高抗白粉病和条锈病小麦-卵穗山羊草衍生后代1003的分子细胞遗传学鉴定

卵穗山羊草中蕴含着许多小麦改良所需的优良基因,是小麦重要的三级基因库。为了解其更多遗传特性,本研究利用细胞学、原位杂交、分子标记、形态学和抗病性鉴定等技术对小麦-卵穗山羊草SY159的衍生后代1003进行鉴定。细胞学鉴定结果表明,1003含有44条染色体,减数第一次分裂中期含有22个二价体且配对良好,减数第一次分裂后期含有44条染色体且均等分离;基因组原位杂交(Genomic in situ hybridization,GISH)分析显示,1003含有42条小麦染色体和2条卵穗山羊草染色体;EST和PLUG分子标记分析表明,导入的染色体属于7M染色体;荧光原位杂交(Fluorescence in situ hybridization,FISH)分析表明,1003中含有38条与中国春标准核型相一致的染色体,4A、5A和7M的FISH信号有变异;苗期抗病性鉴定结果表明,1003对白粉病生理小种E09免疫,对条锈病生理小种条中23(CYR23)高抗;形态学调查表明,1003的农艺性状介于双亲之间,千粒重高于双亲。因此,1003是一个具有白粉病和条锈病抗性的小麦-卵穗山羊草二体异附加系,可为小麦品种改良和抗病育种提供新的种质资源。     

小麦-卵穗山羊草衍生后代的SSR分子标记鉴定和白粉病抗性评价

山羊草属植物是普通小麦改良过程中重要的有益基因来源,小麦的许多抗病虫、抗逆基因都来源于山羊草属植物。本研究利用杂交和回交的方法,成功获得了19株小麦-卵穗山羊草衍生后代,实验选取均匀分布于小麦各条染色体的SSR标记400个,对三个亲本(中国春、卵穗山羊草和陕优225)以及19株衍生后代进行分子标记特异性分析,结果表明,341个标记可以在卵穗山羊草中扩增出条带,说明SSR标记在山羊草中位点丰富;20个标记可以在卵穗山羊草中扩增出特异条带,说明在卵穗山羊草中有不同于另外两个亲本的特异SSR位点;将20个在卵穗山羊草亲本中有特异条带的标记应用于19株衍生后代中,发现有10个标记可以在衍生后代中扩增出特异条带,说明19株衍生后代中全部含有卵穗山羊草的遗传物质,这些特异引物可以继续应用于后代的检测中。本实验还对3个亲本材料和19株衍生后代进行了成株期白粉病抗性鉴定,结果显示,中国春和陕优225都是9级高感,卵穗山羊草是0级免疫,19株衍生后代中有3株(1-1,1-2,1-3)分别是7、8和8级感病,其余均为0级免疫,说明衍生后代的白粉病抗性完全遗传自卵穗山羊草亲本。     

普通小麦-欧山羊草异附加系对干旱胁迫的生理生化响应

为探究异源染色体对小麦抗旱能力的影响,选取3个普通小麦-欧山羊草异附加系和3个普通小麦为试验材料,以聚乙二醇(PEG6000)模拟干旱胁迫,在苗期测定干旱胁迫下叶片丙二醛(MDA)积累量、可溶性蛋白含量和酶促防御系统(SOD、POD和CAT)活性变化。结果表明,随着干旱胁迫程度的加重和时间的延长,供试基因型所测定的五个生理指标的变化趋势较为一致。MDA含量都不断升高,三个普通小麦-欧山羊草异附加系(Ae9013、Ae9041和Ae9061)的MDA积累幅度较抗旱性最好的小麦对照晋麦47小,积累量也较少。三个异附加系的可溶性蛋白含量受干旱胁迫影响较小,虽有小幅度的下降,但保持着较高的含量。干旱胁迫下,各基因型的SOD、POD和CAT活力增加,在一定时间内,随着干旱胁迫的持续,晋麦47表现出先上升后下降的趋势,而Ae9013、Ae9041和Ae9061的SOD和POD活力随着胁迫程度的加重和时间的延长呈现不断上升趋势;Ae9013、Ae9041的CAT活力在15%PEG6000胁迫下不断增加,在25%PEG6000胁迫下先增加后下降,而Ae9061的CAT活力在高浓度PEG6000胁迫下仍持续增加。由此可见,普通小麦-欧山羊草异附加系具备更有效的酶促防御系统和渗透调节能力,说明U组染色体附加提高了小麦的抗旱能力。     

偏凸-柱穗山羊草多倍双二倍体SDAU18的鉴定

利用偏凸山羊草和拄穗山羊草杂交人工合成了多倍多倍双二倍体SDAU18，并对SDAU18及其双亲的细胞学及主要性状特点进行了鉴定。结果表明，偏凸山羊草和柱穗山羊草的花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ（PMC M1）的染色体构型均为14Ⅱ；SDAU18的根尖细胞（RTC）染色体数目为2n=56，PMC M1的染色体构型基本上为28Ⅱ．是一个偏凸山羊草和拄穗山羊草的完全多倍多倍双二倍体；SDAU18在株高、穗长、每穗小穗数、穗粒数、千粒重等方面都优于其双亲，且对白粉病、条锈病表现免疫。     

三种山羊草细胞质对普通小麦F1代穗部性状的效应

为了研究3种山羊草细胞质对普通小麦穗部性状的遗传效应,以普通小麦品系303,706及利用其曰交转育的粘果山羊草(Ae.kotschyif）、瓦维洛夫山羊草(Ae．vavilavii)和牡山羊草(Ae．juvenalis)细胞质雄性不育系为母本、13个普通小麦品系为父本,进行不完全双列杂交,研究了瓦维洛夫山羊草、粘果山羊草、牡山羊草三种细胞质对普通小麦F1代穗部性状的细胞质效应。试验结果表明,与普通小麦细胞质相比,三种山羊草细胞质对普通小麦有效小穗和无效小穗数不产生正向和负向的细胞质效应。     

山羊草属不同细胞质对小麦籽粒戊聚糖含量的影响

为了利用小麦近缘野生种属的细胞质资源改良小麦品质,以山羊草属(Aegilops)不同种异源细胞质的5种异质小麦品种Chris为材料,与生产上广泛推广种植的4个常规小麦品种进行正反杂交,研究了异源细胞质对其F1籽粒戊聚糖含量的影响.结果表明:(1)在以5种异源细胞质材料为母本的杂交组合中, 仅有50%的组合其总戊聚糖含量高于反交对照,粗山羊草和偏凸山羊草细胞质对总戊聚糖含量具有普遍的正效应;粘果山羊草细胞质对总戊聚糖含量表现出轻微的正效应;柱穗山羊草和二角山羊草细胞质则表现出明显的负效应;(2)在以5种异源细胞质材料为母本的杂交组合中, 80%的组合其水溶性戊聚糖含量高于反交对照, 除二角山羊草细胞质对水溶性戊聚糖含量表现出负效应外,其他4种细胞质对水溶性戊聚糖含量都有一定的正效应,但5种细胞质之间差异均不显著;(3)尽管5种异源细胞质对水溶性戊聚糖含量效应差异不显著,但是柱穗山羊草、偏凸山羊草、粘果山羊草和粗山羊草细胞质对水溶性戊聚糖含量有一定的正效应.因此,如果选择合适的核质组合同样可以达到改良戊聚糖含量的目的.     

小麦近缘染色体异附加系的磷效率及其机理研究

磷素缺乏是限制小麦高产的重要原因,而小麦近缘野生种往往表现出更好的耐低磷胁迫特性。本研究以通过盆栽实验初步筛选出来的9个磷高效的外缘染色体异附加系小麦为供试材料,以它们的亲本中国春(CS)为对照,在水培条件下对异附加系小麦在苗期的磷效率(包括磷吸收和磷利用效率)以及与磷效率有关的生理机制进行了研究。结果表明:(1)有6个外缘染色体异附加系材料(0226、0232、0244、0278、0282、0291)在水培条件下表现出了高磷效率;(2)在这6份磷高效的外缘染色体异附加系材料中有两份材料(0226和0232)在低磷条件下酸性磷酸酶的活性以及草酸和琥珀酸的分泌量都显著高于其亲本CS,而且在低磷条件下这两份材料的Cmin显著低于CS,说明这两份材料中添加的外缘染色体中包含与磷高效有关的基因,因此这两份外缘染色体异附加系可作为小麦育种材料,进而选育出高产的磷高效小麦品种。     

小麦-华山新麦草异附加系的细胞遗传学和分子标记辅助鉴定

华山新麦草(2n=2x=14,NsNs)含多种优良基因,是一类具有广阔应用前景的育种资源。为给小麦育种培育新材料,本研究对来自普通小麦品系7182和华山新麦草的高代衍生系H1133、H4122和H1423进行细胞遗传学和分子标记辅助鉴定。细胞学观察表明,3个衍生系的染色体数和构型均为2n=44=22Ⅱ;基因组原位杂交(GISH)和荧光原位杂交(FISH)同步分析结果表明,3个衍生系均含42条普通小麦染色体和2条华山新麦草Ns染色体;EST和PLUG标记分析证明H1133、H4122和H1423中附加的分别为华山新麦草3Ns、5Ns和7Ns染色体,说明H1133、H4122和H1423分别为小麦-华山新麦草的3Ns附加系、5Ns附加系和7Ns附加系;形态学鉴定结果表明,三个附加系与亲本7182在株高、分蘖和穗长等农艺性状上表现出不同差异;成株期抗条锈病鉴定结果表明,H4122和H1423高抗CYR32和CYR33混合菌种,从材料系谱推断其抗性来源于华山新麦草。总之,附加系H1133、H4122和H1423在农艺性状和抗病性上均有良好表现,可作为小麦育种中的桥梁材料。     

小麦-华山新麦草7Ns异附加系的分子细胞遗传学研究

为了给有效利用华山新麦草基因提供新的种质材料,利用细胞遗传学、分子标记等技术,结合田间农艺性状考察,对从小麦-华山新麦草七倍体材料H8911-99与硬粒小麦D4286杂交F4代分离群体中选育的杂交后代12DH25进行了鉴定。华山新麦草基因组特异SCAR标记鉴定表明,12DH25含有华山新麦草遗传物质;有丝分裂和花粉母细胞减数分裂中期I染色体数为2n=44=22Ⅱ,基因组原位杂交(GISH)出现两条杂交信号,且能配对,表明两条外源染色体是华山新麦草的一对同源染色体。选取定位于小麦7个部分同源群上的28对STS标记对12DH25及其亲本基因组DNA进行扩增,定位于小麦第7同源群上的STS标记BE591127和BG274576能在12DH25中扩增出华山新麦草特征条带,将12DH25附加的华山新麦草染色体归属于小麦第7部分同源群。由此确定矮秆材料12DH25是一个稳定的小麦-华山新麦草7Ns二体异附加系。     

普通小麦/山羊草属间杂交F_1的形态学及细胞遗传学研究

为了解普通小麦与山羊草属的杂交F1代的育性、细胞遗传学表现及育种利用潜力,以普通小麦7182和丰优1718为母本,分别以卵穗山羊草SY163和离果山羊草SY119为父本进行杂交,对杂交F1代的生育特性、染色体构型、田间条锈病抗性、F1自交和回交结实性等进行了分析。结果表明,F1代植株生长势较强,株型倾向母本,成熟期穗子易断,壳硬;杂交F1代高度不育,花粉可育率1.26%~3.54%,回交结实率2.08%~5.26%,仅普通小麦/卵穗山羊草自交结实,但结实率最高仅为0.25%。7182/SY163、7182/SY119、丰优1718/SY163、丰优1718/SY119杂交F1代花粉母细胞减数分裂中期I的染色体构型平均分别为31.11I+1.90II+0.03III、20.04I+7.45II+0.02III、30.08I+2.40II+0.04III、22.37I+6.30II+0.01III,说明普通小麦与2种山羊草杂交亲和性差,且可交配性主要由山羊草基因决定。田间条锈病抗性鉴定结果显示,F1代均对条锈菌混合小种高抗或免疫,这对于丰富小麦抗病基因资源有重要意义。     

普通小麦-华山新麦草1Ns二体异附加系的分子细胞遗传学研究

为给后续研究和利用普通小麦-华山新麦草衍生后代H1-1-3-1-9-8提供依据,用形态学、细胞学及分子生物学方法对该材料进行分析研究。结果表明,H1-1-3-1-9-8在株高、穗长、穗型等性状上与华山新麦草无显著差异,千粒重平均44.2 g,较亲本显著增加;H1-1-3-1-9-8的染色体构型为2n=44=22Ⅱ;经原位杂交鉴定,H1-1-3-1-9-8存在两条华山新麦草外源信号,且能够配对;选取普通小麦7个部分同源群上的64对EST-STS引物对H1-1-3-1-9-8进行分析,第一部分同源群上的BE443796、BE446010、BE497584、BF202643、BG262410、BG607965和BM140362七对引物扩增出了华山新麦草的特异条带;经种子贮藏蛋白变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分析,H1-1-3-1-9-8具有华山新麦草特有的高分子量谷蛋白亚基。以上结果说明,H1-1-3-1-9-8是普通小麦-华山新麦草1Ns二体异附加系。     

小麦-中间偃麦草代换系中233的分子细胞学鉴定

为了从小麦-中间偃麦草衍生后代中获得具有优良性状的新种质,利用细胞学和分子标记技术对中间偃麦草衍生系中233进行鉴定。结果表明,中233的根尖细胞染色体数为2n=42,花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ的染色体通常配成21个二价体。以中间偃麦草基因组DNA为探针、中国春基因组DNA为封阻进行基因组原位杂交(GISH)分析发现,中233含有2条中间偃麦草染色体和40条小麦染色体,在减数分裂中期I,两条中间偃麦草染色体可以正常配对。利用D基因组特异探针pAs1进行荧光原位杂交(FISH)分析发现,中233缺少了一对小麦的2D染色体。分子标记鉴定进一步表明,中233的1对小麦2D染色体被中间偃麦草染色体所代换。说明中233是一个细胞学稳定的小麦-中间偃麦草二体代换系,初步推断其可能携带有中间偃麦草的优异基因。     

Glu A1和 Glu D1位点高分子量谷蛋白亚基共同缺失对弱筋小麦品质的影响

为了研究高分子量谷蛋白亚基(HMWGS)缺失对小麦品质的影响,以 GluA1和 GluD1位点HMWGS共同缺失材料2GS041410作供体亲本,以弱筋小麦品种扬麦13和扬麦18作轮回亲本进行回交,构建不同遗传背景的BC¹F³和BC²F³群体,测定受体、供体亲本的品质,以及回交群体BC¹F³和BC²F³中 GluA1和 GluD1位点HMWGS共同缺失纯合单株及两位点均正常表达纯合单株的品质。结果表明,供体2GS041410具有较低的SDS沉降值、较短的面团形成时间和稳定时间;在BC¹F³和BC²F³中, GluA1和 GluD1位点HMWGS共同缺失对蛋白含量影响不显著,但可显著或极显著降低SDS沉降值和水溶剂保持力(SRC)。 GluA1和 GluD1位点HMWGS双缺失在弱筋小麦品质育种中具有一定的应用价值。     

小麦-滨麦附加易位系DM 5911的创制及其细胞遗传学鉴定

滨麦(Leymus mollis(Trin.)Pilger,NsNsXmXm,2n=28)具有抗旱、耐寒、抗多种真菌和细菌病害、茎秆粗壮、大穗多花等特性,是麦类作物品种改良的优异种质资源。本研究采用细胞遗传学方法对由八倍体小滨麦M842-16与硬粒小麦品种D 4286杂交F6代选育出的1个附加易位系DM 5911进行了鉴定和农艺性状分析。细胞学镜检显示,DM 5911的染色体构型为2n=44=22Ⅱ;根尖体细胞原位杂交鉴定显示,DM 5911含有2条完整的Ns染色体和2条易位的Ns染色体;花粉母细胞原位杂交鉴定显示,DM 5911的2条完整Ns染色体和2条易位Ns染色体可以进行正常的联会配对和遗传。表明DM 5911是1个遗传稳定、包含1对完整的Ns染色体和1对易位Ns染色体的小滨麦附加易位系。形态学调查显示,DM 5911在株高和分蘖数等农艺性状方面得到了明显的改善。该附加易位系作为进一步创制小滨麦小片段染色体易位系的重要种质材料,可用于小麦染色体工程育种与遗传改良。     

附加华山新麦草不同Ns染色体对小麦耐盐性的影响及其生理机制分析

为了解附加华山新麦草(Psathyrostachys huashanica Keng)不同Ns染色体对小麦耐盐性的影响及其相关生理机制,以小麦-华山新麦草全套二体附加系及其亲本7182为研究对象,对其进行150 mmol·L^-1、250 mmol·L^-1 NaCl溶液胁迫处理,测定其芽期和苗期的7个生长指标及6个理化指标,并进行分析比较。结果表明,盐胁迫下,供试材料芽期的芽长（SL）和根长（RL）、苗期的叶片鲜重（FW）下降最为明显;4Ns、5Ns、7Ns附加系在芽期、苗期的耐盐性显著高于受体小麦7182,其中7Ns附加系耐盐能力最强,150 mmol·L^-1和250mmol·L^-1NaCl胁迫下,耐盐等级分别为Ⅰ级（高耐）和Ⅱ级（耐盐）。盐胁迫下,5Ns、7Ns附加系叶片内SOD、POD活性最高,且叶片丙二醛（MDA）含量最低,相对电导率最小;4Ns附加系脯氨酸含量较高,丙二醛含量较少。可以认为,华山新麦草4Ns、5Ns、7Ns染色体附加到小麦后,分别依赖渗透调节、抗氧化机制增强受体小麦的耐盐能力,这些附加系材料可作为新种质应用于小麦耐盐性研究和育种。     

小麦新抗源CH7103抗条锈基因的遗传及其与已知基因的关系

为了更好地利用小麦条锈病新抗源,以衍生于八倍体小偃麦“小偃7430”的新抗源CH7103为材料,对其抗条锈性及抗病基因的来源、遗传模式和细胞学特征及其与已知抗病基因的关系进行了分析和鉴定。结果表明,CH7103苗期和成株期对条锈菌系条中31、32号生理小种表现免疫或近免疫,与其抗性供体小偃7430及其野生亲本的抗病侵染型相似,而其小麦亲本均感病,说明CH7103对条锈病的抗性来自彭提卡偃麦草。抗×感的F₁代均表现免疫,侵染型为0～0; 级,且F₂、F_2∶3、BC₁代的抗、感分离比均符合显性单基因控制的分离模式。通过等位性检测,初步明确CH7103含有的抗条锈病基因与已有的抗CYR32小种的基因Yr5、Yr10、Yr15、Yr41不存在等位关系,可能属于新的抗小麦条锈病基因。细胞学研究表明,CH7103及其与小麦品种“中国春”等杂种F₁的染色体数目均为2n=42,绝大多数花粉母细胞具有2n=21Ⅱ的配对构型,并能与小麦染色体完好配对。说明CH7103不含较大的外源染色体片段,是一个携带偃麦草抗条锈病基因的异源渐渗系。     

Effect of the 1BL.1RS translocation and of the Glu-B3 variation on fifteen quality tests in a doubled haploid population of wheat (Triticum aestivum L.)

To investigate the impact of 1BL.1RS translocation on protein content, starch quality, dough rheology, RMT volumes and other quality traits, a doubled haploid population was created and sown in a two-year field experiment. Translocated genotypes accumulated more proteins in the endosperm than non-translocated genotypes. Decrease in the gelatinization of starch was associated with the 1BL.1RS translocation. As for rheological parameters, adapted to bread types not requiring high mixing energy, the 1BL.1RS translocation significantly reduced the elasticity, tenacity and strength of the dough compared to allele c of Glu-B3. Tolerance to over-mixing was also significantly lower in translocated DH lines. In contrast to previously published work, the presence of allele Glu-D3 c resulted in significantly higher tenacity, and thus strength, compared with the allele Glu-D3 b in the present DH population. The final baking test performed on the DH lines of the population, combining favourable alleles for dough rheology and high protein content, demonstrated that in some cases lower tenacity induced by the 1BL.1RS translocation or by Glu-B3 b increases the volume of the loaves.     

小麦隐性核不育保持系表达载体的构建及拟南芥遗传转化

利用小麦杂种优势能够创制稳定的雄性不育系。相比于细胞质雄性不育系和光温敏雄性不育系,细胞核雄性不育具有育性稳定、易恢复、不受环境影响等特点。小麦隐性核不育基因 ms1的克隆以及杂交制种技术(hybrid seed production technology, SPT)的开发,为雄性不育的保持和杂种优势利用奠定了基础。本研究将小麦花粉育性恢复基因 Ms1、花粉致死基因 ZmAA1、红色荧光蛋白基因 DsRed2及其特异性启动子和终止子连接到表达载体pGEII上,转化野生型拟南芥,得到6株转基因拟南芥。通过荧光显微镜观察拟南芥种子,发现野生型拟南芥种子表面平滑,不能发出红色荧光;而转基因种子表面呈现颗粒状,能够发出红色荧光。这说明表达载体构建成功,并能够在拟南芥中成功表达。这为创制人工小麦隐性核不育系奠定了理论和材料基础。