异细胞质八倍体小堰麦（Trititrigia 8x）的选育及其性状与细胞遗传

本实验用普通小麦“中国春”（ＴｒｉｔｉｃｕｍａｅｓｔｉｖｕｍＣＶｃｈｉｎｅｓｅｓｐｒｉｎｇ）和八种异细胞质“中国春”（Ａｅｇｉｌｏｐｓｖａｖｉｌｏｖｉｉ）ＣＳ、（Ａｅ．ｊｕｖｅｎａｌｉｓ）ＣＳ、（Ａｅ．ｃｒａｓｓａ）ＣＳ、（Ａｅ．ｃｏｍｏｓａ）ＣＳ、（Ａｅ．ｕｎｉａｎｓｔａｔ－ａ）ＣＳ、（Ａｅ．ｓｐｅｌｔｏｉｄｅｓ．Ｍ．）ＣＳ、（Ａｅ．ｋｏｔｓｃｈｙｉ）ＣＳ．（Ｔ．ｔｉｍｏｐｈｅｅｖｉ）ＣＳ分别与八倍体小偃麦（Ｔｒｉｔｉｔｒｉｇｉａ８ｘ）“远中２”、“远中３”、“远中４”、“远中５”杂交与回交，选育出８种异细胞质“远中２”、“远中２”“远中４”、“远中５”共３２个类型。并对不同的异细质“中国春”小麦与八倍体小偃麦杂交当代结实率、种子萌发率、Ｆ１植株与回交后代的性状、育性、减数分裂行为进行了观察。结果表明：因细胞质类型不同杂交当代的结实率有差异，Ｆ１和回交后代育性差异较大，这种差异不仅与细胞质类型有关，而且与核亲本类型有关，表明明显的核质工作。不同的异细胞质类型对Ｆ１的某些性状如生育期、分蘖数、株高、籽粒饱满度有影响。杂种Ｆ１减数分裂行为与对照相比有变化，有的影响四分体的发育。

小偃麦的创制及应用研究进展

偃麦草属是小麦近缘种属中应用较为广泛的野生资源之一,作为小麦遗传改良和种质创新的重要基因源,在创制小麦桥梁材料和遗传育种方面发挥了重要作用。小偃麦创制工作始于20世纪20年代,是通过远缘杂交,将偃麦草属植物的染色体或染色体组遗传成分导入到普通小麦中,培育小偃麦(部分)双二倍体、异附加系、异代换系、易位系和渐渗系。小偃麦(部分)双二倍体主要是八倍体小偃麦(AABBDDXX, 2n=8x=56)和六倍体小偃麦(AABBXX,2n=6x=42),来源于偃麦草的染色体组(XX)多为混合染色体组(异源染色体组)。我国自20世纪50年代开始小麦与偃麦草远缘杂交工作,创制了类型丰富的小偃麦,在小麦抗病研究和新种质创制方面表现突出,在此基础上培育出一系列高产优质的小麦品种。小偃麦创制过程中,中间偃麦草(Thinopyrum intermedium (Host) Barkworth&D. R. Dewey)和3种长穗偃麦草(Thinopyrum elongatum (Host) D. R.Dewey×ponticum(Podp.) Barkworth&D. R. Dewey)因易于同小麦杂交,具有抗寒、抗旱、耐盐碱、抗小麦多种病虫害等特性,成为创制小偃麦的主要亲本来源,应用范围最广。本研究从5部分综述小偃麦的创制与应用研究进展,旨在为小偃麦的研发利用和小麦遗传资源创新提供科学依据。

六个八倍体小偃麦的选育和鉴定

以中间偃麦草(Elytrigia intermedia)与普通小麦品种烟农15杂交,从其杂种后代中选育出6个细胞学稳定的八倍体小偃麦山农TE183、山农TE185、山农TE188、山农TE198、山农TE256和山农TE347。这些八倍体小偃麦植株健壮、育性正常、穗大多实,高抗白粉病、条锈病等小麦病害。种子醇溶蛋白电泳分析证明,6个八倍体小偃麦醇溶蛋白图谱中均具有亲本中间偃麦草的特异带,并且山农TE183、山农TE185、山农TE198、山农TE256和山农TE347等5个八倍体小偃麦的带型基本一致,为同一类型,而山农TE188为另一类型。细胞学鉴定结果表明,6个八倍体小偃麦的根尖细胞染色体数目为2n=56,花粉母细胞减数分裂中期I(PMC MI)染色体构型为2n=28II,具有高度的细胞学稳定性。以山农TE188和山农TE198分别与中2、中3和中1、中5杂交,对其杂种F1染色体构型分析结果表明,山农TE188与中2和中3、山农TE198与中1和中5的染色体构成是不同的。综合种子醇溶蛋白电泳和细胞学分析结果,初步认为本研究选育的6个八倍体小偃麦与前人选育的中1、中2、中3、中4、中5等5个八倍体小偃麦所携带的中间偃麦草染色体组可能不完全相同。

“远中”号小偃麦在小麦育种中的应用

中间偃麦草是小麦的近缘植物。黑龙江省农科院育种所长期从事小麦与中间偃麦草有性杂交研究工作。这期间，不仅总结出以小麦为母本，与中间偃麦草为父本进行有性杂交、回交和后代连续选择的有效方法，先后育成了兼有双亲优良性状的多个小麦良种，而且在国内首先创造和培育出兼有双亲优良性状的新物种——八倍体小偃麦，即远中１～７ 等。经与东北师范大学遗传与细胞研究所、中国农科院作物所合作，采用细胞学及分子水平原位杂交鉴定，这批“远中”号小偃麦为普通小麦与中间偃麦草的部分双二倍体，除远中１ 为混倍体外，其余均为２ｎ＝ ５６ 条染色体，主要性状是综合农艺性状突出、结实正常、抗逆性强，是多种小麦病害的抗源。黑龙江、陕西、福建省农科院等单位以其为中心亲本与小麦杂交和回交，育成的高产、优质、抗多种真菌病害和国内条锈最新生理小种的新品种，现已成为国内外小麦育种的主要种质资源，倍受国内外育种家和学者的重视。

十个八倍体小偃麦的细胞学鉴定和染色体构成分析

培育新的八倍体小偃麦,对于利用偃麦草遗传物质进行小麦的遗传改良具有重要意义。本研究利用细胞学和基因组原位杂交技术,对从中间偃麦草与小麦品种烟农15杂交后代选育出的10个八倍体小偃麦山农TE256、山农TE259、山农TE261、山农TE262、山农TE263、山农TE265、山农TE266、山农TE267-1、山农TE270和山农TE274进行了细胞学鉴定和染色体构成分析。结果表明,10个八倍体小偃麦绝大多数单株根尖细胞的染色体数目为2n=56,个别单株含有54或55条染色体;大多数2n=56单株的花粉母细胞在减数分裂中期I的染色体构型为2n=28II,少数花粉母细胞存在单价体、三价体或四价体,后期I染色体可均等分向两极,仅有极少数细胞出现染色单体提前分离等现象;10个八倍体小偃麦均含有普通小麦的全套染色体和中间偃麦草的1个混合染色体基组,其中间偃麦草染色体是由来自中间偃麦草3个不同染色体基组的染色体构成的混合染色体基组,其染色体构成分别为2St+8J^S+2J+2J-St、2St+8J^S+4J、2St+8J^S+2J+2J-St、2St+8J^S+2J+2J-St、2St+8J^S+2J+2J-St、6St+4J^S+2J+2J-St、4St+6J^S+2J+2J-St、2St+8J^S+4J、2St+8J^S+4J和4St+6J^S+4J,与目前已报道的八倍体小偃麦均有所不同。研究结果可为这些新型八倍体小偃麦的研究和有效利用提供参考依据。

兼抗白粉病和条锈病的八倍体小偃麦的鉴定

为了选育兼抗小麦白粉病和条锈病的桥梁种质材料,对从中间偃麦草与普通小麦品种烟农15杂交后代中选育的3个小偃麦材料山农TE0537、TE0524和山农TE0543进行了形态学、细胞学和白粉病、条锈病抗性鉴定。结果表明,山农TE0537农艺性状较好,其主要性状介于双亲之间,对白粉病免疫,高抗条锈病,具有高度的细胞学稳定性,其根尖细胞染色体数目为2n=56,PMC MI染色体构型为2n=28II;山农TE0524和山农TE0543对白粉病、条锈病均表现为高抗,根尖细胞染色体数目为2n=55,PMC MI平均染色体构型分别为2n=2.32I+26.22Ⅱ+0.06Ⅳ和2n=1.20I+26.90Ⅱ,在细胞学上尚不稳定。研究表明,3个小偃麦材料是小麦白粉病和条锈病的良好抗源,在小麦白粉病和条锈病的遗传改良中具有重要利用价值。

八倍体小偃麦与天蓝偃麦草杂交F1染色体组构型

首次获得麦草8号、麦草9号、远中2号八倍体小偃麦与天蓝偃麦草的属间杂种,杂交当代结实率为31.49%,39.28%和10.41%。杂种F1表现为两亲的中间型,植株高大、繁茂,穗长20~30 cm,小穗数25~30个,多年生,抗寒,在哈尔滨冬季无覆盖条件下可安全过冬。对F1植株进行减数分裂行为观察,结果发现,染色体配对不正常,单价体频率高,出现多价体。杂种F1减数分裂中期I染色体配对构型分别为：9.5Ⅰ＋16.98Ⅱ＋0.27Ⅲ、13.6Ⅰ＋14.01Ⅱ＋0.87Ⅲ、11.2Ⅰ＋16.8Ⅱ＋0.08Ⅲ。二价体数变动在13~18间、单价体数变动在11~17间、多价体变动在0.08~0.87间,二价体多数是棒状二价体,推测两亲有一对部分同源关系染色体组,其余为非同源染色体组,但有的染色体间有部分同源关系。小麦5B染色体上Ph基因可能受到E组染色体的抑制。

小偃麦的选育及其形成途径的研究

对普通小麦（Ｔｒｉｔｉｃｕｍａｅｓｔｉｖｕｍ）与中间偃麦草Ｔｈｉｎｏｐｙｒｕｍｉｎｔｅｒｍｅｄｉｕｍ）杂交衍生的八倍体小偃麦，硬粒小麦（Ｔｒｉｔｉｃｕｍｄｕｒｕｍ）与中间偃麦草杂交衍生的六倍体小偃麦的形成过程进行系统的细胞遗传学研究，并用荧光原位杂交（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｉｎｓｉｔｕｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ）技术研究了小偃麦的染色体构成。结果表明：小偃麦的形成是由杂种Ｆ１产生非减数的雌配子，经亲本小麦回交产生回交一代（ＢＣ１Ｆ１）。ＢＣ１Ｆ１在ＡＡＢＢＤＤ或ＡＡＢＢ中枢染色体组的缓冲下，连续自交经人工选择、鉴定而形成稳定的小偃麦。

四倍体小麦背景中长穗偃麦草E染色体传递特征

通过细胞学方法和染色体特异分子标记鉴定六倍体小偃麦(AABBEE)与硬粒小麦(AABB)杂交的自交后代F_2和F_3植株,探讨长穗偃麦草染色体在硬粒小麦背景中世代间的传递特征,并筛选硬粒小麦-长穗偃麦草E染色体附加系。对218个F2单株染色体数检测表明,2n=28植株占41.7%,2n=29植株占18.3%,其余40.0%植株的染色体数在2n=31~42范围内。分子标记鉴定表明,在F_2代2n=29单体附加植株中,不同的长穗偃麦草染色体传递率之间存在明显差异,1E传递率最高,3E和6E传递率最低。在F_2代2n=30单株中,1E、4E、7E和5E染色体相互组合产生的双单体多,6E参与组合较少,未检测到2E或3E与其他染色体的组合单株。在1E^7E单体附加株自交后代F_3中,E染色体传递率变化范围为9.1%~27.5%,1E传递率最高,6E传递率最低,与F2的传递率一致。从F3代中选育出1E^7E单体附加及少数二体附加,所有单体附加均可育。这些附加E染色体材料将对小麦代换系和易位系的创制提供有益的中间材料。

小偃麦种质系山农0095耐低磷胁迫特性研究

为了解小偃麦种质系山农0095耐低磷特性,通过水培实验,研究了不同供磷水平下山农0095及其亲本烟农15幼苗生长、根系形态及其分泌物特点。结果表明,在低磷胁迫条件下,山农0095茎叶干重、植株生物量及磷吸收量均高于烟农15,但根干重及根冠比较小;不同供磷水平下山农0095的总根长、根表面积、根体积及根尖数等明显低于烟农15;水培过程中山农0095的根际营养液pH值降低明显,根系草酸分泌量远高于烟农15和对照小偃54。推测山农0095适应低磷胁迫主要在于根系生理功能较强,这些能力可能与其携有中间偃麦草的耐低磷基因有关。

不同细胞质的普通小麦“中国春”(Triticum aestivum var.Chinese Spring)与小偃麦杂交F_1代的育性与减数分裂行为的研究

15个不同细胞质“中国春”小麦与八倍体小偃麦杂交 ,杂种F1减数分裂的染色体行为表明 :普通小麦与天蓝偃麦草的F或E组染色体之间存在着部分同源关系 ;D2 型细胞质促进部分同源染色体配对、但却抑制同源染色体配对 ;Sv 型细胞质对同源染色体或部分同源染色体的配对均有抑制作用 ;G型细胞质促进同源染色体配对。1 5个不同细胞质“中国春”小麦与六倍体小偃麦杂交 ,F1结实率很低 ,减数分裂中期的染色体行为混乱 ,单价体过多 ,或许意味着在天蓝偃麦草 (Elytrigiain termedium)与长穗偃麦草 (E .elongatum)的E组染色体之间存在着很大差别。随着回交代数的增加 ,选出G型、D2 型、Mt 型、Mu 型等细胞质雄性不育的八倍体小偃麦品系 ,其中D2 型细胞质八倍体小偃麦具有光周期敏感性雄性不育的特征 ;G型细胞质“远中 3”育性正常 ,表明八倍体小偃麦“远中 3”的E组染色体中存在G型胞质的育性恢复基因。

低温逆境中不同抗寒性植物细胞内Ca^(2+)稳定平衡的区别(英文)

电镜细胞化学观察揭示 ,不抗寒的玉米 (ZeamaysL .cv.BlackMexicanSweet)和抗寒的小偃麦 (Triticumsect.Trititrigiamackey)细胞在 2 6℃悬浮培养时 ,标志Ca2 + 定位的锑酸钙沉淀物主要分布在液泡内 ,细胞质和细胞核中很少见到Ca2 + 沉淀 ;标志Ca2 + _ATPase活性反应的磷酸铈沉淀物丰富地分布在质膜上 ,显示这两种植物质膜Ca2 + _ATPase在 2 6℃培养中有着较高的活性。当这二者的细胞在 4℃低温培养 1h和 3h后 ,二者细胞质和细胞核中的Ca2 + 浓度都明显地增加 ,但质膜Ca2 + _ATPase活性没有明显改变。在继续延长低温培养后 ,二者之间的Ca2 +水平和Ca2 + _ATPase活性发生明显的区别 :在不抗寒的玉米细胞中 ,质膜Ca2 + _ATPase活性显著降低 ,甚至完全失活 ,细胞内增加的Ca2 + 水平不降低 ,不能恢复Ca2 + 的稳定平衡 ,细胞的精细结构受破坏 ;抗寒的小偃麦细胞则相反 ,在 3h以后的低温培养过程中 (至 3d) ,质膜Ca2 + _ATPase仍然保持高活性 ,细胞内增加的Ca2 + 浓度迅速降低 ,恢复Ca2 + 的稳定平衡 ,并提高抗寒力。这些结果表明 ,植物在低温条件下 ,质膜Ca2 + _ATPase活性的维持亦即细胞内Ca2 + 稳定平衡的恢复与其抗寒性有着密切的关系 ,对于它们在逆境中生存起着重要作用。

小偃麦原生质体培养及植株再生

硬粒小麦(Triticum durum Desf.AABB)和中间偃麦革[Elytrigia intermedium(Host)Nevski BBEEFF]的杂种 F_1——小偃麦的幼穗诱导的胚性愈伤组织继代培养近两年后,转入修改的 MS 液体培养基建成胚性细胞悬浮系。从此悬浮系分离的原生质体在修改的 KM_(8p)培养基中培养48小时后出现第一次分裂。15天后,在液体浅层培养条件下的细胞分裂频率为2%;而用1.2%琼脂糖固化进行固体平板培养时,细胞的分裂频率则为12.14%。20—30天后,添加渗透压降低的原生质体培养液。当从原生质体再生的愈伤组织长至2—4mm 大小时,逐步转至生长及分化培养基上再生出完整植株。

六倍体小偃麦与普通小麦杂交后代的分子细胞遗传学检测

为了改良六倍体小偃麦,创制携带E组染色体优良基因的普通小麦新类型。本研究利用六倍体小偃麦与克旱9号杂交选育六倍体小偃麦的衍生系,在杂交后代中选择具有六倍体小偃麦优良农艺性状的普通小麦类型。结果表明:六倍体小偃麦与普通小麦杂交结实率低,平均为21.9%,但F2以后分离复杂,出现一些代换系、易位系,附加系和DE混合的染色体组。有些品系性状表现较好,如分蘖多、抗病、多小穗、多花等。按性状继代选择直至F5共筛选出13个品系即05-9-2、05-9-4、05-9-5、05-9-6、05-9-7、05-9-8、05-9-11、05-9-14、9-9-14、05-9-13、05-7-13、05-7-24、05-7-22。利用花粉母细胞减数分裂观察,分子检测方法、原位杂交技术对以上13个品系进行了鉴定。以期为进一步研究和利用E组染色体改良普通小麦提供理论基础。

异细胞质中国春小麦与八倍体小偃麦杂交的细胞遗传研究

用5个异细胞质“中国春小麦”分别和八倍体小偃麦中_2、中_3,中_5杂交。F_1植株性状为两亲的中间型。D型细胞质和B型细胞质的作用基本相同。S型和G型细胞质严重影响F_1的育性,但二者表现不同,S型细胞质仅削弱花粉育性,而G型细胞质使有些杂交组合的F_1雄性完全不育。在中_3、中_5核基因组中存在G型细胞质雄性不育的育性恢复基因。M^t型细胞质可使所有杂交组合F_1植株大型化和抽穗期延长10—15天。此外,细胞遗传学分析表明,M^t型细胞质能促进同源染色体配对,而G型细胞质则促进部分同源染色体配对。G型细胞质对花粉母细胞减数分裂Ⅱ影响较大,产生许多异常四分体,最终引起雄性不育。上述杂交组合经连续回交,已育成异细胞质的八倍体小偃麦品系。

八倍体小偃麦营养品质及主要品质特性分析

分析了5个八倍体小偃麦中1、中2、中3、中4、中5和高蛋白优质小麦品种晋麦67的营养品质与几个主要的品质特性。结果表明,八倍体小偃麦的蛋白质、氨基酸、矿物元素均显著高于对照晋麦67,并且其加工品质较好,例如中2面团稳定时间达到17.2 min时,面包评分达90.5分,可制作优质面包,克服了营养品质提高,加工品质下降的矛盾。中1和中2具有1,7+8,5+10高分子量谷蛋白亚基,中3、中4、中5具有2*,7+9,5+10高分子量谷蛋白亚基。

八倍体小偃麦与普通小麦杂交后代花药培养的研究

本试验研究了八倍体小偃麦与普通小麦杂交后代愈伤组织的诱导频率、雄核发育和秋水仙碱诱导小孢子染色体加倍的效果。结果表明:八倍体小偃麦与普通小麦杂种F_1愈伤组织的产量具有明显的杂种优势;其雄核发育存在均等分裂和不均等分裂等类型,这与小麦中的观察结果相似;在培养基中加入秋水仙碱可以有效地诱导小孢子第一次有丝分裂时染色体加倍。

八倍体小偃麦与普通小麦杂交后代的细胞遗传学研究

本试验对八个普通小麦同六个八倍体小偃麦杂交、自交和回交世代的细胞遗传进行了系统研究,结果发现:含有AABBDDF(2n=7x=49)染色体组成的F_1,有5.21%的PMC(花粉母细胞)减数分裂中期Ⅰ出现7个以上单价体,说明来自Elytrigia elongata F基组中至少某一染色体可引起Triticum aestivum ABD基组中某一(几个)同源组发生不联会或联会消失,或因与ABD基组中某一(几个)同源组具有部分同源性发生异源联会,但因联会松弛而在进入中期Ⅰ前提早解离;在所有不同杂交世代中,减数分裂期间均出现多价体、后期桥(Ⅰ后和Ⅱ后)、断片、粘连、孢子不对称分裂、姊妹染色单体在后期Ⅰ提早分离,三分孢子、多分孢子以及微核等各种染色体异常行为;随自交和回交代数的增加,减数分裂过程中落后单价体微核数目以及其他染色体异常频率下降,性状渐趋稳定,且回交比自交效果更明显。本文对上述各种染色体异常行为的可能机制作了探讨。

八倍体小偃麦远中2染色体组构成的研究

利用来源于四倍长穗偃麦草（Ｅｌｙｔｒｉｇｉａｅｌｏｎｇａｔｕｍ４Ｘ）的六倍体小偃麦８８０１（ＡＡＢＢＥＥ）与八倍体小偃麦远中２杂交，通过Ｆ１花粉母细胞减数分裂染色体行为分析，发现杂种Ｆ１中染色体组主要构型为１４Ⅱ＋２１Ｉ（占观察细胞的４０％左右），平均构型为：０．８９ＩＩ＋１２．５３Ｉ＋２１．０７Ｉ，从而确认亲本八倍体小偃麦远中２染色体组中不含有偃麦草的Ｅ组染色体。并初步认为远中２染体组型为ＡＡＢＢＤＤＸＸ。染色体荧光原位杂交（ＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅＩｎＳｉｔｕＨｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ，ＦＩＳＨ）技术检测结果表明：远中２的染色构成是由４４条普通小麦染色体、１０条中间偃麦草染色体和一对小麦／中间偃麦易位染色体共同组成。并分析了这种组型产生的原因及遗传上的稳定性。

八倍体小偃麦与普通小麦杂交后代的细胞遗传学研究

目的 :通过远缘杂交的方法 ,可将小麦远缘种、属的染色体片段或基因导入到普通小麦中 ,使后者获得远缘种、属的某些优良性状 .方法 :由八倍体小偃麦Trititrigia(AABBDDEE)与普通小麦T .aestivum杂交 ,获得八个具有偃麦草性状的普通小麦类型 ,对其进行细胞遗传学研究 .结果 :分析八个品系与亲本回交F1 代的减数分裂行为 .发现 :有的品系染色体配对不正常 ,单价体频率较高 ;有的品系存在大量多价体 .通过C -分带检测 ,98- 4、2 0 - 5、2 0 - 6- 2三个品系带型正常 ,2 0 - 3为 3E代换系 ,、2 0 - 8、2 0 - 9、2 0 - 1 0、2 0 - 1 3分别为T3EL .3BL、T7EL .2AL、T4EL .5BL、T3BL .3AL .结论 :⑴ABD与E组有部分同源关系 ,可以进行同源联会 .⑵八倍体小偃麦与普通小麦杂交 ,杂种后代变异类型丰富 ,有可能出现代换系。