小偃麦渗入系抗条锈性评价及细胞学鉴定

为将中间偃麦草的抗条锈病基因导入小麦,以八倍体小偃麦TAI7047为桥梁亲本,与普通小麦杂交、回交,结合细胞学鉴定选育抗条锈病小麦-异源渗入系;并通过人工接种在温室和田间病圃对育成的82份渗入系进行了连续2年的苗期、成株期抗病性鉴定筛选。筛选到38份免疫我国优势小种CYR32、CYR33和新小种v26;45份免疫CYR32、CYR33小种;51份免疫CYR32;48份免疫CYR33;52份免疫v26。且它们的抗性均来自中间偃麦草。对随机选取的3份抗病渗入系及其与中国春小麦的杂交F1进行了染色体计数和配对分析。结果表明,它们的染色体数目均为2n=42,且3个测试材料及其与中国春杂种F1的平均配对构型分别为2n=0.26I+20.79II+0.05III和2n=0.37I+20.68II+0.09III。说明小偃麦抗病渗入系具有与普通小麦相似的染色体结构和规则的配对构型,为小麦抗病育种提供了新抗源。     

小麦-长穗偃麦草矮秆种质系的鉴定及遗传分析

矮源是进行小麦矮化育种的基础。本研究对2个小偃麦矮秆种质系31505-1和31505-2进行了分子鉴定和遗传分析。结果表明,31505-1和31505-2是2个不同的矮秆小偃麦易位系,31505-1中易位的偃麦草染色体片段位于2D染色体;对矮秆小偃麦种质系与不同株高材料杂交后代的株高和节间长度进行了分析,发现2个种质系的后代致矮率可达16%~23%,其株高的降低主要由节间长度的变化引起的,其中倒2节间与株高的变化相关性最高。本研究对拓宽小麦矮秆种质资源基础具有一定意义。     

辐照花粉对小麦与中间偃麦草杂交及其胚胎发育的影响

用γ射线辐照中间偃麦草散粉期的穗,用其花粉授予普通小麦“J-11”和“中国春”,研究不同剂量辐照花粉对普通小麦与中间偃麦草杂交结实率、杂交种子含胚率、杂种幼胚培养和杂种幼苗获得率的影响。结果表明,5~9Gy低剂量γ射线略提高了中国春×中间偃麦草的结实率,表现出低剂量辐射的刺激效应,但对J-11×中间偃麦草却未表现出刺激效应。所有剂量的辐射对杂种幼胚均有伤害作用,杂交种子含胚率、杂种幼胚成苗率随剂量增加而下降。30Gy处理时有12.9%~14.5%的杂种幼胚发育成了植株,但该剂量应用到小麦中难以获得后代。在50~100Gy高剂量γ射线处理杂交种子胚发育不良,通过幼胚培养未能得到植株。将花粉辐照技术与幼胚拯救技术、花药培养技术有效结合,可以快速获得突变体,提高诱变育种效率。     

利用小麦微卫星引物建立偃麦草Ee染色体组特异SSR标记

选用40对小麦SSR引物对17份偃麦草(Thinopyrum sp．)、2份小麦(Triticum aestivum)材料进行了PCR扩增分析，从中筛选到引物Xgwm325能在不同偃麦草材料中扩增出4条长度分别为1400、440、120和100bp的特异DNA片段，可以作为偃麦草种质的特异SSR标记。利用小麦-二倍体长穗偃麦草(Th.elongatum)异代换系和异附加系对引物Xgwm325进行了扩增鉴定，结果只有100bp左右的片段出现在长穗偃麦草所有E^e组染色体上，该片段可以作为E^e染色体组的特异SSR标记。     

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.     

分子标记和辐射技术在小麦-长穗偃麦草抗赤霉病易位系创建中的应用

为了打破小麦抗赤霉病育种种质资源狭窄的局限,丰富抗赤霉病遗传材料,本研究通过对中国春-长穗偃麦草二体异代换系DS7E/7A与扬麦16杂交后代进行辐射诱变,以产生小麦-长穗偃麦草易位系选择群体,并结合赤霉病抗性鉴定和长穗偃麦草染色体特异分子标记辅助选择,最终获得了5个小麦-长穗偃麦草抗赤霉病易位单株,创建了一条有效获得小麦-长穗偃麦草抗赤霉病易位系的技术路线。小麦-长穗偃麦草抗赤霉病易位系的成功创建不仅为小麦抗赤霉病育种提供了重要的中间材料,也将为小麦近缘种的抗赤霉病研究和利用提供理论与实践参考。     

矮秆早熟小偃麦种质山农0057-2的选育与鉴定

利用普通小麦(Triticum aestivum)品种烟农15与中间偃麦草(Thinopyrum intermedium)杂交、回交和多代自交,从BC3F6中选育出一个矮秆、早熟新种质山农0057-2.综合应用形态学、细胞学、生物化学、分子生物学等方法对其进行鉴定.结果表明,山农0057-2平均株高64.2 cm,较烟农15降低14.6 cm;抽穗期和开花期均比烟农15提前4～5 d.其根尖染色体数目为2n=42,花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ(PMC M Ⅰ)染色体构型为2n=0.24 Ⅰ+20.88 Ⅱ;它与烟农15的杂种F1在PMC M Ⅰ有80.49%的细胞形成21个二价体,未观察到多价体.高分子量麦谷蛋白亚基的SDS-PAGE鉴定结果表明,山农0057-2含有1条中间偃麦草的特异带;从202对SSR引物中筛选出2对引物(Xgwm234-5A/5BS和BARC172-7DL)能在山农0057-2中扩增出不同的中间偃麦草特异带,分别标记为Xgwm234300和BARC172400.山农0057-2是一个含有中间偃麦草染色体(片段)的种质材料,具有矮秆、早熟等优点,在小麦育种中具有重要的利用价值.     

普通小麦-柔软滨麦草易位系M8657-1抗条锈病基因遗传分析与SSR标记

为明确小麦(Triticum aestivum)-柔软滨麦草(Leymus mollis(Trin.)Hara)易位系M8657-1的抗条锈性,用中国小麦条锈菌(Puccinia striiform f.sp.stritici)流行小种条中30号、条中31号、水源11-4和水源11-11生理小种,对M8657-1和铭贤169的杂交后代进行苗期抗条锈性遗传分析.结果表明,易位系M8657-1对条中30号和水源11-11的抗条锈性均1对隐性核基因控制;对条中31号的抗条锈性由2对显性核基因(互补作用)控制;对水源11-4的抗条锈性由1对显性核基因控制.将控制水源11-4抗病性的基因暂时命名为YrElm1-4,以接种水源11-4的F2正交群体为研究对象,应用BSA法进行了SSR分析.从320对SSR引物组合中筛选到3个与主效抗病基因YrElm1-4连锁的多态性微卫星标记,它们分别是Xgwm636、Xwmc522和Xwmc453,根据3个微卫星标记位点的染色体位置,推出YrElm1-4位于小麦2AS染色体上,这3个标记可用丁分子标记辅助育种.     

小麦-柔软滨麦草易位系M853-4抗条锈病基因的遗传分析和SSR标记定位

用中国小麦条锈菌(Puccinia stniform f.sp.stritici)流行小种条中29号、条中30号、条中31号和水源11-11生理小种,对小麦(Triticum aestivum)-柔软滨麦草(Elymus mollis)易位系M853-4和铭贤169的杂交后代进行苗期抗条锈性遗传分析.结果表明,易位系M853-4对条中29号、条中30号和条中31号的抗病性均由1对显性核基因控制;对水源11-11的抗病性由1对显性和1对隐性基因共同控制.将控制条中31号抗病性的基因暂时命名为YrElm4.以接种条中31号的F2正交群体为研究对象,应用BSA法进行了SSR分析.从320对SSR引物组合中筛选到3个与主效抗病基因YrE1m4连锁的多态性微卫星标记,它们分别是Xwmc654、Xgwm304和Xgwm129,与YrE1m4的遗传距离依次为5.8、7.1和10.3 cM,并将YrE1m4定位于小麦5AS染色体,这3个标记可用于分子标记辅助育种.     

长穗偃麦草y型高分子量谷蛋白基因的鉴定与分子克隆

采用SDS-PAGE方法，对长穗偃麦草(Elytrigia elongata，EeEe，2n=2x=14)的高分子量谷蛋白进行了研究。在长穗偃麦草材料P198526中，33粒种子具有2～4条各不相同的高分子量谷蛋白亚基，以4条最为普遍，这表明长穗偃麦草居群P198526高分子量谷蛋白位点上是杂合的。采用1粒种子总DNA对其蛋白基因编码区进行PCR扩增，有2．4、2．1、1．8和1．5kb4个片段，分别回收并克隆到T-载体上，得阳性质粒pEe2．4，pEe2．1，pEe1．5和pEe1．8。其中，pEe1．5和pEe1．8为两个y型亚基，与小麦族物种A、B、D和R基因组编码的y型高分子量谷蛋白基因十分类似。这进一步证实了长穗偃麦草含有高分子量谷蛋白基因。     

小麦-大麦大穗大粒渐渗系WB13的分子细胞学鉴定

小麦新种质WB13是普通小麦(Triticum aestivum L.)品种7182与农家二棱大麦(Hordeum vulgare ssp.distichon Hsü.)杂交后回交多代衍生而来的大穗大粒材料。为了明确WB13的遗传基础,本研究利用形态学、细胞学、分子标记及特异片段回收测序等技术对其进行了鉴定。结果表明,采用小麦不同同源群简单重复序列(simple sequence repeat,SSR)标记对WB13和小麦7182进行遗传背景分析发现,两者遗传相似系数(genetic similarity coefficient,GS)达97.0%,田间表现为大穗、大粒,综合农艺性状较好;根尖细胞染色体数目为2n=42,以大麦基因组DNA为探针进行基因组原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH)未出现杂交信号;利用大麦特异序列标签位点(sequence-tagged site,STS)标记对WB13和农家二棱大麦进行扩增,发现ABG054(4H)和ABC305B(7H)两个标记在WB13中扩增出了大麦特征条带(分别记为WS1和WS3),经测序及序列比对,发现其与扩增到的大麦序列分别具有100%和98%的相似性,与EMBL数据库中的序列比对,与两者有相似性的全为大麦的序列。利用大麦4H和7H染色体上的35对SSR引物对WB13及其亲本进行扩增,发现与千粒重相关的标记MGB396(4H)在WB13中扩增出了大麦的特异条带。综合以上结果确定WB13含有大麦4H和7H染色体的遗传物质,为小麦-大麦渐渗系材料,且4H染色体渗入片段中可能携带与千粒重相关的有益基因。本研究确定了WB13为小麦-大麦杂种后代,此材料的育成丰富了小麦-大麦中间材料和大穗大粒材料的种质资源。同时本研究在分子水平上初步揭示了WB13大穗大粒特性的成因,为后续构建遗传分析群体进行相关数量性状(quantitative trait loci,QTL)定位及推动WB13的研究利用积累了基础资料。     

普通小麦背景中长穗偃麦草高分子量麦谷蛋白基因的表达、染色体定位与分子标记

摘要：以普通小麦（Triticum aestivum）中国春、长穗偃麦草?穴Thinopyrum elongatum ?雪及其双二倍体、二体异附加系、二体异代换系为材料，采用SDS-PAGE分析了种子高分子量麦谷蛋白亚基。长穗偃麦草高分子量麦谷蛋白基因在中国春背景中编码一条高分子量麦谷蛋白亚基，其迁移率与中国春1By8亚基相同，命名为1E8亚基，控制该亚基的基因位点Glu-E1位于长穗偃麦草E组染色体第一同源群的长臂上。用高分子量麦谷蛋白y亚基基因重复区域的特异引物进行扩增，长穗偃麦草1E8亚基编码基因（Glu-E1）扩增出1 300 bp的片段，而中国春1By8亚基编码基因（Glu-B1y）扩增出1 950 bp的片段。     

小麦中国春背景下长穗偃麦草Ee染色体组特异AFLP及STS标记的建立

为建立长穗偃麦草Ee染色体组特异的分子标记,以普通小麦中国春、中国春-长穗偃麦草二体代换系、附加系为材料,用5对AFLP引物进行分析,共筛选出28个分布于1Ee-7Ee 7个染色体特异的AFLP标记,经PAGE凝胶电泳后回收、克隆和测序,并根据测序结果设计PCR特异引物,成功地将AFLP标记E-ATC/M-CGTA341bp, E-ATT/M-CTAG265bp, E-AAT/M-CCAG139bp和E-ATT/M-CTAG205bp转化为实验结果稳定、操作更简单的STS标记。利用获得的STS标记对5个长穗偃麦草居群和8个小麦品种进行了鉴定。结果表明其可以在长穗偃麦草居群中被检测到,但在其它小麦背景中检测不到。表明这些标记可以用于小麦-长穗偃麦草异源附加系和代换系中长穗偃麦草遗传物种的检测。     

六倍体小偃麦与普通小麦杂交后代的分子细胞遗传学检测

为了改良六倍体小偃麦,创制携带E组染色体优良基因的普通小麦新类型。本研究利用六倍体小偃麦与克旱9号杂交选育六倍体小偃麦的衍生系,在杂交后代中选择具有六倍体小偃麦优良农艺性状的普通小麦类型。结果表明:六倍体小偃麦与普通小麦杂交结实率低,平均为21.9%,但F2以后分离复杂,出现一些代换系、易位系,附加系和DE混合的染色体组。有些品系性状表现较好,如分蘖多、抗病、多小穗、多花等。按性状继代选择直至F5共筛选出13个品系即05-9-2、05-9-4、05-9-5、05-9-6、05-9-7、05-9-8、05-9-11、05-9-14、9-9-14、05-9-13、05-7-13、05-7-24、05-7-22。利用花粉母细胞减数分裂观察,分子检测方法、原位杂交技术对以上13个品系进行了鉴定。以期为进一步研究和利用E组染色体改良普通小麦提供理论基础。     

长穗偃麦草逆境诱导cDNA文库的构建和初步鉴定

长穗偃麦草是小麦的野生近缘植物之一,具有抗多种生物胁迫和非生物胁迫的优良基因。为了从中发掘耐盐基因,分别用100、200、300、400 mmol·L~(-1)的Na Cl和20%、30%、50%(w/v)的PEG-6000处理长穗偃麦草幼苗,采用改良的SMART方法合成逆境诱导条件下的全长c DNA。采用Gateway技术中的BP反应构建长穗偃麦草全长入门c DNA混合文库,滴度为4.0×106cfu·m L~(-1),库容量为2.0×107cfu,插入片段平均长度为0.75 kb,重组率达98.9%。将该入门文库重组到植物转基因双元载体p MDC83中,获得目标文库,其原始滴度为6.0×106cfu·m L~(-1),库容量为3.0×107cfu,插入片段平均长度为0.45 kb,重组率达100%。通过农杆菌侵染萌发花粉再授粉的方法,获得转基因玉米T0种子,转化率达3%;用农杆菌侵染法将农杆菌与烟草BY-2细胞共培育,成功将目标文库转入到烟草BY-2细胞中,在培养基中加入潮霉素和不同浓度的Na Cl溶液,筛选获得耐盐细胞系69个。研究结果为大规模快速筛选鉴定植株水平和细胞水平上的抗盐基因奠定了基础。     

人工合成小麦衍生品种川麦47的抗条锈病SSR分子标记定位

条锈病是我国小麦最重要的病害之一，严重威胁小麦生产。川麦47是利用高抗条锈硬粒小麦-节节麦人工合成种基因资源与四川高产小麦绵阳26杂交、有限回交育成的高抗条锈病小麦新品种。为明确川麦47抗条锈性遗传基础，将川麦47分别与高感条锈小麦品种台长29杂交，获得杂交F1、F2群体；对川麦47与台长29构建的F2群体(355株)进行了条锈病抗性鉴定和遗传分析，结果表明，川麦47携带一个显性抗条锈病基因；利用SSR分子标记技术和F2分离群体分组分析法研究表明，该抗条锈病基因位于小麦1B染色体上，与微卫星分子标记Xgwm11、Xgwm18、Xgwm273和Xgwm498紧密连锁，遗传距离分别为2.2CM，2.2CM，4.5CM，3.9CM。川麦47可用于分子标记辅助育种。     

普通小麦-华山新麦草易位系H9020-20-12-1-8抗条锈病基因SSR标记

H9020-20-12-1-8是一个通过杂交和回交选育的普通小麦（Triticum aestivum L.）华山新麦草（Psathyrostachys huashanica Keng.）易位系,苗期对中国小麦生产上流行的条锈菌（Puccinia striiforms f.sp.tritici）生理小种CYR32表现良好抗性。遗传分析表明,H9020-20-12-1-8对CYR32的抗病性是由1对显性基因YrHy（暂命名）独立控制的,通过对H9020-20-12-1-8和感病品种铭贤169杂交F2分离群体进行SSR分子标记,从305对SSR引物组合中筛选到3个与抗病基因YrHy紧密连锁的微卫星标记Xgwm429、Xwgm770和Xwmc154,与YrHy的遗传距离分别为5.4、6.4和11.3cM,将YrHy定位于小麦2BS染色体上。系谱分析及分子检测等结果表明,YrHy是一个源于华山新麦草的新抗条锈病基因。     

小麦抗叶锈基因Lr37 ISSR分子标记

利用ISSR(内部简单重复序列)技术对Thatcher及20个以Thatcher为轮回亲本的小麦(Triticum aestivum)抗叶锈病(Pucciniareconcita f.sp.tritici)近等基因系(NILs)进行分析,发现1个与Lr37基因连锁的ISSR标记.经过多次重复发现,在100个ISSR引物(UBC801-UBC900)中有2个引物UBC812和UBC848在小麦抗叶锈基因Lr37近等基因系间表现多态性.当用这2个引物对已知含Lr37基因的3个抗病材料及其它不含Lr37基因的感病材料进行检测时,多态性标记UBC812-1200可以从3个含Lr37基因的抗病材料中检测到1条1 200bp的多态性带,而在其它感病材料中,均未出现.进一步用UBC812和UBC848对128株(Thatcher× Lr37/6*Thatcher)F2分离群体进行分析,发现标记UBC812-1200与Lr37基因共分离,可作为该基因的分子标记.     

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。     

重金属Cd Zn对长穗偃麦草生理生化特性的影响及其积累能力研究

以长穗偃麦草为材料,采用土培试验方法,研究了重金属Cd、Zn单一及复合污染对长穗偃麦草的生物量、保护酶（SOD和POD）、丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）的影响,及长穗偃麦草对Cd、Zn的积累能力。结果表明,Cd、Zn单一及复合污染下,长穗偃麦草生物量随Cd和Zn浓度的升高而降低,与对照存在显著差异（P〈0.05）;Cd和Zn单一污染下,随着Cd、Zn浓度的升高,SOD、POD、MDA、Pro含量增加;Cd和Zn复合污染下,随处理质量浓度的增加,SOD呈下降趋势,POD和MDA呈增加趋势。Cd10Zn200处理下Pro含量减少,随Cd和Zn质量浓度的增加,其他复合处理下的Pro含量增加;植株根部的Cd和Zn积累量均大于地上部的积累量。综合实验结果,可初步判断长穗偃麦草能积累和忍受一定量的Cd、Zn,Cd和Zn复合污染对上述各指标的毒害效应大于同水平单元素污染的效应。长穗偃麦草根茎发达,生物量大,在生长过程中可通过生物量带走部分重金属Cd、Zn,因此长穗偃麦草具有修复重金属Cd和Zn污染土壤的潜能。