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小麦(Triticum aestivum L.)属禾本科(Gramineae),小麦属(Triticum L.),是一种重要粮食作物。现代育种导致小麦遗传多样性降低,使其遗传基础变得越来越狭窄,新资源的挖掘成为研究工作的重点之一。中国小麦地方品种遗传变异丰富,具有良好的适应性、亲和性,其中部分材料还具有多种病、虫害抗性和耐穗发芽的特点,是小麦品种改良的重要资源。穗发芽(Pre-harvest sprouting,PHS)是指谷物籽粒在收获前于穗上发芽的现象。穗发芽小麦的籽粒会引起一系列生理生化过程,籽粒蛋白质和储藏物质分解,不仅影响产量,还严重影响加工和生产品质。本研究以717份中国小麦地方品种为材料,通过连续四年在六个不同环境下的脱粒种子发芽率测定,进行地方品种穗发芽抗性鉴定和评价,并筛选具有穗发芽抗性的优异种质资源;利用高通量DArT-seq芯片和Wheat660芯片对717份材料和其中272份代表其多样性的材料进行全基因组扫描,对我国小麦地方品种的遗传多样性、群体结构以及连锁不平衡进行分析,结合穗发芽抗性完成关联分析;同时,对与穗发芽抗性位点连锁的农艺性状位点进行解析。取得主要研究结果如下:1.在6个不同环境下(2012年雅安、2013年温江、2014年温江、2014年崇州、2015年温江和2015年崇州)对来自中国主要麦区的717份小麦地方品种进行脱粒种子发芽率测定并筛选出穗发芽抗性种质资源194份。中国小麦地方品种在6个不同环境间发芽率均达到极显著正相关(r= 0.542-0.805),7天平均发芽率38.92%;红皮小麦平均发芽率(19.08%-55.98%)显著低于(p<0.01)白皮小麦平均发芽率(47.02%-79.63%),说明地方品种中红皮小麦穗发芽抗性优于白皮小麦。比较来自不同麦区地方品种发芽率表明,来自长江中下游春(秋播)麦区(Ⅲ-YTS)、西南春(秋播)麦区(Ⅳ-SAS)、华南春(秋播)麦区(Ⅴ-SWAS)的地方品种穗发芽抗性比其它麦区好,而青藏高原春-冬(播)麦区(Ⅸ-Q&T)的小麦地方品种穗发芽抗性最差。利用环境因子进行多元回归分析,发现无霜期,海拔、年均日照、年积温和年降雨量与地方品种穗发芽抗性显著相关。筛选出194份(9份白皮和185份红皮)具有穗发芽抗性的地方品种,这些材料既有利于现代品种穗发芽抗性改良,也有利于穗发芽抗性遗传机理研究。2.利用DArT-seq芯片和Wheat660芯片对中国小麦地方品种进行全基因组基因型鉴定,分别有27,933个DArT-seq和312,831个SNP标记具有多样性并定位在中国春(Chinese Spring,CS)参考基因组图谱上。利用两组芯片数据进行基因组多样性分析,其中B基因组多样性最高,A基因组次之,D基因组最小。来自西南春(秋播)麦区(Ⅳ-SAS)的小麦地方品种遗传多样性最低(π= 0.569x 10-4，θ = 0.527 x10-4),其次为来自长江中下游春(秋播)麦区(Ⅲ-YTS)的地方品种(π= 0.805x 10-4，θ = 0.665 x 10-4),而来华南春(秋播)麦区(V-SWAS)的地方品种遗传多样性最高(π = 0.968 x10-4,θ=0.713x10-4)。环境因子与多样性指数之间有密切联系,海拔、年日照和降雨量对小麦地方品种遗传多样性指数Pi、Tajima_D值影响显著,无霜期和年日照对对遗传多样性指数Theta值影响显著,海拔、年日照、降雨量和年积温对对遗传多样性指数Diversity影响显著。群体结构分析结果表明,中国小麦地方品种分为一个混合群和4个亚群,4个亚群分层与地理分布紧密相关,亚群GPI的地方品种主要是来自北部麦区Ⅰ-NW和Ⅱ-Y&H,亚群GP2的地方品种主要是来自南方麦区Ⅲ-YTS和Ⅳ-SWAS,亚群GP3的地方品种主要是来自华南春(秋播)麦区V-SAS,亚群GP4的地方品种主要是来麦区Ⅶ-NS、Ⅷ-NWS和Ⅸ-Q&T。中国小麦地方品种平均衰减距离较短(约7.42Mb,4.73cM),与美国冬小麦连锁不平衡平均误差距离相近;高密度的标记、丰富的遗传多样性和较短的连锁不平衡(LD)为做高密度关联分析打下良好的基础。3.利用DArT-seq和Wheat660芯片获得的基因型数据,对717份中国小麦地方品种进行穗发芽抗性全基因组关联分析,共检测到3个主效QTL,QTL1位于染色体3A上173.81Mb处,可解释11.49%到25.12%的表型变异度;QTL2位于3D染色体上110.99-113.89Mb处,可解释4.35%到19.28%的表型变异度;QTL1和QTL2与己报道的候选基因Tamyb10位置接近。QTL3位于染色体5D的39.36Mb处,可解释11.47%到12.03%的表型变异度,为新穗发芽抗性位点。从三个主效QTL中挖掘到三个优异单倍型,分别为 QTL1-HAP-A、QTL2-HAP-CACTT 和 QTL3-HAP-A,通过 QTL单倍型在10个麦区的地理频率分布分析结果来看,在降雨量大、湿度大的东南及南部麦区,优异单倍型出现频率较高,与穗发芽抗性在不同麦区的表现吻和。利用Wheat660芯片分别对186份白皮小麦地方品种和77份红皮小麦地方品种进行关联分析,结果在白皮小麦里没有关联到任何QTL位点,而红皮小麦里共关联到32个与穗发芽相关位点(GCR-QTL),其中12个为本研究首次报道。20个己报道QTL中,包括8个位与ABA途径候选基因位置附近,其中4个(ABAI、EAR1、LEA1和LEA5)己报道种子休眠相关。结合32个GCR-QTL的叠加效应(金字塔效应)发现优异位点多越多,小麦地方品种穗发芽抗性越好(R2 = 0.62)。4.虽然地方品种具有抗逆、广适等特点,但多数材料抗病性、产量性状并不优于现代栽培品种,解析重要农艺性状与穗发芽抗性关系,鉴定穗发芽抗性位点与农艺性状位点之间的连锁程度非常必要。在4个不同环境下(2012年雅安、2013年温江、2014年温江和2015年温江)对供试材料展开5个农艺性状鉴定,分析表明五个性状与穗发芽抗性间无显著相关(相关系数r最低值为-0.267,最高值为0.315),说明农艺性状与穗发芽抗性之间无影响或影响较小。在穗发芽位点附近,仅检测到与抽穗期和株高相关的6个毗邻QTL,其中GCR-QTL2、GCR-QTL17、GCR-QTL31和GCR-QTL32 与株高相关 QTL 毗邻,GCR-QTL3、GCR-QTL17、GCR-QTL19、GCR-QTL31和GCR-QTL32与抽穗期相关QTL毗邻。通过等位位点或单倍型的组合分析发现,抗穗发芽位点GCR-QTL3、GCR-QTL19、GCR-QTL32优异单倍型的选择易延长抽穗期,而GCR-QTL17和GCR-QTL31优异单倍型的选择易缩短抽穗期,GCR-QTL2、GCR-QTL17和GCR-QTL31优异单倍型的选择会增加株高,而GCR-QTL32优异单倍型的选择会降低株高。