3個小偃麥衍生系的形態學、細胞學及抗逆性鑒定

劉 秀，姚 銳，韓玉翠，任學軍，林小虎，郭振清

(河北科技師范學院農學與生物科技學院，河北省作物逆境生物學重點實驗室(籌)，河北 秦皇島，066600)

小麥(TriticumaestivumL.)是世界上栽培面積最大、產量最高的糧食作物之一[1]。由于人類長期定向選擇和集約化品種的選育推廣，小麥變異的遺傳基礎逐漸狹窄，極大地限制了小麥產量和品質的提高[2]。盡管普通小麥遺傳多樣性貧乏，但其近緣物種的遺傳多樣性非常豐富，含有許多小麥可以利用的優良基因[3,4]，通過遠緣雜交從普通小麥的近緣種屬轉移優良基因是小麥育種工作卓有成效的途徑[5,6]。

八倍體小偃麥是從普通小麥與偃麥草屬物種遠緣雜種后代人工選育的新物種，保留了偃麥草的許多優良性狀，是小麥遠緣雜交育種和染色體工程研究的重要材料[7]。八倍體小偃麥易與小麥雜交，已經為小麥育種提供許多有益基因，是小麥遺傳改良的重要基因源之一[8]。李丹丹等[9]、祁適雨等[10]均利用普通小麥與八倍體小偃麥雜交、回交，經連續選擇育成一批含偃麥草不同優良基因的種質材料，為利用偃麥草優良基因提供了有價值的橋梁材料。部分成功創造的一批含偃麥草優良基因的小麥種質資源，已在全國范圍內利用。雖然偃麥草屬植物優良基因在小麥種質資源改良方面已經廣泛應用，但是關于利用偃麥草抗小麥白粉病和抗寒性的報道較少。

本次研究對八倍體小偃麥與普通小麥遠緣雜種衍生后代SNHE2017075，SNHE2017083，SNHE2017091進行了形態學與細胞學及白粉病抗性和抗寒性鑒定，通過鑒定并選育出遺傳穩定并且攜帶偃麥草抗白粉病、抗寒基因的小麥育種新材料，并初步應用于小麥育種。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料八倍體小偃麥SNTE273是山東農業大學作物生物學國家重點實驗室、國家小麥改良中心(山東泰安分中心)王洪剛教授課題組利用中間偃麥草與普通小麥品種煙農15(2n=6x=42)遠緣雜交后選育創制，河北科技師范學院小麥育種課題組引入；普通小麥品種輪選987由本課題組保存；衍生系SNHE2017075，SNHE2017083，SNHE2017091是本課題組利用八倍體小偃麥SNTE273與普通小麥品種輪選987(2n=6x=42)通過雜交-回交-多次自交后選擇獲得，具體世代為BC1F5。

1.2 試驗方法

1.2.1農藝性狀調查及室內考種 參照全國小麥育種攻關協作組小麥良種區域試驗中田間記載及室內考種標準進行記載[11]。

1.2.2 細胞學鑒定方法 供試材料根尖體細胞染色體數目鑒定及花粉母細胞減數分裂染色體構型鑒定分析參照李丹丹等的方法[9]，略有改動。

1.2.3 白粉病抗性鑒定方法 小麥白粉病抗性鑒定在田間進行，以輝縣紅小麥接種白粉病菌種，當其大量繁殖后采集菌種抖灑在待鑒定材料葉片上，同時借助感染行誘發感染。當病害在感染行充分發病后進行記載，按0，1，2，3，4，5，6，7，8，9共10級標準調查抗病性。其中，0級為免疫，無侵染癥狀；1～3級為高抗，倒4葉菌絲小而少；4級為中抗，中下部葉片感病，菌絲少；5～6級為中感，倒3葉、倒2葉感病，下部葉片菌絲少而薄；7～8級為感病，旗葉感病，下部葉片菌絲大而厚；9級為高感，穗部感病。

1.2.4 抗寒性鑒定方法 冀東麥區位于北緯39°～40°之間，是我國冬小麥栽培的北線，這些地區及周邊地區的小麥發生凍害(不確定性、經常性的冬季嚴寒和早春倒春寒)的機率很高，大致規律是幾年一次小凍害，十年左右一次大凍害。在冬季田間自然條件下，能夠很好地進行小麥抗寒性鑒定，田間調查冬前基本苗數(萬株/hm2)和越冬率(%)就可以反映出不同小麥品種(品系、育種材料)的抗寒性。

2 結果與分析

2.1 小偃麥衍生系的主要農藝性狀及抗逆性鑒定

田間調查結果表明，輪選987株型緊湊，穗子較短，分蘗能力強。相對親本輪選987，3個小偃麥衍生系株型較緊湊，穗子較長，分蘗能力較強，葉片深綠，莖稈較壯(表1，圖1)，抽穗開花時間大約在5月上旬，結實率均較好；衍生系SNHE2017075整齊度好，株型緊湊，植株較矮，穗長較短，分蘗能力較好(圖1(C))。SNHE2017083抽穗開花時期稍早，大約在5月中旬，結實率較好；SNHE2017091在4月中旬返青，5月初開花，6月中下旬成熟，整體來看群體整齊度比較高。表1和圖1數據顯示衍生系SNHE2017075，SNHE2017083和SNHE2017091農藝性狀均已經趨于穩定。

表1 小偃麥衍生系形態學及抗逆性調查

圖1 3個小偃麥衍生系的植株形態

抗病鑒定結果表明，輪選987抗小麥白粉病，衍生系SNHE2017075高抗小麥白粉病，SNHE2017083和SNHE2017091對小麥白粉病表現為抗。因此，SNHE2017075可以作為抗白粉病小麥品種選育的優良親本材料。

抗寒性鑒定結果表明，輪選987抗寒性表現1級，SNHE2017075和SNHE2017083抗寒性表現1級，而SNHE2017091抗寒性表現2級。因此，SNHE2017075和SNHE2017083可以作為抗寒小麥品種選育的優良親本材料。

整體來說，3個小偃麥衍生系均表現出較好的小麥白粉病抗性和較好的抗寒性(表1)。根據原始親本之一的輪選987為中抗小麥白粉病和1級抗寒性，另一原始親本八倍體小偃麥SNTE273對小麥白粉病幾乎免疫和1級抗寒性，推測3個小偃麥衍生系的白粉病抗性可能來源于八倍體小偃麥，而抗寒性可能2個親本都有貢獻。

2.2 小偃麥衍生系的細胞學鑒定

采用改良卡寶品紅壓片法對供試材料根尖細胞染色體數目和花粉母細胞減數分裂后期Ⅰ的染色體構型進行了分析，對2個親本的染色體數目和花粉母細胞減數分裂特點進行描述。結果表明，3個小偃麥衍生系SNHE2017075，SNHE2017083，SNHE2017091的根尖細胞染色體數目均為2n=42(表2)，花粉母細胞在減數分裂中期能形成21個二價體，染色體構型為2n=21Ⅱ，后期Ⅰ均等向兩極分離(圖2)；在觀察的所有單株(或根尖)和細胞(分裂相完整，染色體無丟失的細胞)內染色體數目及減數分裂第一次分裂后期染色體均等向兩極分離，無落后染色體或染色體橋的情況出現，說明它們的染色體構型已穩定。

表2 不同供試材料的染色體數目和染色體構型

圖2 3個小偃麥衍生系的細胞學鑒定

結合3個小偃麥衍生系的根尖染色體數目及花粉母細胞減數分裂染色體數目及行為，初步判斷3個小偃麥衍生系已經達到遺傳學穩定，各種性狀能夠穩定遺傳，可以應用于小麥遺傳改良和小麥育種(表2，圖2)。

3 結論與討論

八倍體小偃麥是人工利用普通小麥與偃麥草通過遠緣雜交創制的部分雙二倍體，因其遺傳背景中含有部分偃麥草的染色體，蘊藏著大量為小麥品種改良所需要的有用基因(如抗病性、多花、優質、耐寒、抗旱和抗鹽堿)，可以用做橋梁種質在小麥育種和生產上發揮重要作用。王黎明等研究表明，八倍體小偃麥與普通小麥雜交后代結實率較高，而且后代育性較好[3]。這樣不僅可以省去克服遠緣雜不親和性和雜種不育性的一些特殊技術措施，減少回交次數、縮短育種年限，而且后代分離的類型豐富，并能選出大量小偃麥新類型和新品系，成為小麥族部分物種間基因交流的重要橋梁親本[8]。本次研究即基于此理論基礎上開展的八倍體小偃麥中優良基因向小麥遺傳背景中轉移的工作。

遠緣雜種及衍生后代的鑒定方法主要有形態學、細胞學、生物化學和分子生物學方法，對于小麥與遠緣物種雜交產生的材料鑒定通常是采用幾種鑒定方法相結合進行的[3]。不同方法具有各自的優缺點，形態學鑒定是最直接、最簡單的方法，可以從植株的外部形態比較親本與雜交后代材料的異同，親本的一些明顯特征遺傳給后代并表現出來，可以初步判斷雜交成功[9]；細胞遺傳學鑒定是在染色體水平上進行，可以明確染色體的構成，外源染色體導入的情況，通過明確染色體數目，再結合減數分裂過程中染色體配對情況就能基本確定雜種的染色體組成情況，并可以預測雜種的遺傳行為。

本次試驗研究采用了形態學和細胞學相結合的方法對八倍體小偃麥和普通小麥的遠緣雜交的衍生后代SNHE2017075，SNHE2017083，SNHE2017091進行了農藝性狀鑒定、細胞遺傳學分析、白粉病抗性和抗寒性鑒定。鑒定結果表明，3個小偃麥衍生系無論是形態學還是細胞學都已經趨于穩定，在冀東麥區抗寒性表現很好且高抗小麥白粉病，是用于小麥白粉病與抗寒性遺傳改良的優良種質資源。