小麦－八倍体小黑麦杂种衍生的抗条锈病品系HB 20121023选育与鉴定

邹景伟， 张珊珊， 张志雯， 任学军， 孙会改， 胡铁锋， 周印富， 林小虎

（河北科技师范学院生命科技学院， 河北 秦皇岛066004）

小麦条锈病是我国重要的小麦病害［1］。据全国农业技术推广中心测报，2015年我国条锈病发病面积约为133.33万hm2，发病区域包含我国的小麦主产区，对我国的小麦生产造成严重的影响［2］。发掘和培育新的抗条锈病的小麦种质资源一直是我国小麦育种中重要的工作。小麦的近缘种属作为改良普通小麦遗传组成的一个巨大基因库，蕴藏着许多对小麦改良极其有用的基因（诸如抗病虫性、抗逆性等基因）。因此，将近缘种属的有利基因导入普通小麦，可以大大拓展小麦的遗传基础，对小麦遗传理论研究和育种工作具有重要的意义。

黑麦属（Secale L.）是小麦的三级基因源［3］，其中蕴藏着许多对改良栽培小麦品质及农艺性状十分有价值的基因资源，所以受到小麦遗传育种研究者的广泛关注。黑麦（Secale cereale L.，2n＝14，RR）是改良小麦产量、品质及适应性的丰富的基因源。其中，黑麦的抗条锈病基因（Yr9）、抗秆锈病基因（Sr27和Sr31）、抗叶锈病基因（Lr25和Lr26）、抗白粉病基因（Pm7、Pm8、Pm17和Pm20）被转移到小麦中。抗白粉病基因Pm8在我国小麦品种中的频率达到43.2%，有些地区育成的品种中超过50%［4］。黑麦不仅具有抗旱、抗寒、抗干热风和耐盐碱、耐贫瘠等特性，而且具有穗大、小穗数多、分蘖能力强等优良的农艺性状和籽粒中赖氨酸、蛋白质含量高等特点［5－8］。小麦与黑麦远缘杂交得到的小黑麦是黑麦染色体导入小麦后形成的典型双二倍体。小黑麦结合了小麦和黑麦的优良特性，并且更容易与普通小麦杂交成功，所以育种上常常利用八倍体小黑麦（×Triticosecale Wittm.ex A.Camus）与普通小麦进行杂交来获得黑麦基因组的优良基因。八倍体小黑麦劲松5号是由我国小麦育种家鲍文奎院士培育的第二代小黑麦品种，具有稳产、优质、耐贫瘠、对白粉病免疫等特点。小麦品种京冬8号是北京市农林科学院作物所于1990年育成，1995年通过北京市审定，已经在河北北部地区种植多年。

本研究利用八倍体小黑麦品种劲松5号与普通小麦品种京冬8号杂种后代材料进行选育，从BC1F4代中选出农艺性状表现良好的抗条锈病品系HB 20121023，对该品系的形态学、细胞学进行了分析，并对条锈病抗性进行了鉴定。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试材料包括八倍体小黑麦劲松5号和普通小麦品种京冬8号，HB 20121023的系谱是京冬8号／劲松5号／／京冬8号。

1.2 方 法

1.2.1 HB 20121023的选育

HB 20121023是本实验室利用八倍体小黑麦劲松5号与普通小麦品种京冬8号杂交、回交，再连续自交BC1F4代中选育出来的。

1.2.2 HB 20121023的农艺性状观察

2012年将八倍体小黑麦劲松5号、普通小麦品种京冬8号和HB 20121023种植于河北科技师范学院生命科技学院试验田。每个材料种植2行，每行种植60粒，行长2m，行距25cm，3次重复。2013年对HB 20121023和2个原始亲本材料进行农艺性状调查。每个材料随机选取10株，分别对株高、株型、穗型、芒、穗长、小穗数和穗粒数进行调查。

1.2.3 细胞学鉴定方法

选取HB 20121023植株的饱满种子，放置于铺有湿润滤纸的玻璃培养皿中。将培养皿置于25℃黑暗的温箱中进行培养，培养期间保持滤纸湿润。待种子的根长至1～2cm时，取下根尖，置于新配制的卡诺固定液（无水乙醇∶冰醋酸＝3∶1）中固定24h。固定的根尖在1mol／L的盐酸溶液中60℃解离5～8min，用改良卡宝品红染液染色压片，观察。

随机选取孕穗期的HB 20121023小麦穗进行花粉母细胞减数分裂观察。做法：将小麦幼穗置于卡诺固定液（无水乙醇∶冰醋酸＝3∶1）中固定24h后，在1mol／L的盐酸溶液中60℃解离1～2min，用改良卡宝品红溶液染色，压片观察。

1.2.4 条锈病抗性鉴定方法

条锈病抗性鉴定在成株期进行。2012年将原始亲本劲松5号、京冬8号和HB 20121023种植于河北科技师范学院生命科技学院试验田。每份材料种2行，行长2m，行距25cm，3次重复，每个重复中随机播种感病品种辉县红作为感病对照。在鉴定材料两厢中间垂直种植感病品种辉县红作诱发行。2013年在小麦拔节期采取喷粉法的方式在诱发行辉县红接种条锈病混合菌种（CYR 29、CYR 30、CYR 31和水源46号），接种后覆膜保湿24h，使诱发行充分发病。5月中下旬待感病对照品种辉县红充分发病后，每个材料随机选取20株进行调查。成株期反应型的鉴定标准参照《中华人民共和国农业行业标准》中的小麦抗条锈病评价技术规范，反应型分为0、0；、1、2、3、4等级别，其中0～2级为抗病，3～4级为感病。

2 结果与分析

2.1 HB 20121023的选育过程

2008年，以普通小麦品种京冬8号为母本，八倍体小黑麦劲松5号为父本，采用捻穗法和花药涂抹法进行杂交，为克服属间远缘杂交不亲和性，第1次授粉后再重复授粉2次。所授小花数为114个，当年获得杂种F1代种子17粒；2009年，以杂种F1做母本，以京冬8号做父本进行回交，得到BC1F1代种子53粒。2009年秋选取饱满的BC1F1的种子30粒，单粒播种，2010年夏获得253粒BC1F2种子；2011年秋将收获的BC1F2种子进行点播；2012年单株收获获得BC1F3种子，将收获的BC1F3进行条播，次年获得BC1F4代材料，从中选出32个结实性好、农艺性状表现稳定的株行，其中株行1023命名为HB 20121023。

2.2 形态学及主要农艺性状分析

田间调查结果表明（表1，图1），HB 20121023株型紧凑与两亲本类似；株高较矮，与劲松5号相比，不易倒伏；穗型与劲松5号相同，都为细长型。穗长高于小麦亲本京冬8号；小穗数和穗粒数与京冬8号相近。

表1 HB 20121023及原始亲本农艺性状

HB 20121023在北部冬麦区气候条件下4月中旬返青，5月初开花，6月中下旬成熟，与当地种植品种的生育期大致相同。通过调查HB 20121023及其原始亲本的形态学特征，表明其主要形态学指标接近两亲本，通过形态学特征初步判断HB 20121023遗传基础已经稳定。

2.3 细胞学鉴定

2.3.1 根尖细胞染色体数目分析

通过改良卡宝品红染色压片法对HB 20121023的根尖染色体数目进行了鉴定。通过镜检观察得出HB 20121023的染色体数目为42（图2）。

2.3.2 花粉母细胞减数分裂分析

采用改良卡宝品红压片法对HB 20121023花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ（PMCMⅠ）的染色体构型进行了观察。镜检结果表明：在减数分裂中期Ⅰ（PM CMⅠ）时，染色体配对以二价体为主（图3），其构型为2n＝21Ⅱ。而且，在减数分裂后期Ⅰ（PMCAⅠ）时，染色体分离是正常的，在后期Ⅰ均等分向两极。在分离过程中没有异常行为，没有落后染色体和染色体桥等的出现（图4）。

2.3.3 条锈病抗性鉴定

成株期条锈病抗性鉴定结果（表2）表明，HB 20121023对条锈菌混合菌株表现为高抗，反应型为1级。普通小麦亲本京冬8号对条锈病表现为高感，反应型为4级。八倍体小黑麦劲松5号对条锈病表现为近免疫，反应型为0；。

图1 A：八倍体小黑麦劲松5号；B：种质系HB 20121023；C：普通小麦京冬8号

图2 HB 20121023的根尖体细胞染色体数目（2n＝42）

图3 HB 20121023花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ的染色体构型（2n＝21Ⅱ）

图4 HB 20121023花粉母细胞减数分裂后期Ⅰ姊妹染色单体均等向两极分离）

表2 供试材料条锈病抗性鉴定结果

3 讨 论

在小麦育种中，小麦与远缘物种杂交产生的后代材料的鉴定主要是利用形态学、细胞学、生物化学和分子生物学方法等方法相结合的方式进行鉴定［9］。其中，形态学鉴定是最直接、最简单的方法。形态性状具有直观的特点，可以从植株的农艺性状对亲本和后代材料进行比较，当亲本的一些明显特征在后代中表现出来时，说明亲本的性状已经遗传给了后代材料，例如，株高、株型、穗型等［10］。祁旭升等［11］通过小麦的13个性状特征对104份甘肃省同名不同来源的小麦地方品种进行了形态学的鉴定，并进行了初步分类。细胞遗传学鉴定是在细胞染色体水平上对材料进行鉴定的手段。通过对染色体数目和减数分裂过程中染色体配对情况的观察统计，可以基本确定后代材料的染色体组成情况和在细胞水平的遗传稳定性。同时，与原位杂交等鉴定方式相比，利用形态学鉴定与细胞遗传学等方法对已育成的小麦品系或者小麦与近缘属种杂交产生后代进行鉴定，具有易操作、省时省力和经济等优点，是小麦育种工作者比较理想的鉴定方式［12－13］。本研究采用形态学和细胞学相结合的方法对选育出的八倍体小黑麦劲松5号和普通小麦品种京冬8号的杂种衍生后代HB 20121023进行了农艺性状鉴定和细胞遗传学分析，对HB 20121023在细胞学水平上进行鉴定。结果表明，HB 20121023材料在形态学和细胞遗传学已经表现稳定。

我国是世界上条锈病发生比较严重的国家之一，在我国小麦主产区已经发生了7、8次条锈病大流行［14－15］。虽然，抗条锈病基因已经在小麦或者小麦近缘属种中的50多个位点定位了60多个抗条锈病基因或者等位基因（Yr1－Yr53）［16］，但是由于病原菌的不断变异，使原有的抗性良好的小麦品种的抗性逐渐丧失。所以，培育新的抗条锈病的小麦品种（系）具有非常重要的意义。在众多抗条锈病基因中，Yr9抗条锈病基因是来源于黑麦的1BL／1RS易位系，从20世纪70年代引入我国之后作为骨干亲本引进得到广泛应用。尽管Yr9基因在我国小麦品种中所占比例大，但是对目前流行的 CYR 29、CYR 32和 CYR 33小种等没有抗性［17］。八倍体小黑麦与普通小麦杂种衍生后代HB 20121023对当前流行的条锈病菌表现为高抗，其亲本之一京冬8号对条锈病的抗性表现为高感，推测材料HB 20121023可能是因为带有黑麦R基因组的遗传物质而具有抗病性，其抗病基因应当不同于来自黑麦的Yr9基因，可以作为小麦抗条锈病遗传改良工作的种质资源。

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