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^(-1)NaCl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。

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。

小麦背景中来自华山新麦草的抗条锈病基因的遗传学分析和分子标记

H9020175是一个通过杂交和回交选育的普通小麦华山新麦草易位系,接种鉴定表明其对条锈病具有优良抗性。遗传学分析证明易位系H9020175的抗条锈性是由单基因控制的显性性状,抗性基因来自于华山新麦草,暂定名为YrHua。为了标记这个来自华山新麦草的抗条锈病基因,利用H9020175与感病小麦品种铭贤169杂交,建立了F2分离群体。应用81对AFLP引物对119个经条锈菌生理小种CY30接种鉴定的F2单株进行了分析,结果得到两个与YrHua基因连锁的AFLP标记PM14(301)和PM42(249),遗传距离分别为5.4cM和2.7cM,并分别位于目标基因的两侧。将标记片段克隆、测序后,根据序列信息和酶切位点多态性设计特异性引物,将AFLP标记PM14(301)转换成了简单的PCR标记。研究结果为标记辅助育种提供了分子选择工具,同时也为进一步精细定位和图位克隆YrHua基因奠定了基础。

普通小麦－华山新麦草异附加系的选育及细胞遗传学研究

利用普通小麦与华山新麦草（２ｎ＝１４，ＮＮ）杂交与回交产生的七倍体杂种（ＡＡＢＢＤＤＮ，２ｎ＝４９），再与普通小麦回交，即产生单体附加（２ｎ＝４３），当以七倍体作父本时，产生单体附加的频率（２４．２％）高于七倍体作母本的频率（１２．２８％）。单体附加自交产生二体附加的频率为７．１９％。不同附加系的细胞学稳定性有差异，并随着逐代选择而有所提高。

华山新麦草光合特性对干旱胁迫的响应

以濒危植物华山新麦草为材料进行盆栽试验,设置3个水分梯度,研究生长指标、气体交换、叶绿素荧光参数、光合色素含量、光响应特征及丙二醛(MDA)含量。结果表明:随干旱胁迫的加剧,株高、叶宽和光合色素含量降低,根长和丙二醛(MDA)含量增加;水分胁迫导致净光合速率(PN)、气孔导度(gs)、蒸腾速率(E)、最大荧光(Fm)、光合电子传递速率(ETR)和光化学猝灭系数(qP)降低,胞间CO2浓度(Ci)、瞬时水分利用效率(WUE)、初始荧光(Fo)和非光化学淬灭系数(NPQ)升高;光系统Ⅱ最大光化学效率(Fv/Fm)不变;干旱胁迫下光响应曲线拟合结果显示,干旱胁迫造成最大光合速率和光能利用效率下降。综上表明,干旱对光系统Ⅱ的伤害是制约华山新麦草光合作用的主要原因。

抗全蚀病小麦-华山新麦草中间材料H8911的细胞遗传学研究与利用

抗小麦全蚀病中间材料H8911 BC1F1 是通过小麦与华山新麦草杂种幼胚培养及杂种F1 ABDN2n=28 再与小麦回交后得到的.根尖细胞染色体数目49条,花粉母细胞减数分裂中期I,染色体构型为20.85 19～21 +7.30 7～11 I,21 +7I的细胞占86.67%.BC1F2和BC1F3体细胞染色体数目范围分别为45～53和44～52,49条染色体的植株类型分别占30.19%和27.50%,华山新麦草染色体丢失率分别为11.85%和13.14%;花粉母细胞减数分裂中期I,染色体构型分别为20.62 18～22 +7.64 5～13 I+0.04 0～1 和20.53 17～22 +7.79 5～15 I+0.05 0～1 ,21 +7I的细胞分别占77.24%和69.42%.随着自交世代的延续,21 +7I细胞的传递能力逐渐降低.利用H8911作供体,选育出小麦-华山新麦草抗全蚀病新种质13个,其中1个附加系表现近高度抗病性,6个附加系、3个代换系和3个易位系材料表现中度抗病性.

普通小麦-华山新麦草异代换系的选育及细胞遗传学研究

利用缺体小麦与小麦-华山新麦草七倍体杂种（2n＝49，AABBDDN）杂交，F1再与相应’的缺体小麦回交2次，在BC2F1境检选出2n＝41的植株，同时套袋自交，选育出5A和3D两种异代换系。单体代换植株自交产生二体代换植株的频率为23．16％。5A代换植株在减数分裂中期121Ⅱ的出现频率平均为84.52％，3D代换植株21Ⅱ的出现频率平均为62.61％。异代换系均生长旺盛，结实正常，说明异染色体能较好地补偿所缺失的小麦染色体。

华山新麦草自然居群沿海拔梯度的遗传分化

华山新麦草为我国特有种 ,仅分布于陕西华山 ,是国家一级珍稀濒危植物和急需保护的农作物野生亲缘种。应用 RAPD技术 ,选取 8条引物对华山新麦草自然分布区的 3个山峪(种群 ) 1 1个样方 (亚居群 ) 79个华山新麦草个体的总 DNA进行随机扩增 ,共得到 65个RAPD位点。统计分析表明 ,在华山的 3个山峪 (居群 )中 ,黄埔峪 (居群 )与其它 2个山峪 (居群 )发生较显著的遗传分化 ;华山峪 6个亚居群的个体平均 RAPD位点数有随海拔的升高而下降的趋势 ;6个亚居群间的相似性系数也有随海拔的升高而下降的趋势 ;华山峪的高海拔亚居群和低海拔亚居群间表现出明显差异。主成分分析结果进一步证明了黄埔峪居群与华山峪居群和仙峪居群间、以及华山峪的高海拔亚居群与低海拔亚居群间已发生一定程度的分化。研究结果暗示海拔差异是导致华山新麦草自然居群遗传分化的主要因素 ,海拔差异造成的有限的基因流可能才是影响居群和亚居群遗传分化的主要因子 。

华山新麦草自然居群的遗传结构和种内遗传多态性研究

华山新麦草为我国特有种，仅分布在陕西华山。应用５种酶系统共１３个基因位点对采自华山１３个亚居群的华山新麦草进行等位酶分析。研究结果发现，多态性位点的比例（Ｐ）为６９％，每个位点等位基因的平均数（Ａ）为１．８，平均每个位点的预期杂合性（Ｈｅ）为０．３４４，Ｓｉｍｐｓｏｎ指数为０．９９８，证明华山新麦草居群内有较高的遗传多态性和克隆多样性．固定指数（Ｆ）显示有意义的负值（－０．２５２），与预期的随机交配相比较，居群内有过多的杂合体，这可能与华山新麦草的交配系统和繁育方式有关。平均的遗传距离为 ０．０４６（变化范围： ０～ ０．１３９），大约有９１％的遗传变异存在于亚居群内。应用间接法测得华山新麦草自然居群间的基因流（Ｎｍ）为２．７７，明显低于一般风媒传粉植物（５．２４）．暗示华山新麦草自然居群的基因流水平似乎正处于一种临界状态，有进一步分化的潜能，但受多种因素的影响．

普通小麦-华山新麦草衍生后代的细胞学特点及GISH分析

为了研究华山新麦草染色体在小麦-华山新麦草各衍生世代中的遗传规律并建立一套小麦-华山新麦草异源附加系,对小麦-华山新麦草BC1F2到BC1F5共315个植株进行细胞学检测和GISH分析,结果表明,染色体数目分布范围为40-54,2n≥43的植株有223株,占总观察株数的70.79%;早代植株携带华山新麦草染色体的概率较高,植株染色体数目多大于44,随着自交代数的增加,外源染色体丢失的概率也在增大。因而在选育小麦-华山新麦草异附加系时,在BC1F4和BC1F5世代选择效果较好;通过对染色体数目2n=44的42个植株进行GISH分析,筛选出39个二体附加植株。

华山新麦草濒危原因及种群繁殖对策

华山新麦草特产于我国华山 ,为国家一级保护植物。由于华山新麦草和小麦属于亲缘种 ,并且具有很强的抗旱性和耐盐性 ,所以对其的研究就很有实践意义。从生境特征和繁殖对策的角度对其濒危原因进行了探讨。华山新麦草生长在恶劣和不连续的生境中 ,每个居群个体数量都很少。极低的繁殖分配造成其有性繁殖水平低下。脆弱的竞争力和沉重的环境压力共同作用使华山新麦草侧重选择了营养繁殖方式 ,在生活史策略上选择上偏重于

普通小麦和华山新麦草及其属间杂种F_1同工酶分析

用聚丙烯酰胺凝胶电泳法对普通小麦和华山新麦草及其属间杂种 F_1的三叶期叶片、拔节期叶片、剑叶、幼穗和幼根进行了酯酶同工酶分析。结果表明,不同器官及同一器官的不同发育时期酯酶同工酶酶谱表型有明显差异。普通小麦和华山新麦草就同一器官、同一发育时期相比,酶谱差异较大,佐证了普通小麦和华山新麦草间亲缘关系较远。杂种 F_1酶谱主要表现为互补两亲本酶谱的模式,并明显具有偏母本的倾向。

普通小麦-华山新麦草异附加系的分子细胞遗传学研究

利用荧光原位杂交和染色体C-分带技术,对普通小麦-华山新麦草的异附加系进行了研究。荧光原位杂交结果显示:异附加系H9015-17-1-9,H9017-14-16-5都附加有2条华山新麦草的染色体。对这2个材料和华山新麦草进行染色体C-分带带型比较,初步推断,H9015-17-1-9附加的是Nh5染色体,H9017-14-16-5附加的是Nh6染色体。

华山新麦草开花物候期观测和自然种群基因流的间接估测

华山新麦草 (Psathyrostachys huashanica keng.)为我国特有种 ,仅分布在陕西华山。通过对自然种群传粉物候期观测发现 ,华山新麦草的传粉高峰期与海拔有一定关系。海拔每升高 2 0 0 m,传粉物候期就推迟 2～ 3d;海拔差异超过 5 0 0 m的亚种群 ,传粉物候期就不会出现重叠。同时应用等位酶分析技术和 E-统计分析间接估测华山新麦草自然种群的基因流 (N m) ,其值较一般风媒传粉植物低。通过华山新麦草资源状况、生长环境的调查以及移栽试验的观察 ,认为该物种稀有的主要原因之一可能是其生存竞争能力弱 ,最终被迫生长在其它物种所不能生存的环境。

普通小麦-华山新麦草异代换系的分子细胞遗传学研究

利用荧光原位杂交和染色体 C-分带技术对普通小麦 -华山新麦草的异代换系进行了研究 .荧光原位杂交结果显示 :异代换系 H92 1- 6 - 12和 H92 4 - 3- 4均含有 2条华山新麦草的染色体 .对这 2个材料和华山新麦草进行染色体 C-分带带型比较 ,结果认为 :H92 1- 6 - 12可能是普通小麦 -华山新麦草的 5 A / N5h 代换系 ,H92 4 - 3- 4可能是 3D/ N4 h代换系 .

普通小麦-华山新麦草异代换系和附加系的C-分带鉴定

利用染色体C-分带技术,对普通小麦-华山新麦草异代换系和附加系进行了细胞学鉴定。鉴定结果表明,普通小麦-华山新麦草的3个异代换系H921-6-12为5A/Nh5代换、H922-9-12为3B/Nh4代换、H924-3-4为3D/Nh4代换,2个异附加系H8911-1-2-6为Nh4附加、H9014-154-2为Nh7附加。初步推断华山新麦草的Nh5和Nh4染色体分别能补偿普通小麦的5A和3B,3D的缺失。

普通小麦-华山新麦草1Ns二体异附加系的农艺性状和品质

对新培育的普通小麦-华山新麦草1Ns二体异附加系H9021-28-5的农艺性状、面粉加工品质和籽粒矿物质元素含量考察和测定表明,与亲本7182相比,异附加系H9021-28-5的株高、分蘖数、穗粒数、小穗数和结实率等性状值显著降低,籽粒重量和粒径等性状值显著升高,条锈病抗性增强;沉降值、稳定时间、弱化度、拉伸曲线面积等品质指标得到显著改善,籽粒中镁、铜、锌、钼等元素的含量显著提高。华山新麦草1Ns染色体对小麦部分农艺性状、面粉加工品质指标和矿物质元素含量具有正向效应。

用RAPD检测华山新麦草自然居群的遗传结构和居群分化

华山新麦草特产于我国陕西华山,为国家一级重点保护植物。应用RAPD技术,用2 0条随机引物对黄埔峪、仙峪、华山峪3个居群不同海拔的13个亚居群共2 6 6个华山新麦草取样个体进行扩增,共得12 2个扩增片段。平均每个引物得到的扩增片段数为6 .1(2～10 )。实验数据的统计分析表明:黄埔峪居群的多态性位点比率为6 0 .6 6 % ,仙峪居群的多态性位点比率为90 .98% ,华山峪居群的多态性位点比率为95 .0 8% ,总的多态性位点比率为95 .0 8% ,说明华山新麦草具有较高的遗传变异性。Shannon多样性指数(0 .330 6 )和基因分化系数(GST=0 .32 6 3)揭示了华山新麦草居群遗传变异多存在于亚居群内。华山新麦草亚居群间的基因流N m=1.0 32 2 ,低于一般风媒传粉植物(N m=5 .2 4 )的基因流水平。亚居群间平均的遗传距离为0 .15 71(变化范围:0 .0 0 2 2～0 .2 90 1) ,最大的遗传距离值出现在黄埔峪亚居群(hp1)和华山峪高海拔亚居群(h8)之间,仙峪亚居群与华山峪高海拔亚居群之间以及华山峪高海拔亚居群与低海拔亚居群之间的遗传距离值也较大。遗传距离与海拔垂直距离之间的相关性分析表明二者有显著的相关性(p<0 .0 1)。聚类分析和主成分分析也显示华山新麦草自然居群已发生明显分化,主要表现为黄埔峪居群。

普通小麦和华山新麦草衍生系H9021对全蚀病抗性的遗传分析

为了解普通小麦和华山新麦草(Psathyrostachys huashanica,2n=14,NN)衍生系H9021对全蚀病抗性的遗传特点,利用IECM算法对H9021×96(15)F2分离群体的抗病性进行了估算[96(15)为感病材料]。结果表明,H9021对全蚀病抗性的遗传模型为B-1,即抗性由两对主基因+多基因控制,主基因表现为加性-显性-上位性模型,两个重复中F2群体控制抗性的主基因遗传率分别为96.7%和94.6%。

小麦-华山新麦草抗全蚀病新种质的分子细胞遗传学研究

对小麦-华山新麦草附加系H20和代换系H1的抗病性及分子细胞遗传学进行了研究。结果表明,H20和H1的体细胞染色体数目范围分别为42～44和40～42,2n=44和2n=42的细胞频率分别为58.33%和90%;花粉母细胞减数分裂中期 ,染色体构型分别为21.55 +0.90 和20.74 +0.52 ,22 和21 的细胞频率分别为61.56%和86.18%;与中国春测交,21 +1 和20 +2 的细胞频率分别为70.14%和88.59%。用华山新麦草基因组DNA作探针进行原位杂交,结果显示H20和H1中均有2条华山新麦草染色体,他们的染色体构成分别为2n=44=42W+2N和2n=42=40W+2N。对全蚀病菌,H20表现近高度抗病性,H1表现中度抗病性。