全 文 ：Vol. 29 , No. 4
pp. 525～529 　July , 2003
作 　物 　学 　报
ACTA AGRONOMICA SINICA
第 29 卷 第 4 期
2003 年 7 月 　525～529 页
抗白粉病小偃麦异代换系的细胞学鉴定和 RAPD 分析
李丹丹　王洪刚 3 　刘树兵　高居荣　李兴峰 Ξ
(山东农业大学农学院 ,山东泰安 271018)
摘 　要 　对从长穗偃麦草与小麦杂种后代中选育的抗白粉病小麦种质系山农 870742551 在进行白粉病抗性鉴定的基础
上 ,进行了细胞学和 RAPD 鉴定。结果表明 :山农 870742551 根尖细胞染色体数目为 2 n = 42 ,花粉母细胞减数分裂中期 Ⅰ
(PMC MⅠ)染色体构型为 2 n = 21 Ⅱ, 它与小麦中国春的杂种 F1PMC MⅠ染色体构型为 2 n = 20 Ⅱ+ 2 Ⅰ,说明山农 870742
551 是一个双体异代换系 ;其白粉病抗性为显性 ,且由偃麦草染色体决定。对山农 870742551 及其亲本进行 RAPD 分析 ,
从 80 个随机引物中 ,筛选出一个引物 (OPE13)分别能在山农 870742551、分离群体的抗病植株 DNA 池和抗病植株中稳定
地扩增出长穗偃麦草亲本的特异 DNA 片段。
关键词 　小麦2偃麦草异代换系 ;抗白粉病 ;细胞学 ;RAPD
中图分类号 : S512 　　　文献标识码 : A
Cytological ldentif ication and RAPD Analysis of Tritelytrigia Alien Disomic Substitu2
tion Line with Powdery Milde w Resistance
LI Dan2Dan 　WANG Hong2Gang 　LIU Shu2Bing 　Gao Ju2Rong 　Li Xing2Feng
( Agronomy College of Shandong Agricultural University , Tai’an , Shandong 271018 , China)
Abstract 　Germplasm line Shannong 870742551 with good resistance to powdery mildew , which derived from the progeny
of Elytrigia elongatum and wheat , was identified by cytology and RAPD analysis. The results demonstrated that Shannong
870742551 was an alien disomic substitution line between common wheat and E. elongatum , with chromosome number of
2 n = 42 , and its chromosome configurations was 21 Ⅱ. Powdery mildew resistance of Shannong 870742551 was dominant ,
and it was controlled by the chromosome of E. elongatum. Among 80 random primers used the specific DNA of E. elinga2
trm was only amplified by primer OPE13 from Shannong 870742551 , and also from the resistant individuals of F2 segregation
population between Shannong 870742551 and Chinese Spring.
Key words 　Wheat2 E. elongatum substitution line ; Powdery mildew resistance ; Cytology ; RAPD
　　小麦白粉病是由白粉菌 ( Erysiphe graminis f . sp .
tritici)引起的世界性真菌病害 ,它是普通小麦叶部
病害中危害较为严重的病害之一。不断鉴定新的抗
白粉病基因 ,创造新的抗病种质 ,增加抗病基因的多
样性 ,对于小麦白粉病抗性的遗传改良具有重要意
义。
在小麦的许多近缘野生物种中含有抗白粉病基
因 ,目前人们已将黑麦[1～3 ] 、簇毛麦[4 ] 、山羊草[5 ,6 ]
等物种的抗白粉病基因转移到小麦中。偃麦草属
( Elytrigia) 是在小麦遗传改良中利用较为广泛的一
个小麦野生近缘属 ,其中的长穗偃麦草 ( E. elonga2
tum , 2 n = 70) 、中间偃麦草 ( E. intermedium , 2 n = 42)
等物种对白粉病表现免疫 ,因此在偃麦草属中可能
存在抗白粉病新基因[7 ,8 ] 。
本实验室以小麦与长穗偃麦草杂交 ,在其杂种
后代中选育出多个高抗白粉病的种质系。本研究在
对其中的山农 870742551 抗病种质系的白粉病抗性
特点鉴定的基础上 ,进行了细胞学和 RAPD 分析。Ξ基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (39970458) 。
作者简介 :李丹丹 (1976 - ) ,女 ,山东省单县人 ,现在美国肯塔基大学攻读博士学位 ,研究方向为植物分子生物学。3 通讯作者 :王洪刚。E2mail :hgwang @sdau. edu. cn
Received (收稿日期) :2002203222 Accepted (接受日期) :2002209208.

1 　材料和方法
1. 1 　试验材料
　　普通小麦品种鲁麦 5 号 (2 n = 6 x = 42) 和济南
13 (2 n = 6 x = 42) ,小麦近缘物种长穗偃麦草 ( Elytri2
gia elongatum , 2 n = 10 x = 70) ,鲁麦 5 号、济南 13 与
长穗偃麦草复合杂交选育的高世代稳定种质系山农
870742551。其中 ,长穗偃麦草原引自中国科学院西
北植物研究所 ,由李振声先生提供 ,其余材料均由本
实验室保存。
1. 2 　研究方法
1. 2. 1 　细胞学鉴定方法
　　花粉母细胞减数分裂染色体构型分析 :取花粉
母细胞处于减数分裂中期 Ⅰ的花药 ,卡诺氏液 (酒精¬冰乙酸 = 3 ¬1) 固定 ,室温条件下用 5 mol/ L 盐酸
解离 6 min ,改良卡宝品红染色 ,然后压片、镜检并拍
照。
根尖细胞染色体数目鉴定 :种子在室温下浸泡
至露白 ,1～4 ℃冰箱中低温处理 24 h ,然后在 25 ℃条
件下发芽 ,根长 115～210 cm 时取根尖 ;将根尖在冰
水中处理 24 h ,再用卡诺氏液于 1～4 ℃条件下固定
24 h ,60 ℃条件下用 1 mol/ L 盐酸解离 8 min ,铁矾2苏
木精法染色 ,用 45 %乙酸分色 ,然后压片、镜检并拍
照。
1. 2. 2 　RAPD 鉴定
DNA 的提取采用 Sharps[9 ]等提出并经 Devos[10 ]
等改进的方法。RAPD 扩增引物购自山东济南赛恩
斯科技有限公司 ,本实验所用 80 个引物为 E 组、F
组、Y 组和 H 组。反应体系 20μL ,含 250 μmol/ L
dNTP ,018μmol/ L 随机引物 ,模板DNA 30 ng , Taq 酶
5 U ,10 ×Buffer 2μL 和超纯水 1216μL。扩增反应在
PE9600 PCR 仪上进行。扩增程序为 :94 ℃预变性 3
min ,37 ℃1 min ,72 ℃2 min ,2 个循环 ;然后 94 ℃变性
15 s ,37 ℃退火 30 s ,72 ℃延伸 45 s ,反应 48 个循环 ,
最后 72 ℃延伸 3 min。扩增产物用 110 %琼脂糖凝
胶电泳检测 ,紫外灯下观察结果并拍照。
1. 2. 3 　抗白粉病鉴定
将待鉴定材料冬播于温室内 ,行长 40 cm ,行距
18 cm ,每行播种 30 粒 ,重复 2 次。同时以感病品种
铭贤 169 和中国春作为对照并种成感染行。在感染
行内接种白粉病 15 号菌种 ,当其大量繁殖后采集菌
种抖洒在待鉴定材料叶片上 ,同时借助感染行进行
诱发感染。苗期抗性按 0、1、2、3、4 五级标准调查 ,
其中 0 级为免疫 ,无侵染症状 ;1 级为高抗 ,有侵染
斑点 ;2 级为中抗 ,倒 2 叶以下叶片有少量菌丝 ;3 级
为中感 ,旗叶及以下叶片有大量菌丝 ;5 级为高感 ,
穗部及以下叶片均有大量菌丝。成株抗性鉴定是在
试验网室内进行 ,方法同前。同时在试验站田间按
上述方法种植 ,自然发病后调查抗病性。
2 　结果与分析
2. 1 　山农 870742551 的抗白粉病特点
　　山农 870742551 是从鲁麦 5 号、济南 13 与长穗
偃麦草复合杂交后代中选育出的高世代稳定材料。
对其形态特征观察发现 ,该材料除具有小麦亲本鲁
麦 5 号和济南 13 的某些特点外 ,还明显具有长穗偃
麦草的某些形态特征。温室和网室接种及田间抗白
粉病鉴定结果表明 ,在苗期和成株期 ,鲁麦 5 号对白
粉病均表现中感 , 济南 13 则表现高感 , 而山农
870742551 则表现为免疫 (见表 1) 。
表 1 不同材料苗期和成株期白粉病抗性调查结果
Table 1 Powdery mildew resistance of difterent
materials at seedling and adult stage
材料
Material
苗期调查结果 Seedling stage 成株期调查结果 Adult stage
反应型
Reaction
type
调查株数
Plants
observed
感病株
Plants
infected
感病率
Frequency
infected
反应型
Reaction
type
调查株数
Plants
observed
感病株数
Plants
infected
感病率
Frequency
infected
中国春 4 25 25 100 % 4 30 30 100 %
Chinese
Spring
铭贤 169 4 25 25 100 % 4 30 30 100 %
Mingxian 169
鲁麦 5 号 3 30 30 100 % 3 28 28 100 %
Lumai 5
济南 13 4 30 30 100 % 4 26 26 100 %
Jinan13
长穗偃麦草 0 20 0 0 0 10 0 0
Elytrigia
elongatum
山农 0 30 0 0 0 30 0 0
870742551
Shannong
870742551
　　注 :苗期为温室调查结果 ,成株期为试验网室调查结果。
Note :The data at seedling stage were obtained in greenhouse , at adult
stage in net field.
625 　　　作 　　物 　　学 　　报 29 卷 　

以山农 870742551 分别与感白粉病材料铭贤
169 和中国春杂交 ,两个杂种 F1 在田间成株期均对
白粉病表现免疫 ,说明山农 870742551 中的白粉病抗
性为显性。将两个 F1 自交获得 F2 代分离群体 ,在
F2 中田间成株期抗病株与感病株的分离符合 3 ¬1
比例 (表 2) 。
表 2 山农 870742551 与中国春、铭贤 169
杂种 F1 和 F2 抗白粉病调查结果
Table 2 Powdery mildew resistance of F1 and
F2 hybrid between Shannong 870742551 and C. S or Mingxian 169
材料
Material
反应型
Reaction
type
调查
株数
Plants
observed
感病
株数
Plants
infected
抗感分
离比例
Segregation
ratio
χ2
山农 870742551/ 中国春 F1 0 30 0
Shannong 870742551/
Chinese Spring F1
山农 870742551/ 铭贤 169F1 0 30 0
Shannong 870742551/
Mingxian 169 F1
山农 870742551/ 中国春 F2 0 ,1/ 3 ,4 100 22 3 ¬1 0. 48
Shannong 870742551/
Chinese Spring F2
山农 870742551/ 铭贤 169 F2 0 ,1/ 3 ,4 100 27 3 ¬1 0. 21
Shannong 870742551/
Mingxian 169 F2
　　注 :0 和 1 级为抗病 ,3 和 4 级为感病。
Note :0 and 1 means resistant to powdery mildew , 3 and 4 means sus2
ceptible to powdery mildew.
2. 2 　山农 870742551 的细胞学特点
分别利用铁矾—苏木精压片法和改良卡宝品红
压片法对山农 870742551 的根尖细胞染色体数目和
花粉母细胞减数分裂中期 Ⅰ染色体构型进行了观
察。结果表明 ,其根尖细胞染色体数目为 2 n = 42
(图 1) ,花粉母细胞减数分裂中期 Ⅰ( PMC M Ⅰ) 染
色体构型为 2 n = 21 Ⅱ(图 2) 。对山农 870742551/
中国春 F1 的 PMC M Ⅰ染色体构型分析发现 ,其染色
体构型为 2 n = 20 Ⅱ+ 2 Ⅰ(图 3) ,这说明山农 870742
551 是一个异代换系。在山农 870742551/ 中国春 F2
中检测到 2 株偃麦草染色体丢失、其染色体构型为
2 n = 20 Ⅱ的缺体株 (图 4) ,它们均高度感染白粉病。
上述结果表明 ,山农 870742551 的抗白粉病特性是由
其偃麦草染色体决定的。
图 1 山农 870742551 根尖细胞染色体数目 ,2 n = 42
Fig. 1 Chromosomes of Shannong 87074 - 551 in root
tip cell , 2 n = 42
图 2 山农 870742551 PMC MⅠ染色体构型 ,2 n = 21 Ⅱ
Fig. 2 Chromosome configuration of Shannong
870742551 in PMC MⅠ, 2n = 21 Ⅱ
图 3 山农 870742551/ 中国春 (C. S) F1 PMC MⅠ染色
体构型 ,2 n = 20 Ⅱ+ 2 Ⅰ
Fig. 3 Chromosome configuration of Shannong 87074 - 551/ C. S
F1 in PMC MⅠ, 2 n = 20 Ⅱ+ 2 Ⅰ
725　4 期 李丹丹等 : 抗白粉病小偃麦异代换系的细胞学鉴定和 RAPD 分析 　　　

图 4 缺体植株 PMC MⅠ染色体构型 ,2 n = 20 Ⅱ
Fig. 4 Chromosome configuration of nullisomic
plant in PMC MⅠ, 2 n = 20 Ⅱ
　
2. 3 　山农 870742551 的 RAPD 鉴定
以抗白粉病种质系山农 870742551 及其亲本鲁
麦 5 号、济南 13 和长穗偃麦草为材料提取 DNA ,选
用 E组、F 组、H 组和 Y组共 80 个随机引物进行了
RAPD 分析 ,其中 9 个引物多次扩增均无扩增产物 ,
占总数的 11125 % ,其余 71 个引物均能扩增出较清
晰的 DNA 带 ,占总数的 88175 %。其中有 5 个引物
OPE13、OPF08、OPF09、OPH15 和 OPH16 在 山 农
870742551 及其亲本间扩增的带型具有多态性差异 ,
并且经多次重复结果稳定。例如 ,引物 OPE13 在长
穗偃麦草和山农 870742551 中扩增出一条约 218 kb
的带 ,该带在鲁麦 5 号和济南 13 亲本中没有出现 ;
引物 OPH16 在长穗偃麦草和山农 870742551 中扩增
出一条约 113 kb 的带 ,而该带在亲本鲁麦 5 号和济
南 13 中也没有出现 (图 5) 。
以抗白粉病种质系山农 870742551 与感染白粉
病的中国春杂交 ,获得 F2 抗感分离群体 ,取抗白粉
病株和感白粉病株各 15 株提取 DNA ,并构建抗病
DNA 池和感病 DNA 池。利用筛选出的 5 个特异引
物在抗病 DNA 池和感病 DNA 池之间进行 RAPD 扩
增 ,结果有 3 个引物 OPE13、OPF09 和 OPH16 在抗病
池和感病池间的扩增产物表现多态性。其中 OPE13
和 OPF09 分别在抗病池中扩增出一条 218 kb 的特
异带 ,OPH16 在抗病池中扩增出一条 118 kb 的特异
带 (图 6) 。进一步利用以上 3 个引物对 F2 群体中的
抗病单株和感病单株 DNA 进行扩增反应 ,结果引物
OPE13 在各抗病单株间均扩增出一条 218 kb 的特异
带 ,而在各感病单株间则无此带 (图 7) 。因此 ,
OPE132800可作为山农 870742551 抗白粉病种质系中
偃麦草染色体的特异标记。
图 5 引物 OPH16(左) 、OPE13(右)的扩增结果 (箭头示特异带)
1. 鲁麦 5 号 ;2. 济南 13 ;3. 山农 870742551 ;4. 长穗偃麦草 ;
5. M:λDNA/ EcoR Ⅰ+ Hind Ⅲ;6. 鲁麦 5 号 ;7. 济南 13 ;
8. 山农 870742551 ;9. 长穗偃麦草 ;
Fig. 5 Amplification by primers OPH16(Left) and
OPE13(right) (Arrows indicated the specific bands)
1.Lumai 5 ; 2.Jinan 13 ; 3. Shannong 870742551 ;
4. E. elongatum ; 5. M:λDNA/ EcoR Ⅰ+ Hind Ⅲ;6.Lumai5 ;
7.Jinan13 ;8. Shangnong 870742551 ;9. E. elongatum
图 6 　　OPH16 等引物对抗病 DNA 池和感病 DNA 池的扩增
结果 (1、7、9 抗病 DNA 池 ,箭头示特异带)
122. 引物 OPH16 在抗病 DNA 池和感病 DNA 池的扩增结果 ;
324. 引物 OPF08 的扩增结果 ;5. M:λDNA/ EcoR Ⅰ+ Hin
d Ⅲ;627. 引物 OPF09 的扩增结果 ;829. 引物 OPF13 的扩增结果
Fig. 6 　　Amplification by primers OPH16 , OPE08 , OPF09 ,
OPE13 in resistance DNA pool and susceptible DNA pool .
Lanes 1 , 7 and 9 were from resistance pool . 122. RAPD using primer
OPH16 ;324. RAPD using primer OPF08 5. M:λDNA/ EcoR Ⅰ+ Hin
d Ⅲ;627. RAPD using OPF09 ; 829. RAPD using primer OPE13
3 　讨论
迄今为止 ,已经正式命名的小麦抗白粉病主效
基因一共有 42 个 (其中包括 18 个复等位基因) ,分
825 　　　作 　　物 　　学 　　报 29 卷 　

图 7 引物 OPE13 在抗病单株和感病单株中的扩增结果
124. 感病单株 ;5. M:λDNA/ EcoR Ⅰ+ Hind Ⅲ; 629. 抗病单株
Fig. 7 RAPD using primer OPE13 in resistant individuals
and susceptible individuals 124. Susceptible individuals :
5. M:λDNA/ EcoR Ⅰ+ Hind Ⅲ;629. Resistant individuals
布在 29 个染色体位点上 ,编号从 Pm1 至 Pm29[11～13]。
其中 Pm7、Pm8、Pm17、Pm20 来自黑麦 , Pm12 来自
拟斯卑尔脱山羊草 , Pm13 来自高大山羊草 , Pm19
来自方穗山羊草 , Pm21 来自簇毛麦 ,其余都来源小
麦属。为了实现抗源多样化 ,有效控制白粉病的发
生流行 ,不仅要加快现有抗源转育 ,还要大力拓宽新
的抗源。在小麦近缘属植物中鉴定新的抗白粉病基
因 ,并将其转移到小麦中 ,对于促进小麦抗白粉病育
种的发展具有重要意义。
本研究证明 ,长穗偃麦草本身对白粉病是免疫
的 ,并且从长穗偃麦草与普通小麦复合杂交后代中
鉴定筛选出一批对白粉病高抗及免疫的材料。通过
温室接种白粉菌种和田间接种诱发鉴定证明 ,本研
究选育的抗病种质系山农 870742551 对白粉病具有
良好抗性 ,达到了高抗至免疫的水平 ,而该种质系的
小麦亲本对白粉病是感染的 ,因此推断该种质系的
白粉病抗性来自偃麦草亲本。细胞学观察结果表
明 ,山农 870742551 的根尖细胞染色体数目为 42 条 ,
花粉母细胞减数分裂第一中期 (PMC M Ⅰ) 可正常联
会成 21 个二价体 ;而山农 870742551/ 中国春 F1 PMC
MⅠ的染色体构型为 20 Ⅱ+ 2 Ⅰ,这表明在杂种 F1
花粉母细胞内有 20 对染色体可正常联会 ,1 对染色
体不能联会为二价体 ,而形成 2 个单价体。据此推
断 ,山农 870742551 是一个双体异代换系 ,它是由 1
对长穗偃麦草染色体将相应的 1 对小麦染色体代换
而形成的 ,因此在山农 870742551 与中国春的杂种
F1 中长穗偃麦草染色体因不能与相对应的小麦染
色体正常联会而呈单价体状态。
通过 RAPD 分析进一步证明 ,在所选育的抗白
粉病种质系山农 870742551 中含有渗入的偃麦草遗
传物质 ,从而进一步证明白粉病抗性与偃麦草染色
体有关。由于山农 870742551 综合农艺性状较好 ,且
对白粉病抗性突出 ,因此可进一步作为转移抗白粉
病基因的桥梁材料。
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