小麦染色体转入黑麦的研究进展

十多年来，德国的Ｓｃｈｌｅｙｅｌ和Ｍｅｌｚ等人从进行黑麦改良的目的出发，致力于将小麦染色体转入黑麦的工作，已获得具有１０个小麦胞质的黑麦－小麦附加系，８个具有黑麦胞质的黑麦－小麦附加系。这些附加系在形态上与黑麦基本相似，其生活力因胞质的不同：具有小麦胞质的附加系生活力弱，分蘖少，结实性差；具有黑麦胞质的附加系生活力、分蘖性基本正常，结实性亦较好。在小麦染色体的传递性方面，两种胞质的附加系都表现低频率。利用获得的附加系，定位了３个小麦基因：控制叶茎部紫色性状的基因Ｒａ２和Ｒａ３分别位于４Ｂ和６Ｂ上；控制过氧化氢酶的Ｃａｔｌ位点位于４ＢＬ上；对Ｐｈ１基因在黑麦传递背景下的表达进行了研究，Ｐｈ１对黑麦染色体的配对具有抑制作用。另外，采用辐射手段进行了染色体的易位研究，将６ＢＬ易位到黑麦染色体组上，此项工作是在二倍体水平上进行染色体工程操作的一个新探索。     

小麦SSR引物扩增黑麦及附加系6R染色体特异DNA片段的克隆

为了获得黑麦特异分子标记以及更加方便地检测导入小麦的黑麦染色质,选用定位于普通小麦7个同源群染色体上的88对SSR引物对11种二倍体黑麦和普通小麦中国春、绵阳11进行PCR扩增,有11对引物能稳定地扩增出较强的、在供试材料间表现出多态性的条带.引物Xgwm232在供试的9种黑麦中扩增出了一条长491 bp的黑麦特异片段(命名为pMD232-500),而供试小麦与其余两种黑麦均未扩增出该片段.用该引物对两种小麦－黑麦双二倍体CI、HK及衍生自CI、HK的两套小麦－黑麦附加系进行扩增,发现在CI和HK中都能扩增出该片段,而在两套附加系中都只有6R染色体能扩增出该片段.将从6R附加系中扩增出的片段进行克隆测序,结果表明该片段(命名为pMD2326R-500)与pMD232-500的相似性达99％.因此,该引物可以用来跟踪导入小麦中的部分黑麦的6R染色体.     

黑麦6R染色体特异性PCR标记的建立

为了筛选黑麦染色体组特异性分子标记,以荆州黑麦、秦岭黑麦、森林黑麦、非洲黑麦、普通小麦中国春、R25、R111和MY11为材料,用A～M组142个10碱基随机引物进行RAPD扩增.发现引物M04可以在所有黑麦中扩出一条长1 143 bp(经测序)的特异片段OPM041143,而供试小麦材料均未扩出该片段.根据OPM041143设计特异引物M4-F和M4-R.利用M4-F和M4-R对含黑麦染色体的材料和小麦族其它物种进行扩增,结果表明,只有含黑麦染色体的材料均可以扩出一条分子量为1 082 bp的DNA带,命名为PSCM1082.进而利用一套中国春-Imperial黑麦二体附加系和几个小麦-黑麦染色体6R衍生系进行扩增,发现仅含6R染色体的材料能扩增出PSCM1082,这说明PSCM1082是黑麦6R染色体所特有.黑麦6R染色体特异PCR标记PSCM1082的发现,对于快速跟踪检测导入小麦中的6R染色体具有实用价值,可以应用于小麦育种工作中.     

甘蓝型油菜—菘蓝二体附加系的创制和细胞学分析

为创制稳定遗传的甘蓝型油菜—菘蓝二体附加系,以花粉育性很低、在甘蓝型油菜品种华双3号(2n=38,AACC)上附加一条菘蓝(2n=14,II)特定染色体(g)的单体附加系(2n=39,AACC+1I_g)为父本,与正常的华双3号杂交,产生正常油菜胞质的单体附加系、经自交获得二体附加系(2n=40,AACC+1II_g)。该二体附加系的细胞学及基因组原位杂交观察表明,花粉母细胞减数分裂中染色体配对与分离基本正常,在终变期形成20个二价体,后期I进行20∶20的均等分离;第二次分裂中形成正常的四分体及四个子细胞,花粉的育性较高,自交结实好,产生的后代均携带菘蓝染色体。但也在少部分的花粉母细胞内出现菘蓝或油菜的落后染色体。该细胞学行为较稳定、育性较高的甘蓝型油菜—菘蓝二体附加系为菘蓝遗传研究及油菜育种研究提供了新材料。     

不同黑麦染色体对普通小麦主要贮藏蛋白组成的影响

为了解不同遗传背景的黑麦染色体对普通小麦主要高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)和醇溶蛋白组成的影响,采用SDS-PAGE和A-PAGE分析了两套小麦-黑麦(Holdfast-King和中国春-Impire) 双二倍体和不同附加系的HMW-GS和醇溶蛋白组成.结果表明:(1)两份双二倍体的HMW-GS都表达出小麦亲本带型和一条迁移率与双亲不一致的条带,醇溶蛋白呈共显性表达.(2)Holdfast-King的1R附加系HMW-GS带型与其双二倍体带型一致,醇溶蛋白呈共显性表达;3R附加系的HMW-GS缺失受体亲本条带并表达出一条迁移率与双亲有差异的条带,其醇溶蛋白缺失受体亲本条带;其余附加系(2R,4R～7R)的HMW-GS和醇溶蛋白带型与其受体亲本带型一致.(3)中国春-Impire的1R附加系HMW-GS带型与其双二倍体一致,醇溶蛋白只表现受体小麦亲本带型,2R到7R附加系的HMW-GS和醇溶蛋白带型都与小麦亲本带型一致.这表明小麦-黑麦异源双二倍体中小麦和黑麦的基因组会相互影响,引起籽粒贮藏蛋白组成表达上的差异;同一种黑麦的不同染色体对籽粒贮藏蛋白组成表达的影响也有差异.     

小麦和黑麦的天冬氨酸转氨酶和肽链内切酶的基因定位

为了探讨天冬氨酸转氨酶(AAT)和肽链内切酶(EP)的发育和器官专化同功酶的类型而对小麦、黑麦和小麦-黑麦附加系进行了深入的研究.结果表明,AAT的发育专化同功酶是由黑麦“Impreial”的3R和4R染色体编码的,茎秆中AAT的显带密度的器官专化增长是由小麦“中国春”的3A染色体上的     

黑麦染色体1R和5R单体附加诱导的小麦和黑麦染色体的变异和易位

利用普通小麦品种绵阳11作母本,抗病的威宁黑麦(Sceale cereale L.)作父本,在其杂交和回交后代中分别鉴定出一个1R和5R单体附加系。为获得新的1BL·1RS初级易位系以及小麦-黑麦5R染色体易位,采用基因组原位杂交和荧光原位杂交相结合的方法,对1R和5R单体附加系的自交后代进行了鉴定。在1R单体附加系的后代中,筛选到一个纯合1R(1B)染色体代换系和一个新的纯合1BL·1RS初级易位系。该1R(1B)代换系表现出比小麦亲本较差的农艺性状;新1BL·1RS初级易位系表现出比其小麦亲本更好的农艺性状以及条锈病和白粉病抗性,而且穗粒数显著增加,是高产抗病小麦育种的新资源。在5R单体附加系的后代中,筛选出一个涉及3BS染色体片段与5RL的易位,发生易位的植株占分析植株总数的1.89%。5R染色体单体附加极其不稳定,在一个世代交替中完整的5R染色体传递率仅有28.3%。除自身的不稳定外,5R染色体单体附加同时导致小麦染色体7B、3B和4D的断裂和丢失,总变异频率达到15.09%;尤其对7B染色体影响较大,含7B染色体变异的植株占分析植株总数的11.32%。5R染色体单体附加诱导的小麦和黑麦染色体的高度不稳定现象值得进一步研究。     

新型小麦-黑麦6R附加系的创制及其白粉病抗性基因向小麦中的渗进

用黑麦(Secale cereale L.)Kustro与普通小麦(Triticum aestivum L.)绵阳11杂交,获得了小麦-黑麦双二倍体材料MK-25,再用小麦品种绵阳11和川农27与MK-25回交,从回交后代中获得了6R单体附加系、6RL端体附加系及来源于6R单体附加系的小片段渐渗系,且这些附加系和小片段渐渗系都表现出了对白粉病免疫的特性。研究结果表明,来自Kustro的6RL染色体臂上带有白粉病抗性基因,该基因已渐渗入小麦遗传背景中,且能在不同小麦背景中正常表达。因来自Kustro的白粉病抗性基因在前人的研究中尚未见报道,推测该基因可能为新的等位基因。     

三个小麦-华山新麦草二体附加系分子细胞遗传学的初步鉴定

华山新麦草是我国华山地区特有小麦近缘物种，具有抗逆、早熟、优质等特点，对小麦的白粉病、条锈病、赤霉病也具有良好的抗性，是小麦重要的三级基因库。为进一步更好地发挥华山新麦草基因资源的作用，本研究利用细胞学方法、原位杂交技术、分子标记技术、农艺性状评估和抗病性鉴定对普通小麦-华山新麦草衍生后代材料进行鉴定，并获得了 20H11、17H21、18H28 三个小麦-华山新麦草衍生系。结果表明，20H11、17H21 和 18H28 的染色体数都是 44 条，均携带2 条属于华山新麦草的 Ns 染色体和 42 条普通小麦染色体。利用华山新麦草的特异分子标记进行检测，证明 20H11、17H21 和 18H28分别为 3Ns、4Ns和 2Ns二体附加系。通过农艺性状调查，3个试验异染色体系与亲本7182相比，株高和小穗粒数的差异不显著；分蘖数目与亲本7182有显著差异；20H11的穗长显著短于亲本7182；17H21的分蘖数显著少于亲本7182。经条锈病抗性鉴定，18H28 高抗条锈病小种 CYR32 和 CYR34。因此，这三个华山新麦草衍生系可作为中间材料用于小麦遗传育种研究。     

四倍体小麦中黑麦B组染色体的细胞特性与遗传效应

本文对携带有黑麦B组染色体的四倍体小麦(Triticum durum Desf)的细胞遗传效应进行了研究,并与六倍体小麦(T.aestivum)相同数量的同源B组染色体进行了比较。携带有黑麦B组染色体的四倍体小麦在A组染色体减数分裂过程中产生严重的畸形。它们通过减少环状二价染色体和增加棒状二价、单价染色体的频率而使细胞中交叉染色体的频率显著降低。在细胞分裂中期Ⅰ,单价染色体频率的提高还导致细胞分裂后期Ⅰ和二分体与四分体微核形成的滞后现象。携带有单一B染色体的植株的授粉和结实性明显降低,对籽粒性状也有显著的负效应。B组染色体对植株营养体发育的大多数形态性状具有强烈的正效应。B组染色体在四倍体小麦中较在六倍体小麦中表现出更为明显的细胞遗传特性,可能与前者缺乏D组染色体有关。     

普通小麦地方品种与黑麦的杂交亲和性及其杂种(F_1)的育性

以中国春为对照，将５个山东地方普通小麦品种与奥地利黑麦进行了杂交。结果表明，５个小麦品种与黑麦均具有良好的杂交亲和性。ＬＳＤ检验表明，除洋麦外，其余４个材料均与中国春具有相似的杂交亲和性，其基因型为ｋｒ１ｋｒ１ｋｒ２ｋｒ２；对杂种Ｆ１种子在大田直播条件下的成株率分析表明，蚂蚱头火麦×黑麦具有最高的成株率（２６．６７％）；对杂种Ｆ１在开放授粉条件下的育性分析表明，５个供试材料与黑麦杂种Ｆ１代结实率均不同程度地高于对照中国春（０．０７８粒／穗），其中蚂蚱头火麦×黑麦Ｆ１具有最高的结实率（３．０８７）粒／穗）；相关分析表明，亲和性和杂种Ｆ１种子生活力及育性间无明显相关，相关系数分别为０．０１６３和０．１６３。     

大麦染色体对小麦 - 大麦附加系抽穗特性的影响

大麦染色体对小麦－大麦附加系抽穗特性的影响ＫｏｊｉＭｕｒａｉ等著华千勇译谷类作物的抽穗期是一个由春化要求、光周期敏感性和早熟性共同决定的复合性状。为了研究附加的大麦染色体对小麦抽穗特性的影响,对两套小麦－大麦染色体附加系进行了检测。这两套附加系是“Ｂ...     

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。     

黑麦白粉病抗性基因向小麦渗入

本研究针对黑麦可能提供白粉病新的抗源,对最近育成的一组小麦-黑麦附加系、代换系和易位系进行了分析.同时,对以上各系与一组带有抗性基因Pm1-9和Mlk的品种/品系进行了比较.四倍体和六倍体的Thatcher小麦,对小麦白粉病高度感染,而由四倍体Thatcher和Prolific黑麦衍生而来的小黑麦系,则高度抗病.黑麦染色体1R、4R和7R不决定供试的白粉病分离物的任何抗性.2D/2R代换系的白粉病抗性高度有效,而假设来源于2R染色体的Pm7基因,则主要表现为感病反应.对带有Pm7的Transec小麦进行细胞学分析(采用Giemsa C-显带技术进行染色体鉴定)的结果表明,"Transec"易位包括一条小麦染色体4B的完整短臂和该条染色体长臂大约一半的近端区以及由黑麦染色体5R的长臂远端区衍生来的黑麦片段.结构异染色质经不同的染色后,2D/2R代换系的染色体2R显示出特定的C-带型.黑麦染色体6R决定着对所有供试白粉病分离物的绝对抗性,同时还表明,这种抗性基因就位于6R染色体的长臂上.对于此种抗性,笔者提出了临时基因符号MlP6L.此外,笔者还提出了利用6BS/6RL小麦-黑麦易位系转易这种抗性基因的途径.     

黑麦性状在小麦遗传背景下的表达

利用一个可自交的、纯合矮秆黑麦品种与小麦杂交,研究了17个黑麦性状在24个普通小麦×黑麦和8个硬粒小麦×黑麦杂交种中的表达情况。在所有的杂交种中,黑麦花梗上的茸毛性状表现都很明显。在硬粒小麦×黑麦的杂交种中,叶片呈深绿色的性状与黑麦相似,而这一性状在普通小麦×黑麦的杂种中只是部分地表达。黑麦的叶耳不具茸毛,在多数硬粒小麦×黑麦的杂交中也没有;但是,在普通小麦×黑麦的杂种中则不然。由此表明,这些性状的有无常常受小麦D染色体组的控制,而不是由A或B染色体组控制。多数蛋白质含量较低的杂种,其叶鞘上具有很厚的粉霜,基部没有未发育小穗,这些特征与黑麦相似。同样,绝大多数双单倍体的子叶鞘、茎和茎节的花色素也与黑麦的相似。小麦中,存在着由A或B染色体组控制的一些限制因子,表明有些小麦基因型表达了黑麦性状,例如很厚的蜡被、茎节上的花色素以及基部没有未发育小穗。杂种颖片中脉上的刚毛密度和长度提高,可能是因为小麦与黑麦相互作用的结果。如同黑麦一样,小花和小穗数减少,说明在不同的小麦遗传背景下其特性表达程度不同。部分黑麦基因的表达可能还受着黑麦基因与小麦细胞质互作或与环境互作的影响。     

原位杂交技术在麦类作物细胞学研究中的应用

本文介绍了分子遗传学中原位杂交技术的基本原理,阐述了该项技术在小麦-黑麦易位体和小麦-大麦附加系上的应用问题,对现代生物技术工程的研究具有重要的参考价值。     

普通小麦地方品种与黑麦的杂交亲和性及其杂种（F1）的育性

以中国春为对照，将５个山东地方普通小麦品种与奥地利黑麦进行了杂交。结果表明：５个小麦品种与黑麦均具有良好的杂交亲和性。ＬＳＤ检验表明，除洋麦外，其余４个材料均与中国春具有相似的杂交亲和性，其基因型为ｋｒ１ｋｒ１ｋｒ２ｋｒ２；对杂种Ｆ１种子在大田直播条件下的成株率分析表明，蚂蚱头火麦×黑麦具有最高的成株率（２６．６７％）；对要种Ｆ１在开放授粉条件下的育性分析表明，５个供试与黑麦杂种Ｆ１代结实率均不同     

一个新型的小麦显性细胞核雄性不育系WR950

小麦雄性不育系WR9501选自小麦-黑麦远缘杂交后代,具有不育性稳定、遗传力强和易转育等特点。为给小麦雄性不育的研究和利用提供新的种质基因资源,对WR9501及其衍生不育系败育的生物学特征、遗传模式及与黑麦1RS染色体的相关性进行了研究。结果表明,WR9501及其衍生不育系具有典型小麦雄性不育系的形态特征;WR9501花粉碘-碘化钾(I2-KI)染色呈典型败育特征,其育性受显性核不育基因和抑制基因两对主效基因和多个微效基因共同控制,属于基因互作型显性核不育类型;黑麦1RS染色体与WR9501的育性相关。     

一种小麦蓝粒标记单体代换系4E(6B)的创制

为探索利用长穗偃麦草4E染色体代换方法快速创制具有蓝粒标记性状的小麦单体系统,本试验以中国春6B单体和小麦－长穗偃麦草4E二体异附加系为材料,通过杂交、回交结合染色体鉴定等方法培育出具有蓝粒标记的小麦单体代换系4E(6B)。该蓝粒标记小麦单体代换系籽粒为浅蓝色,能够正常生长结实,其自交后代可分离出27.8％的深蓝籽粒小麦4E(6B)二体代换系、66.7％的浅蓝籽粒小麦4E(6B)单体代换系和5.5％的白粒小麦6B缺体,表明长穗偃麦草4E染色体对小麦6B染色体的缺失具有一定的补偿功能。     

一个新型的小麦显性细胞核雄性不育系WR9501

小麦雄性不育系WR9501选自小麦-黑麦远缘杂交后代,具有不育性稳定、遗传力强和易转育等特点。为给小麦雄性不育的研究和利用提供新的种质基因资源,对WR9501及其衍生不育系败育的生物学特征、遗传模式及与黑麦1RS染色体的相关性进行了研究。结果表明,WR9501及其衍生不育系具有典型小麦雄性不育系的形态特征;WR9501花粉碘-碘化钾(I₂-KI)染色呈典型败育特征,其育性受显性核不育基因和抑制基因两对主效基因和多个微效基因共同控制,属于基因互作型显性核不育类型;黑麦1RS染色体与WR9501的育性相关。