抗条锈病的小麦-非洲黑麦异代换系的分子细胞学鉴定

黑麦属(Secale)物种是改良小麦条锈病抗性的优良供体,为发掘和利用黑麦属野生种非洲黑麦(S.africanum)所携带的优异抗小麦条锈病基因,本研究在硬粒小麦(Triticum durum)-非洲黑麦双二倍体(基因组为AABBRaRa)和小麦(T.aestivum)杂交的高代材料中发现了一个免疫条锈病的株系HH41.HH41的体细胞染色体数目为2n=42.用小麦D基因组特异重复序列pAsl和秦岭黑麦(S.cereale)基因组总DNA作为探针的顺序原位杂交分析表明,HH41中一对小麦6D染色体被一对非洲黑麦6Ra染色体所代换.利用开发的基于表达序列标签的6R/6Ra特异分子标记也证实了HH41缺少6D特征带,具有6Ra特征带,是6Ra(6D)代换系.条锈菌生理小种(Puccinia striiformis Eriks.f sp.tritici)接种鉴定结果表明其抗条锈病性源自6Ra染色体.本研究还综合利用分子细胞学证据将来自非洲黑麦的6Ra染色体与栽培黑麦的6R染色体的多态性进行了比较,证实了6R(6D)代换系HH41是一种具有古老野生黑麦优异抗性的特殊珍贵材料,是创造异易位系、实现外源基因转移和改良小麦的重要资源.     

小麦远缘杂交种质资源创新

小麦近缘种是改良小麦的一个重要基因库, 具有许多栽培小麦所不具备的优良特性。我们通过远缘杂交、染色体工程的方法创制了一大批不同类型的材料, 经基因组原位杂交GISH、多色FISH 和特异分子标记鉴定, 抗条锈病、白粉病、叶锈病鉴定, 品质、营养性状以及产量性状鉴定, 共选育出10 类可为育种家利用的抗病、优质、富含微量营养元素、氮高效、丰产性状优良的远缘杂交新种质和新不育系种质; 开发了414对黑麦基因组专化的EST 引物, 31 个黑麦染色体(臂)专化的EST 分子标记, 可应用于分子标记辅助育种, 或追踪检测小麦背景中的黑麦染色体或染色体片段; 进行了抗病新基因的遗传分析和分子标记定位工作。利用新种质, 选育出了一批表现突出的抗病、营养高效的小麦-黑麦、小麦-冰草远缘杂交新品系     

多抗小麦新品种扬辐麦5号的选育

为控制小麦黄花叶病及白粉病的危害,培育高产、多抗小麦新品种,以携带Pm4a抗白粉病基因高产小麦品种扬麦11为轮回亲本,以辐射诱变抗黄花叶病种质扬辐麦9311为供体亲本,通过回交转育方法,经辐射诱变和多年多点鉴定选择,育成高抗小麦黄花叶病、兼抗白粉病小麦新品种扬辐麦5号,2011年通过安徽省审定。该品种产量高,安徽省淮南麦区区域试验和生产试验较对照增产显著,小麦黄花叶病抗性达到高抗水平,抗白粉病,中抗纹枯病,品质指标达弱筋小麦标准,适合在长江中下游麦区种植。     

野生二粒小麦导入普通小麦抗白粉病基因MlWE27的鉴定和分子标记

由白粉病菌(Blumeria graminis f.sp.tritci)引起的小麦白粉病是严重影响小麦安全生产的主要病害之一.本研究将来自以色列的野生二粒小麦(Triticum dicoccoides)WE27的坏白粉病基因通过杂交和连续回交,导入普通小麦遗传背景中,育成高抗白粉病小麦新品系3D256(其系谱为燕大1817/WE27//农大015/3/941,F6).将3D256和高感小麦白粉病的普通小麦品系薛早配制杂交组合,对其F_1、F_2分离群体和F_3 家系进行白粉病抗性鉴定和遗传分析.结果表明,3D256携带抗白粉病显性单基因,暂命名为MlWE27.利用集群分离分析法(RSA)和分子标记分析,发现3个SSR标记(Xwmc243、Xwmc 154和Xbarc318)、1个EST-SSR标记(Xdp357)、1个AFLP转化的SCAR标记(XCAUG1)和1个RFLP探针转化的STS标记(XWG516-1)与抗白粉病基因MlWE27连锁,在连锁图上的顺序为Xdp357-Mlwe27-XCAUG1-XWG516-1-Xwmc243-Xwmc154-Xbarc318.利用中国春缺体-四体系、双端体系和缺失系将抗白粉病基因MlWE27定位于染色体2B短臂的末端Bin0.84-1.00上.这一普通小麦抗白粉病种质资源的创制及其连锁分子标记的建立为小麦抗病基因分子标记辅助选择、基因积聚和分子育种提供了新的物质基础.     

小麦-黑麦1BL/1RS易位系7-1抗纹枯病的分子细胞学鉴定

黑麦(Secale cereale)是小麦(Triticum aestivum)的重要三级基因源,具有小麦改良所需要的多种优良性状。为丰富小麦杂交育种新的种质资源,利用墨西哥黑麦(2n=2x=14,RR)与普通优质小麦W770B(2n=6x=42,AABBDD)杂交,经过多年筛选,选出若干优良性状的衍生系,在小麦五叶期时用PDA培养基培养的带纹枯病菌的牙签,接菌到小麦芽鞘内,温室内培养,5周后鉴定纹枯病发病等级,计算病情指数,为了结果的准确性,经过多次牙签法鉴定,筛选出病情指数为PI=32.8%的抗病衍生系7-1。为明确衍生系7-1的遗传成分,本研究综合采用形态学、细胞遗传学、基因组原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH)、特异序列扩增(sequence characterized amplified region,SCAR)分子标记、简单重复序列(simple sequence repeat,SSR)分子标记和醇溶蛋白分析。对7-1的根尖细胞和花粉母细胞的细胞遗传学观察表明7-1染色体结构和数目稳定2n=42=21Ⅸ;以黑麦DNA为探针的GISH分析观察表明7-1含有两个黑麦染色体臂;黑麦基因组SCAR标记分析表明,D15和P13LF/R能够在黑麦和7-1中扩增出黑麦特异条带,黑麦1RS SCAR标记分析表明,ω-sec-p1/ω-sec-p2、ω-sec-p3/ω-sec-p4和IB-267能够在黑麦和7-1中扩增出黑麦目的条带,说明7-1具有黑麦1RS染色体;筛选小麦每条染色体长短臂上的多对引物,在7-1中只有1BS上的引物Xgwm264和Xgwm11未能扩增出相应条带,其余染色体上的引物均扩增出了条带,说明7-1中缺失了小麦1BS染色体;醇溶蛋白分析表明7-1中扩增出了1RS黑麦碱条带,由此证实了小麦染色体1BS被黑麦染色体1RS所替换,该材料为小麦-黑麦1BL/1RS易位系。本研究中7-1为抗纹枯病的1BL/1RS易位系,为小麦纹枯病抗病育种提供了新的种质资源,拓宽了小麦育种材料。     

我国小麦农家品种和近缘种对白粉病的苗期抗性

由布氏白粉菌小麦专化型引起的白粉病是最重要的小麦叶部病害之一。抗性资源和抗性基因的发掘对控制该病害起了重要作用。小种专化抗性基因的抗性水平较高, 成为当前小麦生产上使用最为广泛的白粉病抗性基因。然而,这类抗性基因的广泛使用会导致菌系结构的改变, 并产生新的毒性小种。因此, 从大量小麦种质资源中鉴定新的、有效的白粉病抗性基因是一个长期的目标。为鉴定有效的白粉病抗源, 通过苗期接种国内流行白粉菌生理小种E09, 来评价258 份国内小麦农家品种和42 份小麦近缘种的抗性。结果表明, 有5份农家品种和20 份小麦近缘种对E09 表现免疫、近免疫或高抗。这25 份抗源被用来进一步接种另外5 个不同的国内生理小种E03、E05、E18、E20 和E23, 以推知它们所携带的未知抗性基因。通过与28 个已知白粉病抗性基因的抗谱进行比较发现, 这25 份小麦种质的抗性基因不同于Pm1a、Pm2、Pm3a、Pm3b、Pm3c、Pm3d、Pm3e、Pm3f、Pm4a、Pm4b、Pm4c、Pm5a、Pm6、Pm7、Pm8、Pm9、Pm17、Pm19、Pm24、Pm28 和Pm33等21 个已知抗性基因, 但与Pm1c、Pm1e、Pm12、Pm13、Pm16、Pm20 和Pm21 等7 个已知抗性基因仍需要进一步的区分。鉴于这25 份抗源与上述7 个已知抗性基因载体的来源不尽相同, 因此, 这些抗源很可能携带有未知的抗白粉病新基因, 但还需用更多的白粉菌生理小种来鉴定。本研究旨在从小麦农家品种及其近缘种中发掘新的有效抗源, 从而为抗白粉病新基因的发掘和有效利用奠定基础。     

建国以来黑龙江省春小麦抗白粉病基因检测及其组成分析

为了解黑龙江省春小麦抗白粉病基因的组成及分布规律,本研究利用已开发的Pm2、Pm3b、Pm4、Pm8、Pm13和Pm21抗白粉病基因分子标记对黑龙江省推广的123份小麦品种进行了检测和分析。结果表明,在123份小麦品种中分布4种抗白粉病基因,其中Pm2、Pm3和Pm13分布频率较高,分别为95.1%、95.1%和94.3%,Pm8分布频率较低,仅为0.01%,且不存在抗白粉病基因Pm4和Pm21;黑龙江省春小麦抗白粉病基因组合共有7种类型,其中Pm2/Pm3b/Pm13类型所占比例最高,为88.6%,其次为Pm2/Pm3b、Pm2/Pm13和Pm3b/Pm13,所占比例分别为3.3%、2.4%和2.4%,Pm2和Pm2/Pm3b/Pm8/Pm13所占比例最低,为0.8%。本试验结果明确了建国后黑龙江省春小麦品种抗白粉病基因的组成和分布频率,为高效开展小麦抗白粉病育种提供了一定的理论依据。     

田间鉴定结合分子标记筛选葡萄抗白粉病材料

为明确葡萄白粉病田间鉴定适宜条件,并筛选有效的葡萄抗白粉病分子标记探针,选取8个栽培葡萄品种(秋红宝、早黑宝、晚黑宝、无核翠宝、丽红宝、晶红宝、夏黑、克瑞森无核)与2个野生葡萄品种(北冰红和河津-1)为试材,设置不同温度梯度(4、20、24、28、32、36℃),采用针刺注射法对葡萄叶片进行白粉病菌人工活体侵染,琼脂玻片法对白粉病菌孢子进行萌发培养,观测其萌发及侵染动态,并将田间自然鉴定和苗期分子标记(葡萄抗白粉病RAPD标记OPW02-1756、SCAR标记SCO11-914)辅助选择技术相结合,对10个葡萄品种进行白粉病抗性鉴定分级及比对分析。结果表明,葡萄白粉病菌孢子萌发的较适宜温度为32℃;在各参试葡萄品种中,北冰红和河津-1为高抗品种(HR),秋红宝和晚黑宝为高感品种(HS),其他为中抗品种(MR);葡萄抗白粉病RAPD标记OPW02-1756适用于秋红宝、早黑宝、晚黑宝、晶红宝、丽红宝、无核翠宝、夏黑、克瑞森无核和河津-1的抗白粉病检测,不适用于北冰红;葡萄抗白粉病SCAR标记SCO11-914适用于北冰红和河津-1的抗白粉病检测,不适用于秋红宝、早黑宝、晚黑宝、晶红宝、丽红宝、无核翠宝、夏黑、克瑞森无核;而二者均适用于检测河津-1。本研究结果为葡萄抗白粉病育种和杂种鉴定提供了一定的材料基础和理论依据。     

小麦新品系2-26中抗白粉病基因的遗传分析和RAPD标记

由小麦白粉病菌引起的白粉病是世界上很多小麦种植区的主要病害之一。本研究对稳定抗白粉病品系2-26中的抗病基因采用常规遗传方法进行了分析。结果表明,2-26中存在一对显性抗白粉病基因,暂命名为Pm2-26。运用RAPD方法对白粉病抗感亲本和抗感池进行DNA多态性分析,获得2个紧密连锁的RAPD标记（SBSC2和SBSI2...     

利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱导小麦-华山新麦草染色体易位的研究

小麦(Triticum aestivum)种质24-3-1是通过染色体工程手段获得的一个高抗条锈病的小麦-华山新麦草二体异附加系。为了提高其遗传稳定性,促进华山新麦草(Psathyrostachys huashanica)优异基因的有效利用,对24-3-1进行甲基磺酸乙酯(ethylmethylsulfone,EMS)化学处理来诱导易位系。本研究利用细胞学和基因组原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH)对其M2进行鉴定和易位系的筛选,并分析了不同EMS浓度对小麦-华山新麦草染色体易位的诱导效应。结果显示,在930个M2单株中共检测出了61个含有小麦-华山新麦草易位染色体的植株,易位频率为6.56%。其中7个单株检测出含有1条易位染色体,5个单株检测出含有1条易位染色体+1条华山新麦草染色体,20个单株检测出含有2条易位染色体,3个单株检测出含有3条易位染色体,26个单株检测出含有4条易位染色体。根尖细胞学观察和基因组原位杂交证明,含有2条易位染色体的单株为小麦-华山新麦草易位系;含有4条易位染色体的单株为小麦-华山新麦草易位-易位附加系。1.0%EMS为诱导小麦-华山新麦草染色体易位的最适浓度。本研究不仅为小麦特殊遗传材料的建立提供了重要的基因资源,同时也为小麦育种提供了新的种质。     

Characterization of a new T2DS.2DL-?R translocation triticale ZH-1 with multiple resistances to diseases

In the present study, we report on a new triticale (×Triticosecale Wittm.) ZH-1, derived from the progeny of common wheat (Triticum aestivum L.) cv. MY15?×?Chinese Weining rye (Secale cereale L.). ZH-1, exhibiting shorter plant height and higher tillering ability compared to MY15, is immune to both powdery mildew and stripe rust and has stable fertility. Genomic in situ hybridization (GISH), fluorescence in situ hybridization (FISH) and C-banding revealed that the chromosome composition of triticale ZH-1 was 14 A-genome (1A-7A), 12 B-genome (1B-2B, 4B-7B), 12 R-genome (1R, 3R-7R), chromosomes 6D and T2DS.2DL-?R. Moreover, the PCR results of PLUG and EST-SSR markers also strongly supported the above stated chromosome composition of triticale ZH-1. In addition, the physical mapping of chromosome T2DS.2DL-?R showed a minute chromosomal fragment derived from rye was attached at the distal end of 2DL. The new triticale ZH-1 could be a valuable source for wheat improvement, especially for resistance to disease.     

Powdery mildew resistance of Nordic spring wheat cultivars grown in Estonia

Abstract

A group of spring wheat cultivars originating from Sweden, Finland, Norway, Germany, and the Netherlands was analysed for powdery mildew resistance. Using functional molecular markers, two alleles of the major resistance gene Pm3 were detected among the cultivars under the study. One of the alleles, Pm3d, was detected in the resistant cultivars ‘Vinjett’, ‘SW Estrad’, and ‘Zebra’, and in ‘Tjalve’, a cultivar of earlier release susceptible to the local population of powdery mildew. The second allele of Pm3 detected in the analysed group of cultivars was the allele Pm3f, rarely used in Europe. It was identified in the resistant cultivars ‘Satu’, ‘Helle’, and in the moderatively resistant cultivar ‘Mahti’. Pm3f was found to be effective against the local population of powdery mildew in Estonia, while Pm3d provided no protective effect. Besides the Pm3d allele on chromosome 1A, monosomic analysis of the cultivar ‘Vinjett’,which is almost immune to powdery mildew, identified two additional loci on chromosomes 5D and 7D, respectively, presumably responsible for the high resistance in this cultivar. In contrast to the earlier cultivars, six recently released cultivars (‘Vinjett’, ‘SW Estrad’, ‘Zebra’, ‘Satu’, ‘Helle’, ‘Meri’) demonstrated a high resistance to the powdery mildew fungus Blumeria graminis DC. f. sp. tritici both in the field and seedling tests, showing that the genetic basis of powdery mildew resistance in Nordic spring wheat has been improved noticeably in the last ten years.     

小麦-鹅观草易位系T7A/1Rk#1的选育与鉴定

将小麦-鹅观草del1Rk#1L二体添加系的花粉用10 Gy 60Co γ射线照射处理,给小麦中国春授粉,获得杂种。综合利用C-分带、GISH、顺次C带/45SrDNA-FISH和顺次GISH/45SrDNA-FISH等分子细胞遗传学技术在M2代筛选和鉴定出1个涉及小麦7A和鹅观草1Rk#1染色体的相互易位染色体系,并获得1Rk#1染色体的1个45SrDNA位标,该位标和其对应的红色GISH-带纹能够特异地识别1Rk#1染色体短臂。对M2代群体染色体组成分析和测交分析表明,两条易位染色体在后代中以共分离方式成对出现,且易位通过雌配子的传递率高于雄配子。综合2004、2005和2006 3年的赤霉病抗性鉴定结果表明：该易位系对赤霉病表现部分抗病,但抗性表现在不同年份、不同地点有差异。试验还证明花粉辐射是诱导小麦-外缘物种染色体易位的有效方法。     

Identification of powdery mildew and leaf rust resistance genes in common wheat (Triticum aestivum L.). Wheat varieties from the Caucasus, Central and Inner Asia

225 wheat varieties from Kazakhstan, Mongolia and Russia were analysed for their resistance to powdery mildew and leaf rust diseases. A set of 11 different Blumeria graminis f. sp. tritici isolates was used to test for powdery mildew resistance and a set of 10 different Puccinia triticina isolates for leaf rust. 115 cultivars/lines were susceptible to powdery mildew and 32 cultivars/lines showed an intermediate resistance response. 21 cultivars/lines revealed the response pattern of individual resistance genes Pm1, Pm2, Pm3, pm5, Pm6, Pm8, Pm9, Pm17 and Pm22, respectively, therefrom three line showed a combination of two resistance genes and two varieties a combination of three genes. 50 cultivars/lines showed resistance to some specific isolates but an assignment to known resistance genes or gene combinations was not possible, whereas seven lines were completely resistant to all used isolates. The leaf rust test showed that 83 cultivars/lines were susceptible and 11 lines revealed intermediate resistance response. 62 cultivars/lines could be assumed to possess major resistance genes Lr1, Lr3, Lr10, Lr23 and Lr26, respectively, therefrom seven cultivars possessed a combination of two resistance genes. Lr3 was the most widespread resistance gene, occurring in 42 cultivars/lines. 13 lines were completely resistant to all used isolates, however, the response patterns of 56 cultivars/lines did not match to any known gene or gene combination. In 13 varieties the T1BL·1RS wheat-rye translocation could be identified, in five cultivars resistance gene Pm8 was suppressed.     

不同抗性小麦品种与蚕豆间作条件下的养分吸收与白粉病发生特征

不同作物品种的养分吸收存在一定差异,与其它作物间作也会对作物养分吸收以及作物病害产生影响。本文通过盆栽试验,选用6种对白粉病不同抗性的小麦品种(高抗:云麦47、云麦53;中抗:云麦42、云麦51;感病:云选11-12、93-124)与蚕豆间作,研究了间作和单作条件下小麦的氮、磷、钾养分吸收特点及小麦白粉病的发生特征。结果表明:高抗小麦品种间作生物量显著高于单作,云麦47、云麦53间作比单作生物量分别提高11.9%和6.6%;间作显著增加小麦叶片内的氮含量,以高抗品种云麦47、云麦53和感病品种云选11-12增加最为显著,平均氮含量为单作的1.20～1.25倍;间作有增加小麦灌浆和成熟期叶片磷含量的趋势,并显著增加拔节期小麦叶片内的钾含量,增幅为9.1%～22.3%;间作降低了各抗性小麦品种白粉病的发生程度,相对防效为0.76%～81.49%;灌浆期以云麦42、云麦53和93-124 3个品种的间作处理控病效果显著。     

基于因子分析-BP神经网络的小麦叶片白粉病反演模型

明确白粉病胁迫下小麦叶片受害程度并构建误差小、精度高的反演模型,是实现小麦白粉病遥感监测和精确防控的基础。基于大田小区小麦白粉病人工接种试验,采用高光谱仪测试不同白粉病危害程度下冬小麦叶片光谱反射率,利用常规光谱特征参数、比值指数和归一化指数及因子分析(factor analysis,FA)与BP神经网络(back propagation neural network,BPNN)相结合的方法对小麦叶片白粉病严重度进行模型模拟并对模型拟合精度与适用性比较。结果表明:对小麦白粉病反应敏感的光谱波段为415、485~495、620~640 nm。常规光谱参数中表现较好的光谱植被指数和两波段比值及归一化植被指数的决定系数范围为0.6~0.8,均方根误差范围为8.5~11.5,其中,RI(670,855)、NDVI(680,880)、RGRcn和PSRI对白粉病反演精度及误差控制表现得相对较好。经过FA提取敏感波段的公共因子,进而利用BPNN算法进行模拟,较常规光谱参数有效提高了病情严重度的估算精度,各个测定时期模拟检验决定系数大于0.80,模型的检验均方根误差小于8.09,整个灌浆期反演模型检验的均方根误差和相对误差分别为7.84和7.56%,反演模型对小麦白粉病的整个病症期均具有很好的适用性。由此可得,基于FA-BPNN法所建立的反演模型精度高、误差小,对小麦白粉病病害时期兼容性好,研究结果对植物病害精确防控具有重要意义。