郑文寅，曾令楠，程 颖，侯丞志，曹文昕，赵 莉，姚大年，*

(1.安徽农业大学 农学院/农业农村部黄淮南片小麦生物学与遗传育种重点实验室，安徽 合肥 230036； 2.赤峰农牧学校，内蒙古 赤峰 024000； 3.安徽省农业科学院 作物研究所/农作物品质改良安徽省重点实验室，安徽 合肥 230001)

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。小麦类胡萝卜素含有黄色素、玉米黄素、α-胡萝卜素、β-胡萝卜素和β-隐黄素等成分，后三者及黄色素的部分代谢产物是维生素a(v)的前体物质，具有抗氧化、抗癌、预防眼睛老年性黄斑病变、延缓衰老、提高免疫力等重要生理保健功能。可见，小麦籽粒中的类胡萝卜素具有较高的营养价值，对人类健康具有重要作用。因此，以提高小麦籽粒类胡萝卜素含量为目标的品质改良成为小麦遗传育种和食品营养研究的热点之一。

有关小麦籽粒类胡萝卜素的遗传特性前人已有过报道。leenhardt等研究一粒小麦(二倍体)、硬粒小麦(四倍体)和面包小麦的类胡萝卜素含量，结果为一粒小麦的平均值5.75 μg·g、杜伦小麦3.32 μg·g和面包小麦1.24 μg·g，一粒小麦是杜伦小麦和面包小麦的1.7倍和4.6倍，杜伦小麦是面包小麦的2.7倍；其他研究者分析的小麦类胡萝卜素含量的平均值结果为一粒小麦8.41 μg·g、杜伦小麦2.46 μg·g和面包小麦1.40 μg·g。虽然不同研究者的结果不尽一致，但均呈现随着倍性增加而成倍递减的趋势。郑文寅等的研究则认为，我国小麦品种间的全麦粉类胡萝卜素含量差异显著，为筛选类胡萝卜素含量较高和较低的种质资源创造了条件。此外，clarke等认为，杜伦小麦总类胡萝卜素的广义遗传力为91%。digesù等也得出四倍体小麦的总类胡萝卜素广义遗传力为94%的结论。meng等的研究认为杜伦小麦和普通小麦的类胡萝卜素存在广泛的遗传变异，并具有较高的遗传力。rodríguez-suárez等结合前人的研究认为，小麦类胡萝卜素是由主效基因控制的数量性状。目前研究者在杜伦小麦和普通小麦的不同染色体上，已鉴定出几个类胡萝卜素的qtl。然而在我国，小麦类胡萝卜素的育种改良尚处于起步阶段，其遗传研究还比较少。因此，在本课题组前期研究的基础上，利用7个籽粒类胡萝卜素含量有一定差异的小麦品种为试验材料，按7×7完全双列杂交法Ⅱ配制21个组合，研究其遗传规律，为我国针对小麦类胡萝卜素含量的品质改良和育种提供理论依据。

供试材料来自于 2016—2017 年度种植在合肥市大扬镇安徽农业大学高新技术农业园的21个杂交组合。2016年小麦抽穗期配制21个杂交组合，杂交组合的亲本为苏麦 188(p1)、镇麦11(p2)、生选2号(p3)、扬麦21(p4)、扬辐麦4号(p5)、扬麦16(p6)、扬麦 15(p7)。组合配制按照 griffing 双列杂交法ii，田间试验按随机区组设计，3个重复。每组合行长1.5 m，行距25 cm。于2017年秋季将组合收获f种子(f)，充分晾晒至安全水分(含水量≤13%)以下，缸藏备用。

1.2.1 类胡萝卜素含量的测定

参照郑文寅等的方法。籽粒磨成全麦粉后称取2 g加入到40 ml离心管中，在离心管中再加入10 ml的水饱和正丁醇，匀速振荡1 h，之后再静置15 min，放入离心机内，10 000 ×离心10 min，离心完毕后提取上清液至比色皿，在440 nm的波长下，利用普析tu-1810型紫外分光光度计测定上清液的吸光值。重复3次，利用类胡萝卜素含量(mg·kg)=×计算公式计算出各品种的类胡萝卜素含量。公式中为440 nm处吸光度对应浓度(μg·ml)，为类胡萝卜素溶液体积(ml)，为全麦粉的质量(g)。

1.2.2 数据分析

利用dps v18.10数据处理系统进行基础数据方差分析和显著性检验，在grififing配合力分析模型2模式下分析类胡萝卜素含量的一般配合力效应和特殊配合力方差、效应及遗传参数估算，在亲本及一组f组合hayman遗传分析模式下分析亲本序列方差r 、协方差r、(r+r)和(r-r)方差分析和回归方程等。

从表1可知，供试的7个亲本类胡萝卜素含量在1.935～3.622 mg·kg，其中苏麦188籽粒类胡萝卜素含量最高，镇麦11含量次之，扬幅麦4号的含量最低。杂交组合的籽粒类胡萝卜素含量在1.951～3.377 mg·kg。随机区组的方差分析结果(表2)显示，类胡萝卜素含量在区组间未达到显著差异，表明该性状不易受到环境条件变化的影响。表2同样显示，供试材料的类胡萝卜素含量的基因型差异达到极显著水平，说明这一性状在不同品种和杂交组合间存在着显著的遗传差异，可进一步分析其亲本一般配合力、杂交组合特殊配力以及遗传模型和遗传参数的估算。

表1 亲本及其杂交组合的类胡萝卜素含量

表2 供试材料类胡萝卜素含量的方差分析

2.2.1 方差分析

表3中一般配合力和特殊配合力方差分析结果表明，亲本的一般配合力以及杂交组合的特殊配力方差值均达到了极显著水平，说明真实存在着不同的配合力效应，同时表明小麦籽粒类萝卜素含量的遗传同时受基因加性效应和非加性效应的共同作用，可做进一步估算和比较。

表3 类胡萝卜素含量的配合力方差分析

2.2.2 一般配合力效应

一般配合力效应及配合力效应差异(两两比较)的显著性检验结果见表4。从表4可以看出，各亲本间类胡萝卜素含量的一般配合力效应差异较大，显著性检验结果说明亲本间均存在真实的一般配合力效应差异；亲本苏麦188和生选2号的类胡萝卜素含量配合力效应为正向，显著优于其他5个亲本；镇麦11、扬麦15、扬麦16和扬麦21间的一般配合力差异不显著；扬幅麦4号的一般配合力效应值显著低于其他6个亲本。比较7个亲本的一般配合力效应可以得知，苏麦188、生选2号可以作为较好的育种亲本，可使后代的类胡萝卜素含量提高，而其他5个亲本的类胡萝卜素含量的加性遗传效应较弱。

表4 亲本的一般配合力效应及比较

2.2.3 特殊配合力效应

比较表5中各组合的相对效应值可得知，在21个杂交组合中，有9个组合的特殊配合力效应是负值，12个组合表现为正值。其中特殊配合力效应值较大的3个组合是生选2号×扬麦21、苏麦188×扬麦16和生选2号×扬麦15，分别为0.444 2、0.411 6和0.389 6；特殊配合力效应值最小的3个组合是苏麦188×镇麦11、扬麦16×扬麦15和苏麦188×扬麦21，分别为-0.735 5、-0.371 4和-0.329 1。结合表4和表5可以看出，一般配合力最大的苏麦188与镇麦11、生选2号和扬麦21的组合特殊配合力均为负值，与扬幅麦4号、扬麦16和扬麦15的特殊配合力均为正值，且正、负值间的差异性达到了显著水平，可见苏麦188参与的组合中除了加性效应，还存在明显的非加性效应。而生选2号参与的组合特殊配合力效应值都比较高，结合其一般配合力效应值，可将生选2号作为高类胡萝卜素含量育种目标的优良亲本。

表5 杂交组合间的特殊配合力相对效应值

结合表2和表3可以得知，小麦类胡萝卜素含量的基因型间效应、亲本效应和组合效应差异均达到了显著或极显著水平，因而可以进行亲本序列方差r、协方差r等的分析，以明确这一性状的遗传模型。

2.3.1r/r回归分析

根据莫惠栋介绍的hayman双列杂交遗传模型的估算，若性状的r依r的线性回归显著即回归系数与0的差异显著，而同时与1差异不显著，该性状可推断是加性-显性模型遗传，否则，就意味着还存在着上位性效应；在加性-显性模型中，回归截距大于0为部分显性，等于0为完全显性，小于0为超显性。从表6可知，本试验中类胡萝卜素含量的r/r的回归方程为r=-1.991 9+0.487 6r，回归关系0达到了极显著水平，且与1的差异(1)也达到极显著水平，表明该性状不符合加性-显性遗传，而存在上位性效应，因此可推断其遗传模型为加性-显性-上位性。

表6 wr/vr直线回归分析结果

2.3.2r+r和r-r方差分析

r+r和r-r的方差分析结果可作为判别显性和上位性效应的依据，通常r+r的异质性是由显性效应引起的，而r-r的异质性是由非等位相互作用即基因的上位性效应引起的。从表7方差分析结果可知，本试验中类胡萝卜素含量的r+r和r-r在公共亲本间的差异均达到了极显著水平，说明该性状的遗传和基因作用方式比较复杂，既有加性和显性效应也有非等位基因间的互作，为加性-显性-上位性遗传，这与r和r的直线回归分析结果一致。

表7 wr+vr和wr-vr的方差分析

在hayman遗传分析模式下还可以通过比较各亲本在协方差r和序列方差r回归图中的位置去推测亲本某一性状的显性基因和隐性基因的分布和多少。在回归图中，如果亲本的阵列点离原点越近，表明其控制类胡萝卜素含量遗传的显性基因多；远离原点则表明其拥有较多的控制类胡萝卜素含量的隐性基因。因此，从图1可看出，郑麦11、扬麦21、扬幅麦4号、扬麦16和扬麦15等5个亲本具有较多控制类胡萝卜素含量的显性基因，而生选2和苏麦188具有较多控制这一性状的隐性基因。

为了进一步判断小麦籽粒类胡萝卜素含量高低值是受显性基因还是隐性基因控制，继续利用r、r值和各亲本类胡萝卜素含量进行了r+r与亲本值间的pearson简单相关分析，相关系数为-0.632 7，说明高值受隐性基因控制，低值受显性基因控制。

p1， 苏麦188；p2， 郑麦11；p3， 生选2号；p4， 扬麦21；p5， 扬幅麦4号；p6， 扬麦16；p7， 扬麦 15。p1， sumai 188；p2， zhenmai 11；p3， shengxuan no. 2；p4， yangmai 21；p5， yangfumai no. 4；p6， yangmai 16；p7， yangmai 15.图1 类胡萝卜素含量wr依vr的回归直线图fig.1 line regressions of wr on vr for carotenoid content

从表8估算的遗传参数可以看出，普通小麦类胡萝卜素含量的加性方差和显性方差差别不大，说明类胡萝卜素含量的遗传不是以加性效应为主。从广义遗传力和狭义遗传力看，二者均低于50%，进一步说明普通小麦类胡萝卜素含量的遗传变异不仅包括加性遗传变异，还包括显性效应变异等非加性遗传变异。而环境方差较小，说明类胡萝卜素受环境影响相对较小。因此，该性状适宜在高代进行选择。

表8 类胡萝卜素含量的遗传参数

人类自身不能合成类胡萝卜素，必须依靠从食物中摄取。类胡萝卜素研究在水稻和玉米上开展较早，在小麦上相对较晚。rodríguez-suárez等认为，通过转基因和非转基因方法均可获得高类胡萝卜素含量的小麦。研究者以普通小麦为受体，分别将谷物的类胡萝卜素高表达基因(玉米1和、大麦1-、二倍体小麦1-)导入小麦，均能够较大幅度地提高小麦的类胡萝卜素含量。但是，通过杂交等传统育种进行小麦籽粒类胡萝卜素含量改良当前仍是最安全有效的手段，对其遗传规律的研究依然是必要的。

通过测定亲本的一般配合力和杂交组合的特殊配合力，有助于挖掘不同作物品种在某一性状上的遗传育种潜力，也是正确选择育种亲本以进行高效分子水平辅助选择育种的一种途径。本研究中，供试7个亲本材料中苏麦188和生选2号的类胡萝卜素含量平均值和一般配合力均较高，而生选2号在进一步的特殊配合力中表现最好。因此，推测亲本生选2号具有较大改良类胡萝卜素含量的遗传潜力，而在高类胡萝卜素含量的品种选育中，最好选用高×中类型。此外，该性状的高值受隐性基因控制，在早代选择中不易发现较好的后代。

clarke等研究认为，杜伦小麦总类胡萝卜素的广义遗传力较高，其不同色素成分的遗传力范围为34%～95%；digesu等得出广义遗传力为：总类胡萝卜素94%、黄色素93%、玉米黄素48%、α-胡萝卜素79%、β-胡萝卜素57%、β-隐黄素72%。meng等研究认为，杜伦小麦和普通小麦的类胡萝卜素存在广泛的遗传变异，并具有较高的遗传力，有利于针对育种目标筛选高、低类胡萝卜素含量的资源材料。而在本研究中，小麦籽粒(全麦粉)中类胡萝卜素含量的广义和狭义遗传均低于50%且环境方差较小。可见，由于试验材料的群体差异和试验方法的不同，小麦籽粒类胡萝卜素含量的遗传特性研究结果还存在一些差异。基于吴媛媛等认为类胡萝卜素含量的环境变异大于基因型变异且基因×环境互作效应达到极显著水平的研究水平，有必要在多个环境条件下对我国不同小麦品种籽粒类胡萝卜素含量进一步深入研究和评价，以获得更准确更有育种指导意义的遗传规律结论。

更多的研究支持小麦籽粒黄色素含量受多个基因位点的调控，田纪春利用包含了182个家系的ril群体进行了qtl定位，并认为小麦面粉类萝卜素的含量除受加性qtl影响外，其上位性效应也起重要作用。这与本文研究结果大致相同，小麦籽粒的类胡萝卜素含量的遗传机制较复杂，存在上位性效应为加性-显性-上位性模型遗传。

因此， 在以高类胡萝卜素含量为目标的杂交育种中， 应尽量避免使用籽粒类胡萝卜素含量低的品种作亲本。在亲本选配时，选择高×中类胡萝卜素含量的品种类型。由于小麦籽粒类胡萝卜素含量的遗传不仅存在加性和显性效应， 还存在非等位基因间互作，是一个复杂的数量性状，其高值受隐性基因控制，遗传力中等偏下。因此，在进行该性状早代选择时，可适当增大选择群体只做宽泛的选择以剔除含量特别低的后代，有效地材料选择应在高代进行，此时选择类胡萝卜素含量较高的新品系比较准确且能加快纯合速度。