冰草1PS和1PL易位染色体导入不同小麦背景改良株型的遗传效应评价

冰草(Agropyron cristatum L.,2n=4x=28,PPPP)携带的多样性外源基因是小麦遗传改良重要基因源。前期研究表明冰草1P染色体上的基因可以改良小麦株叶型,但在获得易位系的基础上,外源片段导入不同背景小麦品种的叶型变化以及可能带来的不利遗传连锁累赘还不清楚。为进一步探究小麦-冰草T1PS·1AL和T1AS·1PL易位系在不同小麦背景中对主要农艺性状的遗传效应,本研究将小麦-冰草1PS、1PL易位系与藁城8901、百农607、漯麦163、百农207、西农979、中麦578、川麦104、宁麦资126等8个普通小麦品种进行杂交,对F2分离群体的农艺性状进行考察和分析。结果表明,冰草1PS染色体导入小麦后,降低了小麦的倒三叶长,株高也显著降低3~8 cm,产量性状基本不受影响。冰草1PL染色体使小麦株高降低,旗叶、倒二叶和倒三叶显著缩短,改变株型的同时,小麦的产量性状同时降低,具有连锁累赘。在冰草1P易位系中,后代的表型除与染色体本身所产生的效应有关外,也与小麦受体的遗传背景相关。在不同背景的小麦亲本杂交组合后代中,可以选出株叶型改良且产量性状不受影响的单株用于小麦的遗传改良。研究表明2个小麦-冰草1P易位系创新种质在株型改良上具有显著的遗传效应,可以为冰草1P染色体易位片段的利用提供指导。

作物种质资源学理论框架与发展战略

作物种质资源是保障全球粮食安全和绿色发展的基础资源,是农业科技原始创新与现代种业发展的物质基础。作物种质资源学是以栽培植物起源中心理论、遗传变异的同源系列定律和作物及其种质资源与人文环境及社会发展的协同演变学说为基础,依托遗传多样性、遗传完整性、遗传特异性与遗传累积性技术体系,研究作物及其野生近缘植物多样性与利用的科学,涵盖作物种质资源调查、保护、评价、研究、创新与共享服务的理论、技术、管理及其体系。本文构建了作物种质资源学理论框架,对基本概念和特征特性进行了界定,并提出了作物种质资源学的发展战略。

小麦-冰草不同2P附加系的特征分析

冰草(Agropyron cristatum)作为小麦重要野生近缘植物之一,含有许多可以改良小麦的优异基因。小麦-冰草附加系含有一对完整的冰草染色体,是利用冰草P基因组优异基因的重要工具材料。由于冰草为多年生四倍体异交植物,其部分同源群的P染色体结构存在差别,从而使得同一部分同源群的小麦-冰草附加系材料在农艺性状中表现出不同。本研究通过细胞学鉴定、分子标记检测、农艺性状考察、抗病性鉴定等手段对3份小麦-冰草不同2P附加系的抽穗期、株型、穗部性状、籽粒性状、抗白粉病和叶锈病等主要特性进行了鉴定与分析。结果表明,小麦-冰草2P附加系II-9-3遗传稳定、株型紧凑、免疫叶锈病、高抗白粉病,可以用于小麦的株型改良和抗病育种。小麦-冰草2P附加系II-3-1b的株高降低效应明显、较早抽穗、免疫叶锈病,可用于小麦株高改良和抗叶锈病育种。小麦-冰草2P附加系II-23-72对叶锈病和白粉病流行小种近免疫,可用于抗病育种。3份2P附加系为小麦-冰草2P易位系、缺失系的创制提供了材料;不同2P附加系在株型、株高和抗病性等性状上表现不同的优异特性,不仅为在小麦改良中有效利用2P染色体优异基因提供了依据,并且为进一步对2P染色体优异基因的定位奠定了重要基础。

小麦-冰草异源附加系的创建──Ⅱ.异源染色质的检测与培育途径分析

为了建立一套小麦－冰草异源二体附加系，利用形态学、细胞学、同工酶和原位杂交方法，对普通小麦品种Fukuho×冰草Z559杂交组合所衍生的BC2到BC5世代的866株进行了细胞学分析和外源染色质的检测。结果表明，（1）形态学和细胞学检测是其他检测方法的基础；（2）在建立小麦－冰草异源二体附加系的研究中，异源单体和双单体附加系并非良好的基础材料；（3）从BC2到BC5，随着回交世代的提高产生异源二体附加系的频率提高（0→4．12％）；（4）从染色体结构呈22Ⅱ＋nⅠ的材料中不仅比较容易衍生出异源二体附加系而且是相异；（5）首次获得了11个在表型性状上有明显差异的小麦－冰草异源二体附加系。

普通小麦与冰草间杂种的细胞遗传学及其自交可育性

为了进一步研究冰草属（ＡｇｒｏｐｙｒｏｎＧａｅｒｔｎ．）的Ｐ染色体组与小麦染色体组间的遗传关系和评价Ｐ染色体组在属间杂种自交可育性上的遗传效应，获得了普通小麦品种Ｆｕｋｕｈｏ（Ｔｒｉｔｉｃｕｍａｅｓｔｉｖｕｍｃｖ．Ｆｕｋｕｈｏ，２ｎ＝４２；ＡＡＢＢＤＤ）与３个不同来源的四倍体冰草（Ａ．ｃｒｉｓｔａｔｕｍ〈Ｌ．〉Ｇａｅｒｔｎ．，２ｎ＝２８；ＰＰＰＰ）间的杂种（２ｎ＝３５；ＡＢＤＰＰ）。结果表明：（１）不同组合的杂种间在遗传基础上差异明显，同一组合不同杂种间亦有差异；（２）冰草Ｚ５５９可能不存在抑制小麦Ｐｈ基因效应的遗传系统，但与小麦染色体组间可能存在部分同源性；（３）生长正常的Ｆｕｋｕｈｏ×冰草Ｚ５５９的杂种具部分自交可育性和明显的异花授粉结实特性，而且这些可育性很可能是由Ｐ染色体组中控制染色体在减数分裂后期分离的特殊遗传因子决定的；（４）冰草属的多倍体并非严格的同源多倍体。本实验还证实了通过幼穗培养产生再生植株，可以使属间杂种的育性显著提高。

小麦-冰草异源附加系的创建 IF_3、F_2BC_1、BC_4和BC_3F_1世代的细胞学

为了进一步研究冰草属的Ｐ染色体组在小麦背景下的遗传效应和试图建立一套小麦－冰草属异源附加系，对来自普通小麦品种Ｆｕｋｕｈｏ×冰草Ｚ５５９杂种的Ｆ３、Ｆ２ＢＣ１、ＢＣ４和ＢＣ３Ｆ１世代的２２２株进行了减数分裂行为观察。结果表明：（１）２ｎ染色体的分布范围为３９～５４；（２）冰草Ｚ５５９的Ｐ染色体组存在抑制小麦Ｐｈ效应的遗传系统，而且该系统可能只涉及不多于３条Ｐ染色体，但其对Ｐｈ基因的抑制效应是微弱的；（３）Ｐ染色体组存在控制染色体在减数分裂后期分离的基因，该基因可能只涉及不多于２条Ｐ染色体；（４）抑制小麦ｐｈ效应的基因和控制染色体在后期分离的基因可能位于不同的Ｐ染色体上；（５）已获得５个可能的小麦－冰草异源附加系。

小麦×冰草属间杂种F_1的植株再生及其变异

在对0.5—40.cm长幼穗培养4周后诱导出愈伤组织的基础上,获得了88株普通小麦(Triticum aestivum cv.Chinese Spring,2n=6x=42,AABBDD)×沙生冰草(Agropyron desertorum Fisch.> Schult.,2n=4x=28,PPPP)杂种F_1的再生植株。不同长度的幼穗在培养时,其愈伤组织发生的部位及其增殖速度不同。再生植株的产生主要是通过直接器官发生途径。所有的再生植株染色体数目全与杂种F_1相同,为2n=35。与杂种F_1相比,再生植株的减数分裂行为是相当复杂的,证明有染色体结构变异的发生。每茎穗数、叶片失绿斑等形态上的变异是由环境效应引起的;而株高、每穗轴节上小穗数和育性是由遗传效应决定的。特别值得注意的是,再生植株的自交结实率高达5.49%,共获得自交种子484粒,这对利用P染色体组中的期望基因有着极为重要的意义。

中国小麦野生近缘植物的研究与利用

随着人口和环境压力的增大以及生物技术的发展,外源基因的转移和利用将成为未来小麦育种中最重要的途径.本文对小麦野生近缘植物在我国的分布、收集、保存、抗病性评阶、遗传丢失和利用外源基因改良小麦做了全面的综述.

冰草属研究进展

冰草属(Agropyron Gaertn.)作为重要的小麦野生近缘属之一,一直受到包括牧草育种家在内的许多学者的重视。冰草属在过去指包括现今形态分类上的冰草属,披碱草属(Elymus L.)和偃麦草属(Elytrigia Desv.),是一个相当复杂的庞大属。现在无论根据形态分类系统或染色体组分类系统,冰草属都已有了明确的概念,是指仅含P染色体组的冠状冰草复合群(crested wheatgrass complex),即包括冰草(A.cristatum<L.> Gaertn.)。

(普通小麦×沙生冰草)×黑麦三属间的杂种

本文简要地报道了普通小麦×沙生冰草（Ａｇｒｏｐｙｒｏｎ ｄｅｓｅｒｔｏｒｕｍ（Ｆｉｓｃｈ．）Ｓｃｈｕｌｔ．，２ｎ＝２８，ＰＰＰＰ）杂种Ｆ１（简称ＣＤ；２ｎ＝５Ｘ＝３５，ＡＢＤＰＰ）与两个黑麦（Ｓ．ｃｅｒｅａｌｅ Ｌ．，２ｎ＝１４，ＲＲ）品种间三属杂种的产生及其形态学、育性和细胞遗传学的研究结果。

冰草属中B染色体在减数分裂期的遗传行为研究

对分布于我国不同地区的冰草属(Agropyron Gaertn.)4个种的33份材料进行了花粉母细胞减数分裂期染色体行为观察。发现含 B 染色体的材料主要集中在沙芦草(A.mongolicumKeng,2n=2x=14)中。在沙生冰草(A.deseriorum〈Fi sch.〉Schult.,2n=4x=28)中有40%的材料含 B 染色体。而在四倍体冰草(A.cristatum〈L.〉Gaertn.,2n=4x=28)和根茎冰草(A.michnoi Roshev.,2n=4x=28)中未找到含 B 染色体的材料。偶数 B 染色体间的配对通常发生在终变期,而奇数 B 染色体间的配对通常在中期 I。B 染色体在后期 I的分离是随机的。落后 B 染色体的分离,一般是通过本身的提前分裂以染色单体的形式趋向两极。含有较高数目的 B 染色体有提高 A 染色体间配对和交叉频率的作用。讨论了 B 染色体的存在与倍性水平间的关系以及 B 染色体间的同源性等问题。

锡林郭勒草原的冰草属植物

为了研究冰草属（ＡｇｒｏｐｙｒｏｎＧａｅｒｔｎ．）植物的遗传多样性，于１９９５年８月对内蒙古锡林郭勒草原进行了系统的考察，共采集冰草属植物４个种３２份材料。这些材料所生长的土壤、生态环境以及在形态上存在广泛的多样性，其中某些材料可作为小麦改良中抗旱、抗寒和耐盐碱的主要资源。观察了所有材料的根尖细胞染色体数，发现了２个新的倍性水平材料。

利用SSR标记探讨骨干亲本欧柔在衍生品种的遗传

【目的】研究骨干亲本欧柔染色体片段在衍生后代的分布及所关联的性状,旨在揭示骨干亲本对后代品种的遗传贡献。【方法】对小麦骨干亲本欧柔及其衍生的23份在中国生产和育种中发挥重要作用的后代品种进行农艺性状调查和SSR扫描。【结果】在43个SSR位点欧柔特异等位变异在一代品种的传递频率高于理论比例0.38;在41个位点欧柔特异等位变异在二代品种的传递频率高于理论比例0.18;在21个位点欧柔特异等位变异被持续选择(在2个子代的分布频率分别大于0.38和0.18)。SSR标记与农艺性状关联分析表明,在Xwmc710、Xbarc235和Xbarc252位点,欧柔等位变异类型在后代具有高的分布频率且与较高的穗粒数、产量相关。【结论】推测本研究发现的重要染色体区域及相关的优异性状在中国小麦品种改良中发挥了重要作用,是进一步研究的重点。

中国普通小麦初选核心种质的产生

对中国普通小麦种质资源构建了初选核心种质。地方品种和选育品种分别构建。按栽培区(地理生态区)分组。地方品种按亚区分为28组,选育品种按大区分为10组。各组内在21个表型性状聚类的基础上,按平方根法取样,并依遗传多样性指数与遗传丰富度加以调整。提出在生产上或育种中起过重要作用的品种为必选材料。初步选定的材料经种植核对,淘汰错杂后,产生初选核心种质。地方品种全部供试材料11694份,初选核心种质3283份,取样比例为28.18％。选育品种全部11441份,初选核心种质1684份,取样比例为14.9％。计划经分子标记分析,最后核心种质的比例占全部种质的10％左右。根据全部材料21个性状遗传多样性指数测验,初选核心种质,除芒和壳两性状外,与全部种质的遗传差异均未达到显著水平。讨论了初选核心种质的构建方法。指出陕南鄂西山地和汾渭谷地是中国小麦地方品种遗传变异多样性的富集地。育成品种多样性程度以西南冬麦区和黄淮冬麦区为最高。

中国粮食和农业植物遗传资源状况报告(Ⅰ)

10多年来,中国政府十分重视粮食和农业植物遗传资源的保护和可持续利用,并根据《粮食和农业植物遗传资源全球行动计划》20项优先领域,通过制定和完善相关的法律法规,加强了粮食和农业植物遗传资源的管理;通过培训和科普宣传,提高了公众意识;通过国际合作和协作网建设,实现了信息、人员和植物遗传资源的交流与交换;通过各种国家计划和项目的实施,建立和完善了植物遗传资源保护体系,实现了植物遗传资源的安全保存和可持续利用,为中国乃至世界植物育种和粮食安全发挥了较大作用。(1)对主要粮食和农业植物野生种进行了系统调查和编目,建立了116个原生境保护点,包括野生稻、野生大豆、小麦野生近缘植物、野生蔬菜等,有效遏制了野生植物遗传资源的快速灭绝现象。(2)建成和完善了1座国家长期库、1座国家复份库、10座国家中期库、29座省级中期库、32个国家种质资源圃(含2个试管苗库),另外7个种质圃正在建设中。基本形成了较为完善的国家植物遗传资源保护体系,长期保存植物遗传资源397067份。(3)繁殖更新了286604份植物遗传资源,充实了中期库,极大地提高了植物遗传资源分发和供种能力。仅2001-2007年就向全国2650个单位,提供了13.2万份次植物遗传资源。(4)国家投资1.8亿元人民币,于2003年建成了"作物基因资源与基因改良国家重大科学工程",为植物遗传资源具有重大应用前景新基因的基因型鉴定、发掘提供了条件平台。(5)通过植物遗传资源的深入鉴定与评价,创造了一大批优异种质,培育了大量植物新品种并应用于生产,提高了植物遗传资源的利用率。同时,中国政府十分重视植物遗传资源的多样性利用,通过不同作物间作套种、同一作物不同品种混合种植,保护了品种的多样性,减少了病虫杂草危害。(6)通过加强植物遗传资源的管理,实现了国内植物遗传资源的共享,扩大了对外交流与交换,为中国乃至世界粮食安全、国民经济又快又好地发展、减少贫困、增加农民收入做出了较大贡献。尽管中国在粮食和农业植物遗传资源保护和利用方面取得了显著成绩,但还面临许多挑战。需要加强与其他国家和国际组织的合作,获得国外植物遗传资源和相关技术;继续进行植物遗传资源,特别是野生植物遗传资源、边远地区古老农家品种的调查及考察与收集,进一步建设和完善植物遗传资源保护体系,实现本国植物遗传资源的全面保护;系统深入地鉴定评价已保存的植物遗传资源,提供育种家利用,拓宽育种材料的遗传基础;实现更加充分的资源共享和利益分享,进一步提高资源利用效率。

普通小麦SSR和EST-SSR引物对冰草通用性的比较分析

选用定位于普通小麦7个部分同源群的534对SSR引物和351对EST-SSR引物分别对普通小麦品种‘Fukuho’和四倍体冰草‘Z559’的基因组DNA进行扩增,结果显示:有475对(89.0%)SSR引物和314对(89.5%)EST-SSR引物对‘Fukuho’能有效扩增,226对(42.3%)SSR和258对(73.5%)EST-SSR引物对‘Z559’能有效扩增,表明小麦EST-SSR对冰草的通用性明显高于SSR;扩增强带比率SSR和EST-SSR引物分别为76.1%、84.1%,说明小麦EST-SSR在冰草上扩增带的质量亦优于SSR。选择上述在‘Fukuho’和‘Z559’基因组DNA之间有多态性扩增且带谱清晰的SSR和EST-SSR引物各60对,对‘Fukuho’、‘中国春’、‘北京8号’和二、四、六倍体冰草‘Z804’、‘Z559’、‘Z1075’的基因组DNA再行PCR扩增,结果显示,40对(66.7%)SSR和22对(36.7%)EST-SSR引物在‘Fukuho’、‘中国春’和‘北京8号’间扩增产物表现多态性,且前者高于后者;50对(83.3%)SSR和52对(86.7%)EST-SSR引物在冰草‘Z804’、‘Z559’和‘Z1075’间扩增产物表现多态性,两者相当。通用性、多态性和扩增强带比率综合比较表明,普通小麦EST-SSR和SSR经筛选虽都能转用于冰草,但两者相比EST-SSR更优。

应用SSR分子标记分析国外种质对我国小麦品种的遗传贡献

利用363对SSR标记分析了在我国小麦生产和育种中发挥了重要作用的11份国外引进品种和33份选育品种的遗传组成,旨在揭示国外种质对我国小麦品种改良的遗传贡献,指导种质资源引进和利用。国外种质包含了选育品种所发现等位变异的76.3%。与不同时期小麦品种等位基因多样性比较发现,国外种质的平均等位变异数最多(3.92),20世纪60年代(2.86)和70年代(3.01)基本一致,80年代有所升高(3.46)。品种间遗传距离比较与品种等位基因多样性结果相吻合。比较引进和选育品种在SSR位点的等位变异频率变化,发现至少在33个SSR位点,国外种质等位变异在我国小麦育种中被优先选择(该等位变异在引进和选育品种的分布频率均高于70%),其中一些位点已知与产量、生育期和抗病等性状密切相关。表明引进品种在以上基因组区域对我国小麦品种具有非常高的遗传贡献。

小麦骨干亲本“洛夫林10号”1BL/1RS在衍生品种中的遗传分析

为了探讨小麦骨干亲本＂洛夫林10号＂1BL/1RS在衍生品种中的遗传特征,利用小麦1B染色体上的17对SSR引物,对以洛夫林10号为亲本衍生的1~3个世代的14个代表性小麦品种进行了分析。结果表明,除＂洛夫林10号＂衍生一代的＂丰抗9号＂和衍生二代的＂京411＂和＂京437＂很可能丢失了1RS外,其余的11个衍生品种极可能携带1RS,但各个品种携带的1RS在遗传构成上表现不同,说明在育种选择过程中1RS并非作为一个完整的单元遗传,而是与小麦的染色体发生了遗传重组。值得注意的是,＂洛夫林10号＂位于1BL上的Xgwm259~Xwmc728、Xwmc416~Xgwm153~Xwmc44~Xgwm259~Xwmc728和位于1RS上的Xwmc619~Xgwm413表现为区段遗传,进一步分析发现一些区段具有丰富的优异基因簇。这一结果提示,骨干亲本之所以能够在育种中发挥重要的作用,很可能是因为其具有区段遗传效应。深入探讨骨干亲本在衍生品种中的区段遗传效应对提高育种效率具有重要意义。

小麦优良种质资源高分子量麦谷蛋白亚基组成分析

目的分析近期育成的、具有一个或多个突出农艺性状的186份优良小麦种质资源的高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)组成和1B/1R异位分布情况,为广泛有效地利用这些新种质提供有用信息。方法采用SDS-PAGE方法对优良种质资源的HMW-GS组成进行了分析,并对麦谷蛋白亚基进行品质评分;同时用黑麦1RS上特有的醇溶蛋白标记对上述材料进行1B/1R易位检测。结果供试材料在编码HMW-GS位点上具有较大的变异,共发现16个等位变异,形成30种HMW-GS组合形式。在Glu-1的3个位点具有2个及2个以上优质亚基的材料占38.7%(72份),其中烘拷品质评分为10分且具有高产、矮秆、抗病、抗逆等一个或多个突出农艺性状的新种质13份。携带有1B/1R易位的材料为68份,占供试材料的36.6%。结论这些结合有优异性状的优质材料将是中国小麦遗传育种的宝贵优质源。

枯草杆菌果聚糖蔗糖酶基因转化小麦的研究

【目的】尝试将枯草杆菌果聚糖蔗糖酶基因(SacB)导入小麦品种(系)02-371、02-207、郑麦9023和东农7742以提高其耐旱性。【方法】利用农杆菌介导法转化小麦幼胚愈伤组织,将SacB基因导入4个小麦品种,并对转化植株进行PCR和Southern杂交检测。【结果】SacB基因已整合到受体小麦的基因组中。转基因植株整合目的基因的拷贝数多为1～2个。4个受体小麦品种(系)02-371、02-207、郑麦9023和东农7742的转化频率分别为0.88%、1.48%、1.04%和1.23%。RT-PCR检测结果表明,SacB基因在部分转基因植株中得到表达,并使转基因小麦植株的耐干旱胁迫能力明显提高。【结论】向小麦中导入枯草杆菌SacB基因可增强其耐旱性。