全 文 ：抗黄矮病普通小麦-偃麦草异附加系 、
异代换系的选育和鉴定＊
武东亮　辛志勇　陈　孝　徐惠君　马有志　张增艳
(中国农业科学院作物育种栽培研究所 ,北京 100081)
摘要　　以偃麦草(Ag.pulcherrimum)为抗源 ,以圆锥小麦(T .turgidum)×偃麦
草的双二倍体———CPI113500(2n =70)与普通小麦杂交 、回交 、自交得到的衍生系为
基础材料 ,利用黄矮病抗性追踪 、形态学标记 、细胞遗传学分析 ,筛选到 2个抗黄矮病
新种质 96S16-11 ,96W14-9.通过测交分析 、原位杂交和同工酶电泳分析等技术 ,对
以上材料进行鉴定 ,结果表明:96S16-11为普通小麦-偃麦草二体异附加系 , 96W14-9
为普通小麦-偃麦草 1D(1Ap)二体异代换系.
关键词　　小麦黄矮病　偃麦草　同工酶　原位杂交　异附加系　异代换系
小麦黄矮病是由大麦黄矮病毒(Barley yellow dw arf vi rus , BYDV)引起的世界性小麦重要
病毒病害 ,几乎在所有生产小麦的国家都有发生[ 1] , 每次流行都给小麦产量造成很大损
失[ 2 ～ 4] .培育抗耐病品种是防治该病的最经济有效的措施之一.
在小麦种属内没有发现黄矮病抗源 ,仅发现少数耐黄矮病的材料[ 4～ 7] ,因此 ,利用普通小
麦种内的资源进行育种(包括基因累加)难以奏效.在小麦的近缘种属中存在着很好的黄矮病
抗源材料[ 1 , 8] ,从这些近缘物种向小麦导入黄矮病抗性 ,是小麦黄矮病抗病育种的最有效途
径.
中国和法国的学者将中间偃麦草抗 BYDV 染色体导入到小麦中 ,分别育成了抗 BYDV的
小麦-中间偃麦草部分双二倍体无芒中 4与 TAF46 等.Y.Cauderon利用 TAF46和冬小麦品
种Vilmorin 27杂交 、回交 ,选育出了高抗黄矮病的二体异附加系 L1 ,具有中间偃麦草 7Ai-1染
色体 ,其抗病基因位于 7Ai-1的长臂上.辛志勇等人以无芒中 4为抗源获得了高抗黄矮病的
二体异附加系 Z1 ,Z2和 Z6 ,其抗性基因位于 2Ai-2 上 ,不同于 L1的抗性基因.以 L1附加系
为第 1抗源 ,现已选得 Y90612 ,Y920595 , Tc4和 Tc5-Tc10等黄矮病抗性稳定的易位系[ 1] ,以
Z1 ,Z2和Z6为第 2抗源 ,也已选得一些高抗黄矮病的易位系(还未公开发表).偃麦草具有不
同于无芒中 4与 L1的抗 BYDV 基因 ,位于第 1同源群染色体上.因此 ,把偃麦草的抗 BYDV
基因导入普通小麦 ,选育抗黄矮病的新种质 ,作为第 3 抗源应用于育种工作 ,可使小麦黄矮病
的抗源多样化 ,为彻底控制小麦黄矮病发挥重要作用.
　　　1997-11-27收稿 , 1998-04-04收修改稿
　　＊国家“八六三”高科技计划和国家科委攻关资助项目
中　国　科　学　(C　辑)
第 29卷　第 1期 SCIENCE IN CHINA(Series C)　 1999年 2 月
　　本文旨在应用组织培养 , 染色体工程的手段 ,把偃麦草的抗黄矮病基因导入到普通小麦
的遗传背景中 ,选育抗黄矮病的普通小麦新种质;应用形态学标记 、同工酶和原位杂交技术 ,对
导入普通小麦的外源抗黄矮病基因进行跟踪鉴定.
1　材料和方法
1.1　材料
国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)Mujeeb-kazi把圆锥小麦(Trit icum turgidum)(2 n=
28)与偃麦草(Agropyron pulcherrimum)(2n =42)杂交 , 经染色体加倍得到了双二倍体
CPI113500(2n=70),经 ELISA和抗性鉴定 ,确定它高抗黄矮病[ 9 , 10] .我们利用 CPI113500
与普通小麦杂交 、回交 、自交得到一批衍生系 ,这些衍生系及其组培的后代就是本实验的基础
材料.这些材料有:95G622-10 ,其系谱为[(CPI113500/中 8601)SC1/中 8601×2//陕 7859×
2] F2/陕 7859;T9410-3 , 系谱为[(CPI113500/中 8601)SC1/中 8601×2//陕 7859×3] SC1.
1.2　黄矮病抗性鉴定
用感染GAV 或GPV 病毒株系的燕麦叶片饲喂麦二叉蚜(Schizaphis gram inum),苗期接
种饲毒蚜虫(由中国农业科学院植物保护研究所提供),每株接 10头左右 ,约 40 d后 ,观察发
病症状 ,按国际分级标准分单株记载病级 ,0 ～ 2级为抗病 ,3 ～ 9级为感病 ,田间设感病对照(中
8601 、陕 7859).整个选育过程都进行黄矮病抗性的追踪鉴定.
1.3　细胞遗传学鉴定
1.3.1　根尖染色体计数　　将种子放在湿润的滤纸上 25℃萌动 ,待露白后放 4℃冰箱处理
24 h ,取出重新放回 25℃恒温箱培养 24 h ,根尖长到 1 ～ 1.5 cm 时取下根尖在冰水中处理 24
h ,然后用卡诺固定液(3 乙醇:1 乙酸)固定并置 4℃冰箱保存.制片时 ,先用 60℃ 1 mol/ L
HCl水解 14 min ,然后用锡夫试剂染色 30 min ,用卡宝品红压片 ,镜检计数 ,并照相.
1.3.2　花粉母细胞(PMC)减数分裂行为观察　　取合适的幼穗 ,经初步镜检 ,将合适的花药
在卡诺固定液中固定 0.5 h以上 , 70%酒精处理 5 min后 ,蒸馏水再处理 5 min , 60℃1 mol/ L
HCl水解 10 min ,染色和制片方法同上.
1.3.3　测交分析　　对异附加系用小麦感病亲本陕 7859 、中 8601等进行测交 ,对异代换系
用中国春 1A ,1B , 1D重双端体进行测交 ,观察其测交后代 PMC 减数分裂染色体配对情况 ,并
进行分析.
1.4　原位杂交
以中间偃麦草总 DNA为探针 ,中国春总 DNA 作封阻 ,按照马有志[ 11]的方法进行基因组
原位杂交.
1.5　叶片过氧化物酶(PER-1)等电聚焦电泳
(1)取抽穗后的旗叶 ,按照Ainswo rth[ 12]的方法进行酶的提取.(2)凝胶配制与电泳条件
见 Pharmacia LKB PhastSystem 用户手册.(3)染色采用联苯胺染色法.
2　结果与分析
2.1　抗黄矮病新种质的选育
2.1.1　抗黄矮病二体异附加系的选育　　通过体细胞染色体计数及花粉母细胞(PMC)减数
第 1 期 武东亮等:抗黄矮病普通小麦-偃麦草异附加系 、异代换系的选育和鉴定 63　
分裂观察 ,从95G622-10自交后代中选得1株抗黄矮病的单体异附加株 95N2230-4 , 其染色体
构型为 2n=43=21Ⅱ+1 Ⅰ ,且具毛颖(毛颖为 Ag.pulcherrimum 所特有 ,普通小麦亲本无此
性状 ,故可作为形态学标记使用).在95N2230-4自交后代中进一步选二体异附加株95W16-8
(2n =44),减数分裂观察了 46个 PMC ,平均每个细胞有 1.13个单价体 , 4.61个棒状二价体 ,
15.54个环状二价体(二价体总数为 20.15), 0.28个三价体 ,0.35个四价体 , 0.07个五价体 ,
有 21.7%的细胞完全配成 22对 , 该二体异附加系不太稳定 ,需进一步选育.由 96W16-8自
交选 96S16-11(2n =44=22 Ⅱ), 为比较稳定的抗黄矮病二体异附加系.
2.1.2　抗黄矮病二体异代换系的选育　　由 T9410-3(组培一代具毛颖)自交 , 得 95W18-
10(2n=42), 具毛颖 , 再自交选 96S25-12 , 抗黄矮病 , 2n=20 Ⅱ+1 Ⅰ , 具毛颖 , 推测可能
为单体异代换系.在 96S25-12自交后代中 , 共查 13株根尖染色体数 , 12株为 2 n=41 , 1株
为 2n=42=21Ⅱ , 定名为 96W14-9 , 进一步说明 96S25-12中的单价体应该是外源染色体 ,
因为只有外源染色体的传递率才如此低.96W14-9 ,即为抗黄矮病的二体异代换系.
2.2　抗黄矮病新种质的鉴定
2.2.1　抗病性鉴定　　将所选材料 , 在苗期接种饲毒蚜(携带 GPV或 GAV 病毒株系的麦二
叉蚜),40 d 左右观察发病症状 , 双二倍体(CPI113500)、异附加系(96S16-11)、异代换系
(96W14-9)均表现抗病(0 ～ 1级), 对照普通小麦亲本(中 8601 、陕 7859)均表现感病(3 ～ 5
级).鉴定结果如表 1(鉴定地点为中国农业科学院作物育种栽培研究所中圃场试验田):
表 1　黄矮病抗性鉴定结果
鉴定年份 病毒株系 材料名称 接种株数 抗性级别及相应株数 症状表现
1996 GPV CPI113500 6 0(6) 无病
96S16-11 1 0(1) 无病
96W14-9 1 0(1) 无病
中 8601 10 4(3) 叶片黄化中度以上 , 不矮化
5(7) 黄化面积较 4级更大 ,有点矮化
1997 GAV CPI113500 8 0(5) 无病
1(3) 部分叶片尖端变红 ,长势旺盛
96S16-11 20 0(14) 无病
1(6) 部分叶片尖端变黄 ,长势旺盛
96W14-9 15 0(11) 无病
1(4) 部分叶片尖端变黄 ,长势旺盛
陕 7859 15 3(6) 叶片黄化中度 ,不矮化
4(9) 叶片黄化中度以上 ,不矮化
2.2.2　细胞遗传学鉴定　　(1)抗黄矮病二体异附加系细胞遗传学及遗传稳定性分析.
96S16-11的根尖染色体计数表明 2 n=44 , 对其 PMC(花粉母细胞)减数分裂行为进行观察 ,
共统计了 73个花粉母细胞 , 平均染色体构型为 2n =0.44 Ⅰ+3.74棒 Ⅱ+18.04环 Ⅱ , 二价
体总数为 21.78 , 78.1%的细胞为 2n =22 Ⅱ , 可见该附加系细胞学上基本稳定.在 PMC减
数分裂观察过程中 ,偶尔可见后期染色体落后现象 ,落后的 1对染色体很可能就是 1对外源染
色体.虽然这种现象发生频率很低 ,也说明外源染色体与小麦遗传背景的不协调 ,所以 ,育种
过程中应尽量减小外源染色体的片段 ,以减少其与小麦遗传背景的不协调性.
64　 中　　国　　科　　学　　(C　辑) 第 29 卷
对 96S16-11与感病亲本中 8601及陕 7859的测交后代进行 PMC 减数分裂观察 ,均呈现
2n=21 Ⅱ+1 Ⅰ的染色体构型(图1),表明96S16-11 是抗黄矮病二体异附加系.
进一步研究表明 ,该二体异附加系是比较稳定的 ,在 96S16-11的 28株F 2中 82.14%的植
株 2n =44 , 17.86%的植株 2n =43.
(2)抗黄矮病二体异代换系的细胞遗传学分析及染色体鉴定.96W14-9与其感病亲本陕
7859的测交 F1 ,PMC 减数分裂中期 Ⅰ染色体配对表现为 2n =20 Ⅱ+2 Ⅰ(图 2),从而证明
96W14-9为二体异代换系.
图 1　96S16-11×中 8601F 1花粉母细胞减数
分裂染色体构型(2 n=21Ⅱ+Ⅰ)
图 2　96W14-9×陕 7859F1 花粉母细胞减数
分裂染色体构型(2n =21Ⅱ+2Ⅰ)
96W14-9的 PMC 减数分裂中期 Ⅰ观察了 56 个细胞 ,平均每个细胞有 0.18个单价体 ,
2.43个棒状二价体 ,18.48个环状二价体 ,二价体总数为20.91 , 91.07%的细胞染色体构型为
2n=21Ⅱ , 可见该二体异代换系已比较稳定.96W14-9 的 PMC 也观察到了后期染色体落后
现象 ,进一步验证了外源染色体的存在.
中国春重双端体 1A(CSDDT1A),1B(CSDDT1B)与96W14-9测交 , F1 PMC 减数分裂中期
Ⅰ均表现为 2n=20Ⅱ+2 Ⅰ(图 3),说明 96W14-9中有与 CSDDT 1A , 1B中端体配对的小麦
染色体 1A ,1B ,即外源染色体代换的不是 1A 或 1B.而中国春重双端体 1D(CSDDT 1D)与
图 3　96W14-9×CSDDT 1B F 1花粉母细胞减数
分裂染色体构型(2 n=20Ⅱ+2Ⅰ)
图 4　96W14-9×CSDDT 1D F1 花粉母细胞减数
分裂染色体构型(2 n=20Ⅱ+Ⅰ +2 t)
96W14-9测交 ,F1 PMC减数分裂中期Ⅰ表现为 2n =20Ⅱ+1Ⅰ +2t(图 4),表明 96W14-9中
没有与 CSDDT1D的端体配对的小麦染色体 1D , 即外源染色体代换了 1D 染色体 , 所以
96W14-9为小麦-偃麦草 1D/1Ap代换系.
第 1 期 武东亮等:抗黄矮病普通小麦-偃麦草异附加系 、异代换系的选育和鉴定 65　
2.2.3　染色体原位杂交分析　　为了更直观 、准确地鉴定导入普通小麦的偃麦草染色体 ,对
异附加系(96S16-11)与异代换系(96W14-9)进行了基因组染色体原位杂交(GISH).用普通小
麦中国春总 DNA 作封阻 ,以中间偃麦草总 DNA 作探针 , 进行杂交.结果在 96S16-11 与
96W14-9的小麦染色体背景中 ,都观察到了 1 对具杂交信号的偃麦草染色体(图 5),确证了
96 S16-11为异附加系 、96W14-9为异代换系.
2.2.4　同工酶分析　　对所育成的异附加系 、异代换系进行叶片过氧化物酶(PER-1)等电
聚焦同工酶电泳 ,结果见图 6.其中箭头所指为双二倍体(CPI113500)、异附加系(96S16-11)、
异代换系(96W14-9)和 96W28-8共有的带 ,而感病亲本圆锥小麦 、普通小麦陕 7859 、中 8601
都没有此带 ,因此可作为偃麦草外源染色体鉴定的生化标记.已知 PER-1定位于小麦 1BS和
1DS ,黑麦 1RS ,簇毛麦 1V ,大麦 1H 上[ 13] ,根据基因的共线性关系 ,偃麦草生化位点 PER-1应
位于第 1同源群上 ,支持了 96W14-9为小麦-偃麦草 1D/1Ap异代换系的结论.
综合上述结果 , 96S16-11为抗黄矮病小麦-偃麦草二体异附加系 ,96W14-9为抗黄矮病小
麦-偃麦草 1D/1Ap二体异代换系 ,抗病基因应位于第 1同源群染色体上.
图 5　96W14-9根尖染色体原位杂交图像 图 6　PER-1 等电聚焦同工酶电泳图谱
1为 CPI113500, 2为 96S16-11, 3为 96W14-9, 4为 96W28-8 ,
5为 T.turgidum , 6为中 8601, 7为陕 7859
3　讨论
目前 ,以 L1附加系(其抗病基因位于 7Ai-1的长臂上)为抗源 ,已选得 Y90612 , Y920595 ,
Tc4和 Tc5-Tc10等黄矮病抗性稳定的易位系 ,以无芒中 4为抗源获得了高抗黄矮病的二体异
附加系 Z1 ,Z2和Z6 ,其抗性基因位于 2Ai-2上 ,不同于 L1的抗性基因.以上抗性基因都来源
于中间偃麦草.本试验选到的种质材料(包括异附加系 、异代换系),其抗性基因来自于偃麦草
的第 1同源群染色体 , 与中间偃麦草的抗性基因不同 ,因此可作为抗黄矮病育种的第 3 抗源
加以利用.这样通过抗源轮换 、多系品种或进行基因累加育成多抗品种等方法 ,就可以使黄矮
病更好得到控制.
选育二体异代换系的一般方法是以小麦单体为母本 ,二体异附加系为父本进行杂交 ,F 1
选择双单体类型自交 ,在自交后代中选择染色体异代换系.李振声从蓝粒单体中选育出自花
66　 中　　国　　科　　学　　(C　辑) 第 29 卷
结实的缺体小麦 ,提出“缺体回交法” , 避免了附加系的麻烦 ,缩短了选育异代换系的进程 ,细
胞学工作量大大减少.中国科学院遗传研究所在常规的染色体工程程序中引入了花培技术 ,
建立了一套可以直接得到异代换系和异附加系的新技术程序.这种新技术程序不仅可以比较
快地得到异代换系 ,而且不需要相应的单体(或缺体)小麦和异附加系作为前体的材料.本研
究 ,用普通小麦对双二倍体(CPI 113500)进行多次测交 ,测交后代选抗病株进行幼胚培养 ,在
再生植株(T9410-3)自交 3代群体中选到了二体异代换系.该方法也没使用单体(或缺体)小
麦和异附加系做为前体材料 ,不失为一种选育异代换系的较好的方法.
在抗性筛选过程中 ,我们注意到黄矮病抗性与毛颖连锁 ,而且双二倍体 CPI 113500 为毛
颖 , 感病亲本 T .turgidum 、小麦品种中 8601 、陕 7859和 CA9211都无毛颖 ,故毛颖性状基因
应来自于偃麦草.所以毛颖性状的存在即表明偃麦草染色体或其片段的存在.在异附加系
96S16-11与异代换系 96W14-9的选育过程中充分利用了这一特殊性状 ,减少了大量的工作
量.另外 ,在小麦中毛颖基因位于 1A 染色体上 ,根据基因的共线性关系 ,推断来自于偃麦草
的毛颖基因也位于第 1同源群上 ,而黄矮病基因与毛颖基因连锁 ,故抗黄矮病基因一定也位于
第 1同源群上.而在进行重双端体测交时 ,选用了第 1同源群的重双端体 ,在同工酶分析中直
接选用第 1同源群上的同工酶 ,从而节省了大量筛选重双端体和同工酶标记的工作.因此 ,在
育种工作中千万不能忽视形态学标记.
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