全 文 ：中国农业科学 工 99 0, 23 ( 4 {
S e le n t i a A g r l e u 】t u r a S i n i e a
1 7一 21
波斯小麦 一 粗山羊草双二倍体A m 3
抗 白粉病特性的基因定位
陈尚安 董玉深 许树军 周荣华 李秀全
(中国农业科学院作物品种资源所 )
王剑雄
(中国农业科学院植物保护所 )
提要 对合成的波斯小麦 一粗 山羊草双 二倍体A m 3进行了抗叶锈病和 白粉病不 同生理
小种的鉴定 。 结果表明 , 在合 成的六倍体小 麦中 , D D 组 的 抗叶锈性受到A A B B组的抑制。
对A m 3进行 抗白粉病 4号小种的遗传分析和墓 因定位表明 , A m 3具 1 对显性抗病墓 因 , 位于
ZA 染色体上 。 DD 组上的抗白粉病基因也受A A B B 组抑制 。 但其抑制程度因病害小种的不 同
而有差异。 根据实验结果和 文献认为 , 只要适 当选择亲本 ,并针对一定的病害小 种 , 利 用粗 山
羊草改 良普通小麦的抗病性是完全 可能的 。 另外 ,波斯小 麦P S S 是值得重视 的白粉病抗 源。
关健词 波斯小麦 ; 粗 山羊草 ; 双 二倍 体 ; 白粉病 ; 墓因定位
粗山羊草 (A egt l口加 如此hc i C os s 7 是普通小麦 D 染色体组的供体。 许多研究表明它具有多种抗病基因 , E . R胶 e rb er 等 3[ 」, w J . R a u p p等〔 6 〕和 B葱 iG ls Z 〕等鉴定的53
一 85份粗山羊草中抗白粉病 、 叶锈病和秆锈病者分别占51 . 6% 、 4 . 7% 一 53 . 2% 和 n . 8%
一 56 . 7% 。 我们鉴定了23 份粗山羊草 , 其抗条 、 叶 、 秆锈的频率是4 . 3% 、 17 . 4% 和 0 ;
其抗白粉病的频率达6 0 . 9% 。
将粗山羊草的抗病基因导入普通小麦当前有两种途径 。 一种是直接用粗山羊草与普
通小麦杂交 ,再用普通小麦多次回交 ,即D 染色体组直接交换法 。用这种方法粗山羊草的野
生性状较难克服 。 另一种途径是将含A A B B组的四倍体小麦与含 D D组的粗山羊草杂交 ,
经染色体加倍育成含 A A B B D D染色体组的双二倍体 ,再用普通小麦优良品种与双二倍体
杂交 , 即双二倍体法 。为了探讨通过双二倍体法转移粗山羊草的抗病基因问题。我们对本
组合成的波斯小麦一粗山羊草双二倍体 A m 3进行了抗病性研究。
材 料 和 方 法
(一 ) 种子 波斯小麦了了武 eP ” ic u嫩 v ar 一大 2n = 28 , 染色体组 A A B B , 品资所编号
P S S
, 引自民主德国 。 粗山羊 草 r A e , 勿usc h i C os S
. 大Z n = 14 ,染色体组D D , 品资所编
号 A e3 8 , 来自伊朗 。 双二倍体 A m 3二 P S 5 x A e3 8 , 染色体加倍 , 双二倍体已稳定 。 种子
均来自本组。
(二 )菌种 叶锈病菌小种 , 叶中 1 号 、 叶植 17 号 、 叶植20 号由中国农业科学院植保
所提供 。 白粉病菌小种 4号 、 16 号 、 20 号由贵州农学院提供 。 二者均经单胞分离纯化 ,
并用该所 、 院设计的标准鉴别寄主鉴定 。
本文 j几 198 9年 7 月 2 9口收到
* 抗 自粉病鉴定 承张庆勤同志指吩并提 供菌种 , 谨此致浏
中 国 农 业 科 学 23卷
(二 ) 病害鉴定方法 均用 苗期鉴定法 。
叶锈病 : 每小花盆播 1 5粒 , 3 次重复 。 2 一 4 叶期接种。 幼苗脱蜡 , 喷 0 . 005 % 的
吐温 20 (T w e n2 0) 水溶液 , 用涂抹法接种 。 8 一 15 ’ C下保湿 2叼、 时 , 对照充分发病后记
载反应型 。
白粉病 : 鉴定材料及鉴别寄主播种在3 5 x 2 5 c m 的塑 料盘 中 。 行 距 s c m , 每份材
料播 1行 15 粒 , 3 次重复 。 在隔离温室内培养至 2 一 3 叶期 , 在灭菌的隔离室内接种 。
同一材料采用幼苗接种和离体叶段接种两种方法同时鉴定 。 幼苗接种时将新鲜抱子抖落
在幼苗上 , 套罩隔离 , 在 12一 20o C正 常 日照温室内培养 , 12 天发病充分后进行记载 。 离
体叶段接种时 , 剪取第二叶叶段中 部 Z c m 放在垫有一层棉花 、 一层纱布 , 用蒸馏水湿
润的培养皿内。 新鲜抱子抖落在叶段上 ,培养条件同幼苗鉴定 oJ 又天后发病充分时进示己载。
(四 )基因定位 选父本和母本都对白粉病免疫的双二倍体A m 3进行抗白粉病遗传分
析和 抗病基因定位 。 对双二倍体逐株进行遗传稳定性鉴定 , 选用性状稳定业在减数分裂
中期 I 为21 个二价体的植株 , 与中国春单体杂交 。 收获的杂种种子大部分播于阳畦 。 F I
经细胞学检查 , 拔除二体 。 单体自交得到的F Z 种子和剩余 F l的种子一起种在温室的塑
料盘内 , F Z群体为 160 株左右。 2 一 次叶期按上述方法接种白粉病 4 号小种 。 12 天后对照
品种充分发病时记载反应型 。 计算抗 、 感株比例 按 eS ar s单体分析方法和清汉茂久 ( 19 79)
方法进行基因定位 。
结 果 与 分 析
一 小麦粗山羊草双二倍体 Am 3的抗病性
波斯小麦粗山羊草双二倍体 A m 3对叶锈病和 白粉病不同生理小种的反应列于表 l 。
从表 1 看出 , 在叶锈病方面 , 当双亲均不抗病时 , 其双二倍体亦不抗病。 3 个生理小种
鉴定结果基本一致 。
在白粉病方面 , 对毒力不同的小种反应不同 。 对毒力较弱的 4 号小种 , 双二倍体和
双亲都表现免疫 。 对毒力中等的 16号小种 , A A B B组亲本免疫 , D D组亲本表现中抗一 中
感 , 说明A e3 8有多型性 。 A m 3表现免疫 , 可能由于最初合成双二倍体时选用的植株免疫所
致 对毒力很强 的20 号小种 , A A B B组亲本表现 中抗 , D D组亲本表现中感 , 由它们合成
的双二倍体不抗病。 这一结果说明 , 对于 20号小种 , 双二倍体的抗病性倾向感病亲本。
T a瓦
材 料
I U川 、 t
m 抓 e rl al
然焦愁
波斯小麦一 粗山羊草双二倍体及其亲本的抗病性
D l s e a s e r e s 一s t a n e e ( ) f a m P h ld一P lo ld s b e t w e e l l
了} 户f乃 了` 况阴 a l飞d 月 c 故邵 乙几2了 a 11d t h e lr p a r e n t s
一一一一下而丽一— { 而甄蔺不丽五不R H以 , . l1 d l 份引 川比沙 游 卜 ;l1 山叔
} 村L厅 l }
竺耸寸节
杭 泪 乌
月 1〕 幽 )
州
X I S
尺沉 e 川 ld 川 fe ct 川 n 妙渊
。 牛 p o w d c r y m 上ld e 认
} 16 号 } 以) ` ;
邓服琳戈A石劣f 弓Ij l j八A I二I二
l ) D
兴二卡三 入 。 以 )
氛 入1尺 入15
二 . 小麦粗 山羊草双二倍体抗白粉病基 因的分析和定位
为了探明波斯小麦粗山羊草双二倍体 A m 3抗 白粉病 4 号小种的实质 , 对它进行了抗
4期 陈尚安等 :波斯小麦 粗山羊草双二倍体 A1 n 3抗白粉病特性的基因定位
病遗传分析。 将感病的 中国 春小 麦
本及杂种F l 及F Z 接种 , 结果列于表 2
品种与抗病 的 A m 3杂交 , 用白粉病 4 号小种对亲
表 2 双二倍体 A m 3的抗白粉病遗传分析
T a b le 2 G e n e t le a n a l y s l s o f a m p h i d i P l o z d A m 3
f o r r e s l s t a n e e t o P o w d e r y m i ld e w
材 科 株 数入 t tm be r o f p l a n t s 理 论比率 x Z’
P la n t m a t e rl a l E x p e e te d r a t一。杭病 R e s一s t a n e e 感病 I nf ec t]即
中国春 C h ln e se sP曰 n g 0 3 5 :考 : 1 0 103
A m 3 38 〔)
F l 几6 ()
F 2 1飞4 54
申 X = () 0 5 = 3 . 84 1, X = 0 . 0 1 6 63 5
从表 2 看出F l全部植株免疫 , F Z抗病株与感病株的分离比例为 3 : 1 。说明双 二倍体
A m 3 对 白 粉病的免疫性是稳定纯合的 , 由一对显性基因控制 。
双二倍体 A m 3的亲本 , 波斯小麦 P S S和粗山羊草A e3 8均对白粉病 4号小种免疫 ,而A m 3
的抗病性却受一对显性基因控制 。 为了弄清这对基因来自哪个亲本 , 用中国春单体系统
对 A m 3进行了抗白粉病基因定位 。 21 个单体与A m 3的杂种F l均对白粉病免疫 。 F Z 抗病
株与感病株的分离比例见表 3 。
表 3 双二倍体 Am 3抗白粉病基因的单体分析
T a b l e 3 M o n o s o m l e a n a l y s l s f o r g e n e r e s一s t a n e e
t o p o w d e r y m一l d e w o f A nr 3
单体杂种材 引 总 株 数 抗 病 株 数 感病株数 考 X Z’
M Ol lo s o m c] 、 。 o f Lo ta l N (一 (一f r e s zs ta 胜I t p la n t, N ( ) ( ) f In fe e te d p la n t ,
h y b r zd F Z l) 出 l ts
工、泉a l (, () : R M R 谎 M S S
1 A 11孟 9 5 9 3 …〕 1 } 1只 J l日 4 9 59 ,2 A 川) 8 7 86 9 l 3 ` 1 2 2 洲 卜 .3 八 」6只 12 9 1之5 l 39 气〕 协 2 6
4 A 11吕 〔于了 , 5 4 2 1 3下 :子 266
石 A 吕飞 72 丁 1 1 1 l 2 l 6 .川 吕卑
6 A 126 I U写 1 (川 1 2 4 1 L 2 招 1
了 A 卜42 沐 1 3 1厂宝 1 2 9 匕j 飞几吕丁
1 1孟 l 犯 叨2 〔〕2 夕 告 {) 2日 1 9剐 !
2 1弓 1 1了 8吕 吕出 2 9 荞9 口 以 ):考
3 H 12 7 1(川 11川 竺了 2丁 () q l日
J H 1取丁 1匕业 12 2 2 4 2 1 5 丁业吕 电
乌 11 1旧 吕 1 了 1 17 23 考 5勺 4
6 1于 17 弓 1弓` ) 13 t〕 3 4 12 2 6招
了 I弓 16 9 1污 4 13 4 音压 考( ) 1 6淤 〕
1 1) 1 1丁 12 () 1 1 (} 2 7 ; 2 弓 4州
,
1宝1 11 1 1咬)晚) 21) 2 3 (、 6 1吕 `
2 1) 1匕9 1 {)6 t 毛)6 2 于 1 }) 七 亏弓丁
3 1〕 15下 12吕 12下 2晚夕 止月 ; 从泪
五 D l 今6 1 1吕 11乃 〕 2 `) 毛 l少 1
5 1) 136 1 11 11 1 2 3 弓 l 下行
(〕 l ) 飞33 1 () {〕 1叱)吕 25 1 . ) 少 4 弓1
了 I〕 2 百 止2
* X
一
O ()5 二 3 吕刹 . X 一 O (jl 二 6 . 6 肠
x Z 测验表明 , 21 个单体杂种的 F Z中 , 只有 Z A 单体 F Z的分离比率完全符合 3 :1 ,
中 国 农 业 科 学 23卷
差异达极显著水平 。 进一步测验表明 Z A 单体 F Z的分离比率 X Z= 0 . 103 , 完全符合 97 :
3
。说明双二倍体 A m 3对白粉病 4 号小种的免疫基因位于 Z A 染色体上 。 由于 A组染色体
来自波斯小麦 , 故而表明双二倍体 A m 3的一对显性抗白粉病基因来自波斯小麦 , 而粗山
羊草 D D组上的抗白粉病基因在合成双二倍体后 , 在六倍体水平上受抑制 , 未能表达 。
讨 论
(一 ) 本研究中单体分析表明 , 粗山羊草的抗白粉病基因在与波斯小麦合成的双二倍
体中不能表达 。这是通过双二倍体途径转移粗山羊草抗病基因的重要障碍 。 E . R胶 e br er 4[ ]
指出染色体组之间互相抑制抗病基因的现象甚为普遍 , 但在杂交组合选配得当时这种抑
制现象将会减弱或消失 。 如他用硬粒小麦S te w ar t 6 3( A A B B , 抗病 )和粗山羊草 R L 52 5 1
(D D
, 感病 ) 合成的双二倍体失去了抗叶锈性。 而用 T et ar C a nt h at hc (A A B B抗病 )与粗
山羊草 R L 54 95 (D D , 感病 )合成的双二倍体抗部分叶锈小种。 抗秆锈基因S 3r 3正是用双
二倍体法从粗山羊草中导入普通小麦的 。 因此 ,我们认为 , 只要注意到抑制因子的作用 ,
适当选择亲本 , 针对一定的病害小种 , 利用粗山羊草的抗病基因改良普通小麦是完全可能
的。
(二 ) 对双二倍体抗病性的单体分析表明 , 波斯小麦 P S S的ZA 染色体带有一对显性抗白
粉病基因 。目前国内外在抗白粉病的基因定位中 , 姚景侠等 1T] 分析白免 3 号的抗白粉病基因
位于 S D 染色体上 , 明显与波斯小麦携带的不同。 P m 4b 的抗白粉病基因位于 ZA L上 , 并
来自波斯小麦 , 已导入普通小麦A r m a d (英国 ) 、 T p 2 29 (英国 ) 、 R a ng (瑞典 )和 W e lh -
en st
e
hP an M
`
(南斯拉夫 )中〔 5 } 。 它们与 P S S携带的抗病基因是否相同有待进一步证明 。
波斯小麦 P S S对 4号和 16 号小种免疫 , 对20 号小种中抗 , 是一个值得注意的白粉病抗源 。
参 考 文 献
〔 1] 姚景侠等 白免 3 号小麦抗白粉病基因单体分析 , 作物学报 , 19 82 , 3 2 14 一 2 16
[ 2 ] G妞L B名 . : 砒 . 如妞 n e e i n A e脚。脚 S q ua r r桃 t o w h e a t 仪 af R地 t , W h e a t P o w由 r y M I ld e份 , G r e e n 七u g
a n d H
~
a n F l乳 P la n t D该毗 , 1 9漪 , 70( 6) : 砧 3石满
[ 3 ] eK
r卜 r , E卫 a n d D y e长 P . L : Re . is at n e e t o S et m a n d 址 af R此 t of W h e a t in A e g i】o 声 S q皿 r r姗
a
nd T
r a n . f e r of a G e n e fo r S et m R四 t R e日i . t a n e e t o H e l a p lo id 从} e a t , P r o . s t h . I n t . , W卜e a t G e n e -
t让. S y m p 拍 iu m , 197 8, 35 .9 3创
[ 4 〕 取 r卜 r , E . R . : s u pp r 侧姆 i gn , R四 t o f 取 s ist a n e e i n A m曲坷o ids o f T r i t ic帅 , p r认 6 t h I n t . , w h e a t
C e舰 t ie S j , p湘 Iu m , 19 8 3, 8 1 3· 8 1 7
[ 5 } M e I n t此h , R A : C a目 o g u e o f Ge n e s y m加肠 fo r 钱飞 e a t , P r o . 7 t h nI t w h e a t G e n e t i e S y m , 困 . um ,
1 98
,
12 63
·
1 28 1
上6 〕 aR u p p
,
W.
J , e t 目 , : k a f R朋 t 取 s is at n e e i n 翻 u a r r咖 , I加 T r a n . f e r a n d E x p r e朋 i o n i n C o m m o n
W h e a t
,
A加 t r a e . o f P r e se n t a t i ons a t t h e A n n ua l M e t in g , 19 8氏 J u n e : 2 6一 30
4期 陈尚安等 : 波斯小麦 一 粗山羊草双二倍体A m3抗白粉病特性的基因定位 2 1
GE NE A M P P N IG OF RE S ISTA NC E T OPD W OE Y M I RLDE W IN
了,祝 I IT C 乙明呀尸它左 8了C I乃f . A E G L L O P污 2洲 之沼曰打了AM PH ID I P LO ID AM3
C h e n S h a n g a n D o n g Y us h e n X u S h川un Z h o u R o n g h au iL X iu q au n
门肠月 t i扭te o f 价叩 G e r n切之口 .爪 R e s o u cr 既 hC iane e A e a de m , o f A口 r i亡 u l纽 ar l cS ie n e se)
W a n g J i a n 石 o n g
伽 . it 扭加 o f P 之a n t P r o加 e it o n , hC 讯 ` 。 e A ca de m , o f A g ir 亡 u l扭 ar l cS i e cn e)B
ABS T RACT
Am p h i击 lP o i d A m s 血 r i v e d tr o m t h e c r o se b e t w e e n 州 t i e u m p e邝 i亡 u m v a r . 面 r ·口 i n i亡um B e x g . e t M lu z h n . a n d A印 i l o p . 她 acu h i i, a r e e v a l u a tde f o r t h e i r r e成 s t a n e e t o山 f f e r e n t r a e se o f l eaf r朋 t (几亡 亡 i n i a cer o n d i at tr i it 亡 i ) a n d 训 w de r y m i】d e w (召 r , . iP h e
g ar m i
n is t ir it 亡 i )
.
Th e r e su l st e f e e t ive l y ds m
o
sn t
r a et t h e r e is 恤 n e e t o l e af r su t o n D D
g e n o m e s i n s y n t h e it e he x a lP o i d w h e a st
.
T h r o u g h g e n e it e a n a l y is s a n d e h r o m o so 爪 e l o e a ·
t i o n (m o n os m i
e a n a l y血 ) o n r e s i s恤 n e e g e n e o f a m p h i d i p l o i d A m 3 t o r a e e 4 o f op w d e r y
爪 i ld e w , a d o m i n a n t g e n e l o e a te d o n e h r o m o so m月 2人 w as f o u n d · A喊 t h e r e s is ta n e e g e n e
t o 训w d e r y m i ld e w o n DD g e n o m e s w a s a ls o s u p p r e毗d b y A A B B 罗 n o m e氏 b u t t h e
su 即r e s i n g l e v e ls v a r ied w i t h 山 f f e r e n t r a e e s 讼f 训w d e r y m i lde w . A e e o r 山 n g t o t h e e x p ·
e r i m e n t a l r e su l te a n d 叻 m e r e fe r e n e e m a t e r l a l s , i t 15 po iS b l e t o im p r o v e t h e d i se ase r e s
-
is t a n e e l e v e l o f e o m m o n w h e a t s b y 画 n g A e . 勿~ h i i, p r o v i d de p r o伴 r 那 r e n st w i t h
A AB B g e n o m es a r e e h o se n i n
e o n n e e t i o n w i t h s pe
e i if e 碑 t h o g e n r a e e s . M o r e o v e r , r
e a r ht l i e ` ( P S S ) 15 a use f
u 】 r e s o u r e e o f r ies st a n e e t o po w de r y m i lds w
.
K即 we r d s : 了r .娜咫 i亡 u m 犷 A e . 扭此亡h i i ,. Am Ph id iP l o i d: P o w d e r y m ild e w ; M a p P i n g