全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2014, 40(8): 13311339 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(31171550), 国家科技支撑计划项目(2013BAD01B02)和中国科学院项目(CXJQ1201)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 安调过, E-mail: dgan@sjziam.ac.cn
第一作者联系方式: E-mail: xiangqulasa@163.com
Received(收稿日期): 2014-02-24; Accepted(接受日期): 2014-04-16; Published online(网络出版日期): 2014-06-03.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20140603.1551.005.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2014.01331
390份小麦-黑麦种质材料主要农艺性状分析及优异材料的 GISH与
FISH鉴定
罗巧玲 1,4 郑 琪 2 许云峰 1 李立会 3 韩方普 2 许红星 1 李 滨 2
马朋涛 1 安调过 1,*
1 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心, 河北石家庄 050022; 2中国科学院遗传与发育生物学研究所 / 植物细胞与
染色体工程国家重点实验室, 北京 100101; 3 中国农业科学院作物科学研究所, 北京 100081; 4中国科学院大学, 北京 100049
摘 要: 将小麦近缘属植物黑麦中的优良基因导入小麦可以拓宽小麦的遗传基础, 丰富小麦的遗传变异。本研究调
查并分析了 390份小麦-黑麦种质材料。在这 390份种质材料中, 6个主要农艺性状值均有较大的极差, 说明其遗传多
样性丰富。与 10份小麦主栽品种相比, 90%以上的材料具有穗长和分蘖数的显著优势, 60%以上的材料具有小穗数优
势, 约 30%的材料穗粒数和千粒重显著高于主栽品种。利用基因组原位杂交(genomic in situ hybridization, GISH)和多
色荧光原位杂交(multicolor fluorescent in situ hybridization, mc-FISH)技术, 对 8份农艺性状优良的代表性材料进行染
色体组成分析, 发现 3份为六倍体小黑麦(AABBRR), 2份为八倍体小黑麦(AABBDDRR), 1份为 1RS1BL易位系, 其
余 2份不具有可见的黑麦染色体或染色体片段。值得指出的是, 3份六倍体小黑麦与 2份八倍体小黑麦所含的黑麦染
色体不完全相同。八倍体小黑麦中有 1对来源于黑麦的小染色体, 而六倍体小黑麦中没有类似小染色体; 并且, 不同
材料中黑麦 4R 染色体端部的 GISH 杂交带有明显差异。本研究结果为这些小麦-黑麦种质材料进一步应用于小麦育
种提供了依据。
关键词: 小麦-黑麦种质; 农艺性状; GISH; FISH; 小黑麦; 遗传多样性
Main Agronomic Traits of 390 Wheat-Rye Derivatives and GISH/FISH Identi-
fication of Their Outstanding Materials
LUO Qiao-Ling1,4, ZHENG Qi2, XU Yun-Feng1, LI Li-Hui3, HAN Fang-Pu2, XU Hong-Xing1, LI Bin2, MA
Peng-Tao1, and AN Diao-Guo1,*
1 Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, Shijiazhuang, Hebei
050022, China; 2 State Key Laboratory of Plant Cell and Chromosome Engineering, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese
Academy of Sciences, Beijing 100101, China; 3 Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 4 Uni-
versity of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: Transferring desirable genes of rye (Secale cereale L.) into common wheat (Triticum aestivum L.) can widen the ge-
netic basis and enrich genetic variation of wheat. We analyzed 390 wheat-rye derivatives in this study. Large ranges of variation
were found according to six main agronomic traits, indicating an abundant genetic diversity in these germplasms. Compared to ten
major wheat cultivars, more than 90% of the wheat-rye derivatives were superior in spike length and tiller number, more than 60%
were superior in spikelet number, and about 30% had higher kernel number per spike and thousand-grain weight. Eight represen-
tative materials with desirable agronomic traits were tested with genomic in situ hybridization (GISH) and multicolor fluorescent
in situ hybridization (mc-FISH). The result showed that among eight outstanding materials three were hexaploid triticales
(AABBRR) and two were octoploid triticales (AABBDDRR); another one was the 1RS·1BL translocation line; and the remaining
two lines contained neither chromosome nor chromosome fragments of rye. Interestingly, the rye chromosomes were not com-
pletely the same between the hexaploid triticale and the octoploid triticale. A pair of rye chromosomes in the octoploid triticale
1332 作 物 学 报 第 40卷


was smaller than usual, whereas the hexaploid triticale had no such small chromosomes. We also found that different triticale ma-
terials had different GISH banding patterns of chromosomes 4R. These results provide a basis for application of the wheat-rye
derivatives in wheat breeding.
Keywords: Wheat-rye derivatives; Agronomic trait; GISH; FISH; Triticale; Genetic diversity
小麦在世界上种植广泛, 是人类最重要的粮食
作物之一。20世纪 90年代以后, 由于缺少新的突破
性育种亲本, 通过常规技术选育的品种(系)多出自
相同或相似的亲本, 导致小麦的遗传多样性日趋降
低[1]。从小麦近缘属中挖掘有益基因可以拓宽小麦
的遗传基础, 丰富其遗传多样性[2-3], 因而成为研究
热点之一。
黑麦属中的栽培黑麦(Secale cereale L.)与小麦
同属禾本科小麦族的小麦亚族(Tritticine), 其染色体
组为 RR (2n = 2x = 14)。栽培黑麦分蘖力强, 小穗数
多, 抗多种病虫害, 根系发达, 具有抗旱、耐盐碱、
耐贫瘠、耐寒和抗干热风等特性, 是小麦育种中改
善重要性状和丰富遗传多样性的优良基因供体[4-7]。
小麦与黑麦远缘杂交得到的小黑麦是第一个人工创
造的新物种, 也是黑麦染色体导入小麦形成的典型
双二倍体[8]。小黑麦结合了小麦和黑麦的优良特性,
其本身就具有很高的生产价值。目前, 直接用于生
产的主要是六倍体和八倍体小黑麦。另外, 与黑麦
相比小黑麦更容易与普通小麦杂交成功, 所以它也
常作为黑麦优良基因向小麦转移的桥梁亲本[9]。黑
麦基因资源对小麦产量等性状的改良发挥了重要作
用, 尤其是 T1RS·1BL易位系在抗病、抗逆和产量等
方面的突出表现使其在世界范围内得到广泛应用 ,
成为利用外源基因进行小麦遗传改良最成功的范例
之一[10-12]。Robinovich等[11]调查发现, 全世界约 330
个小麦推广品种含有小麦-黑麦易位系。在我国, 具有
黑麦或小黑麦血缘的小麦推广品种至少有 30个[13]。
随着现代分子细胞遗传学和分子生物学的发展,
小麦中外源遗传物质的鉴定技术不断丰富和深化 ,
从传统的形态学标记、细胞学标记(染色体核型和染
色体分带), 发展到生化标记(同工酶等)、原位杂交
技术和目前应用广泛的分子标记等。其中, 荧光原
位杂交是指将特殊修饰的核苷酸标记的 DNA 探针
直接与染色体DNA杂交, 再用与荧光素分子偶联的
单克隆抗体和探针分子间的特异性结合来检测
DNA分子在染色体上位置、分布和相对含量的一项
分子细胞遗传学技术[14]。它是架设在传统细胞遗传
学和现代分子遗传学之间的“桥梁”。以全基因组
DNA 为探针与固定在玻片上的染色体进行基因组
原位杂交(genomic in situ hybridization, GISH), 可在
染色体水平上, 清晰地显示出远缘杂交后代中与探
针同源的部分[15-16]。如以黑麦基因组 DNA 为探针,
即可鉴定出导入小麦背景中的黑麦外源遗传物质。
新发展起来的多色荧光原位杂交技术 (multicolor
fluorescent in situ hybridization, mc-FISH)是将特定
的 DNA 重复序列标记为探针与染色体 DNA 杂交,
在不同的染色体上显示出不同的带型, 以此来确定
染色体的归属[17-18]。它已成为鉴定异源材料、识别
染色体的新手段。顺序 GISH与 FISH技术不仅可以
鉴定是否有外源黑麦遗传物质的导入, 还可以确定
染色体的归属[19], 并且具有快速、直观、有效的特
点, 对鉴定和跟踪导入的外源遗传物质, 加速种质
创新、提高选择的准确性具有重要意义。
本研究以390份小麦-黑麦种质材料为研究对象,
调查其主要农艺性状 , 并对其中具有代表性的8份
材料进行了基因组原位杂交(GISH)和多色荧光原位
杂交(mc-FISH)鉴定, 旨在明确优异材料及其染色体
组成, 为这些材料在小麦育种中的进一步应用提供
依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
390份小麦-黑麦种质资源由中国农业科学院作
物科学研究所的李立会研究员提供; 另外选择10个
小麦主栽品种为对照, 分别是济麦22、石新828、科
农199、良星99、石4185、石麦15、冀5265、山农21、
烟农19和邯7086。
1.2 农艺性状调查
2012—2013 小麦生长季, 将所有材料种植在中
国科学院栾城实验站。每份材料种 3行, 每行 20粒,
行长 1.5 m, 行距 25 cm。试验区四周设保护行, 田
间统一管理, 依据《小麦种质资源描述规范和数据
标准》[20]考察农艺性状。小麦成熟后每小区随机选
取中间行的中部植株 5 株, 分别调查株高和分蘖数,
取平均值; 取 5个主穗, 调查穗长、小穗数、穗粒数
和不育小穗数, 取平均值; 每小区收获中间行 1 m
长测产, 计算单位面积产量; 从收获株上取 500 粒
称重, 计算千粒重, 3次重复, 取平均值。
第 8期 罗巧玲等: 390份小麦-黑麦种质材料主要农艺性状分析及优异材料的 GISH与 FISH鉴定 1333


利用 SPSS 16.0 软件进行单因素方差分析, 按
LSD 法比较小麦-黑麦种质材料与 10 个主栽品种的
差异显著性。
1.3 GISH和 FISH鉴定
分别选择分蘖数、小穗数、穗粒数和千粒重表现
最好的 4 份材料, 产量较高的 3 份材料, 以及表型近
似普通小麦的 1份材料进行 GISH和 mc-FISH鉴定。
挑选饱满的种子在垫有双层湿滤纸的培养皿中
23℃发芽, 露白后在 4℃下作同步化处理 24 h, 然后
转入 23℃恒温培养 24 h, 剪取发芽种子的根。取细
胞分裂中期的根尖, 按照韩方普描述的方法[21]进行
染色体细胞制备、探针标记和原位杂交。GISH鉴定
以中国春基因组 DNA 作为封阻, 黑麦基因组 DNA
作为探针, 按 100∶1与制备的根尖中期细胞染色体
原位杂交。Mc-FISH鉴定以来自 Aegilops squarrosa
的重复序列 pAs1 (标记为红色) [22]和来自黑麦的重
复序列 pSc119.2 (标记为绿色) [23]为探针, 与制备的
根尖中期细胞染色体原位杂交; 小麦与黑麦染色体
的标注参考已发表的图谱[17,24]。
2 结果与分析
2.1 390份小麦-黑麦种质材料主要农艺性状的
分析
390份小麦-黑麦种质的分蘖数、穗长、小穗数、
穗粒数和千粒重变异范围很大, 分蘖数相差 27.8, 穗
长相差 9.0 cm, 小穗数相差 19.2, 穗粒数相差 74.0粒,
千粒重相差 39.5 g (表 1)。大部分材料的性状值集中在
一定范围内, 如 87.7%的材料分蘖数在 9~21 区间,
91.5%的材料穗长在 9.5~15.5 cm区间, 83.3%的材料小
穗数为 18~27, 84.1%的材料穗粒数为 41~65, 82.1%的材
料千粒重集中在 30.5~45.5 g范围内。此外, 390份材料
株高变异范围为 71.0~172.6 cm, 极差为 101.6 cm, 其中
67.4%的材料为 100~130 cm, 还有 7 份材料株高超过
150 cm, 仅 14份材料(3.6%)的株高为 70~80 cm (图 1)。
超过90%的小麦-黑麦种质材料表现为分蘖数
和穗长显著优于小麦主栽品种 , 并且385份材料
(98.7%)的分蘖数超过主栽品种的最小值7.0 (科农
199); 所有材料的穗长都大于主栽品种的最小值
7.2 cm (科农199); 小穗数也有明显优势, 其中254
份材料 (65.1%)显著优于主栽品种 , 357份材料
(91.5%)的小穗数高于主栽品种的最小值18.3 (山农
21)。良星99、山农21和烟农19的不育小穗数都为
0, 石新828、石麦15、冀5265和科农199都为1, 而
260份(66.7%)小麦-黑麦种质材料的不育小穗数小
于1 (表1)。穗粒数和千粒重两性状, 小麦-黑麦种质
材料的优势相对较弱 , 但也有43份材料 (11.0%)的
穗粒数大于主栽品种最大值65.0 (山农21), 204份材
料(52.3%)大于主栽品种最小值52.4 (石新828); 38
份材料 (9.7%)的千粒重大于主栽品种的最大值
43.3 g (良星99), 293份材料(75.1%)大于主栽品种最
小值32.9 g (石4185)。
2.2 优异小麦-黑麦种质材料的农艺性状
从390份小麦-黑麦种质中选出8份代表性材料,
其农艺性状(表2)与育种目标相符或在育种中有一

表 1 390份小麦-黑麦种质材料与 10份小麦主栽品种主要农艺性状比较
Table 1 Comparison of 390 wheat-rye derivatives with 10 major wheat cultivars in main agronomic traits
主栽品种
Major cultivars
小麦-黑麦种质
Wheat-rye derivatives
优于主栽品种的小麦-黑麦种质数 1)
No. of wheat-rye derivatives superior to major cultivars 1) 性状
Trait 平均值
Mean
范围
Range
平均值
Mean
范围
Range
优于平均值
vs. mean
优于最大值
vs. maximum
优于最小值
vs. minimum
分蘖数 TN 9.3 7.0–10.7 14.3* 5.0–32.8 355 (91.0%) 317 (81.3%) 385 (98.7%)
穗长 SL (cm) 8.6 7.2–10.2 12.5* 8.3–17.3 379 (97.2%) 348 (89.2%) 390 (100.0%)
小穗数 SN 18.9 18.3–20.5 22.0* 15.8–35.0 254 (65.1%) 224 (57.4%) 357 (91.5%)
不育小穗数 SSN 0.4 0–1.0 0.8* 0–8.3 104 (26.7%) 260 (66.7%) —
穗粒数 KNS 54.9 52.4–65.0 54.1* 17.8–91.8 99 (25.4%) 43 (11.0%) 204 (52.3%)
千粒重 TKW (g) 38.0 32.9–43.3 36.6* 21.0–60.5 137 (35.1%) 38 (9.7%) 293 (75.1%)
10个小麦主栽品种分别是济麦 22、石新 828、科农 199、良星 99、石 4185、石麦 15、冀 5265、山农 21、烟农 19和邯 7086。
*表示小麦-黑麦种质材料显著优于主栽品种 (P<0.05)。1) 括号中数据为超过主栽品种的百分数。优于主栽品种平均值的不育小穗数指
不育小穗数为 0的材料数和比例。
The 10 major wheat cultivars were Jimai 22, Shixin 828, Kenong 199, Liangxing 99, Shi 4185, Shimai 15, Ji 5265, Shannong 21,
Yannong 19, and Han 7086. TN: tiller number; SL: spike length; SN: spikelet number; SSN: sterile spikelet number; KNS: kernel number per
spike; TKW: 1000-kernel weight. * indicates significantly superior to the main cultivars at P < 0.05. 1) Data in parentheses are the percentages.
SSN superior to the mean of major cultivars indicates that the number and percentage of wheat-rye derivatives with zero sterile spikelet.
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图 1 390份小麦-黑麦种质 6个农艺性状的频次分布
Fig. 1 Distributions of frequency in six agronomic traits of 390 wheat-rye derivatives
箭头示 10份主栽品种的平均值。
The arrows show the means of 10 major wheat cultivars.

表 2 8份代表性材料的主要农艺性状
Table 2 Main agronomic traits of eight representative wheat-rye derivatives
材料
Line
分蘖数
TN
穗长
SL (cm)
小穗数
SN
穗粒数
KNS
千粒重
TKW (g)
株高
PH (cm)
产量
Yield (kg hm–2)
R1162 17.0 16.2 34.4 51.4 43.2 155.0 8684
R2203 14.8 15.9 26.6 46.2 45.0 134.0 7253
R2221 19.4 16.0 27.8 65.3 43.2 140.8 7645
R1017 16.6 11.4 17.8 35.8 60.5 127.0 5196
R1103 13.4 15.5 35.0 47.0 55.0 149.0 4683
R1147 32.8 11.9 19.8 49.0 32.9 105.2 3437
R2209 11.6 14.8 29.2 91.8 40.3 152.0 5959
R1156 19.0 9.6 19.0 54.8 37.2 87.0 4032
TN: tiller number; SL: spike length; SN: spikelet number; KNS: kernel number per spike; TKW: 1000-kernel weight; PH: plant height.

定应用价值。其中 R1162、R2203 和 R2221 为高生
物量和高产系, 均表现较大的穗长(15.9~16.2 cm)和
较多的小穗 (26.6~34.4), 产量三要素相对协调 ;
R1147、R1103、R2209和 R1017分别为 390份材料
中分蘖数最多、主穗小穗数最多、穗粒数最多和千
粒重最大的材料 , 虽然综合性状不如上述 3份产量
高的材料协调, 但其单一性状突出; R1156的表型与
普通小麦相似, 是“小麦型”小黑麦的代表, 其株高
仅为 87.0 cm, 分蘖较多(19.0 个), 穗粒数与主栽品
种相近(54.8粒)。
2.3 优异材料的 GISH和 FISH鉴定及分析
GISH分析发现, 小穗数最多的 R1103和高产系
R1162 均为六倍体小黑麦(AABBRR), 其染色体组
成均为 2n = 42 (28W+14R)。通常情况下, 黑麦基因
组 DNA 在黑麦染色体上会产生明显的端带 , 如
R1103中的 14条黑麦染色体在一端或两端具有端带
(图 2-A1), 而 R1162 的黑麦染色体中有 2 条没有端
带(图 2-B1), 说明这 2个材料的黑麦染色体不完全一
致。Mc-FISH分析结果表明, R1103和 R1162中所含
的 14条黑麦染色体为 1R~7R染色体各 1对, 其中两
第 8期 罗巧玲等: 390份小麦-黑麦种质材料主要农艺性状分析及优异材料的 GISH与 FISH鉴定 1335


条端带有差异的染色体为 4R染色体, 并且 2份材料
中 4R 染色体的 mc-FISH 带型基本一致(图 2-A2 和
B2)。因此, R1103 和 R1162 染色体组成均为 2n =
6x = 42 (14″W+7″R)。此外, 穗粒数最多的 R2209也
为六倍体小黑麦 (图片未显示 ), 其染色体组成与
R1103相同, 并且 14条黑麦染色体都具有端带(一端
或两端)。
GISH 分析确定表现高产的 R2203 和 R2221 同
为八倍体小黑麦(AABBDDRR), 其染色体组成均为
2n = 56 (42W+14R)。R2203中 14条黑麦染色体的一
端或两端均具有端带(图 2-C1), 而 R2221 的黑麦染
色体中有 2 条染色体没有端带(图 2-D1), 说明这两
份材料中的黑麦染色体也不完全一致。我们还发现
这 2份八倍体小黑麦中含有 1对黑麦的小染色体(图
2-C1 和 D1), 而上述六倍体小黑麦材料中没有这样
的小染色体(图 2-A1 和 B1)。Mc-FISH 结果显示, 2

图 2 8份小麦-黑麦种质材料的 GISH和 mc-FISH鉴定
Fig. 2 Identification of GISH and mc-FISH of eight wheat-rye derivatives
A~F依次为小麦-黑麦种质材料 R1103、R1162、R2203、R2221、R1147和 R1156。A1~F1是以黑麦基因组 DNA为探针(绿色), 中国春基因
组 DNA为封阻的 GISH鉴定结果, 其中 B1和 D1中的十字星号示无端带的 2条黑麦染色体, C1和 D1中的箭头示 1对黑麦的小染色体。
A2~F2是以重复序列 pAs1 (红色)和 pSc119.2 (绿色)为探针的 mc-FISH鉴定结果, C2和 D2中的问号示不能确定归属的染色体。
A–F are wheat-rye derivatives R1103, R1162, R2203, R2221, R1147, and R1156, respectively. A1–F1 are GISH results with rye genomic
DNA as a probe (green) and Chinese Spring DNA as a blocker. The cross stars in B1 and D1 show the two rye chromosomes without GISH
binding pattern, and the arrows in C1 and D1 show a pair of small rye chromosomes. A2–F2 are mc-FISH results on the same metaphase after
GISH analysis by pAs1 (red) and pSc119.2 (green) simultaneously. The question marks in C2 and D2 show the undetermined chromosomes.
1336 作 物 学 报 第 40卷


份八倍体材料中的 14条黑麦染色体分别为 1R、2R、
3R、4R、6R和 7R染色体各 1对, 缺少 5R染色体, 但
却含有 1对黑麦的小染色体(图 2-C2和 D2); 位于小
染色体端部和中部的 pSc119.2 带型与 5R 染色体标
准带型不完全一致, 与其他染色体的带型也不具有
很好的一致性, 所以暂时不能确定其归属(图2-C2和
D2)。两条端带有差异的染色体同样为 4R, R2221的
4R 染色体短臂端部的绿色条带不明显(图 2-D2), 可
能是由于杂交过程中一些因素所致, 也可能是染色
体 DNA发生了变异。
GISH鉴定未发现分蘖数最多的R1147 (图 2-E1)
和千粒重最大的 R1017 (图片未显示)中有可见外源
黑麦染色体或染色体片段, 利用探针 pAs1 (红色)和
pSc119.2 (绿色)对 R1147的 mc-FISH鉴定也未发现
其染色体上含有异于标准带型的信号(图 2-E2)。
“小麦型”材料 R1156的染色体总数为42条, 有1
对小麦染色体的短臂被黑麦染色体臂代换, 形成小
麦-黑麦易位系(图2-F1)。进一步的 mc-FISH 分析发
现, 该材料中黑麦染色体的1RS 代换了小麦染色体
的1BS, 所以该易位为 T1RS·1BL (图2-F2)。并且, 根
据带型可以看出, 所有染色体均成对出现, 因此认为
R1156的染色体组成为2n = 42 (20″W+ 2T1RS·1BL)。
3 讨论
小麦产量构成三要素中分蘖数的贡献最大, 但
在高肥力条件下, 分蘖数接近高限, 因此穗粒数和
千粒重成为进一步提高小麦产量的限制因素[25]。产
量构成因素的改进潜力在不同地区可能有所差异 ,
但通过增加穗粒数和改良株型等在小麦产量提高方
面仍具有较大潜力; 要通过与多小穗的近缘种质或
其后代杂交、回交, 选育穗略长、小穗略多(如增加
1~3个)、穗粒数和粒重协调发展的类型, 即兼顾穗数
的大穗大粒高产类型[26]。本研究中, 390份小麦-黑麦
种质材料的穗长和分蘖数较10个主栽品种有明显优
势, 小穗数、穗粒数和千粒重也不同程度地优于主
栽品种, 说明黑麦分蘖力强、小穗数多等优良性状
已转移到这些远缘杂交材料中。分蘖数、穗长、小
穗数、穗粒数、千粒重和株高在390份小麦-黑麦种
质材料中均呈连续分布, 并且极差较大, 体现出丰
富的多样性。分蘖数、穗长、小穗数、穗粒数和千
粒重5个性状均有远高于主栽品种的材料 , 有的材
料产量相关性状表现比较协调, 籽粒产量较高, 因
此 , 充分发掘这些小麦-黑麦种质材料的优良性状,
并将其进一步导入到小麦品种中, 对小麦育种工作
具有重要意义。近年来, 本实验室已经将农艺性状
表现优异的部分材料与生产上的主栽品种杂交, 配
制了245个组合, 并进行了回交, 以广泛应用于小麦
育种[3]。
利用 GISH和 mc-FISH技术对农艺性状表现突
出的小麦-黑麦种质材料进行鉴定 , 明确了它们的
染色体组成, 这不仅可以为育种家提供遗传背景清
楚的育种材料, 也为这些优异材料的进一步研究和
利用奠定了基础。本研究中 8份代表性材料不仅包
括六倍体和八倍体小黑麦 , 还包括小麦-黑麦易位
系和不携带明显黑麦染色体片段的材料, 且 2 份八
倍体小黑麦(R2203 和 R2221)与 3份六倍体小黑麦
(R1162、R1103和 R2209)携带不完全相同的黑麦染
色体, 八倍体小黑麦中缺少黑麦的5R染色体, 而含
有 1 对黑麦的小染色体(图 2-C2 和 D2), 而六倍体
小黑麦中没有这样的小染色体 , 其黑麦染色体为
1R~7R (图 2-A2和 B2)。另外这些六倍体和八倍体
小黑麦中黑麦 4R 染色体的 GISH 端带情况也不相
同(图 2-A1、B1、C1 和 D1), 这可能是因为黑麦本
身的来源不同, 或是黑麦的品种不同, 也可能是黑
麦染色体导入小麦后发生剧烈变化, 染色体结构重
排所致[27-28]。
小黑麦是小麦与黑麦经远缘杂交形成的典型双
二倍体, 它结合了小麦和黑麦的优良特性, 与小麦
杂交成功率更高, 所以常作为黑麦优良基因向小麦
转移的桥梁亲本[9]。利用八倍体或六倍体小黑麦与
普通小麦杂交可以得到异附加系、异代换系和易位
系等染色体工程材料。本研究调查的 390份小麦-黑
麦种质材料的分蘖数、穗长和小穗数等性状具有显
著优势, 8份农艺性状优良的材料经分子细胞遗传学
鉴定, 有 5份为小黑麦, 其中 3份为六倍体小黑麦, 2
份为八倍体小黑麦。结合农艺性状表型分析来看 ,
390 份小麦-黑麦种质材料大部分可能为六倍体和八
倍体小黑麦。八倍体小黑麦与普通小麦杂交在 F2和
F3 代就可形成相当数量的在育种学上具有利用价值
的如易位、代换和附加等材料[29]。已利用八倍体小
黑麦和普通小麦杂交, 在 F5代得到 1R~7R的单体附
加系, 以及 1R 和 2R 的二体附加系; 抗病性鉴定发
现, 5R和 6R单体附加系对白粉病表现免疫[30-31]。利
用六倍体小黑麦与普通小麦品种杂交, 已选育出高
抗白粉病的 1RS·1BL 易位系 84059 和 84111 以及
1R(1B)和 1R(1D)代换系[32]。利用六倍体小黑麦与普
第 8期 罗巧玲等: 390份小麦-黑麦种质材料主要农艺性状分析及优异材料的 GISH与 FISH鉴定 1337


通小麦杂交, 通过表型鉴定选择优异材料, 再利用
GISH、FISH技术和分子标记技术跟踪和鉴定黑麦遗
传物质的传递, 在 F2和 F3代获得了一定比例的携带
黑麦染色质的材料, 这些材料对大麦黄矮病表现高
抗[33]。本实验室在小麦-黑麦种质材料与主栽品种杂
交的 245个组合的后代中也获得一定数量的附加系,
代换系和易位系等材料, 有些材料表现出超亲的优
良性状。
为了将这 390份小麦-黑麦种质材料应用于小麦
育种以丰富小麦的遗传变异, 可以将染色体工程方
法与常规育种技术相结合, 在小麦-黑麦种质材料与
小麦主栽品种的杂交、回交后代中, 筛选具有目标
性状的后代材料, 进一步利用 GISH与 FISH以及分
子标记技术跟踪和检测杂交后代中的黑麦遗传物质,
创制具有优良性状的新种质或新品种。另外, 导入
小麦的整条或大片段黑麦染色体, 在引入黑麦优异
性状的同时, 往往具有连锁累赘和遗传上不稳定等
不利因素, 可利用离子辐射、诱导部分同源染色配
对、组织培养和杀配子染色体(gametocidal chromo-
some)等方法处理小黑麦或小黑麦与小麦杂交得到
的后代(包括附加系、代换系和大片段易位系等), 创
制新的小片段的小麦-黑麦易位系, 以有目的地将含
有黑麦有益基因的染色体片段导入小麦, 有效利用
其优异基因。此外, 由于小黑麦同时具有小麦和黑
麦不同属的染色体, 因而是研究异属染色体配对行
为及相应性状遗传的理想材料[8]。任正隆等[29]即利
用八倍体小黑麦与普通小麦杂交的后代分析了小麦
和黑麦染色体在小黑麦与小麦杂交的不同世代群体
中的传递规律。
与六倍体和八倍体小黑麦相比, 易位系携带的
非目标遗传物质较少, 所以在所有的小麦-黑麦异染
色体系中, 易位系被认为是向小麦中转移外源有益
基因的最有效方式。本研究发现 R1156为小麦-黑麦
的 1RS·1BL易位系。Kim等[34]通过研究不同来源的
黑麦 1R 染色体的农学遗传效应, 发现不同来源的
1RS 易位系在籽粒产量上表现显著的遗传多样性 ,
而小麦遗传背景的效应是影响 1RS·1BL易位系农艺
性状的主要因素。虽然在利用黑麦优良性状的同时,
一些影响小麦品质的不利性状也会引入小麦[35], 但
这些不利性状是否导入同样取决于特定的易位系、
黑麦染色质的来源和遗传背景等的影响 [34,36], 可以
通过选择合适的材料尽量将其避免。周建平等[37]和
任天恒等[38]利用绵阳 11 与不同来源的 1RS·1BL 易
位系杂交, 不仅培育出兼抗条锈和白粉病的小麦品
种, 而且新品种表现“延绿”的特性。樊小莉等[39]利
用小偃 6 号与德国白黑麦的远缘杂交后代, 选育出
高抗条锈病的 1RS·1BL易位系。所以可以发掘不同
来源的黑麦 1RS 染色体的遗传多样性, 或利用小麦
和黑麦种内的遗传变异, 创造较多的不同种系来源
的同类易位体, 从中选育出一个与小麦遗传背景有
最佳重组和最佳相互作用的易位材料以应用于小麦
育种 [40]。本研究的结果表明 , T1RS·1BL 易位系
R1156 分蘖数多, 综合农艺性状优良, 是一个可以
直接应用于小麦育种的易位系。此外 , 未检测到
R1147 和 R1017 携带黑麦染色体或染色体片段, 这
可能是因为黑麦染色体片段太小, 实验未能分辨出,
或者是完全不携带黑麦遗传物质, 有待利用特异分
子标记等技术进一步验证。R1147 分蘖数高达 32.8,
显著高于主栽品种; R1017千粒重高达 60.5 g, 也显
著高于主栽品种, 与六倍体、八倍体小黑麦相比, 这
两个材料的优良性状更容易转移到普通小麦中。
4 结论
系统调查了 390份小麦-黑麦种质材料的产量相
关农艺性状, 发现远缘杂交后代不仅具有丰富的多
样性 , 而且比主栽小麦品种具有明显的表型优势 ,
尤其是穗长和分蘖数, 另外小穗数、穗粒数和千粒
重方面也具有一定优势。筛选出 8 份农艺性状优良
的小麦-黑麦种质材料, 其在染色体水平上也具有丰
富的遗传多样性。本研究结果为这些材料应用于小
麦育种提供了依据。
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