全 文 ：文章编号:1002-2481(2004)03-0003-05
在小麦育种中利用偃麦草抗病特性的研究
王建荣 , 畅志坚 , 郭秀荣 , 张晓军 , 詹海仙
(山西省农业科学院作物遗传研究所 ,山西 太原 030031)
摘　要:为利用中间偃麦草的抗性基因改良普通小麦的抗病性 ,以八倍体小偃麦 TAI7045 为桥梁
亲本 ,与小麦杂交 、回交 ,通过异源染色体的细胞遗传学操纵 ,将偃麦草的抗条锈病基因转移给普通
小麦 ,育成一批抗病性和农艺性状均已稳定的小偃麦易位系 ,并采用染色体分带和分子原位杂交技
术 ,对它们的染色体组成进行了准确鉴定。抗病性的异地评价和接种鉴定结果表明 ,它们高抗我国
小麦条锈病优势小种和新的流行小种。此外 , 还就防止或至少延缓抗病性丧失的有效途径 、染色体
小片段异源易位的诱导方法和外源基因的利用前景进行了讨论。
关键词:小麦条锈病;小片段易位;核型分析;普通小麦;中间偃麦草
中图分类号:S512.103.4　　　文献标识码:A
　　小麦条锈病是我国广大麦区的重要病害 。但长期以来 ,由于品种或抗源的单一化所引发
的抗病性丧失未能得到有效解决 ,结果一个抗病品种大面积推广后不久往往会丧失其原有的
抗性而变为易感 ,使生产招致重大损失 。目前 ,小麦条锈病的主要抗源 1B/1R易位系的衍生
品种及其他抗源已丧失抗性 ,条锈病新的生理小种条中 29 , 30 , 31 , 32已成为优势小种并开始
在黄淮麦区流行[ 2] 。因此 ,培育新抗源以增强小麦对条锈病新的生理小种的抗性 ,是小麦遗
传育种学家亟待解决的课题。
利用染色体工程 ,从小麦的近缘种属导入新的抗病基因是实现小麦抗源多样化和解决抗
病性丧失的有效途径 。许多重要的抗条锈病基因(Yr)均来自近缘植物 ,如 Yr8 , Yr17 源于山
羊草 ,Yr9源于黑麦[ 3] 。近年来国内外在开展外源抗病基因导入的同时 ,也育成一些抗病的小
麦异源代换系和易位系 ,如小麦 —中间偃麦草代换系。但从抗源在国内的利用情况和应用前
景看 ,尚存在着下列问题:①随流行菌种的变化而成为低效或无效抗病基因 ,如 Yr9;②不抗我
国病菌小种;③多为半成品 ,需改造后才能用于育种 ,如携有外源抗病基因的附加系和代换系;
④在国内外培育的一批小麦异源易位系中 ,基本上属于染色体臂间易位 ,使得在引入目标性状
的同时往往伴随着不良作用 ,包括细胞学不稳定 、遗传上不平衡和遗传背景不良等。这种易位
系(1BL/1RS是个例外)即使抗病性良好 ,但因上述原因也很难直接在育种上发挥作用 。鉴于
上述情况 ,我们以新合成的八倍体小偃麦作供体 ,采用 MADI 导入外源基因新方法 ,从 1991
年起 ,开展了通过染色体异源易位或重组 ,将偃麦草抗小麦条锈病基因导入小麦的研究。现将
部分结果报道如下。
3
山西农业科学 2004 , 32(3):3 ～ 7　　　　　　　　　　　　　　　Journal of Shanx i Agricultural Sciences
收稿日期:2003-08-18
　　　基金项目:国家自然科学基金资助项目(39870398)。
　　　作者简介:王建荣(1954-),男 ,山西运城人 ,助理研究员 ,主要从事小麦 、大豆育种研究工作。
1　材料和方法
1.1　供试材料
受体亲本选用十多年来国内的小麦主栽品种(如晋麦 33号 、高优 503)和高代品系 ,它们
对小麦条锈病的生理小种条中 29 ,30 ,31 , 32号表现为高感 。供体亲本为我们培育的八倍体新
类型 TAI7045 ,对条锈病各生理小种表现为免疫[ 7] ,其抗性源于中间偃麦草[ 9] 。
1.2　抗性导入方法
先用感病的小麦品种与八倍体小偃麦杂交 ,再用不同的感病基因型对 F1 进行回交 ,通过
异源染色体“单体附加—破碎 —整合”的遗传过程 ,将偃麦草抗小麦条锈病基因转移给普通小
麦。从 B1F2 和 B1F3 的杂种后代开始定向选择含 42条染色体的高抗条锈病植株 ,并通过多代
自交和染色体 C-带核型分析获得抗病性和遗传性均稳定的易位系。最后从分子水平上对易
位系进行准确鉴定。
1.3　易位系的染色体 C-带分析和 GISH 鉴定
利用染色体的基因组原位杂交(GISH)技术 ,对育成的抗病易位系进行分子核型鉴定 ,以
明确整合于小麦染色体上 、载有抗病基因的外源染色体片段的大小。C-带技术参照文献[ 5 ,
6]进行 ,GISH 核型分析方法参照文献[ 6 ,8]进行 。
1.4　抗性评价
试验于 2000 ～ 2001年 、2001 ～ 2002年分别在四川农业大学小麦研究所(都江堰)和山西
省农科院植保所(太原)进行。
将供试材料抗病易位系和易位系的小麦亲本按顺序排列。每个材料 5 行 ,单粒播种 。小
区之间留有宽窄走道 ,宽走道 0.5m ,用于田间管理和调查记载;窄走道0.2m ,用于播种诱发品
种(铭贤 169和 SY95-71)。每 5行材料种植 1行病害诱发品种。以上试验材料一式两套 ,相
互隔离种植 ,以利接种鉴定。
在拔节期 ,用条中 29 ,30 ,31号分离菌株分别接种两套供试材料和诱发品种。接种后 18
～ 20d开始观察记载 ,共记载 3次 。抗性反应型的记载标准分为 6级:0级为免疫—高抗(I-
HR),1级为抗(R),2级为中抗(MR),3级为中感(MS), 4级为感(S),5级为高感(HS)[ 1] 。
2　结果与分析
2.1　抗病易位系的选育
表 1　小偃麦抗病易位系的农艺性状和抗病性表现(四川雅安 、都江偃)
材料 株高(cm) 穗数 穗颈长(cm) 主穗长(cm) 主穗小穗数 主穗结实数 主穗结实率(%) 抗性反应型＊
T5111-5 84 7 15 9 20 104 98.2 0;
T5223-1 108 5 15 10 26 89 84.4 0;
T5112-9 79 4 13 8 20 56 79.3 0;
T5141-2 85 4 17 8 18 53 78.8 0;
T5120-5 78 8 12 10 22 98 91.5 0
T5135-3 97 9 17 11 21 62 81.7 0
　　注:＊为用条中 29 , 30 , 31号混合菌株接种的病理反应型。
　　以我们合成的普通小麦与中间偃麦草的部分双二倍体 ,即八倍体小偃麦 TAI7045为抗
源 ,感病的普通小麦品种京繁 309作母本杂交产生 F1(经鉴定 , F1 全部为抗病植株)。再用 F 1
植株的花粉与感病的小麦品种早优 504杂交产生 BC1F 1 。然后从 BC1F1 自交产生的 BC1F2 ～
4
山西农业科学 2004 年 32 卷第 3 期
BC1F 3中选择抗病植株进行根尖细胞的染色体计数和花粉母细胞减数分裂中期 I 的染色体配
对分析 ,结果从 124株的 BC1F3 群体中筛选到 7株 2n=42=21Ⅱ的抗病个体。让其多代自交
后 ,定向选择 2 ～ 4个世代 ,最终获得高抗我国小麦条锈病优势小种 、且农艺性状均已稳定的小
偃麦染色体易位或重组系 16个 。从某一杂交组合获得的 6个易位系中各自的主要农艺性状
和抗病性表现列于表 1。
2.2　易位系的染色体 C-带及 GISH 核型分析
将京繁 309 ,晋麦 33号 ,高优 503 ,早优 504 ,76216穗 96等小麦品种(系)与八倍体小偃麦
杂交 、回交 ,得到大量的B1F2 和B2F2 抗病后代 。利用常规的细胞学技术从中选择2n=42 ～ 43
=21 Ⅱ～ 21 Ⅱ+1Ⅰ的植株个体 。再用单株植物 C -带核型鉴定技术筛选单体附加系 、代换
系 、臂间易位系和大片段易位系。通过染色体 C-带分析 ,从观察的 1 368株个体中筛选到 2n
=42=21 Ⅱ的后代个体 714株 ,频率为 52.2%;2n=43=21 Ⅱ+1Ⅰ的后代个体 436株 ,频率
为 31.9%;含其他不同染色体数的后代个体 218株 ,频率为 15.9%。同时 ,显示变异(主要鉴
定抗病类型)的 2n=42=21Ⅱ的植株 103株 ,频率占调查总株数的 7.43%。其中 ,含偃麦草染
色体或大片段易位的有 66株 ,占调查总株数的 4.76%,而未见偃麦草染色体成分的植株数为
37株 ,出现频率占调查总株数的 2.67%。用此方法已获得多抗性小偃麦代换系和大片段易位
系 39份 ,染色体 C-带鉴定中未见偃麦草染色体成分的小片段抗病易位系 27份 。
对育成的抗病植株(2n=42)无法用 C-带技术检出其外源染色体片段时 ,进一步利用基
因组原位杂交(GISH)技术对外源染色质进行准确鉴定 ,以筛选小片段易位系。以中间偃麦草
基因组的总 DNA为探针 、普通小麦“中国春”的总 DNA作封阻 ,从 120份稳定的小偃麦杂种
后代中 ,已检出偃麦草 DNA 以不同方式整合于小麦染色体的多抗性基因转系 9份 。其中 ,偃
麦草 DNA插入到小麦染色体着丝点区域的 2份 ,插入小麦染色体长臂中部的 1份 ,整合于小
麦染色体端部的 6份 。
表 2　抗病易位系对小麦条锈病的抗性表现
材料类型 测试材料 抗性反应型 材料来源
抗性供体 中间偃麦草 0 前苏联
供体亲本 八倍体小偃麦 TAI7045 0 本文作者
受体亲本 晋麦 33号 4 山西省农科院小麦所
高优 503 3 中科院遗传所
早优 504 3 中科院遗传所
76216穗 96 4 中科院遗传所
冀 5418 5 河北省农科院作物所
中 8701 4 中国农科院作物所
抗病易位系 CHT-6090 0; 本研究
CHT-7011 0 本研究
CHT-5932 0; 本研究
CHT-6839 0; 本研究
CHT-5212 0; 本研究
CHT-6342 0 本研究
CHT-6768 0; 本研究
CHT-6938 0 本研究
CHT-5214 0 本研究
2.3　抗病易位系的抗性评价
5
王建荣等:在小麦育种中利用偃麦草抗病特性的研究
2001 ～ 2002年 ,将利用染色体介导法获得的 120份小偃麦后代材料提供给山西省农科院
植保所进行小麦条锈病的抗性评价。不同生理小种鉴定和小种混合鉴定结果表明 , 120份材
料中有 66份在整个生育期(苗期—成株期)对我国主要麦区流行的条中 28 ,29 ,30 ,31号及最
新小种条中 32号均表现为免疫或高抗(对条中 32 号的抗性鉴定在四川农大小麦研究所进
行)。抗性供体和部分抗病易位系及其亲本的抗性鉴定结果列于表 2。
3　讨论
小麦条锈病是我国广大麦区的重要病害 ,现已发现 23个抗小麦条锈病基因 ,但由于它们
具有很强的小种专化性 ,以致于有这些抗性基因的品种在生产上推广不久就因流行菌种的变
化而丧失其原有的抗病性 。因此 ,导入外源抗病新基因 、通过抗源多样化以减少病原菌的选择
压力 ,就成为防止或至少延缓抗病性丧失的有效途径。
通过染色体异源易位 ,从小麦的近缘种属导入抗病新基因是实现小麦抗源多样化 、解决抗
病性丧失的有效手段[ 3] 。在小麦染色体工程研究中 ,迄今染色体易位的诱导方法主要是利用
单价染色体在减数分裂时的错分裂和再融合 ,即着丝粒的分裂 —融合 ,形成易位 。而用“着丝
粒分裂—融合”过程诱导的易位则主要是臂间易位 ,在引入目标性状的同时往往伴随着不良作
用 ,包括细胞学不稳定 、遗传上不平衡和遗传背景不良等 。这种易位系(1BL/1RS 是个例外)
即使抗病性良好 ,但因上述原因也很难直接在育种上发挥作用[ 4 ,10] 。因此 ,探索转移外源种
质的新方法在植物染色体遗传工程研究中有着重要意义。小片段易位在作物遗传育种上的巨
大价值早就为人们所认识 ,但关于小片段易位的诱导方法 ,至今未见任何报道。本研究首次利
用在小麦背景中单体附加的偃麦草染色体自身存在的遗传不稳定性 ,即世代交替过程中外源
染色体高频率的破碎与丢失现象 ,来引发小麦染色体发生破碎和丢失 ,进而诱导产生较高频率
的染色体小片段易位 。而且 ,本研究已用 DNA 原位杂交方法证实了所获得的小麦抗性基因
转系中偃麦草染色体小片段的存在 。本研究为小片段易位的诱导提供了一个以利用单体附加
系为工具转移外源基因的新方法。
参考文献:
[ 1] 　王凤乐 ,吴立人 ,徐世昌 ,等.中国条锈病新小种条中 30 , 31号的研究[ J] .植物保护学报 , 1996 , 21(1):39-44.
[ 2] 　何中虎 ,肖世和 ,庄巧生.“九五”全国小麦育种研究进展[ J] .麦类作物学报 , 2001 , 21(3):72-75.
[ 3] 　刘大钧.外源基因在小麦育种中的利用[ J] .作物杂志 , 1994(6):1-7.
[ 4] 　任正隆 , Röberlin.八倍体小黑麦×普通小麦杂种后代群体中的染色体易位[ J] .遗传学报 , 1991 , 18(3):228-234.
[ 5] 　任正隆 ,张怀琼.一个改良的 C-带技术[ J] .四川农业大学学报 , 1995 , 13(1):1-5.
[ 6] 　畅志坚 ,郭秀荣 ,张晓军 ,等.八倍体小偃麦新类型的染色体 C-带和 GISH 分析[ J] .山西农业大学学报 , 2002 , 22(1):5
-8.
[ 7] 　畅志坚.几个小麦—偃麦草新种质的创制及分子细胞遗传学分析[ D] .成都:四川农业大学 , 1999.
[ 8] 　周荣华 ,贾继增 ,董玉琛.用基因组原位杂交技术检测小麦—新麦草杂交后代[ J] .中国科学(C 辑), 1997 , 27(6):543-
549.
[ 9] 　Chang Z J , Yuan Z Y , Guo X R.Product ion and GISH analysis of a new 56-chromosome line derived f rom w heat×Agropy-
ron intermedium [ A ] .Prospects of Wheat Genetics for the 21s t Century [ C] .Beijing:China Agricultural S ciences Press ,
2001.237-240.
[ 10] 　Jiang J M , Friebe B.Recent advances in alien genes t ransfer in w heat [ J] .Euphyt ica , 1994 , 73:199-21.
6
山西农业科学 2004 年 32 卷第 3 期
Use of Thinopyrum Germplasm Resistance to Yellow Rust
in Wheat Breeding
WANG Jian-rong , CHANG Zhi-jian , GUO Xiu-rong ,
ZHANG Xiao-jun , ZHAN Hai-xian
(Instit ute of Crop Genetics , Shanxi Academy of Agricultural Sciences , Taiyuan 030031 , China)
Abstract:In order to improve disease resistance of w heat , a new type of partial alien amphiploid
derived f rom Thinopy rum intermedium ×common wheat was used as donor parent to cross and
backcross w ith dif ferent genotypes of common wheat , respectively.The gene for yellow rust re-
sistance was int rogressed into common wheat f rom Thinopyrum intermedium , and a set of
translocation lines w ere developed by means of chromosomal cytogenetic manipulation.The results
from evaluation for disease resistance and in combination of C-banding and GISH revealed that
these Thinopy rum intermedium-derived wheat-alien translocation lines belonged to small segment
translocation conferring the high resistance to the epidemical races of Chinese w heat yellow rust.
In addi tion , the efficacious approaches to avoid the comedown of disease resistance , the inducing
method for w heat-alien small segment translocation and the application foreground of w heat-alien
genes w ere discussed.
Key words:Common wheat;Thinopyrum intermedium;Wheat yellow rust;Small segment
t ranslocation;Karyo type analysis
运葵 4号
审定编号　晋审葵 2003001
选育单位　山西省农科院棉花研究所
品种来源　不育系 84103A×恢复系 9604R(1996年)
特征特性　幼茎花青甙色素无或很弱。叶片大 ,颜色浅绿 ,叶锯齿不规则 , 无叶翼着生 ,茎上部刚毛中等 ,
舌状花数量多 、形状长 , 花色黄 ,苞叶数多。株高 180cm , 盘径 20cm 左右 , 茎秆直立 , 花盘向下倾斜但盘颈曲度
小 ,花盘微凸 , 子粒排列紧密 ,中心有不结实区。生育期春播 110d , 复播 90d 左右。田间表现抗旱 、抗病 , 有黄
萎病发生 ,但发病程度较轻。 2002 年农业部油料及制品质量监督检验测试中心检测 ,子实含油率 42.33%, 纯
仁率 74.4%。
产量表现　2000～ 2002 年参加山西省向日葵生产试验 , 3 年平均单产 2 643kg/ hm2 ,比对照 G101 增产
7.4%。
栽培要点　①公顷播量 3.75 ～ 6.00kg ,播深 3～ 4cm ,公顷留苗 4.50 万～ 5.25 万株。 ②苗期适当蹲苗 ,
现蕾期追肥浇水。 ③及时收获 ,防止鸟害。
适宜地区　适宜山西省南部麦茬复播 ,中北部春播种植。
7
王建荣等:在小麦育种中利用偃麦草抗病特性的研究