聚合7^(OE)亚基1B/1R易位系材料的创制及其品质研究

为提高小麦1B/1R易位系的加工品质,本研究选用高分子量麦谷蛋白亚基组成为1/7+9/2+12的小麦1B/1R易位系品种科农199为母本,与高分子量麦谷蛋白亚基组成为1/7^(OE)+8^(*)/5+10的强筋春小麦品种津强6号杂交,利用分子标记在F4代株系中筛选到一个7^(OE)亚基基因与黑麦碱基因聚合在同一条染色体上的1B/1R易位系材料。PCR结果显示,该聚合材料和非聚合材料在Glu-A1和Glu-D1位点没有差异。在温室种植条件下,对这些聚合材料和非聚合材料及其亲本进行麦谷蛋白溶胀指数(SIG)测定,结果表明,与1B/1R易位系亲本科农199比较,聚合5+10优质亚基后SIG值显著提高,聚合7^(OE)优质亚基后,SIG值进一步显著提高,部分聚合材料达到了强筋亲本津强6号的水平。将聚合材料和非聚合材料及其亲本种植于大田,发现聚合5+10和7^(OE)优质亚基株系的乳酸-SDS溶剂保持力(LA-SDS SRC)和SDS沉降值均显著高于只聚合5+10优质亚基的株系,但未达到强筋亲本津强6号的水平。综合来看,聚合了7^(OE)亚基的1B/1R易位系材料的加工品质显著提升。本研究为改良我国众多1B/1R易位系的加工品质提供了一项新的育种策略。

冬播麦区Glu-1和Glu-3位点变异及1B/1R易位与小麦加工品质性状的关系

贮藏蛋白组成是决定小麦加工品质的重要因素。本文调查了我国冬播麦区251份主栽品种和高代品系的高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)、低分子量麦谷蛋白亚基(LMW-GS)和1B/1R易位的分布状况,研究了它们与加工品质性状的关系。结果表明,品质较差的HMW-GSN、7+9、2+12和LMW-GSGlu-A3a与Glu-B3j(1B/1R易位)在冬播麦区分布较广,频率分别为39.4%、45.0%、59.8%、37.1%和44.6%。HMW-GS和LMW-GS等位变异对籽粒蛋白质含量影响较小,对SDS沉降值、和面时间与耐揉性的加性和互作效应达1%的显著水平。按位点对加工品质性状的贡献大小,Glu-D1>Glu-B3>Glu-B1>Glu-A3>Glu-A1;就单个亚基而言,Glu-A1位点,1>2*>N;Glu-B1位点,7+8>14+15>7+9;Glu-D1位点,5+10>4+12>2+12;Glu-A3位点,Glu-A3d>Glu-A3a>Glu-A3c>Glu-A3e,Glu-B3位点;Glu-B3d>Glu-B3b>Glu-B3f>Glu-B3j。1B/1R易位对SDS沉降值、和面时间和耐揉性等加工品质性状有显著负面效应。通过选择优质高低分子量麦谷蛋白亚基和淘汰1B/1R易位系,将有助于提高我国小麦的面筋质量。

非1B/1R类型和1B/1R类型小麦K型雄性不育系比较研究

利用非 1B/ 1R类型小麦 K型不育系 KTSP3314A和 1B/ 1R类型小麦 K型不育系 K3314A,分别与10个普通小麦品种 (系 ) 2 5 9,36 6 5 ,TB90 2 ,F10 7,J18,R2 0 5 ,L783,5 0 3,3380和 78115杂交 ,测定和比较其恢复性、单倍体发生频率和主要农艺性状。结果表明 ,非 1B/ 1R类型小麦 K型不育系比 1B/ 1R类型小麦 K型不育系更易恢复 ;不育系本身不产生单倍体 ,其杂交种 F1 产生极少或不产生单倍体 ;农艺性状除了株高具有明显的优势外 ,其他均无不利的遗传效应。

1B/1R与非1B/1R小麦K型雄性不育系比较研究

利用非1B/1R类型小麦雄性不育系及保持系与1B/1R类型小麦雄性不育系及保持系进行农艺性状、抗病性、光合速率及SOD活性的分析比较。结果表明,T.spelta1BS染色体导入使非1B/1R类型小麦比1B/1R类型不易产生单倍体,农艺性状中除株高具明显优势外,其他性状均不存在显著差异,两类不育系及保持系的抗病性也无明显差异;非1B/1R的K型不育系光合速率高于1B/1R类K型不育系;1B/1R和非1B/1R类型不育系的SOD活性的变化差异较小,均呈下降趋势,保持系差异较大。非1B/1R类型和1B/1R类型小麦雄性不育系花粉败育的关键时期均为二核期到三核期。

1B/1R与非1B/1R类型小麦雄性不育系SOD活性比较研究

利用两个 1B/ 1R类型的小麦不育系及其保持系和两个非 1B/ 1R类型的小麦不育系及其保持系 ,对其单核期、二核期、三核期三个时期的SOD活性进行比较研究。结果表明 :1B/ 1R和非 1B/ 1R类型不育系的SOD活性的变化差异较小 ,均呈下降趋势 ;保持系差异较大 ,1B/ 1R类型SOD活性一直下降 ,非 1B/ 1R类型SOD活性在二核期后回升。非 1B/ 1R类型和 1B/ 1R类型小麦雄性不育系花粉败育的关键时期均为二核期到三核期。

高分子量谷蛋白5+10亚基和1B/1R易位分子标记辅助选择在小麦品质育种中的应用

谷蛋白亚基组成对小麦加工品质具有重要作用。以豫麦34、藁城8901和中优9507为优质亲本,以轮选987、石4185和周麦16为农艺回交亲本, 采用5+10亚基和1B/1R易位分子标记结合田间农艺性状选择, 育成4个BC2F4群体共 125个高代品系。2008—2009 年度, 将这些高代品系分别种植于北京和河南安阳, 分析了 5+10 亚基和 1B/1R易位对蛋白质含量、和面时间和峰值曲线面积等品质参数的影响。4个群体中蛋白质含量与和面时间、峰值曲线面积等参数变幅较大, 后代品系间品质差异明显, 5+10亚基可显著增加和面时间和峰值曲线面积,1B/1R易位对和面时间和峰值曲线面积的作用则受遗传背景的影响。和面时间和峰值曲线面积等主要品质参数还受亚基表达量的影响, 和面时间和峰值曲线面积与低分子量谷蛋白亚基含量呈显著正相关(r=0.38～0.74, P<0.05), 导入5+10亚基可显著增加高分子量和低分子量谷蛋白亚基含量; Glu-B3位点等位基因的变化对高分子量谷蛋白亚基含量的影响不显著, 对低分子量谷蛋白亚基含量的影响则因组合而异。通过有限回交, 育种早代在室内采用5+10优质亚基和1B/1R易位分子标记辅助选择, 结合田间农艺性状选择, 可以加速培育优质新品种。

小麦Glu-1位点变异和1B/1R易位对谷蛋白亚基表达量和面包加工品质的影响

选用北方冬麦区近年来育成的优质强筋品种及山东省主栽品种共42份,采用反相高效液相色谱法(RP-HPLC)和凝胶色谱法(SE-HPLC)对小麦贮藏蛋白组分进行量化,分析了不同高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)组成对其表达量、面团流变学特性和面包加工品质的影响。结果表明,Glu-D1位点对谷蛋白亚基含量和加工品质的加性效应最大,达5%显著水平,贡献率为28.5%～71.3%。在Glu-A1和Glu-D1位点,单个亚基对谷蛋白亚基含量和加工品质的贡献分别为1>2*>N和5+10>2+12>4+12,而在Glu-B1位点,则表现为差异不显著。不同亚基组合的HMW–GS表达量差异达5%显著水平,相同亚基组合的品种间贮藏蛋白组分表达量的变异较大,亚基表达量的差异可能是导致品种间品质差异的重要原因。1B/1R易位显著降低LMW-GS、谷蛋白总量和%UPP,导致加工品质变劣。选择具有优质亚基组合,且谷蛋白亚基表达量高的类型,是有效改良面筋强度,进一步提高优质新品种选育的有效途径。

ω-黑麦碱基因沉默对小麦1B/1R易位系加工品质的影响

ω-黑麦碱是造成小麦1B/1R易位系加工品质差的一个重要因素,为探索解决这一问题,构建了ω-黑麦碱基因沉默表达载体,并通过农杆菌介导转化小麦品种金禾9123,获得3个T_0代转基因植株,再经连续的扩繁和PCR检测,获得纯合转基因T_4代株系。酸性PAGE检测结果表明,这些纯合转基因株系中ω-黑麦碱的总表达量平均下降53%。这些ω-黑麦碱基因沉默的转基因株系的面筋指数、沉降值和稳定时间均显著提高,而其农艺性状,如株高、穗粒数、千粒重和小区产量,均没有受到不良影响,说明沉默ω-黑麦碱基因可以在不影响产量的前提下提高小麦1B/1R易位系的加工品质。

四川小麦品种高、低分子量麦谷蛋白基因和1B/1R易位的分子标记鉴定

为给四川小麦品质育种提供参考信息,利用7个HMW-GS、17个LMW-GS和1个1B/1R易位的特异分子标记,对105份2000年后育成的四川小麦品种进行上述基因检测。结果表明:(1)针对HMWGS,在Glu-A1位点,含Ax2*的品种有2份,频率为1.9%;在Glu-B1位点,含Bx7、Bx20、Bx17、By8和By9的品种分别有73、26、4、45和30份,频率分别为69.5%、24.8%、3.8%、42.9%和28.6%,未检测到含Bx7OE的品种;在Glu-D1位点,含Dx5的品种有65份,频率为61.9%。(2)针对LMW-GS,在Glu-A3位点,含Glu-A3a、Glu-A3b、Glu-A3c、Glu-A3d和Glu-A3f的品种分别有2、2、63、29和9份,频率分别为1.9%、1.9%、60.0%、27.6%和8.6%,未检测到含Glu-A3e和Glu-A3g的品种;在Glu-B3位点,含Glu-B3b、Glu-B3d、Glu-B3f、GluB3g和Glu-B3i的品种分别有18、10、1、75和1份,频率分别为17.1%、9.5%、1.0%、71.4%和1.0%,未检测到含Glu-B3a、Glu-B3c、Glu-B3e和Glu-B3h的品种。(3)含1B/1R易位的品种有36份,频率为34.3%。(4)组合6种和5种以上优质基因的品种分别有2份(频率为3.8%)和15份(频率为14.3%)。可利用这些品种作为亲本,在四川小麦品质育种中逐步导入优质基因Ax2*、Bx7、By8、Dx5、Glu-A3d、Glu-B3d、Glu-A3b和Glu-B3b,并淘汰1B/1R易位,优化四川小麦面筋优质基因组成。

非1B/1R和1B/1R类型小麦K型雄性不育系穗长和小穗数性状的遗传分析

为明确非1B/1R和1B/1R类型小麦K型雄性不育系穗长和小穗数的遗传规律,利用非1B/1R类型KTSP732A和1B/1R类型K3314A两种K型不育系材料,采用主基因+多基因混合遗传模型分析法,对穗长和小穗数两类性状进行单世代和多世代混合分离分析。结果显示,非1B/1R类型KTSP732A和1B/1R类型K3314A穗长性状均符合加性-显性-上位性多基因模型(C-0),无主基因存在;非1B/1R类型KTSP732A的小穗数性状符合两对等显性主基因+加性-显性多基因混合模型(E-6),主基因遗传率为40.7%;而1B/1R类型K3314A的控制小穗数性状基因类型与非1B/1R不同,该类型无主基因存在,也符合加性-显性-上位性多基因模型(C-0)。

非1B/1R和1B/1R类型K型小麦雄性不育系幼穗部分生理指标的变化

为了揭示非1B/1R及1B/1R类型K型小麦雄性不育系雄性败育的生化机制,在不同发育时期对K型非1B/1R小麦雄性不育系KTSP3314A及同型保持系TPS3314B与K型1B/1R小麦雄性不育系K3314A及同型保持系3314B幼穗中游离氨基酸总量、可溶性蛋白含量、可溶性糖和淀粉含量进行了测定。结果表明,非1B/1R类型的K型不育系幼穗的这些生理指标与1B/1R类型K型小麦雄性不育系的变化不同。1B/1R类型不育系除可溶性糖含量在整个发育时期与其同型保持系差别不明显外,其它物质的含量在单核小孢子时期均差异明显;非1B/1R类型不育系这四种物质含量在二核小孢子时期均差异较大。由此说明,这两类K型不育系的雄性败育进程有所不同,非1B/1R类型K型不育系的雄性败育时间晚于1B/1R类型K型不育系,并在雄性败育的过程中伴随着部分生理指标的变化。

小麦黄色素含量、多酚氧化酶活性和1B/1R异位相关基因的分子标记检测

利用与黄色素含量、多酚氧化酶(PPO)活性和1B/1R异位系性状相关的分子标记对158份小麦(Triticum aestivum L.)材料进行分析,从而了解其色泽品质状况,并为高白度、低PPO活性小麦育种提供优异亲本资源。结果表明,低PPO活性相关等位基因Ppo-A1b和Ppo-D1a的分布频率分别为57.6%和67.7%,低黄色素含量相关等位变异Psy-A1b和Psy-B1b的频率分别为47.5%和60.1%,高黄色素含量相关等位基因Psy-B1c的出现频率为5.1%,1B/1R异位系的分布频率为21.5%。158份材料中同时携带低黄色素含量、低PPO活性等位变异组合,且为非1B/1R异位系的材料有16份,频率为10.1%,可用于高白度面粉小麦品种的选育。

非1B/1R类型小麦雄性不育系KTSP3314A败育的生化机制

为了揭示K型非1B/1R类型小麦不育系雄性败育的生化机制。利用K型非1B/1R类型小麦雄性不育系KTSP3314A,其同型保持系TSP3314B,以K型1B/1R类型小麦雄性不育系K3314A、其同型保持系3314B为对照,分别对其叶片和穗子在不同发育时期的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)的活性和丙二醛(MDA)含量的变化进行测定。结果表明,K型非1B/1R类型小麦不育系中SOD,POD及CAT活性变化与K型1B/1R类型小麦雄性不育系酶活性变化一致,K型非1B/1R类型雄性不育小麦叶片和穗子的超氧化物歧化酶(SOD)后期则较低,过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)的活性后期较高,丙二醛(MDA)含量后期较高。说明二者的雄性败育生化机制基本一致,但前者比后者败育的时期较晚。且超氧化物歧化酶(SOD)活性与雄性育性有关。

1B/1R易位型小麦雄性不育系孤雌生殖性的细胞遗传学研究

以偏、粘、易型 5个 1 B/1 R小麦雄性不育系为基本材料 ,用中国春二体 ,1 B°1 D 缺四体和 1 B重双端体作父本与其杂交 ,以研究这几类异质 1 B/1 R不育系产生单倍体的特性 ;同时利用细胞遗传学方法分析了关键性染色体 1 B/1 R的特征。结果表明 :5个不育系的 1 BL/1 RS易位染色体的易位断点均发生在着丝点附近 ;1 B/1 R型小麦雄性不育系单倍体频率的变化是三种细胞质与不同的 1 B/1 R不育系互作的结果 ;来源不同的异质 1 B/1 R型小麦雄性不育系及其 F1产生单倍体频率的差异及稳定性与 1 B/1 R染色体上 1 RS片段的长度有对应性关系。

一些小麦1B/1R易位系品质基因多样性分析

利用SDS-PAGE和A-A-PAGE分析了38份小麦1B/1R易位系Glu-1、Glu-3、Gli-1位点基因组成。结果表明,小麦1B/1R易位系中品质基因多样性降低,Glu-1、Glu-3编码的高、低分子量谷蛋白亚基种类减少,Glu-B1位点含有的优质亚基比例明显下降,Gli-1位点编码的醇溶蛋白比例增加,导致劣质。因此对于抗病品种品质改良要着重于改变其遗传组成尤其是Glu-1、Glu-3、Gli-1位点基因组成,尽可能打破Glu-3、Gli-1位点基因连锁关系,淘汰Glu-3位点基因的j,导入一些优良的品质基因。

1B/1R易位在小麦花药培养中作用的研究

对1B×1B、1B×1B/1R和1B×1R×1B/1R三类杂交组合共23个F_1及其15个亲本的花药培养效应进行了研究;并对1B×1B/1R类型9个杂交组合的593个F_1花粉植株进行了根尖细胞染色体鉴定。研究结果表明:在1B背景下,1B/1R易位能显著提高小麦花粉愈伤组织诱导率、绿苗分化率和绿苗诱导率,并发现由1B×1B/1R类型杂交组合F_1获得的花粉植株绝大部分为1B/1R类型,1B/1R类型花粉植株(1对随体)和1B类型花粉植株(2对随体)的比例为4.5—14.0:1,而不是1:1,这表明1B/1R易位的花培效应,主要是在1B背景下提高了具有1B/1R易位的小孢子的胚胎发生能力。同时发现1B/1R易位具有降低白苗分化率的作用,这一作用不受1B的影响。

小麦优良亲本材料1B/1R易位系的研究

通过近２０年的聚合杂交，将来自高加索（Ｋａｖｋａｚ）和美国的ＷｅｉｑｕｅＲｅｄ－ｍａｃｅ两个１Ｂ／１Ｒ易位的优良基因，以及墨西哥矮秆基因，渗入到我省自育的优良小麦品种中，育成了１Ｂ／１Ｒ易位系“绵阳８１６８—０—１４”。经多年观察、鉴定和配合力测定，该材料表现出产量结构合理、综合抗病力强、亲本的配合力好、杂种Ｆ１代优势明显等突出优点，是实现我省小麦高产育种可资利用的创新材料。

SDS-PAGE和PCR检测1B/1R易位系研究初报

采用18个冬小麦品种作为供试材料,分别通过SDS-PAGE检测黑麦Secalin蛋白和PCR检测黑麦1RS染色体或其片段,结果表明:SDS-PAGE检测不出不带有secalin蛋白的1B/1R小片段易位系,而PCR则能检测出,从而提高1B/1R易位系的检出率;SDS-PAGE和PCR结合是检测1B/1R易位系的一种快速经济的有效方法。

小麦1B/1R易位系的选育及其利用研究

通过近20年的聚合杂交，将来自前苏联的高加索（Kavkaz）和美国的WeiqueRedmace两个1B／1R易位的小麦品种优良基因，以及墨西哥矮秆育种的典型成就，组建到四川省自育的优良小麦品种集团中，育成了1B／1R易位系"绵阳8168-0-14"。经多年观察、鉴定和配合力测定，该材料表现出丰产结构台理、综合抗病力强、亲本的配合力好、杂种F；代优势明显等突出优点，是实现四川省小麦高产育种可资利用的创新材料。

几类异质1B/1R易位型小麦雄性不育系细胞学特征的研究

利用中国春小麦的1B°IDN缺四体分别与具有粘果山羊草、易变山羊草和偏凸山羊草细胞质的1B／1R易位型小麦雄性不育系77（2）和8222杂交，同时采用C－分带技术对其F1体细胞中的1B／1R易位染色体进行鉴定分析，认为77（2）和8222中的1B／1R易位染色体仅是由1B的长臂及其着丝点和1R的短臂组成，不包括1RS上的随体。由于随体的丢失造成1B／1R染色体中的1RS顶端缺失，而且其断裂位点在不同材料中不同。大量室内实验和田间试验资料还表明，具有异源细胞质的1B／1R易位型小麦雄性不育系产生单倍体的频率与1RS顶端缺失片段的长度有关，其与1B°IDN杂交F1的育性表现为完全不育，认为具有这3种细胞质的1B／1R型小麦雄性不育系的主效恢复基因表现为单位点，即位于1BS上。