黄淮北片主栽小麦品种冬春性与主要春化基因组成的关系

赵彦坤,张文胜，王秀堂，傅晓艺，贾 丹，高振贤，史占良，何明琦

(1.石家庄市农林科学研究院，河北石家庄 050041； 2.中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心，河北石家庄 050021)

黄淮北片主栽小麦品种冬春性与主要春化基因组成的关系

赵彦坤1,张文胜2，王秀堂1，傅晓艺1，贾 丹1，高振贤1，史占良1，何明琦1

(1.石家庄市农林科学研究院，河北石家庄 050041； 2.中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心，河北石家庄 050021)

为探明我国黄淮北片麦区冬小麦的冬春性与春化基因分布的关系，以该麦区的48个主导小麦品种为材料，依据不同小麦品种的低温春化需求来分析品种的冬春特性，同时分析了主要的春化基因分子标记在上述品种中的组成。结果表明，黄淮北片麦区以半冬性品种为主，占75.0%，春性品种和冬性品种各占10.4%，弱春性品种占4.2%。春化基因检测结果显示，黄淮北片麦区的主栽小麦品种的主要基因型为 vrn-A1/ vrn-B1/ vrn-D1/ vrn-B3，占77.1%，其余品种含有 Vrn-D1基因(22.9%,11个)，未发现携带显性基因 Vrn-A1、 Vrn-B1及 Vrn-B3的品种。黄淮北片主栽品种调查结果显示，根据 vrn-A1/ vrn-B1/ vrn-B3/ vrn-D1全隐性基因型推测的品种的冬性和表现型的一致性高达97.3%，根据显性基因 Vrn-D1推测的春性与表现型的一致性为54.5%。总的来说通过春化基因组成推测的冬春性与根据低温需求鉴定的冬春性的一致性为87.5%，表明可以通过检测春化基因分子标记来对品种的冬春性进行快速推测，实际工作中若能利用春化基因分子检测与田间观察相结合，可以更准确地反映品种的冬春性。

小麦；黄淮北片；冬春性；春化基因

春化特性是小麦适应不同气候条件决定性的因素，其既影响小麦的种植范围，也决定了小麦的适宜播期[1]。我国为小麦生产大国，气候类型多样，依据小麦的冬春类型及生长区域等特性，小麦生产区域分为北部春麦区、北部冬麦区、黄淮冬麦区等10个生态区[1]。从20世纪初前苏联学者李森科(Lysenko)提出植物春化理论以来，有关春化作用一直是植物学家们研究的热点，由于小麦春化反应的复杂性和反应类型的多样性，国内外学者从不同角度和层次对其进行了研究[2-5]。目前报道的主要春化基因有 Vrn1、 Vrn2、 Vrn3和 Vrn-D4，其中， Vrn1编码一个MADS-box转录因子，与拟南芥中顶端分生组织基因 APETALA1同源[6]，该基因调节营养生长到生殖生长的转化，直接控制开花和成熟时间； Vrn2是通过 Vrn3来控制 Vrn1的表达，其突变后不需要春化[7]； Vrn3是拟南芥中FT的同源基因，其显性可以加速开花，作为控制春化需求的支路[7]； Vrn-D4通过和 Vrn-A1、 Vrn-B1、 Vrn-D1、 Vrn-B3互作来调控春化过程[8]。其中， Vrn1是目前认为对春化起最主要作用的基因，该基因在小麦中的3个等位基因分别位于5AL、5BL和5DL染色体，即Vrn-A1、Vrn-B1和 Vrn-D1，这3个等位基因中任何一个或多个为显性时，小麦的春化特性为春性，若这3个基因全为隐性，小麦的春化特性为冬性，且这3个显性等位基因的春化效应不同，其中 Vrn-A1作用最强，对 Vrn-B1和 Vrn-D1具有上位效应[9]。 Vrn1对 Vrn2具有上位效应，当 Vrn1的三个等位基因任何一个为显性时，无论 Vrn2的显隐性组成如何，小麦的发育特性为春性；当 Vrn1的三个等位基因均为隐性时， Vrn2为显性表现为冬性，为隐性则表现为春性[10]。

Yan等[11-12]、Fu等[13]及Chen等[14]通过比较冬春性材料间春化基因的多态性，发现 Vrn-A1、 Vrn-B1、 Vrn-D1和 Vrn-B3基因在A基因组启动子区及A、B、D三个基因组内含子区存在插入或缺失的变异，开发出10对引物作为区分冬春性基因型的分子标记[11-14]。利用上述标记研究发现不同地区、不同麦区小麦的春化基因组成都有差异，加拿大西部的40个春性小麦中90%的品种含有 Vrn-A1基因，另外10%的品种含有 Vrn-B1基因[15]；姜 莹等[11]调查中国10个麦区的153份小麦地方品种，4个显性春化基因的分布频率依次为60.78%( Vrn-D1)、5.88%( Vrn-A1)、5.23%( Vrn-B1)和0( Vrn-B3)；Zhang等[14]对中国8个麦区的298个品种的春化基因显隐性分析发现， Vrn-D1显性等位基因占的比例最高，占鉴定品种的37.8%， Vrn-A1基因主要分布于长城以北的春播麦区、新疆冬春麦区和西南冬麦区，北方冬麦区春化基因都为隐性，黄淮麦区是春化基因由隐性向显性的过渡地带；赵 虹等[17]分析1950-2007年黄淮南片冬麦区的127个主导小麦品种的春化基因分布，4个显性春化基因的分布频率依次为44.1%( Vrn-D1)、5.5%( Vrn-B1)和1.6%( Vrn-B1+ Vrn-D1)，没有品种携带显性基因 Vrn-A1。

关于品种的春化基因型与品种冬春性的一致性分析，姜 莹等[11]发现，春麦区的一致性较高，冬麦区的一致性较低，由于对低温春化的敏感性 Vrn-A1> Vrn-B1> Vrn-D1，所以 Vrn-B1及 Vrn-D1基因型对小麦春化发育特性决定较弱，硬性地将其划分为春性从而导致 Vrn-D1分布频率较高的黄淮冬麦区、长江中下游麦区和西南冬麦区基因推测的一致性较低，其研究认为 Vrn-D1基因型决定的小麦品种应为弱春性或弱冬性较为合适[11]。赵 虹等[17]研究发现，含有 Vrn-B1的品种基本上为春性或弱春性，普遍抗寒性较差，3个位点都为隐性的品种大部分是冬性或半冬性品种，普遍抗寒性好，含有 Vrn-D1的品种总体处于中间类型。袁秀云等[18]报道含有 Vrn-B1及 Vrn-D1基因的品种春性不强，发育特性表现为弱春性或半冬性， Vrn1三个位点全部为隐性的小麦发育特性表现为冬性、半冬性或弱春性，表明黄淮麦区的发育特性与 Vrn1基因组成密切相关，但可能还有其他的调控因子参与。众多学者研究了不同地区的小麦所含春化基因的分布情况，以及小麦春化基因和冬春性的关系，多数研究结果证明春化基因类型与品种冬春特性基本相符，春化基因控制着小麦品种的冬春特性，但也有研究人员发现仅用春化基因来预测品种的冬春性还不完善，分子检测与田间观察相结合能够更准确地反映品种的冬春性[8,17]。

黄淮北片冬麦区是中国小麦的重要主产区，播种面积600万hm2左右，占整个小麦产区面积的近1/4，关于黄淮北片麦区主栽品种冬春性和春化基因关系的研究还比较少。本研究旨在通过分析黄淮北片麦区主栽小麦品种的由低温春化效应推导的冬春性和春化基因分布的关系，初步得出该麦区小麦的主要冬春特性及春化基因的分布情况，分析以春化基因指导黄淮北片小麦的冬春特性分类的可行性，为指导小麦品种选育提供便捷有效的信息。

1 材料与方法

1.1 供试材料

以黄淮北片麦区的48个主导小麦品种为材料，品种名称见表2。

1.2 低温春化处理试验

采用人工模拟低温春化处理供试的48个小麦品种，每个品种取完整饱满种子400粒，每100粒为1份，低温春化时间共设置4个处理，春化时间分别为0、10、20和30 d，每个处理均选取准备好的种子100粒，摆放在铺有滤纸的培养皿中，加去离子水，于25 ℃培养箱催芽12 h，待小麦萌动后放入2～4 ℃低温光照植物培养箱进行春化处理，每隔2～3 d加1次去离子水。为保证不同春化处理小麦播种后感受外界环境温度一致性，从2015年2月17日起每10 d处理一批小麦种子，3月18日将不同时间处理的种子同时播种在温室大棚。为避免生长过程中低温导致自然春化和其他因素影响，模拟小麦的生长环境设定控制温度在20±2 ℃，光周期为16 h(昼)/8 h(夜)，到最低温度稳定达到16 ℃以上，打开大棚，在6月20日麦收结束后检测各品种是否正常抽穗成熟。

大棚设计是每个处理播种时均设计2次重复，采取裂区设计，随机排列，每个品种1行，每行播50粒萌动种子，最终观察抽穗率及籽粒是否成熟。

1.3 DNA提取及春化基因扩增

采用CTAB法[19]提取小麦叶片的基因组DNA。序列特异性PCR扩增所用引物参考Yan等[11]、Fu等[13]以及Chen等[14]的方法合成(表1)。采用常规PCR扩增，扩增使用宝生物公司的LATaq酶，扩增程序如下：94 ℃预变性5 min；94 ℃变性40 s，52～61 ℃退火40 s，72 ℃延伸1～2 min，35个循环；72 ℃延伸5 min。

2 结果与分析

2.1 不同小麦品种低温春化效应的比较

参试品种为黄淮北片麦区的主栽品种，在田间栽培满足春化需求条件下的成熟期和石4185相比相差±2 d，属于熟期相当的品种。本研究主要对黄淮北片麦区的48个主栽小麦品种进行不同时间的春化处理，满足低温春化需求的小麦品种可以顺利的抽穗成熟，没有满足低温春化需求的小麦品种不能抽穗或抽穗成熟显著延迟[20]。春化处理时间分别为0、10、20和30 d，调查不同品种的抽穗及结实情况。依据不同品种的春化需求，一般将小麦分为3种类型，春性、半冬性及冬性，其满足春化的临界天数依次为:春性0～5 d，半冬性20～30 d，冬性>30 d[20]。

由于品种较多，所以其春化临界点呈现渐变连续趋势。调查小麦各品种正常成熟所需的低温春化时间，并按照春化需求进行冬春性分类。各品种在不同低温春化时间处理下的抽穗结实情况及冬春性分类记录如表2所示，石08-6617、沧麦028、衡5229、衡观35及济麦20为春性品种，占参试品种的10.5%，在没有进行春化处理的条件下依然正常的抽穗，除去济麦20成熟较晚外，其他4个正常成熟，即济麦20的春性较其余4个弱；泰山5366和冀5265需要的春化时间比春性品种长，比半冬性品种短，其冬春性介于春性和半冬性之间，暂时归为弱春性品种，占参试品种的4.2%；剩下的大多数品种还是以半冬性为主(36个)，占参试品种的75.0%，冬性品种为5个，分别为泰山21、泰山22、郯麦98、长6878和衡136，占参试品种的10.5%，这5个品种在30 d低温春化处理下没有正常成熟。

由于半冬性品种所占的比例较高，进一步对该类品种的春化特性进行划分，低温春化处理10 d时该品种存在一定比例的抽穗结实现象，低温春化处理20 d时完全抽穗结实成熟，划为半冬偏春性；低温春化处理10 d时该品种仅有部分抽穗但没有结实，或者未抽穗，低温春化处理20 d时完全抽穗结实成熟，划为半冬中间性；低温春化处理10 d时该品种未抽穗结实，低温春化处理20 d时存在一定比例的抽穗结实或抽穗现象，低温春化30 d时完全抽穗结实成熟，划为半冬偏冬性。具体各品种冬春性如表2所示，半冬偏春性品种、半冬中间性品种及半冬偏冬性品种数目基本相当，说明半冬性的广泛类型都较适宜黄淮北片的生长环境。

2.2 黄淮北片麦区小麦品种春化基因的等位变异

对于春化基因在不同小麦品种中的分布情况，国内外学者都有广泛的研究，本试验用已有的10对春化基因分子标记对48个品种的 Vrn-A1、 Vrn-B1、 Vrn-D1及 Vrn-B3 四个位点上的等位基因进行检测。

在A基因组中， Vrn-A1位点的显性和隐性等位变异可用引物Vrn-A1F/Vrn-A1R、Vrn-A1cF/Vrn-A1cR和vrn-A1F/vrn-A1R进行检测，其中，Vrn-A1F/Vrn-A1R检测基因的启动子区有无插入或缺失，若扩增结果为650 bp和750 bp，其基因型为 Vrn-A1a，若扩增结果为480 bp，其基因型为 Vrn-A1b，若扩增结果为500 bp，其基因型为 vrn-A1；Vrn-A1cF/Vrn-A1cR和vrn-A1F/vrn-A1R检测第一内含子区域有无缺失，若扩增结果为1 170 bp，其基因型为 Vrn-A1c，若扩增结果为1 068 bp，其基因型为 vrn-A1c。特异性扩增结果(图1、表3)显示，Vrn-A1F/Vrn-A1R扩增到的结果为500 bp的片段，推断这些品种不是 Vrn-A1a和 Vrn-A1b基因型，可能为 vrn-A1，用Vrn-A1cF/Vrn-A1cR没有扩增到1 170 bp的片段，vrn-A1F/vrn-A1R扩增到1 068 bp的片段，说明没有显性 Vrn-A1c基因型，即所检测的小麦品种均为 vrn-A1基因型。

表1 小麦中已知的Vrn基因各等位类型的PCR引物[ 11,13-14]

Table 1 PCR primers for determining the allelic types ofVrngene in wheat[ 11,13-14]

引物名称Primername引物序列(5'-3')Primersequence(5'-3')等位基因Allele扩增片段长度Expectedproductsize/bp退火温度Annealingtemperature/℃Vrn-A1FGAAAGGAAAAATTCTGCTCGVrn-A1a650和750Vrn-A1RTGCACCTTCCC(C/G)CGCCCCATVrn-A1bvrn-A148050055.0Vrn-A1cFAGCCTCCACGGTTTGAAAGTAAVrn-A1c117058.9Vrn-A1cRAAGTAAGACAACACGAATGTGAGAvrn-A1FGCACTCCTAACCCACTAACCvrn-A1c106856.0vrn-A1RTCATCCATCATCAAGGCAAAVrn-B1FCAAGTGGAACGGTTAGGACAVrn-B170958.0Vrn-B1RCTCATGCCAAAAATTGAAGATGAvrn-B1FCAAGTGGAACGGTTAGGACAvrn-B1114956.4vrn-B1RCAAATGAAAAGGAATGAGAGCAVrn-D1FGTTGTCTGCCTCATCAAATCCVrn-D1167161.0Vrn-D1RGGTCACTGGTGGTCTGTGCvrn-D1FGTTGTCTGCCTCATCAAATCCvrn-D199761.0vrn-D1RAAATGAAAAGGAACGAGAGCGvrn-B3FATGCTTTCGCTTGCCATCCvrn-B31140/203056.0vrn-B3RCTATCCCTACCGGCCATTAGVrn-B3aFCATAATGCCAAGCCGGTGAGTACVrn-B3a120059.0Vrn-B3aRATGTCTGCCAATTAGCTAGCVrn-B3cFGCTTTGAACTCCAAGGAGAAVrn-B3c140152.0Vrn-B3cRATAATCAGCAGGTGAACCAG

表2 不同春化时间处理后各小麦品种的抽穗结实情况及由春化需求鉴定的品种冬春性

Table 2 The heading and seeding number of tested wheat cultivars under different vernalization and the winterness-springness type detected by the vernalization requirement

品种Cultivar春化天数Daysofvernalization/d0102030冬春性Winterness-springnesstype石08-6617 Shi08-661750505050S沧麦028 Cangmai02850505050S衡5229 Heng522950505050S衡观35 Hengguan3550505050S济麦20号 Jimai2050M505050S泰山5366 Taishan53660(24)505050WS冀5265 Ji52650(21)50M5050WS舜麦1718 Shunmai17180(20)405050SWPS邯6172 Han6172-30(10)5050SWPS邯08-6012 Han08-60120(20)25(8)5050SWPS科农199 Kenong1990(20)25(15)5050SWPS石4185 Shi41850(20)24(11)5050SWPS衡4399 Heng4399-20(7)5050SWPS金禾9123 Jinhe91230(10)20(10)5050SWPS邯麦13号 Hanmai13-20(10)5050SWPS尧麦16 Yaomai16-10(10)5050SWPS衡06-6632 Heng06-6632-10(10)5050SWPS邢麦6号 Xingmai6-20M5050SWPS济麦22 Jimai22-0(30)5050SW良星66 Lingxing66-0(25)5050SW良星99 Lingxing99-0(25)5050SW邢麦7号 Xingmai7-0(15)5050SW济麦21 Jimai21-0(10)5050SW石麦15号 Shimai15-0(5)5050SW鲁垦麦9号 Lukenmai9-0(2)5050SW烟农0428 Yannong0428--5050SW济麦19 Jimai19--5050SW烟农21 Yannong21--5050SW鲁原502 Luyuan502--5050SW汶农14号 Wennong14--5050SW衡0628 Heng0628--40(10)50SWPW沧麦6005 Cangmai6005--40(10)50SWPW石家庄8号 Shijiahzuang8--40(10)50SWPW冀麦585 Jimai585--40(10)50SWPW邯00-7086 Han00-7086--4050SWPW石优20号 Shiyou20--4050SWPW晋麦47 Jinmai47--3550SWPW河农6049 Henong6049--3550SWPW河农825 Henong825--30(20)50SWPW邢麦4号 Xingmai4--3050SWPW石麦22号 Shimai22--2550SWPW邯4564 Han4564--0(15)50SWPW师栾02-1 Shiluan02-1--0(20)50SWPW泰山21号 Taishan21--40(10)50MW泰山22 Taishan22--40(10)50MW郯麦98 Tanmai98--10(30)50MW长6878 Chang6878--0(25)50MW衡136 Heng136--1050MW

表中数据均表示抽穗品种数，其中，括号外数据表示抽穗并正常结实的品种数，括号内数据表示抽穗但未能结实的品种数，正常结实但未能正常成熟标注“M”；“-”表示未抽穗；S：春性；WS：弱春性；SWPS：半冬偏春性；SW：半冬性；SWPW：半冬偏冬性；W：冬性。下表中同。

The data in the table indicated the number of varieties which headed, but the data outside brackets indicated the number of varieties which headed and seeded, and the data in brackets indicated the number of varieties which headed but did not seed,and the ‘M’ represented the variety seeded but did not mature normally; ‘-’ represented the variety which did not seed; S:Springness; WS:Weak springness; SWPS:Semi-winterness with partial springness; SW:Semi-winterness; SWPW:Semi-winterness with partial winterness; W:Winterneess. The same in the following table.

在B和D基因组中，对春性品种来说， Vrn1基因的第一内含子区域往往有大片段缺失，其等位类型分别为 Vrn-B1 和 Vrn-D1[11]。本文使用Fu等[13]根据不同等位变异序列差异开发的用于检测显性和隐性的等位变异分子标记，其中B基因组引物Vrn-B1F/Vrn-B1R当其有大片段的缺失时，可以扩增到709 bp的片段，其基因型为 Vrn-B1，不存在大片段的缺失，引物vrn-B1F/vrn-B1R的特异性扩增产物为1 149 bp，其基因型为 vrn-B1。特异扩增结果(图1、表3)显示，没有709 bp的扩增产物，所有品种都扩增到1 149 bp的片段，这些品种都为隐性 vrn-B1。D基因组引物Vrn-D1F/Vrn-D1R当其有大片段的缺失时，可以扩增到1 671 bp的片段，其基因型为 Vrn-D1，不存在大片段的缺失，引物vrn-D1F/vrn-D1R的扩增产物为997 bp，其基因型为 vrn-D1。特异性扩增结果(图1、表3)显示，冀5265、石4185、石麦19、尧麦16和沧麦028等含有1 671 bp 的片段，为 Vrn-D1，其余没有此片段的品种可以用引物vrn-D1F/vrn-D1R扩增出997 bp的片段，为 vrn-D1。 Vrn-B3位点的显性和隐性等位变异可用引物Vrn-B3aF/Vrn-B3aR、Vrn-B3cF/Vrn-B3cR以及vrn-B3F/vrn-B3R进行检测[14]，Vrn-B3aF/Vrn-B3a的检测结果是1 200 bp，基因型为 Vrn-B3a，Vrn-B3cF/Vrn-B3cR检测结果为1 401 bp，基因型为 Vrn-B3c，vrn-B3F/vrn-B3R扩增条带为1 140 bp或2 030 bp时，为 vrn-B3。特异性扩增结果(图1、表3)显示，所有品种都扩增到1 140 bp的片段，即这些品种基因型均为 vrn-B3。

总结这48个品种的春化基因分子标记的扩增结果(表3)，参试品种中没有携带显性基因 Vrn-A1、 Vrn-B1及 Vrn-B3，有11个品种含有显性基因 Vrn-D1，占检测品种的22.9%。

2.3 小麦春化基因组成与冬春性的相关性分析

黄淮北片冬麦区以半冬性品种为主，主要的春化基因组成为 vrn-A1/ vrn-B1/ vrn-B3/ vrn-D1全隐性，或者 Vrn-D1显性。根据本试验用春化基因分子标记检测的基因型来预测其冬春性，将预测的冬春性和本试验通过低温春化需求检测的冬春性进行一致性比较分析，发现含有显性春化基因 Vrn-D1的这11个品种，根据春化基因组成推测其为春性，而低温春化需求鉴定表明其中有4个春性品种，2个弱春性品种，5个半冬偏春性品种，春化基因推测的冬春性和实际鉴定的冬春性的一致性为54.5%；不含显性春化基因 Vrn-D1(即基因型为 vrn-A1/ vrn-B1/ vrn-B3/ vrn-D1)的37个品种，根据春化基因组成推测其为冬性，低温春化需求鉴定出1个春性品种，31个半冬性品种，5个冬性品种，春化基因推测的冬春性和实际鉴定的冬春性的一致性为97.3%。总计这48个品种通过春化基因推测的冬春性和低温春化需求鉴定的冬春性的一致性为87.5%。

1：石优20；2：邢麦6号；3：邢麦7号；4：烟农0428；5：尧麦16；6：河农6049；7：河农825；8：衡5229；9：衡观35；10：金禾9123；11：科农199；12：师栾02-1；13：济麦19；14：济麦20；15：济麦22；16：良星99; M:D2000 plus DNA ladder。

1:Shiyou 20; 2:Xingmai 6; 3:Xingmai 7; 4:Yannong 0428; 5:Yaomai 16; 6:Henong 6049; 7:Henong 825; 8:Heng 5229; 9:Hengguan 35; 10:Jinhe 9123; 11:Kenong 199; 12:Shiluan 02-1; 13:Jimai 19; 14:Jimai 20; 15:Jimai 22; 16:Liangxing 99; M:D2000 plus DNA ladder.

图1 部分品种不同春化基因分子标记的检测结果

Fig.1 Detection results using different vernalization gene markers in part of the wheat cultivars

表3 供试小麦品种春化基因的等位变异以及由春化基因推导的冬春性

Table 3 The allelic composition of vernalization gene and the comparison of winterness-springness type deduced by vernalization genes in 48 wheat cultivars

品种CultivarVrn-A1位点Vrn-A1locusVrn-B1位点Vrn-B1locusVrn-B3位点Vrn-B3locusVrn-D1位点Vrn-D1locus冬春性Winterness-springnesstype石08-6617 Shi08-6617vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S沧麦028 Cangmai028vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S衡5229 Heng5229vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S衡观35 Hengguan35vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S济麦20号 Jimai20vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W泰山5366 Taishan5366vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S冀5265 Ji5265vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S舜麦1718 Shunmai1718vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S邯6172 Han6172vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W邯08-6012 Han08-6012vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W科农199 Kenong199vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S石4185 Shi4185vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S衡4399 Heng4399vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W金禾9123 Jinhe9123vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S邯麦13号 Hanmai13vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W尧麦16 Yaomai16vrn-A1vrn-B1vrn-B3Vrn-D1S衡06-6632 Heng06-6632vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W邢麦6号 Xingmai6vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W济麦22 Jimai22vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W良星66 Lingxing66vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W良星99 Lingxing99vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W邢麦7号 Xingmai7vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W济麦21 Jimai21vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W石麦15号 Shimai15vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W鲁垦麦9号 Lukenmai9vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W烟农0428 Yannong0428vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W济麦19 Jimai19vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W烟农21 Yannong21vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W鲁原502 Luyuan502vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W汶农14号 Wennong14vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W衡0628 Heng0628vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W沧麦6005 Cangmai6005vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W石家庄8号 Shijiahzuang8vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W冀麦585 Jimai585vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W邯00-7086 Han00-7086vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W石优20号 Shiyou20vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W晋麦47 Jinmai47vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W河农6049 Henong6049vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W河农825 Henong825vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W邢麦4号 Xingmai4vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W石麦22号 Shimai22vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W邯4564 Han4564vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W师栾02-1 Shiluan02-1vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W泰山21号 Taishan21vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W泰山22 Taishan22vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W郯麦98 Tanmai98vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W长6878 Chang6878vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W衡136 Heng136vrn-A1vrn-B1vrn-B3vrn-D1W

3 讨 论

选择适应性好的小麦推广品种是高产稳产的前提，广适的小麦品种可以有效的减少干旱及冻害等灾难气候对产量的损失[21-22]。掌握品种的冬春性特点，是小麦育种、品种审定推广及温室加代等工作的重要内容[22]。传统的冬春性鉴定方法对栽培及气候条件要求严格，春化基因 Vrn-1及 Vrn-B3已作为辅助手段广泛地用于鉴定品种的冬春性[11,17-18,20]。孙果忠等[20]以黄淮麦区15个品种为材料，发现春化基因 Vrn-1不同的等位基因具有累加效应， Vrn-1等位基因组成、春化临界点和发育进程之间的密切相关。姜 莹等[11]调查了中国10大麦区的153个小麦品种，发现基因型与表现型一致性在春麦区较高，在黄淮冬麦区、长江中下游冬麦区和西南冬麦区较低，主要是与 Vrn-D1位点的显性变异有关，建议该位点决定的基因型应为弱冬性或弱春性。

春化基因的出现频率与小麦品种的分布地域有很大的关系。 Vrn-A1和 Vrn-B1显性突变主要出现在东北春麦区、新疆春冬麦区和北部春麦区，而 Vrn-D1显性突变在中国各大麦区都有分布，在北部冬麦区分布最少[11]。参与调查的黄淮北片的48个小麦品种中没有发现显性基因 Vrn-A1、 Vrn-B1和 Vrn-B3，有22.9%的品种含有显性基因 Vrn-D1。而春化基因和冬春性的一致性分析中，前人鉴定的春化基因型和表现型一致性较低的麦区主要是黄淮冬麦区、长江中下游冬麦区和西南冬麦区，主要与 Vrn-D1的显性变异有关。而黄淮北片作为小麦的主产区同时是基因型与表现型一致性较差的区域，分析基因型对表现型的指导作用尤为重要。黄淮北片麦区出现频率最高(77.1%)的 vrn-A1/ vrn-B1/ vrn-B3/ vrn-D1等位基因，其检测的品种绝大多数属于半冬性及冬性品种，仅有一个品种例外，济麦20不含任何已知的 Vrn-1等位基因的显性基因，不经历春化也可以正常结实[23]，表明其中含有其他影响小麦春化需求的遗传因素，首先推测其中还有其他未检测的春化基因效应，如 Vrn2、 Vrn-D4，但其作用机制还不是很清楚[9-10,24]，其次这些STS分子标记只检测引物所在区域内序列大小的差异，也可能是这些检测区域内部发生影响蛋白功能的序列突变，或者该基因的未检测区段存在变异。其余的品种含有 Vrn-D1(22.9%)，分析其在春化过程中的效应发现， Vrn-D1基因型的小麦品种以春性品种最多(54.5%)，其次为半冬性(45.5%)，前人的研究表明， Vrn-D1对春化作用较为敏感，其基因型决定的小麦品种以弱春性或者半冬性较为合适。本研究也发现 Vrn-D1在不同品种中都表现一定程度的春性，即含有 Vrn-D1的品种属于春性、弱春性以及半冬偏春性类型，由于本试验使用的 Vrn-D1位点的分子标记是用于检测显性等位变异的分子标记，而近期研究表明， Vrn-D1启动子区的一个单核苷酸变异(C/A)使得携带该基因的小麦品种从春性变为半冬性，将春性品种的 Vrn-D1命名为 Vrn-D1a，半冬性品种的 Vrn-D1命名为 Vrn-D1b[25]。进一步对 Vrn-D1的两个显性等位变异进行细分，可能更有助于分析 Vrn-D1在不同品种中的春化需求的差异。

小麦春化效应的研究是个复杂的过程，不同品种的春化需求除了和春化基因的显隐性有关，和不同春化基因的等位变异及拷贝数都有关系，研究报道 Vrn-A1的拷贝数和春化需求紧密相关，随着 Vrn-A1位点拷贝数增加，对低温春化处理需求增加，即冬性增加[26]。文中未检测到显性 Vrn-A1的存在，所以未对拷贝数进行分析。文中对 Vrn-B1、 Vrn-D1检测的引物主要用于检测显性变异，但并未对哪一个类型的显性等位变异进行细分，没有检测到 Vrn-B1显性等位变异，对 Vrn-D1显性等位变异的细分将有助于进一步分析该基因在不同品种中的春化需求差异，有望进一步提高黄淮北片麦区春化基因的基因型和表现型的一致性。

4 结 论

众多科研人员分析了不同麦区春化基因型和冬春性的一致性指数，不同麦区的指数有一定差异，前人鉴定的黄淮冬麦区的基因型和表现型的一致性较低，本研究鉴定黄淮北片的基因型和表现型的一致性为87.5%，可以用来快速检测本麦区品种的冬春性，采用春化基因分子标记与传统的冬春性鉴定方法相结合来认识品种冬春性、预测品种的抗寒性对黄淮北片小麦品种利用更具有指导意义[19]。

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Analysis of Winterness-Springness Type and Vernalization Genes in the Main Wheat Cultivars from the North of Yellow and Huai Valley of China

ZHAO Yankun1,ZHANG Wensheng2,WANG Xiutang1,FU Xiaoyi1,JIA Dan1,GAO Zhenxian1,SHI Zhanliang1,HE Mingqi1

(1.Shijiazhuang Academy of Agricultural and Forestry Sciences,Shijiazhuang,Hebei 050041,China; 2.Center for Agricultural Resources Research,Institute of Genetics and Developmental Biology,the Chinese Academy of Science,Shijiazhuang,Hebei 050021,China)

To analyze the relationship between the winterness-springness type and the vernalization genes in wheat from the North of Yellow and Huai Valley of China,48 wheat cultivars were selected. The winterness-springness type of wheat cultivars was analyzed by the vernalization requirement,and the distribution of vernalization genes in wheat varieties was also analyzed. We found that 36 wheat varieties(accounting for 75%) were semi-winterness type,and five(taking up to 10.4%) and two wheat varieties(taking up to 4.2%) were springness type and weak springness type,respectively,and five wheat varieties were winterness type.In this study,the main gene type was vrn-A1/ vrn-B1/vrn-D1/vrn-B3 in 37 wheat varieties,accounting for 77.1%,and the Vrn-D1 dominant vernalization allele was detected in the other eleven wheat cultivars,taking up to 22.9%,but Vrn-A1a, Vrn-B1,and Vrn-B3 dominant alleles were not detected. Our research showed that the winterness-springness habit deduced by the gene type vrn-A1/ vrn-B1/ vrn-D1/ vrn-B3 showed 97.3% identity with the vernalization requirement,and the winterness-springness habit deduced by the gene type Vrn-D1 showed 54.5% identity with the vernalization requirement.In a word,the winterness-springness habit detected by molecular marker analysis of vernalization genes showed 87.5% identity with the vernalization requirement,so that we could deduced the winterness-springness habit quickly by the molecular marker analysis of vernalization genes in the North of Yellow and Huai Valley of China. We should combine the molecular marker analysis of vernalization genes and the winterness-springness habit observation in the field to learn more about the winterness-springness habit. The research would provide some useful information for the genetic improvement of the winter wheat in the North of Yellow and Huai Valley of China.

Wheat; The North of Yellow and Huai Valley; Winterness-springness type; Vernalization genes

时间：2016-11-04

2016-04-19

2016-10-17

农业部公益性行业(农业)科研专项(201203033-06)；国家现代农业(小麦)产业技术体系项目(nycytx-03) 第一作者E-mail:kun262004@163.com 通讯作者：何明琦(E-mail:hemingqi@163.com)

S512.1；S330

A

1009-1041(2016)11-1440-09

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20161104.0924.008.html