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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2013年第3期
小麦异代换系是染色体工程常用的基础材料之
一，是指通过染色体工程技术把携带外源优良基因
的染色体转入小麦遗传背景，替换小麦中的 1 条、1
对或多条染色体所形成的品系或中间种质材料［ 1，2］。
黑麦种质资源中有很多有利于小麦改良的优良基因，
如抗白粉病、抗旱、耐贫瘠、抗锈病等基因，对于
小麦的产量和品质都有显著提高，目前很多研究已
将这些黑麦基因成功的应用于小麦遗传改良上。小
收稿日期 ：2012-11-26
基金项目 ： 国家高技术研究发展计划项目（863 计划）（2011AA10010205），黑龙江高校科技创新团队研究计划，哈尔滨师范大学科技创新
团队研究计划（KJTD-2011-2），哈尔滨师范大学博士科研启动基金项目（08XBSK87）
作者简介 ：姜鹿鸣，女，硕士研究生，研究方向 ：细胞遗传学 ；E-mail ：damahemingming@163.com
通讯作者 ：张延明，男，博士副教授，研究方向 ：分子细胞遗传学 ；E-mail ：blueright@163.com
7 个大穗型小麦-黑麦代换系间杂交后代的形态学与
SSR 分析
姜鹿鸣  田超  李集临  张延明
（哈尔滨师范大学生命科学与技术学院 黑龙江省分子细胞遗传与遗传育种重点实验室，哈尔滨 150025 ）
摘 要 ： 对从小麦 - 黑麦代换系 5R/5A 与 1R/1D 杂交后代中选育的大穗型品系 1-5、1-6、1-7、1-8、1-9、1-10、1-11 进行
形态学与 SSR 分析。结果表明，7 个品系田间表现遗传性稳定，且具有黑麦大穗、抗病等优良性状 ；利用黑麦特异引物 PSC119.1
确定 7 个品系均导入了黑麦染色体片段，引物 SCM138 扩增结果表明，在 1-6 、1-7、1-8、1-9、1-10 中导入了黑麦染色体 5RS 片段，
引物 SCM120、TSM604 可以在 7 个品系中稳定扩增出黑麦 5R 长臂和 1R 短臂特异片段。以上结果可为小麦遗传育种与品质改良提
供基础材料。
关键词 ： 小麦 黑麦 代换系 SSR
Analysis of Seven Big Spike Types from the Hybrids of Wheat-Rye
Substitution Lines by Morphology and SSR
Jiang Luming Tian Chao Li Jilin Zhang Yanming
（Key Laboratory of Molecular Cytogenetics and Genetic Breeding of Heilongjiang Province，College of Life Science and Technology， Harbin
Normal University， Harbin 150025）
Abstract:  We analyzed the big spike lines 1-5, 1-6, 1-7, 1-8, 1-9, 1-10 and 1-11 by morphology and SSR, which were bred from hybrids
of wheat-rye substitution lines 5R/5A and 1R/1D. The results showed that the genetic performance of seven strains were stability, and had the
good rye traits, such as big spike, resistance to disease. Seven lines contained genetic element of rye chromosome that were determined by rye-
specific primers PSC119.1. The amplification results of primer SCM138 showed that 1-6, 1-7, 1-8, 1-9 and 1-10 contained chromatin of 5RS. The
primer SCM120 and TSM604 could amplify rye specific fragment stably in seven lines that proved the lines contained the rye chromatin of 5RL
and 1RS. These results provide the material foundation for wheat genetic breeding and quality improvement.
Key words:  Wheat Rye Substitution lines SSR
麦 - 黑麦代换系遗传性稳定，育性正常，在生产上
可以直接利用［3］。1998 年，Robinovich 等调查发现，
全世界大约有 330 多个小麦推广品种是小麦－黑麦
易位系或代换系［4］，如著名的小黑麦 Armadillo 是
2D/2R 代换系［5］。
简 单 重 复 序 列（Simple sequence repeat，SSR）
又称微卫星（Microsatellite）DNA，是近年来发展起
来的建立在 PCR 基础上的第二代分子标记，它是由
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2013年第3期66
一类短的串联重复序列基序（1-6 个核苷酸）组成
的简单重复序列［6］。由于 SSR 具有高水平的多态性、
易于检测和共显性等特点，目前广泛应用在小麦研
究中。崔会肖等［7］用 20 对小麦 SSR 特异引物，对
小麦近缘种和小麦—簇毛麦染色体代换系、易位系
的基因组 DNA 进行了鉴定。
为了加强对黑麦的遗传及其应用研究，进一步
发掘黑麦优良基因资源，本研究对从小麦 - 黑麦代
换系 5R/5A 与 1R/1D 杂交后代中选育的 7 个大穗型
品系进行形态学分析与 SSR 鉴定，以了解这些品系
的遗传基础及更好地利用其对小麦进行遗传改良。
1 材料与方法
1.1 材料
母本为小麦 - 黑麦代换系 5R/5A，表现大穗、
多小穗、抗病、有颈毛 ；父本为小麦 - 黑麦代换系
1R/1D，表现大穗、大粒、小穗排列较密、抗旱，由
哈尔滨师范大学遗传实验室培育并鉴定［5］。小麦 -
黑麦代换系 5R/5A 与 1R/1D（2n=42）杂交后代材料：
1-5、1-6、1-7、1-8、1-9、1-10、1-11 共 7 个 品 系，
由哈尔滨师范大学遗传学实验室创制和提供。中国
春（Triticum aestivum cv. Chinese Spring）、黑麦（胜
利黑麦）（Secale cereale L.），由哈尔滨师范大学遗传
学实验室从黑龙江省农科院引进并保存。
1.2 方法
1.2.1 形态学观察 2012 年 7-8 月于哈尔滨师范大
学试验田对 7 个品系及亲本进行田间统计与观察，
随机抽取 20 株。依据《小麦种质资源描述规范和数
据标准》［8］对植株性状进行形态学观察与分析，如
株高、穗长、分蘖数、小穗数、百粒重、抗病性、
抗旱性、颈毛和紫茎等。
1.2.2 DNA 提取 取叶片放入液氮冷冻并研磨成粉
末，采用 CTAB 法［9］提取小麦总 DNA，用纯水溶解
备用。
1.2.3 SSR 分析 根据任如意等［10］、Robert 等［11］、
Saal 等［12］方法合成特异性 PCR 引物，引物的碱基
序列、染色体位置、退火温度等信息参见文献［10-
12］，合成由大连宝生物公司完成，本试验使用的引
物序列，见表 1。
反应体系 ：5 μL，1×PCR buffer，1.5 mmol Mg-
Cl2，200 μmol/L dNTP，0.5 U Taq 酶，40 ng 引 物，
40-60 ng 模板 DNA。扩增产物经 15% 非变性聚丙烯
酰胺凝胶电泳，银染法染色并照相。
PCR 程序 ：95℃ 3 min 预变性 ；95℃变性 30 s，
55℃或 57℃退火 30 s，72℃延伸 1 min，循环 30 次；
表 1 PCR 特异扩增引物
引物 正链（5-3） 反链（5-3） 退火温度（℃） 片段长度（bp ） 位置
PSC119.1 TTGGCCCTCATGCCTTTAGA CTTGGCCCTCTCCGCTTGAC 55 750 R
SCM138 ATAGCCGCAGATGGTTGAGGAC GAGAAGTCTACAAATCAAGGGGGC 57 188 5RS
SCM120 CATTGTTGCGAGTGTTGAAGC TGTGCTGTCGTCGATGTTGTC 55 127 5RL
TSM604 GACACATAGAGAGGCGTGAATG CGGAAGCTCCTCTCTCACTC 55 115 1RS
72℃延伸 10 min。
2 结果
2.1 形态学观察
7 个品系的形态学观察结果表明，植株遗传性
稳定，具有 1R/1D 的小穗排列整齐、抗条锈病、叶
锈病、杆锈病 ；5R/5A 的长穗、多小穗、有颈毛等
形态特点。7 个品系均属于大穗型材料，穗长超过
14 cm，其中 1-8 品系可达 17.0 cm，1-11 品系穗长
达到 17.5 cm，7 个品系的小穗数均超过 20 个，1-8
达到 24 个，主要性状及穗型，如表 2 和图 1 所示。
表 2 7 个品系及亲本的田间性状
品系号 株高（cm） 穗长（cm） 小穗数（个） 主穗粒数（粒）
5R/5A 102 16.9 21 50
1R/1D 96.7 13.5 22 54
1-5 91.0 16.8 22 58
1-6 99.0 15.9 23 56
1-7 103.5 16.7 20 52
1-8 102.9 17.0 26 75
1-9 102.7 16.8 24 70
1-10 98.9 14.0 20 55
1-11 102.1 17.5 21 59
2013年第3期 67姜鹿鸣等 ：7 个大穗型小麦 - 黑麦代换系间杂交后代的形态学与 SSR 分析
2.2 DNA检测
经电泳和紫外分光光度计检测试验材料 DNA，
电 泳 条 带 都 较 明 显 清 晰，DNA 质 量 较 好。 测 量
OD260/ OD280 的比值均接近 1.8，提取的 DNA 能应用
SSR-PCR 分析（图 2）。
引物 SCM138-5RS，在 1-6、1-7、1-8、1-9、1-10
和黑麦中扩增出约 188 bp 黑麦特异片段（图 4 中箭
头所示），该片段在中国春、1-5 与 1-11 中未出现，
表明 1-6、1-7、1-8、1-9、1-10 中导入了黑麦 5R 染
色体短臂遗传物质。引物 SCM120-5RL 在黑麦中扩
增出 100-150 bp 4 条清晰条带（图 5）。但考虑到
marker 分布不均等情况，图 4 中箭头所示位置约为
127 bp，在此位置 7 个品系均扩增出特异条带，而
中国春未出现条带，从而表明 7 个品系中导入了黑
麦 5R 染色体长臂遗传物质。引物 TSM604-1RS 可以
在黑麦和 7 个品系中稳定地扩增出一条长约 115 bp
的特异带（图 6），而在中国春中无扩增带纹，表明
10
cm
cm
5
0
10
5
0
1
6 7 8 9
2 3 4 5
1 ：.5R/5A ；2 ：1R/1D ；3 ：.1-5 ；4 ：1-6 ；5 ：.1-7 ；6 ：1-8 ；7 ：1-9 ；8 ：1-10 ；9 ：1-11
图 1 7 个品系及其亲本的穗形图
2000
bp
M 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1000
750
500
250
100
M ：DL2000 marker ；1 ：黑麦 ；2 ：中国春 ；3 ：1-5 ；4 ：1-6 ；
5 ：1-7 ；6 ：1-8 ；7 ：1-9 ；8 ：1-10 ；9 ：1-11
图 2 DNA 琼脂糖凝胶电泳结果
2.3 分子标记分析
用筛选出的引物分析 7 个品系，结果（图 3）表
明，有 1 对引物 PSC119.1 可以在黑麦和 7 个品系中
扩增出一条长约 750 bp 的特异带，而在中国春中没
有结合位点，不能扩增出特征带。说明检测的植株
中具有黑麦 R 染色体组成分。
2000
bp
M 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1000
750
500
250
100
图 3 引物 PSC119.1 扩增结果
M ：DL2000 marker ；1 ：黑麦 ；2 ：中国春 ；3 ：1-5 ；4 ：1-6 ；
5 ：1-7 ；6 ：1-8 ；7 ：1-9 ；8 ：1-10 ；9 ：1-11
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2013年第3期68
7 个品系中有来自黑麦 1R 染色体短臂的遗传物质，
该引物 TSM604-1RS（115 bp）可作为识别 7 个品系
的特异标记。
的分子标记系统。Iqbal 等［13］利用 SSR 标记成功鉴
定了小麦－单芒山羊草（Aegilops uniarista Vis.）7N
染色体异附加系。武军等［14］利用 SSR 技术对普通
小麦与冰草杂交产生的大穗花材料 4844 的后代株系
进行分析，并对大穗多花材料中的冰草 P 染色体进
行了遗传鉴定。Korzun 等［15］以 34 个小麦品种间染
色体代换系为材料，利用 45 个小麦 SSR 标记鉴定
大部分代换系是正确的。
小麦 - 黑麦代换系 5R/5A 与 1R/1D 杂交，由于
5R、5A、1R 和 1D 有部分同源关系，小麦 ph 基因
受 R 组染色体抑制，有可能产生部分同源联会，从
而发生染色体易位 ；5R/5A 与 1R/1D 杂交，F1 会产
生 4 个单价体，单价体容易断裂，断裂重建，也可
以产生易位，因此代换系 5R/5A 与 1R/1D 间杂交，
可以有计划的将 1R 和 5R 染色体片段导入普通小麦，
创制易位系。
本研究选取黑麦 5R、1R 染色体的特异 SSR 引物，
结合形态学观察，分析小麦 - 黑麦代换系 5R/5A 与
1R/1D 杂交后代中黑麦的遗传成分，可降低 SSR 鉴
定小麦背景中的外源遗传物质的局限性，今后研究
可进一步结合细胞学、GISH 等多种方法分析鉴定小
麦 - 黑麦代换系间杂交后代材料，为小麦遗传改良
和育种筛选良好的基础材料。
4 结论
本试验利用引物 SCM138-5RS，在 1-6、1-7、1-8、
1-9、1-10 和黑麦中扩增出约 188 bp 黑麦 5RS 特异
片段 ；引物 SCM120-5RL 在 7 个品系和黑麦中均扩
增出 127 bp 的 5RL 特异片段 ；引物 TSM604-1RS 在
黑麦和 7 个品系中稳定地扩增出一条长约 115 bp 的
1RS 特异带，确定 7 个品系为黑麦的易位系，7 个
品系均表现大穗、多小穗、抗病、抗旱等优点，有
利用价值，可作为小麦品种改良的基础材料。
参 考 文 献
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200
bp M 1 2 3 4 5 6 7 8 9
150
M ：DL500 marker ；1 ：黑麦 ；2 ：中国春 ；3 ：1-5 ；4 ：1-6 ；
5 ：1-7 ；6 ：1-8 ；7 ：1-9 ；8 ：1-10 ；9 ；1-11
图 4 引物 SCM138-5RS 扩增结果
200
bp
M 1 2 3 4 5 6 7 8 9
150
M ：DL500 marker ；1 ：黑麦 ；2 ：. 中国春 ；3 ：1-5 ；4 ：1-6 ；
5 ：1-7 ；6 ：1-8 ；7 ：1-9 ；8 ：1-10 ；9 ：1-11
图 5 引物 SCM120-5RL 扩增结果
200
bp M 1 2 3 4 5 6 7 8 9
150
M ：DL500 marker ；1 ：黑麦 ；2 ：中国春 ；3 ：1-5 ；4 ：1-6 ；
5 ：1-7 ；6 ：1-8 ；7 ：1-9 ；8 ：1-10 ；9 ：1-11
图 6 引物 TSM604-1RS 扩增结果
3 讨论
通过代换系间杂交将近缘种属的有益基因导入
小麦，是小麦改良的有效途径之一。在供试材料品
系小麦 - 黑麦代换系 5R/5A 与 1R/1D 杂交的高代品
系中，有的可以直接被观察到兼具双亲性状，例如，
1R/1D 的小穗排列整齐、抗条锈病、叶锈病、杆锈
病 ；5R/5A 的穗长、有茎毛、穗疏等。但是，一些
性状是由多个基因共同控制，容易受外界环境的干
扰，同时由于基因的表达会有一定差异，所以依靠
表型所做的标记只能初步鉴定导入了外源遗传物质。
目前，SSR 技术已经成为小麦最为常用和高效
2013年第3期 69姜鹿鸣等 ：7 个大穗型小麦 - 黑麦代换系间杂交后代的形态学与 SSR 分析
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（责任编辑 狄艳红）