小麦新品种济麦262抗旱性研究

济麦262是新近育成的旱地小麦新品种,目前正在山东省大面积推广应用。本研究旨在明确其拔节期根系和地上部物质积累特性,揭示抗旱节水机理,为培育抗旱节水新品种提供理论指导和评价指标。于2017—2018年,在山东省农业科学院作物研究所济南试验基地,以济麦262及其亲本烟农19和临麦2号为试验材料,于管栽条件下进行雨养和充分浇水两个处理,比较3个品种拔节期根系特性、地上部生物量积累及其对供水的响应特征。结果表明,两种水分条件下3个品种拔节期根系总长度、总表面积和根尖总数在0～30、30～60、>90、60～90 cm土层范围内呈降低趋势;干旱胁迫降低了3个品种多数土层根系量及总根系量。充分浇水条件下,临麦2号和济麦262拔节期根系总长度、总表面积和根尖总数显著大于烟农19;而雨养条件下,济麦262则高于两个亲本,且深层(>90 cm)根系量也更大。此外,与两个亲本相比,济麦262拔节期地上部生物量对水分敏感性低,抗旱系数较高。雨养条件下拔节期根系总表面积与抗旱系数相关性较高,可作为评价品种抗旱性强弱的重要指标。     

粗穗披碱草1HtS染色体的蛋白质二硫键异构酶基因CAPS标记

中国春-粗穗披碱草罗伯逊1Ht S.1BL易位系高抗小麦条锈病、叶锈病和白粉病。为了获得抗病小片段易位系,用中国春ph1b基因缺失突变体对1Ht S.1BL进行了诱导,获得了大量诱导后代。本研究用位于小麦1DS染色体的87个EST-STS标记对中国春、粗穗披碱草和1Ht S.1BL易位系进行分析,未发现多态性标记。对其中扩增较好的引物BE444859的PCR产物进行随机克隆测序,获得了14个序列,与已发表的小麦蛋白质二硫键异构酶基因序列具有97%以上的同源性,14个序列均包含3个外显子和2个内含子。限制性酶切位点分析表明,仅2个序列含有HaeIII酶切位点。验证实验结果表明,BE444859/HaeIII组合可以在供试材料中获得多态性。进而用BE444859/HaeIII对一套中国春-粗穗披碱草附加系和151株诱导后代材料进行分析,结果显示,特异多态性条带仅出现在含1Ht S的材料中;68株后代材料均可扩增出多态性带。因此,BE444859/HaeIII可以作为粗穗披碱草蛋白质二硫键异构酶基因CAPS标记,用于检测小麦背景中的1Ht S染色体。本研究揭示当杂交亲本间无直接PCR多态性而又需要建立标记时,发展CAPS标记是行之有效的方法。     

小麦远缘杂交现状、抗病基因转移及利用研究进展

小麦近缘植物中含有丰富的抗病、抗逆和抗虫等基因,是小麦育种的优异基因源。通过远缘杂交可以将近缘植物优异基因转移给小麦,创制包括双二倍体或部分双二倍体、附加系、代换系和易位系等在内的小麦-近缘植物异染色体系。这些含小麦近缘植物血缘的异染色体系是研究物种染色体行为与进化、基因定位与作图的重要素材,也是拓宽小麦的遗传基础、抵御小麦重要病虫害、增加小麦产量和提升小麦品质的重要物质基础。为了更加清晰地了解小麦远缘杂交概况及小麦近缘植物抗病基因向小麦的转移,也为今后小麦远缘杂交研究和种质资源的开发利用提供参考,文中对小麦族物种分类、小麦远缘杂交的定义与意义、小麦族山羊草属、黑麦属、偃麦草属、簇毛麦属、冰草属、大麦属、披碱草属、赖草属、新麦草属以及旱麦草属物种与小麦远缘杂交现状和异染色体系创制情况进行了概括,并对来源于小麦近缘植物被正式命名的17个抗条锈病基因、35个抗叶锈病基因、30个抗秆锈病基因、41个抗白粉病基因、3个抗赤霉病基因、1个抗麦瘟病基因、1个抗叶枯病基因、1个抗颖枯病基因、4个抗褐斑病基因、2个抗眼斑病基因、1个抗梭条花叶病基因、2个抗线条花叶病基因和2个抗禾谷类黄矮病基因向小麦的转移情况及其所在染色体的位置信息进行了归纳。小麦-黑麦1RS·1BL易位系、1RS·1AL易位系和小麦-偏凸山羊草2NS/2AS易位系等抗病优良种质的育成与利用在世界小麦育种史上做出了突出贡献,然而,这仅仅得益于对少数抗病基因的利用。与目前已经被命名的基因数量相比,被利用到小麦育种中的抗病基因相对较少。文中分析了当前已命名抗病基因利用情况比例偏低的原因,并对今后如何利用这些抗病基因提出了建议。同时,还列举了已克隆的源自小麦近缘植物的抗病基因,并对克隆这些基因的方法以及今后可能的研究热点进行了分析,认为加强无遗传累赘的小麦-近缘植物易位系的创制与应用仍可能是今后小麦育种材料创新与新品种培育的一个重要发力点。     

部分CIMMYT小麦种质的耐盐性鉴定与评价

为了筛选耐盐小麦新种质,以耐盐小麦品种青麦6号为对照,分别在小麦苗期以相对盐害指数、芽期以根系盐害易感指数和相对苗长为鉴定和评价指标,对选自国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）的417份小麦材料进行耐盐性筛选与鉴定。结果显示,有39份小麦种质的耐盐性优于对照,经相关分析和主成分分析发现,总根长SSI值可作为根系耐盐指标用于耐盐性综合评价;结合总根长SSI值、盐害指数和相对苗长的隶属函数综合值进行聚类分析发现,cm58、cm163、cm439和cm440 四份小麦种质的耐盐性优于对照青麦6号,是研究小麦耐盐性和培育耐盐小麦新品种的优异材料。     

小麦秆锈病新抗源及抗病基因所在染色体特异分子标记

【目的】小麦秆锈病是具潜在毁灭性的小麦病害之一,秆锈菌小种Ug99严重威胁全球小麦生产。本研究通过对165份小麦-近缘植物染色体系进行抗秆锈病鉴定,筛选小麦秆锈病新抗源并建立抗病基因所在染色体特异分子标记,以发掘小麦秆锈病新抗源,培育抗病品种,有效防御Ug99导致的秆锈病。【方法】将供试的165份小麦-近缘植物染色体系、3份六倍体小麦及感病对照小密穗分别播种于直径10 cm的瓦盆中,生长到一叶一心时,用中国小麦秆锈菌流行小种34MKGQM和21C3CTHSM进行接种,当感病品种小密穗充分发病时,按照0-4级标准调查记载侵染型,对供试材料的抗秆锈病级别进行统计。同时,提取免疫、近免疫、高抗秆锈病附加系/代换系及其对应的整套染色体系、中国春等材料的基因组DNA,利用101对PLUG引物进行PCR扩增,扩增产物经限制性内切酶酶切后进行电泳检测,筛选并建立抗秆锈基因所在染色体特异分子标记。【结果】在165份小麦-近缘植物染色体系中,中国春-卵穗山羊草7M^g#1附加系、中国春-卵穗山羊草7M^g#1(7A)和7M^g#1(7B)代换系、中国春-帝国黑麦1R附加系、中国春-中间偃麦草?Ai附加系（?表示外源染色体同源群未鉴定）、中国春-单芒山羊草6N附加系、中国春-易变山羊草6S^vS端体附加系和中国春-智利大麦6H^ch附加系9份材料对秆锈病表现为免疫或近免疫;ALCD-尾状山羊草7C#1附加系、中国春-卵穗山羊草7M^g#1(7D)代换系、中国春-帝国黑麦6R附加系、中国春-高大山羊草6S^l#3附加系、中国春-高大山羊草6S^l#2(6B)代换系、中国春-希尔斯山羊草3S#1附加系和中国春-拟斯卑尔脱山羊草2S^g#3附加系7份材料对秆锈病表现为高抗;其余材料均表现为中感或高感。抗秆锈性基因定位信息比较分析发现,高大山羊草6S^l#2和6S^l#3、帝国黑麦6R、智利大麦6H^ch、卵穗山羊草7M^g#1、尾状山羊草7C、中间偃麦草?Ai染色体上可能含有抗秆锈新基因。分子标记筛选、定位及特异性验证研究共获得8个新的多态性标记,其中5个（TNAC1715、TNAC1718、TNAC1737、TNAC1739和TNAC1753）和3个（TNAC1740、TNAC1751和TNAC1756）分别被定位在6R和6S^l染色体上。【结论】筛选得到8份可能含有抗秆锈新基因的材料,建立了抗秆锈基因所在染色体特异新标记8个。     

小麦-顶芒山羊草2M染色体系的鉴定与评价

为了研究小麦-顶芒山羊草新种质材料的染色体组构成及开发其在育种中的利用价值,本研究利用分子标记和荧光原位杂交对小麦-顶芒山羊草杂交新种质进行鉴定,并通过小麦主要病害生理小种接种和农艺性状调查等方法对鉴定的材料进行综合评价。分子标记和原位杂交结果显示,所鉴定材料分别为小麦-顶芒山羊草2M附加系、2M(2D)代换系、2AS-2ML.2MS易位系和2DS-2ML.2MS易位系;抗病性鉴定结果表明,含2M染色体的材料均高抗小麦条锈病,其小麦亲本则高感条锈病,表明2M染色体上可能含有抗条锈病新基因;农艺性状调查分析结果表明,2M染色质导入小麦,可影响其小穗数、穗粒数和穗粒重等产量性状。因此,在创制和利用抗条锈病的小麦-顶芒山羊草2M染色体小片段易位系时,应加强对上述农艺性状的考察,并利用当前主栽品种进行回交改良。本研究鉴定出的抗条锈病小麦-顶芒山羊草2M染色体系丰富了小麦抗病基因库,为小麦育种提供了新抗源。     

小麦背景中披碱草部分染色体的FISH鉴定

为了建立小麦背景中粗穗披碱草(Elymus trachycaulus)和纤毛披碱草(Elymus ciliaris)染色体的跟踪鉴定方法,本研究利用寡聚核苷酸Oligo-pSc119.2-1和Oligo-pTa-535-1为探针的双色荧光原位杂交(FISH)和以(GAA)₈为探针的单色FISH,分别对4个小麦-粗穗披碱草附加系和5个小麦-纤毛披碱草附加系染色体进行分析。结果发现,经与小麦FISH核型比对后,建立了可用于追踪小麦背景中粗穗披碱草1S^t、5H^t、6H^t和7H^t染色体的标准FISH核型;而纤毛披碱草S^c和Y^c染色体FISH信号较弱。FISH检测发现,小麦-粗穗披碱草1S^t附加系自交自发变成了1S^t(1BS·3BL)代换系,且在其染色体组中检测到了一对T1BL·3BS易位染色体,同时发现5AS端部寡聚核苷酸Oligo-pSc119.2-1序列发生了删除。另外,在小麦-粗穗披碱草5H^t附加系中发现2B染色体短臂末端删除现象,形成了2B-del和2BS-4AS·4AL易位染色体,而另一条2B和4A为正常的完整染色体。这种染色体结构重排事件表明,部分小麦-远缘物种附加系细胞学并不稳定,因此,繁种前后应对材料进行单株细胞学鉴定。上述小麦-粗穗披碱草染色体结构变异体的获得,为研究染色体结构重排与基因转录表达和表型变化的关系提供了研究基础。     

顶芒和无芒山羊草育种价值及细胞学标记

为了评价顶芒山羊草和无芒山羊草在小麦育种中的利用价值,本研究利用人工接种和近红外二极管阵列分析仪分别对圆锥小麦-顶芒山羊草双二倍体和中国春-无芒山羊草双二倍体的抗病性及籽粒品质进行了鉴/测定。结果表明,二者均近免疫小麦条锈病和白粉病,且其籽粒蛋白和湿面筋含量均极显著高于对照小麦,因此,这2个种质值得向小麦进行回交转育。为了建立可用于鉴定小麦背景中2种山羊草的细胞遗传标记辅助鉴定相应回交群体,利用寡聚核苷酸原位杂交(FISH)方法对2份双二倍体进行分析。结果发现,探针(GAA)8可有效鉴定小麦背景中的顶芒山羊草染色体;探针Oligop Sc119.2-1、Oligo-p Ta-535-1和(GAA)8结合使用可有效鉴定小麦背景中的无芒山羊草染色体。本研究首次建立的2种山羊草细胞遗传学标记可用于相应杂种后代的筛选与鉴定工作,为辅助选育含有2种山羊草优异基因的小麦新种质奠定了基础。