3个小偃麦衍生系的形态学、细胞学及抗逆性鉴定

刘 秀，姚 锐，韩玉翠，任学军，林小虎，郭振清

(河北科技师范学院农学与生物科技学院，河北省作物逆境生物学重点实验室(筹)，河北 秦皇岛，066600)

小麦(TriticumaestivumL.)是世界上栽培面积最大、产量最高的粮食作物之一[1]。由于人类长期定向选择和集约化品种的选育推广，小麦变异的遗传基础逐渐狭窄，极大地限制了小麦产量和品质的提高[2]。尽管普通小麦遗传多样性贫乏，但其近缘物种的遗传多样性非常丰富，含有许多小麦可以利用的优良基因[3,4]，通过远缘杂交从普通小麦的近缘种属转移优良基因是小麦育种工作卓有成效的途径[5,6]。

八倍体小偃麦是从普通小麦与偃麦草属物种远缘杂种后代人工选育的新物种，保留了偃麦草的许多优良性状，是小麦远缘杂交育种和染色体工程研究的重要材料[7]。八倍体小偃麦易与小麦杂交，已经为小麦育种提供许多有益基因，是小麦遗传改良的重要基因源之一[8]。李丹丹等[9]、祁适雨等[10]均利用普通小麦与八倍体小偃麦杂交、回交，经连续选择育成一批含偃麦草不同优良基因的种质材料，为利用偃麦草优良基因提供了有价值的桥梁材料。部分成功创造的一批含偃麦草优良基因的小麦种质资源，已在全国范围内利用。虽然偃麦草属植物优良基因在小麦种质资源改良方面已经广泛应用，但是关于利用偃麦草抗小麦白粉病和抗寒性的报道较少。

本次研究对八倍体小偃麦与普通小麦远缘杂种衍生后代SNHE2017075，SNHE2017083，SNHE2017091进行了形态学与细胞学及白粉病抗性和抗寒性鉴定，通过鉴定并选育出遗传稳定并且携带偃麦草抗白粉病、抗寒基因的小麦育种新材料，并初步应用于小麦育种。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料八倍体小偃麦SNTE273是山东农业大学作物生物学国家重点实验室、国家小麦改良中心(山东泰安分中心)王洪刚教授课题组利用中间偃麦草与普通小麦品种烟农15(2n=6x=42)远缘杂交后选育创制，河北科技师范学院小麦育种课题组引入；普通小麦品种轮选987由本课题组保存；衍生系SNHE2017075，SNHE2017083，SNHE2017091是本课题组利用八倍体小偃麦SNTE273与普通小麦品种轮选987(2n=6x=42)通过杂交-回交-多次自交后选择获得，具体世代为BC1F5。

1.2 试验方法

1.2.1农艺性状调查及室内考种 参照全国小麦育种攻关协作组小麦良种区域试验中田间记载及室内考种标准进行记载[11]。

1.2.2 细胞学鉴定方法 供试材料根尖体细胞染色体数目鉴定及花粉母细胞减数分裂染色体构型鉴定分析参照李丹丹等的方法[9]，略有改动。

1.2.3 白粉病抗性鉴定方法 小麦白粉病抗性鉴定在田间进行，以辉县红小麦接种白粉病菌种，当其大量繁殖后采集菌种抖洒在待鉴定材料叶片上，同时借助感染行诱发感染。当病害在感染行充分发病后进行记载，按0，1，2，3，4，5，6，7，8，9共10级标准调查抗病性。其中，0级为免疫，无侵染症状；1～3级为高抗，倒4叶菌丝小而少；4级为中抗，中下部叶片感病，菌丝少；5～6级为中感，倒3叶、倒2叶感病，下部叶片菌丝少而薄；7～8级为感病，旗叶感病，下部叶片菌丝大而厚；9级为高感，穗部感病。

1.2.4 抗寒性鉴定方法 冀东麦区位于北纬39°～40°之间，是我国冬小麦栽培的北线，这些地区及周边地区的小麦发生冻害(不确定性、经常性的冬季严寒和早春倒春寒)的机率很高，大致规律是几年一次小冻害，十年左右一次大冻害。在冬季田间自然条件下，能够很好地进行小麦抗寒性鉴定，田间调查冬前基本苗数(万株/hm2)和越冬率(%)就可以反映出不同小麦品种(品系、育种材料)的抗寒性。

2 结果与分析

2.1 小偃麦衍生系的主要农艺性状及抗逆性鉴定

田间调查结果表明，轮选987株型紧凑，穗子较短，分蘖能力强。相对亲本轮选987，3个小偃麦衍生系株型较紧凑，穗子较长，分蘖能力较强，叶片深绿，茎秆较壮(表1，图1)，抽穗开花时间大约在5月上旬，结实率均较好；衍生系SNHE2017075整齐度好，株型紧凑，植株较矮，穗长较短，分蘖能力较好(图1(C))。SNHE2017083抽穗开花时期稍早，大约在5月中旬，结实率较好；SNHE2017091在4月中旬返青，5月初开花，6月中下旬成熟，整体来看群体整齐度比较高。表1和图1数据显示衍生系SNHE2017075，SNHE2017083和SNHE2017091农艺性状均已经趋于稳定。

表1 小偃麦衍生系形态学及抗逆性调查

图1 3个小偃麦衍生系的植株形态

抗病鉴定结果表明，轮选987抗小麦白粉病，衍生系SNHE2017075高抗小麦白粉病，SNHE2017083和SNHE2017091对小麦白粉病表现为抗。因此，SNHE2017075可以作为抗白粉病小麦品种选育的优良亲本材料。

抗寒性鉴定结果表明，轮选987抗寒性表现1级，SNHE2017075和SNHE2017083抗寒性表现1级，而SNHE2017091抗寒性表现2级。因此，SNHE2017075和SNHE2017083可以作为抗寒小麦品种选育的优良亲本材料。

整体来说，3个小偃麦衍生系均表现出较好的小麦白粉病抗性和较好的抗寒性(表1)。根据原始亲本之一的轮选987为中抗小麦白粉病和1级抗寒性，另一原始亲本八倍体小偃麦SNTE273对小麦白粉病几乎免疫和1级抗寒性，推测3个小偃麦衍生系的白粉病抗性可能来源于八倍体小偃麦，而抗寒性可能2个亲本都有贡献。

2.2 小偃麦衍生系的细胞学鉴定

采用改良卡宝品红压片法对供试材料根尖细胞染色体数目和花粉母细胞减数分裂后期Ⅰ的染色体构型进行了分析，对2个亲本的染色体数目和花粉母细胞减数分裂特点进行描述。结果表明，3个小偃麦衍生系SNHE2017075，SNHE2017083，SNHE2017091的根尖细胞染色体数目均为2n=42(表2)，花粉母细胞在减数分裂中期能形成21个二价体，染色体构型为2n=21Ⅱ，后期Ⅰ均等向两极分离(图2)；在观察的所有单株(或根尖)和细胞(分裂相完整，染色体无丢失的细胞)内染色体数目及减数分裂第一次分裂后期染色体均等向两极分离，无落后染色体或染色体桥的情况出现，说明它们的染色体构型已稳定。

表2 不同供试材料的染色体数目和染色体构型

图2 3个小偃麦衍生系的细胞学鉴定

结合3个小偃麦衍生系的根尖染色体数目及花粉母细胞减数分裂染色体数目及行为，初步判断3个小偃麦衍生系已经达到遗传学稳定，各种性状能够稳定遗传，可以应用于小麦遗传改良和小麦育种(表2，图2)。

3 结论与讨论

八倍体小偃麦是人工利用普通小麦与偃麦草通过远缘杂交创制的部分双二倍体，因其遗传背景中含有部分偃麦草的染色体，蕴藏着大量为小麦品种改良所需要的有用基因(如抗病性、多花、优质、耐寒、抗旱和抗盐碱)，可以用做桥梁种质在小麦育种和生产上发挥重要作用。王黎明等研究表明，八倍体小偃麦与普通小麦杂交后代结实率较高，而且后代育性较好[3]。这样不仅可以省去克服远缘杂不亲和性和杂种不育性的一些特殊技术措施，减少回交次数、缩短育种年限，而且后代分离的类型丰富，并能选出大量小偃麦新类型和新品系，成为小麦族部分物种间基因交流的重要桥梁亲本[8]。本次研究即基于此理论基础上开展的八倍体小偃麦中优良基因向小麦遗传背景中转移的工作。

远缘杂种及衍生后代的鉴定方法主要有形态学、细胞学、生物化学和分子生物学方法，对于小麦与远缘物种杂交产生的材料鉴定通常是采用几种鉴定方法相结合进行的[3]。不同方法具有各自的优缺点，形态学鉴定是最直接、最简单的方法，可以从植株的外部形态比较亲本与杂交后代材料的异同，亲本的一些明显特征遗传给后代并表现出来，可以初步判断杂交成功[9]；细胞遗传学鉴定是在染色体水平上进行，可以明确染色体的构成，外源染色体导入的情况，通过明确染色体数目，再结合减数分裂过程中染色体配对情况就能基本确定杂种的染色体组成情况，并可以预测杂种的遗传行为。

本次试验研究采用了形态学和细胞学相结合的方法对八倍体小偃麦和普通小麦的远缘杂交的衍生后代SNHE2017075，SNHE2017083，SNHE2017091进行了农艺性状鉴定、细胞遗传学分析、白粉病抗性和抗寒性鉴定。鉴定结果表明，3个小偃麦衍生系无论是形态学还是细胞学都已经趋于稳定，在冀东麦区抗寒性表现很好且高抗小麦白粉病，是用于小麦白粉病与抗寒性遗传改良的优良种质资源。