小麦特殊遗传材料核心样品的建立

刘 旭 马缘生 谭富娟 范传珠

近年，全世界植物遗传资源收集数量不断增加，已有作物种质资源610余万份。中国国家种质库建成后，已保存32万余份作物种质资源。面对如此丰富多样的作物种质资源，如何进行深入的鉴定、评价，并充分合理利用?如何才能既保存了遗传多样性，又便于管理?是当今举世关注的热门课题之一。

核心样品研究是一新兴项目，Frankel^［1］首次报道“Core collection”一词，是指从一种植物中一个种及其有亲缘关系的大量种群中，经过研究后，精选出一定比率的少量资源样本，能基本代表其大量资源的遗传多样性，组成核心样品，构建成核心“基因库”。A.H.D.Brown等^［2］对澳大利亚多年生大豆12个种、1400份样品进行研究，依据生态地理、形态、细胞、酶学等差异确定111份为核心样品，其比率为7.8%。A.H.D.Brown(1989)^［3］认为基础样品不少于3000份时，核心样品约为10%(300份)。国外已研究的作物除大豆外，还有秋葵^［4］、冬小麦、水稻、大麦及花生、木薯、咖啡、菜豆、高粱、玉米、郁金香、苹果、苎麻等^［2，5］。用已经初步鉴定的小麦特殊遗传材料为对象进行核心样品的工作，除了本研究的两篇初报^［6，7］外未见其它报道。

1 材料与方法

1.1 材料

本研究所选用的小麦特殊遗传材料是以远缘杂交法为主要方法，在染色体数目和结构变异水平上创造的各类型的特殊遗传材料，包括人工异源多倍体、非整倍体、异附加系、代换系、易位系、不育系、核质互换系等，共951份，这些材料均是已经过初步整理，编入《中国小麦遗传资源目录》并交国家种质库长期妥善保存的特殊遗传材料。

1.2 方法

1.2.1 形态鉴定

将全部951份小麦特殊遗传材料进行田间种植、室内考种，鉴定其主要植物学特征、农艺特点；对已编入目录的形态性状(如芒、壳色、粒色、穗粒数、穗长、株高、千粒重等)进行重复鉴定，并对一些重要的农艺性状(如冬春性、抗病性、抗逆性)进行补充鉴定，将这两类鉴定结果进行初步分类整理。

1.2.2 细胞学鉴定

由于本研究取材于小麦特殊遗传材料，细胞学鉴定十分重要，因此对有染色体数目和结构变异的材料，均观察了根尖细胞染色体，并计数。

1.2.3 生化鉴定

对部分重要材料进行了叶片酯酶同工酶和成熟种子醇溶蛋白电泳分析。

1.2.4 综合分析

根据以上鉴定，以主要形态鉴定的9510余个项次为主，参考其他鉴定指标，统计样品欧氏距离聚类，绘制树状图(Tree diagram for cases unweighted pair-group average Euclidean distances)。选出基本能代表基础样品遗传多样性的核心样品。

2 结果与分析

对不同来源、类别的特殊遗传材料，依据上述个体、细胞、生化三个水平取得的各项资料数据进行统计、分析，分类别选出核心样品，不同类别的入选率为7%～100%。从951份中共选出329份，占总体的34.6%。与目前文献中核心样品量占10%左右的报道相比较^［2～5］，本项研究的核心样品数量比率较大，详见表1。

表1 选出核心样品数目

Table 1 Number of core collection

2.2 各类型材料的核心样品

2.2.1 单体系1A～7D

现保存单体系10套，都是从中国春单体系多次回交转育而来。春性共5套为：中国春、京红1号、中7902、甘麦8号、扬麦1号；半冬性1套为阿勃；冬性共4套为：北京10号、萨瓦、诺维萨特、丰抗13号。经田间形态性状调查和室内细胞学鉴定，从10套中选出3套即：中国春、阿勃、丰抗13号。这3套为单体的核心样品，春性、半冬性和冬性各1套，可用于遗传分析，春、半冬、冬性品种的基因定位。其中阿勃和丰抗13单体系是由中国科学家转育而成的，其农艺性状较好，可用于品种改良。单体核心样品占单体系总数的30%。

2.2.2 非整倍体

本文中所指非整倍体包括类型较广，有硬粒小麦重双端体；中国春重双端体；ph基因系；缺体-四体、缺体；核质置换系等共85份(严格地说单体系应为非整倍体，核质置换应为整倍体)。这些材料100%选中。

2.2.3 异附加系、代换系和易位系

异附加系、代换系和易位系共92份，从中选出60份，占65.2%。从异附加系40份中选出38份占95.0%；代换系23份，选11份，占47.8%；易位系29份，选11份，占37.9%。

异附加系入选率高，因为其中只有2份材料为2R二体附加、2份4R单体附加所附加的异源染色体是有重复的以外，其他均附加上不同的异源染色体。代换系主要有小麦-簇毛麦、小麦-长穗偃麦草和小麦-黑麦三类异代换系，凡代换的染色体相同(如：4E代换4D；1R代换1B)的多个品系，一般只选1个，个别的选2个。易位系主要也是小麦与黑麦、长穗偃麦草、簇毛麦的易位，其中1B/1R易位者较多，只选了1个；小麦-簇毛麦均是6VS/6AL的易位，也只选了1个。小麦与长穗偃麦草易位系暂时未选，因为所易染色体不清楚。

2.2.4 小黑麦

本类有初级小黑麦100份，经聚类分析，选出7份，占7.0%(图1)；次级小黑麦80份，选出23份，占28.8%；显性核不育小黑麦39份，选出9份，占23.1%(图2)。本类材料入选原则除考虑染色体倍性(如六倍体、八倍体)及标记性状(如颈毛有无)等外，主要考虑农艺性状，如：植株高矮、穗子大小、籽粒多少、种子饱满度、成熟迟早、抗病性等；但为了更好利用，重点选性状优者，尤其抗病性方面，多选抗白粉病和抗病毒病者。

2.2.5 属间、种间杂交种

属间、种间杂交种共72份(均为遗传稳定的材料)，选出23份占31.9%(图3)。其中属间杂种中有一个杂种后代很特殊，其亲本之一是小黑麦品系B-2016(AARRRR)，是一粒小麦(AA)与黑麦杂交后的人工异源多倍体，另一亲本是提莫菲维小麦(T.timopheevi)^［8］。

该材料是在1980年杂交，经10余个世代后虽已基本稳定，但仍有少量分离。考虑到B-2016/T.timopheevi后代的20个品系变异丰富，为了使入选的核心样品尽可能多地代表其遗传多样性，因此除研究其农艺性状、观察其根尖染色体数目外，又进行了叶片酯酶同工酶和成熟种子醇溶蛋白电泳分析。

同工酶用垂直平板聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)测试。用CS910型薄层扫描仪扫描，参比波长480nm，样品波长680nm，扫描速度40mm/min。根据酯酶同工酶分析，B-2016/T.timopheevi后代的20个品系分为5个类型，材料编号归类为：2、8、9、11、12、13；3、5、6、14、15、17、19、20；4、7、10；1、16；18。

小麦胚乳含有多种不具酶功能性质的贮藏蛋白，根据溶解特点分麦谷蛋白和麦醇溶蛋白，小麦族(Triticeae)大部分生化标记在种、属间存在着明显的多态性，醇溶蛋白在品种间均存在明显的差异。电泳后带纹的多少及组合方式严格受基因控制，几乎不受环境的影响，因此被称为品种的指纹(Finger print)。醇溶蛋白酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳技术可作为资源鉴定的有效手段，也可用于选择核心样品。本研究对醇溶蛋白谱带类型分析表明：杂种双亲与各品系间存在明显差异，杂种2号(TM774)多至18条，也有的条带数相同、但分布类型并不相同。条带分为A区(慢)，B区(中)，C区(快)；强度分为三种：占浓度总量10%以上为强带，占浓度总量5.0%～9.9%为中带，占浓度总量4.9%以下为弱带。这样一归类，B-2016/T.timopheevi后代的20个品系分为12种类型，材料编号归类为：1、3；6、7；8、9；11、12；14、15、16；17、18；19、20；等7种加上2，4，5，10，13等共12种(见图4，图5)。

根据酯酶同工酶和醇溶蛋白分析结果并不完全一致的情况，为保持遗传多样性，本核心样品采用以醇溶蛋白谱带分类为主，同时兼顾酯酶同工酶的5个类型中至少各有1个入选，故B-2016/T.timopheevi后代的20个品系入选核心样品的编号为：1、2、4、5、6、8、10、11、13、14、18、19，一共选12个样品，占20个品系的60%，比率较高，尚需进一步研究。

2.2.6 不育系、保持系

不育系(A)和保持系(B)共有197份，从中选出34份，占17.3%。以不育系92份，欧氏距离聚类，绘树状图。本类材料种植在田间，将不育系(A)与保持系(B)相邻种植，抽穗后套单穗自交，主要观察两方面的资料：一是不育系是否为不育，保持系是否为正常结实；另一是观察A、B在田间生长状况，如株高、株型、穗型和生育期等性状是否相似；然后作出判断，决定取舍。

2.2.7 其它材料

其它材料有对条中22，23，25，26，27，28，29小种免疫并兼抗吸浆虫者；有含pm2、pm6双抗白粉病基因者，并分别定位在5D、2B染色体上；还有紫粒小黑麦；黄绿色突变体；抗禾谷类根结线虫；抗孢囊线虫者；大、小麦杂交后特早熟品系；以及小麦与长穗偃麦草、小麦与赖草、小麦与簇毛麦的双二倍体等。经研究共入选25份为核心样品，占这类材料总数76份的32.9%。

3 讨论

当前，我国及世界各国在继续进行作物种质资源收集与保存的前提下，更加重视有效管理和持续利用。本研究是以小麦特殊遗传材料为对象进行的核心样品研究，试图了解同类遗传材料中不同样品的差异，以便在利用上更加准确选材。显然，这种核心样品的取材及研究方法明显不同于目前世界上已完成的核心样品研究，从取材范围的区别可以将核心样品研究分成两大类：①以某一特定目标的工作样品为对象进行研究，以选出便于利用的核心样品，如小麦抗旱核心样品研究、小麦抗某种病的核心样品研究等等；②是以某一个作物全部的基础样品进行研究，以提高种质资源的整体研究与利用效率。二者都十分重要，并且相互联系又相互补充。如果把基础样品的核心样品比做一个大圆，那么针对某一育种目标而从工作样品中筛选的核心样品，则是这个大圆周边的一系列小圆，而这一系列小圆又是与大圆既有重叠部分，也有独立的部分，共同组成作物种质资源的核心样品。只有这两方面都得到研究，才有可能最大限度地提高种质资源研究与利用的效率。

参考文献

Developing a core collection of special genetic types in wheat

LIU Xu MA Yuansheng TAN Fujuan FAN Chuanzhu

(Institute of Crop Germplasm Resources,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100081)