鄒景偉， 張珊珊， 張志雯， 任學(xué)軍， 孫會(huì)改， 胡鐵鋒， 周印富， 林小虎

（河北科技師范學(xué)院生命科技學(xué)院， 河北 秦皇島066004）

小麥條銹病是我國(guó)重要的小麥病害［1］。據(jù)全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心測(cè)報(bào)，2015年我國(guó)條銹病發(fā)病面積約為133.33萬hm2，發(fā)病區(qū)域包含我國(guó)的小麥主產(chǎn)區(qū)，對(duì)我國(guó)的小麥生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響［2］。發(fā)掘和培育新的抗條銹病的小麥種質(zhì)資源一直是我國(guó)小麥育種中重要的工作。小麥的近緣種屬作為改良普通小麥遺傳組成的一個(gè)巨大基因庫(kù)，蘊(yùn)藏著許多對(duì)小麥改良極其有用的基因（諸如抗病蟲性、抗逆性等基因）。因此，將近緣種屬的有利基因?qū)肫胀ㄐ←?，可以大大拓展小麥的遺傳基礎(chǔ)，對(duì)小麥遺傳理論研究和育種工作具有重要的意義。

黑麥屬（Secale L.）是小麥的三級(jí)基因源［3］，其中蘊(yùn)藏著許多對(duì)改良栽培小麥品質(zhì)及農(nóng)藝性狀十分有價(jià)值的基因資源，所以受到小麥遺傳育種研究者的廣泛關(guān)注。黑麥（Secale cereale L.，2n＝14，RR）是改良小麥產(chǎn)量、品質(zhì)及適應(yīng)性的豐富的基因源。其中，黑麥的抗條銹病基因（Yr9）、抗稈銹病基因（Sr27和Sr31）、抗葉銹病基因（Lr25和Lr26）、抗白粉病基因（Pm7、Pm8、Pm17和Pm20）被轉(zhuǎn)移到小麥中?？拱追鄄』騊m8在我國(guó)小麥品種中的頻率達(dá)到43.2%，有些地區(qū)育成的品種中超過50%［4］。黑麥不僅具有抗旱、抗寒、抗干熱風(fēng)和耐鹽堿、耐貧瘠等特性，而且具有穗大、小穗數(shù)多、分蘗能力強(qiáng)等優(yōu)良的農(nóng)藝性狀和籽粒中賴氨酸、蛋白質(zhì)含量高等特點(diǎn)［5－8］。小麥與黑麥遠(yuǎn)緣雜交得到的小黑麥?zhǔn)呛邴溔旧w導(dǎo)入小麥后形成的典型雙二倍體。小黑麥結(jié)合了小麥和黑麥的優(yōu)良特性，并且更容易與普通小麥雜交成功，所以育種上常常利用八倍體小黑麥（×Triticosecale Wittm.ex A.Camus）與普通小麥進(jìn)行雜交來獲得黑麥基因組的優(yōu)良基因。八倍體小黑麥勁松5號(hào)是由我國(guó)小麥育種家鮑文奎院士培育的第二代小黑麥品種，具有穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、耐貧瘠、對(duì)白粉病免疫等特點(diǎn)。小麥品種京冬8號(hào)是北京市農(nóng)林科學(xué)院作物所于1990年育成，1995年通過北京市審定，已經(jīng)在河北北部地區(qū)種植多年。

本研究利用八倍體小黑麥品種勁松5號(hào)與普通小麥品種京冬8號(hào)雜種后代材料進(jìn)行選育，從BC1F4代中選出農(nóng)藝性狀表現(xiàn)良好的抗條銹病品系HB 20121023，對(duì)該品系的形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)進(jìn)行了分析，并對(duì)條銹病抗性進(jìn)行了鑒定。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料包括八倍體小黑麥勁松5號(hào)和普通小麥品種京冬8號(hào)，HB 20121023的系譜是京冬8號(hào)／勁松5號(hào)／／京冬8號(hào)。

1.2 方 法

1.2.1 HB 20121023的選育

HB 20121023是本實(shí)驗(yàn)室利用八倍體小黑麥勁松5號(hào)與普通小麥品種京冬8號(hào)雜交、回交，再連續(xù)自交BC1F4代中選育出來的。

1.2.2 HB 20121023的農(nóng)藝性狀觀察

2012年將八倍體小黑麥勁松5號(hào)、普通小麥品種京冬8號(hào)和HB 20121023種植于河北科技師范學(xué)院生命科技學(xué)院試驗(yàn)田。每個(gè)材料種植2行，每行種植60粒，行長(zhǎng)2m，行距25cm，3次重復(fù)。2013年對(duì)HB 20121023和2個(gè)原始親本材料進(jìn)行農(nóng)藝性狀調(diào)查。每個(gè)材料隨機(jī)選取10株，分別對(duì)株高、株型、穗型、芒、穗長(zhǎng)、小穗數(shù)和穗粒數(shù)進(jìn)行調(diào)查。

1.2.3 細(xì)胞學(xué)鑒定方法

選取HB 20121023植株的飽滿種子，放置于鋪有濕潤(rùn)濾紙的玻璃培養(yǎng)皿中。將培養(yǎng)皿置于25℃黑暗的溫箱中進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)期間保持濾紙濕潤(rùn)。待種子的根長(zhǎng)至1～2cm時(shí)，取下根尖，置于新配制的卡諾固定液（無水乙醇∶冰醋酸＝3∶1）中固定24h。固定的根尖在1mol／L的鹽酸溶液中60℃解離5～8min，用改良卡寶品紅染液染色壓片，觀察。

隨機(jī)選取孕穗期的HB 20121023小麥穗進(jìn)行花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂觀察。做法：將小麥幼穗置于卡諾固定液（無水乙醇∶冰醋酸＝3∶1）中固定24h后，在1mol／L的鹽酸溶液中60℃解離1～2min，用改良卡寶品紅溶液染色，壓片觀察。

1.2.4 條銹病抗性鑒定方法

條銹病抗性鑒定在成株期進(jìn)行。2012年將原始親本勁松5號(hào)、京冬8號(hào)和HB 20121023種植于河北科技師范學(xué)院生命科技學(xué)院試驗(yàn)田。每份材料種2行，行長(zhǎng)2m，行距25cm，3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)中隨機(jī)播種感病品種輝縣紅作為感病對(duì)照。在鑒定材料兩廂中間垂直種植感病品種輝縣紅作誘發(fā)行。2013年在小麥拔節(jié)期采取噴粉法的方式在誘發(fā)行輝縣紅接種條銹病混合菌種（CYR 29、CYR 30、CYR 31和水源46號(hào)），接種后覆膜保濕24h，使誘發(fā)行充分發(fā)病。5月中下旬待感病對(duì)照品種輝縣紅充分發(fā)病后，每個(gè)材料隨機(jī)選取20株進(jìn)行調(diào)查。成株期反應(yīng)型的鑒定標(biāo)準(zhǔn)參照《中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》中的小麥抗條銹病評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范，反應(yīng)型分為0、0；、1、2、3、4等級(jí)別，其中0～2級(jí)為抗病，3～4級(jí)為感病。

2 結(jié)果與分析

2.1 HB 20121023的選育過程

2008年，以普通小麥品種京冬8號(hào)為母本，八倍體小黑麥勁松5號(hào)為父本，采用捻穗法和花藥涂抹法進(jìn)行雜交，為克服屬間遠(yuǎn)緣雜交不親和性，第1次授粉后再重復(fù)授粉2次。所授小花數(shù)為114個(gè)，當(dāng)年獲得雜種F1代種子17粒；2009年，以雜種F1做母本，以京冬8號(hào)做父本進(jìn)行回交，得到BC1F1代種子53粒。2009年秋選取飽滿的BC1F1的種子30粒，單粒播種，2010年夏獲得253粒BC1F2種子；2011年秋將收獲的BC1F2種子進(jìn)行點(diǎn)播；2012年單株收獲獲得BC1F3種子，將收獲的BC1F3進(jìn)行條播，次年獲得BC1F4代材料，從中選出32個(gè)結(jié)實(shí)性好、農(nóng)藝性狀表現(xiàn)穩(wěn)定的株行，其中株行1023命名為HB 20121023。

2.2 形態(tài)學(xué)及主要農(nóng)藝性狀分析

田間調(diào)查結(jié)果表明（表1，圖1），HB 20121023株型緊湊與兩親本類似；株高較矮，與勁松5號(hào)相比，不易倒伏；穗型與勁松5號(hào)相同，都為細(xì)長(zhǎng)型。穗長(zhǎng)高于小麥親本京冬8號(hào)；小穗數(shù)和穗粒數(shù)與京冬8號(hào)相近。

表1 HB 20121023及原始親本農(nóng)藝性狀

HB 20121023在北部冬麥區(qū)氣候條件下4月中旬返青，5月初開花，6月中下旬成熟，與當(dāng)?shù)胤N植品種的生育期大致相同。通過調(diào)查HB 20121023及其原始親本的形態(tài)學(xué)特征，表明其主要形態(tài)學(xué)指標(biāo)接近兩親本，通過形態(tài)學(xué)特征初步判斷HB 20121023遺傳基礎(chǔ)已經(jīng)穩(wěn)定。

2.3 細(xì)胞學(xué)鑒定

2.3.1 根尖細(xì)胞染色體數(shù)目分析

通過改良卡寶品紅染色壓片法對(duì)HB 20121023的根尖染色體數(shù)目進(jìn)行了鑒定。通過鏡檢觀察得出HB 20121023的染色體數(shù)目為42（圖2）。

2.3.2 花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂分析

采用改良卡寶品紅壓片法對(duì)HB 20121023花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂中期Ⅰ（PMCMⅠ）的染色體構(gòu)型進(jìn)行了觀察。鏡檢結(jié)果表明：在減數(shù)分裂中期Ⅰ（PM CMⅠ）時(shí)，染色體配對(duì)以二價(jià)體為主（圖3），其構(gòu)型為2n＝21Ⅱ。而且，在減數(shù)分裂后期Ⅰ（PMCAⅠ）時(shí)，染色體分離是正常的，在后期Ⅰ均等分向兩極。在分離過程中沒有異常行為，沒有落后染色體和染色體橋等的出現(xiàn)（圖4）。

2.3.3 條銹病抗性鑒定

成株期條銹病抗性鑒定結(jié)果（表2）表明，HB 20121023對(duì)條銹菌混合菌株表現(xiàn)為高抗，反應(yīng)型為1級(jí)。普通小麥親本京冬8號(hào)對(duì)條銹病表現(xiàn)為高感，反應(yīng)型為4級(jí)。八倍體小黑麥勁松5號(hào)對(duì)條銹病表現(xiàn)為近免疫，反應(yīng)型為0；。

圖1 A：八倍體小黑麥勁松5號(hào)；B：種質(zhì)系HB 20121023；C：普通小麥京冬8號(hào)

圖2 HB 20121023的根尖體細(xì)胞染色體數(shù)目（2n＝42）

圖3 HB 20121023花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂中期Ⅰ的染色體構(gòu)型（2n＝21Ⅱ）

圖4 HB 20121023花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂后期Ⅰ姊妹染色單體均等向兩極分離）

表2 供試材料條銹病抗性鑒定結(jié)果

3 討 論

在小麥育種中，小麥與遠(yuǎn)緣物種雜交產(chǎn)生的后代材料的鑒定主要是利用形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)方法等方法相結(jié)合的方式進(jìn)行鑒定［9］。其中，形態(tài)學(xué)鑒定是最直接、最簡(jiǎn)單的方法。形態(tài)性狀具有直觀的特點(diǎn)，可以從植株的農(nóng)藝性狀對(duì)親本和后代材料進(jìn)行比較，當(dāng)親本的一些明顯特征在后代中表現(xiàn)出來時(shí)，說明親本的性狀已經(jīng)遺傳給了后代材料，例如，株高、株型、穗型等［10］。祁旭升等［11］通過小麥的13個(gè)性狀特征對(duì)104份甘肅省同名不同來源的小麥地方品種進(jìn)行了形態(tài)學(xué)的鑒定，并進(jìn)行了初步分類。細(xì)胞遺傳學(xué)鑒定是在細(xì)胞染色體水平上對(duì)材料進(jìn)行鑒定的手段。通過對(duì)染色體數(shù)目和減數(shù)分裂過程中染色體配對(duì)情況的觀察統(tǒng)計(jì)，可以基本確定后代材料的染色體組成情況和在細(xì)胞水平的遺傳穩(wěn)定性。同時(shí)，與原位雜交等鑒定方式相比，利用形態(tài)學(xué)鑒定與細(xì)胞遺傳學(xué)等方法對(duì)已育成的小麥品系或者小麥與近緣屬種雜交產(chǎn)生后代進(jìn)行鑒定，具有易操作、省時(shí)省力和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，是小麥育種工作者比較理想的鑒定方式［12－13］。本研究采用形態(tài)學(xué)和細(xì)胞學(xué)相結(jié)合的方法對(duì)選育出的八倍體小黑麥勁松5號(hào)和普通小麥品種京冬8號(hào)的雜種衍生后代HB 20121023進(jìn)行了農(nóng)藝性狀鑒定和細(xì)胞遺傳學(xué)分析，對(duì)HB 20121023在細(xì)胞學(xué)水平上進(jìn)行鑒定。結(jié)果表明，HB 20121023材料在形態(tài)學(xué)和細(xì)胞遺傳學(xué)已經(jīng)表現(xiàn)穩(wěn)定。

我國(guó)是世界上條銹病發(fā)生比較嚴(yán)重的國(guó)家之一，在我國(guó)小麥主產(chǎn)區(qū)已經(jīng)發(fā)生了7、8次條銹病大流行［14－15］。雖然，抗條銹病基因已經(jīng)在小麥或者小麥近緣屬種中的50多個(gè)位點(diǎn)定位了60多個(gè)抗條銹病基因或者等位基因（Yr1－Yr53）［16］，但是由于病原菌的不斷變異，使原有的抗性良好的小麥品種的抗性逐漸喪失。所以，培育新的抗條銹病的小麥品種（系）具有非常重要的意義。在眾多抗條銹病基因中，Yr9抗條銹病基因是來源于黑麥的1BL／1RS易位系，從20世紀(jì)70年代引入我國(guó)之后作為骨干親本引進(jìn)得到廣泛應(yīng)用。盡管Yr9基因在我國(guó)小麥品種中所占比例大，但是對(duì)目前流行的 CYR 29、CYR 32和 CYR 33小種等沒有抗性［17］。八倍體小黑麥與普通小麥雜種衍生后代HB 20121023對(duì)當(dāng)前流行的條銹病菌表現(xiàn)為高抗，其親本之一京冬8號(hào)對(duì)條銹病的抗性表現(xiàn)為高感，推測(cè)材料HB 20121023可能是因?yàn)閹в泻邴淩基因組的遺傳物質(zhì)而具有抗病性，其抗病基因應(yīng)當(dāng)不同于來自黑麥的Yr9基因，可以作為小麥抗條銹病遺傳改良工作的種質(zhì)資源。

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