年丰抗号品种育成时期。丰抗2号和丰抗8号是该地区最早育成的含有1B/1R染色体和Rht-D1 b矮秆基因的品种。主要农艺性状演变的总趋势是抽穗期提前、株高显著降低、生物学产量基本保持稳定、单位面积穗数减少、每穗粒数有所增加、千粒重和收获指数大幅度提高,其年遗传进展分别为-0.10%、-0.70%、0.35%、-0.50%、0.63%、1.12%和0.79%。通过减少不孕小穗和小花数来增加每穗粒数,通过提高灌浆速率来提高千粒重,再把高穗粒重与较多的单位面积穗数结合在一起,是北部冬麦区进一步提高产量的重要途径。

高温胁迫对小麦蛋白质和淀粉品质影响的研究进展

灌浆期高温胁迫是导致小麦产量降低和品质变劣的主要生态因子之一,严重影响小麦生产的稳定性。本文综述了生育后期高温胁迫对小麦籽粒蛋白质数量和质量、淀粉含量和组成的影响以及导致品质变异的遗传、生理生化和分子生物学方面的最新研究进展。加深小麦品质变异分子机理的研究将有助于培育品质稳定的品种,提高对品质稳定性的控制能力。

中国冬小麦puroindoline类型分布及其对溶剂保持力的影响

以中国4个冬麦区的244份小麦品种(系)为材料,对籽粒硬度、面粉颗粒度大小、puroindoline等位变异类型和溶剂保持力进行了研究。结果表明,中国冬小麦中有5种puroindoline类型,分别为Pina-D1a/Pinb-D1a(野生型)、Pina-D1b/Pinb-D1a、Pina-D1a/Pinb-D1b、Pina-D1a/Pinb-D1d和Pina-D1a/Pinb-D1p。Pina-D1a/Pinb-D1p为新变异类型,目前仅在我国品种(系)中发现。硬质麦中以Pina-D1a/Pinb-D1b类型最为广泛,占硬质麦的81.2%,Pina-D1b/Pinb-D1a、Pina-D1a/Pinb-D1d和新类型Pina-D1a/Pinb-D1p分别占硬麦的9.7%、1.2%和7.9%。籽粒硬度及面粉颗粒大小与4种溶剂保持力之间的相关均达1%显著水平,其中以水溶剂保持力与硬度之间的关系最为密切,与SKCS和NIR硬度值之间的相关系数分别为0.73和0.64。Pina-D1b/Pinb-D1a类型的水溶剂保持力和碳酸钠溶剂保持力平均值最大,分别为68.1和85.8,均与Pina-D1a/Pinb-D1b类型之间差异达5%显著水平。同时,各个麦区间的硬度值和溶剂保持力也有所不同,其中北部冬麦区和西南冬麦区的水溶剂保持力间及北部冬麦区和长江中下游冬麦区的碳酸钠溶剂保持力间差异也达到了5%显著水平。这为改进我国小麦籽粒硬度及将溶剂保持力用于早代选择提供了理论基础。

基因型和地点对小麦品种面粉多酚氧化酶活性的影响研究

试验对1999年度种植在长江中下游11个代表性试点的22个小麦主栽品种进行了面粉多酚氧化酶(PPO)活性影响因素研究。结果表明,基因型、环境及其互作对PPO活性的影响达到1%显著水平。面粉L*值与PPO活性呈1%显著负相关,r值为-0.55,容重和淀粉糊化品质指标与PPO活性呈5%或1%显著负相关,籽粒硬度、面粉b*值、沉降值以及吸水率、稳定时间与PPO活性呈5%正相关,r值分别为0.57、0.69、0.46、0.42和0.46,而千粒重、籽粒直径、出粉率、灰分和蛋白质含量以及面团拉伸特性与PPO活性相关不显著。

中国小麦育成品种和农家种中慢锈基因Lr34/Yr18的分子检测

Lr34/Yr18是重要的慢叶锈和慢条锈基因,携带该连锁基因的小麦品种被广泛种植于世界许多国家。利用STS标记csLV34对慢叶锈和慢条锈基因Lr34/Yr18进行分子检测的结果表明,我国231份育成品种(系)中仅有14份材料携带Lr34/Yr18基因,占6.1%。不同麦区分布频率不同,其中北部冬麦区为零,黄淮冬麦区、长江中下游冬麦区、西南冬麦区和西北春麦区分别为3.0%、21.4%、16.7%和33.3%。在422份农家种中,359份含有Lr34/Yr18基因,占85.1%。Lr34/Yr18基因在不同麦区的分布频率也存在差异,北部冬麦区、黄淮冬麦区、长江中下游冬麦区、西南冬麦区、南部冬麦区和西北春麦区分别为89.6%、77.4%、93.1%、93.8%、96.6%和61.1%。csLV34标记扩增产物为150bp和229bp的片段,能有效鉴别品种是否携带Lr34/Yr18基因,是一个重复性好、准确率高的分子标记,可用于小麦Lr34/Yr18基因的鉴定与选择。

基于图像识别的小麦品种分类研究

基于数字图像分析,利用小麦籽粒的20个形态特征和12个颜色特征对来自中国4个地点7个春小麦品种共28个样本进行分类和识别。对于不同品种和地区的样本,分别利用逐步判别分析,选取显著性较大的特征参量,建立各地区和品种的贝叶斯分类器模型。结果表明,对各地区品种识别的正确回判率和测试集的正确识别率均达到100%。将各样本按品种合并,再对合并后的样本进行品种识别,除了新克旱9号的回判率为98.3%外,其它品种的回判率均为100%。测试集中,龙麦26和青春566正确识别率分别为97.5%和95.0%,其它品种均为100%。品种来源地识别也能达到较高的水平,甘肃、宁夏、新疆和黑龙江的正确识别率分别为88.6%、92.9%、72.9%和95.7%。说明利用籽粒图像对小麦品种进行识别高效可行。

中国面条的标准化实验室制作与评价方法研究

标准化的实验室制作与评价方法是面条品质改良的前提和基础。针对原商业部SB/T10137-93面条制作与品尝评分标准存在的不完善之处,对面条制作过程中的适宜加水量、和面时间、压片和煮面方法进行了研究,制定出我国面条的标准化实验室制作方法与评价系统。具体程序如下:以加水后面团水分含量为35.0%来确定最适宜加水量;通过低速(1 min)、快速(2 min)、低速(2 min)三个搅拌过程完成和面;在压面机上压片八次,并在最后一次压片时切成面条;在等量(2 L)水中用相同时间(6 min)煮等量(150 g)面条,煮面结束立即把面条放入冰水中冷却2 min。改进后的评价系统为色泽15分、外观10分、软硬度20分、粘弹性30分、光滑性15分、食味10分;以雪花粉为对照,将待评样品与对照相比后给出适宜分值。实验结果表明,改进的方法优于SB/T10137-93标准。

春化和光周期基因等位变异在23个国家小麦品种中的分布

为促进国外资源在我国小麦育种中的有效利用,以小麦春化基因Vrn-A1、Vrn-B1、Vrn-D1和Vrn-B3及光周期位点Ppd-D1标记对23个国家的755份品种进行检测,同时在河南安阳秋播,观察抽穗期和成熟期。分子标记检测结果表明,Vrn-A1、Vrn-B1、Vrn-D1和vrn-A1+vrn-B1+vrn-D1的分布频率分别为13.0%、21.1%、15.6%和64.2%,显性等位变异Vrn-B3在检测材料中缺失。春化基因显性等位变异Vrn-A1、Vrn-B1和Vrn-D1主要分布在中国春麦区和长江中上游冬麦区、意大利、印度、日本、加拿大、墨西哥、智利、阿根廷和澳大利亚,上述地区的小麦一般为春性类型;春化位点均为隐性等位变异或vrn-A1+vrn-D1+Vrn-B1的品种主要分布在中国北方、美国中部和南部、德国、法国、挪威、乌克兰、俄罗斯、伊朗、土耳其、匈牙利、保加利亚、罗马尼亚和塞尔维亚,这些地区的小麦为冬性类型。光周期迟钝型Ppd-D1a的分布频率为55.2%。光周期敏感等位变异Ppd-D1b主要分布在纬度较高的地区,即美国各麦区以及德国、挪威、匈牙利、中国东北地区、加拿大、智利和阿根廷,来自其余麦区的品种均携带光周期迟钝等位变异Ppd-D1a;携带Ppd-D1a的品种在河南安阳大部分能够成熟,而携带Ppd-D1b的品种在河南安阳基本不能成熟。在安阳春化显性等位变异Vrn-A1a未加速小麦抽穗,而携带Vrn-B1和Vrn-D1等位变异的部分春化需求品种能够正常抽穗,主要因河南安阳生长季节的温度能够满足春化需求。

CIMMYT普通小麦品系Waxy蛋白类型及淀粉糊化特性研究

2003年将来自CIMMYT第35届IBWSN和第20届SAWSN国际鉴定圃的488份品系种植在内蒙古临河,对其Wx蛋白亚基组成和淀粉糊化特性进行了研究。利用单向SDS-PAGE鉴定出191份Wx-B1蛋白亚基缺失和28份Wx-D1蛋白亚基缺失品系。除峰值时间外,其余淀粉糊化特性参数在品系间都有较大变异,与中国春小麦相比,CIMMYT小麦表现峰值黏度、低谷黏度、最终黏度高,稀值和反弹值大,峰值时间长而稳定。Wx-B1和Wx-D1蛋白亚基缺失品系的最终黏度和反弹值显著高于和大于Wx蛋白亚基正常品系,Wx-D1蛋白亚基缺失品系的峰值黏度和稀值显著低于和小于Wx蛋白亚基正常品系,Wx-B1蛋白亚基缺失品系的峰值黏度和稀值显著高于和大于Wx-D1蛋白亚基缺失品系。第35届IBWSN品系的淀粉糊化特性优于第20届SAWSN品系,两者低谷黏度、最终黏度和反弹值间差异显著。

软质小麦品质性状与酥性饼干品质参数的关系研究

选用我国17份软质小麦品种（系）在3点种植2年，研究软质小麦品质性状与酥性饼干品质的关系，探讨优质饼干品种的筛选指标。结果表明，粉质仪和拉伸仪参数与饼干品质的相关系数较小；吹泡仪弹性、吹泡仪弹性，延伸性、碱水保持力（AWRC）、碳酸钠溶剂保持力（SRC）和蔗糖SRC与饼干直径关系密切，相关系数分别为-0．79、-0．75、-0．78、-0．79和-0．80，可作为饼干品质的筛选指标。筛选出建麦1号、皖麦19和皖麦48三个饼干品质优良的品种，提出了优质饼干小麦品种的具体品质指标，即籽粒硬度（SKCS）1～40，籽粒蛋白质含量9．0％～11．5％，面粉蛋白质含量8．0％～10．0％，吹泡仪弹性≤40mm，弹性，延伸性≤0．50，吹泡仪能量≤75×10^-4J，碱水保持力≤59％，水SRC≤53％，碳酸钠SRC≤66％，乳酸SRC≤83％，蔗糖SRC≤87％，饼干直径≥480mm。

用STS标记检测春化基因Vrn-A1在中国小麦中的分布

在证实Vrn-A1春化基因的STS标记与CAPS标记结果一致的基础上,用STS标记检测了全国主要麦区历史上大面积推广和当前主栽的250份品种的春化基因Vrn-A1。结果表明,中国品种Vrn-A1基因平均分布频率为36.8%,不同麦区的分布频率不同,依次为东北春麦区=北部春麦区=西北春麦区(100%)>新疆冬春麦区(42.9%)>西南冬麦区(35.3%)>黄淮冬麦区(19.8%)>长江中下游冬麦区(17.4%)>北部冬麦区(3.0%),这与冬春特性有关。在长江中下游冬麦区和西南冬麦区品种中,Vrn-A1基因分布频率随着时间推移呈降低趋势;在黄淮冬麦区品种中,20世纪50到70年代呈上升趋势,随后呈下降趋势。在年最大推广面积大于66.7万hm2的58份品种中,Vrn-A1基因的频率为27.6%。这些信息有助于改良小麦品种的适应性和提高产量潜力。

普通小麦面筋强度早代选择研究

以优质强筋小麦品种中优9507为母本，与安农91168、高优503、冀5099、晋麦45和鲁麦5号5个筋力不同的品种配制杂交组合，用亲本、F1、F2和F2：3家系研究了SDS沉降值与和面时间的分布，分析了沉降值的遗传力和选择响应。结果表明，组合间F2、F2：3沉降值及F2：3，和面时间超高亲比例存在差异，以强筋与强筋、强筋与中强筋品种所配杂交组合中优9507／安农91168、中优9507／高优503和中优9507／冀5099的超中优9507比例较高，F2和F2：3家系沉降值超中优9507比例分别为55％、30％、30％和74％、41％、53％，F2：3家系和面时间超中优9507比例则分别为76％、39％、27％。沉降值的狭义遗传力较高，为43％～70％，适合进行早代选择。沉降值的实际选择响应与选择强度关系不大，较高的选择压力并不一定能获得相应的选择响应，在本研究中，所有组合可都采用10％的选择压力。组合间沉降值的实际选择响应存在差异，以中优9507／安农91168组合（强筋×强筋）进行品质改良效果较好。在亲本选配时应尽量选用面筋强度中等以上的品种作亲本，建议在F2用沉降值、F3用和面仪参数作为选择指标来改良面筋强度。