普通小麦×华山新麦草回交后代的形态学和分子细胞遗传学研究

论文摘要

小麦是世界上最重要的粮食作物之一,在农业中占有十分重要的地位。但在现代农业体系下,普通栽培小麦品种（Triticum aestivum L,2n=6x=42,AABBDD）的遗传基础狭窄,遗传差异小,遗传多样性丢失极为严重,生物性和非生物性的环境胁迫变得十分脆弱,严重限制了普通小麦产量的提高和品质的改良。禾本科（Poaceae）小麦族（Triticeae）野生近缘属物种十分丰富,具有丰富的遗传多样性,许多物种含有优良基因（如抗病、抗虫、抗逆、优质、密穗、多分蘖等）,它们是扩大麦类作物遗传与改良的重要资源。华山新麦草（Psathyrostachys huashanica Keng ex Guo）是禾本科小麦族新麦草属（Psathyrostachys Nevski）的一个多年生二倍体（2n=2x=14）草本植物,含Ns基因组,仅分布于中国陕西华山,是我国特有种。华山新麦草具有多分蘖、复小穗、抗寒、抗旱、耐瘠薄、早熟、优质、高抗小麦条锈病和全蚀病,中抗赤霉病等优良特性,是小麦改良的重要基因资源。本文利用形态学标记、细胞遗传学标记、分子细胞遗传学标记以及生物化学标记等技术对普通小麦×华山新麦草衍生后代（BC2和BC1F1）进行了鉴定和研究。主要研究结果如下:1.形态学研究表明:成熟期植株各个农艺性状的变异系数都大于亲本的变异系数,其中分蘖数的变异系数最大;大部分植株在分蘖、穗长和小穗数上都表现出优于CSph2b,平均穗长还表现出超亲优势;衍生后代中出现了一些有效分蘖在30-42个或穗长在15-18.70cm的植株,具有形成多分蘖或长穗等特异种质资源的潜力;部分衍生后代对条锈病表现出高抗或对赤霉病表现出不感染或感染程度很轻。2.根尖细胞学研究表明:978株BC2和BC1F1代植株体细胞染色体数变化范围2n=42-52,平均染色体数为2n=45,染色体数为2n=45的植株最多为20.6%,2n=51的植株最少为0.6%;BC2代植株体细胞染色体数变化范围2n=42-50,染色体2n=45的植株最多为2n=21.2%,2n=49的植株最少0.3%,BC1F1代植株细胞染色体数变化范围2n=42-52,染色体2n=45的植株最多为2n=20.2%,2n=51的植株最少1%。3.花粉母细胞研究表明:不同染色体数目的植株每个细胞的平均单价体数不同,变幅为0.06-6.94个;而染色体数目相同的不同植株之间每个细胞的平均单价体数也不同,在2n=42、43和44的植株中,每个细胞的平均单价体数的变幅分别为0.57-4.87、1.42-3.36和0.06-3.22;有落后染色体、染色体桥、三分体以及微核等异常染色体行为。4.SDS-PAGE检测发现,B113（2n=44）的HMW-GS有5条带,带有一条华山新麦草带;D163（2n=43）的HMW-GS有5条带,没有华山新麦草特征带,1By8亚基消失,1Dx2亚基上下各出现一条新带;D72（2n=43）的HMW-GS有5条带,没有华山新麦草特征带,1Dx2亚基消失,1Dx2亚基上下各出现一条新带;D12（2n=44）的HMW-GS有6条带,带有一条华山新麦草带,1Dx2亚基与1Bx7亚基之间出现一条新带。5.Giemsa C-分带检测发现,在D72（2n=43）的植株中,附加一条华山新麦草N6h染色体,是单体附加系;在H33（2n=44）植株中,附加一对华山新麦草N3h染色体,为二体附加系;在L8（2n=44）植株中,附加一条华山新麦草N3h染色体,附加一条华山新麦草N5h染色体。6.基因组原位杂交（GISH）结果表明,2n=42,有一条染色体长臂端部有黄绿色杂交信号小点,有小片段的华山新麦草染色体导入到普通小麦中,其它染色体上没有检测到华山新麦草探针杂交信号;2n=43,有一整条染色体出现黄绿色杂交信号,有一条华山新麦草染色体导入,与C-带结果一致,其它染色体上没有检测到华山新麦草探针杂交信号;2n=44,有一对染色体出现黄绿色杂交信号,有两条华山新麦草染色体导入,与C-带结果一致,其它染色体上没有检测到华山新麦草探针杂交信号。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 创造异染色体系
• 1.2 华山新麦草基因资源及其在小麦育种中的利用
• 1.2.1 华山新麦草基因资源
• 1.2.2 华山新麦草在小麦育种中的利用
• 1.3 外源遗传物质的检测
• 1.3.1 形态学鉴定
• 1.3.2 细胞学鉴定
• 1.3.2.1 核型分析
• 1.3.2.2 染色体配对分析
• 1.3.2.3 Giemsa C-带
• 1.3.3 生化标记
• 1.3.3.1 同工酶
• 1.3.3.2 种子贮藏蛋白
• 1.3.4 分子标记
• 1.3.4.1 RFLP标记
• 1.3.4.2 RAPD标记
• 1.3.4.3 SSR标记
• 1.3.4.4 AFLP
• 1.3.5 原位杂交
• 1.3.6 DNA序列分析
• 2 立题依据
• 3 材料与方法
• 3.1 材料
• 3.2 方法
• 3.2.1 自交和回交后代的获得
• 3.2.2 形态学以及抗病性观察
• 3.2.3 细胞学检测
• 3.2.3.1 根尖有丝分裂染色体观察
• 3.2.3.2 花粉母细胞减数分裂观察
• 3.2.3.3 Giemsa C-带
• 3.2.4 GISH
• 3.2.5 高分子量谷蛋白亚基检测
• 4 结果与分析
• 4.1 形态学观察
• 2和BC₁F₁代根尖细胞染色体记数观察'>4.2 BC₂和BC₁F₁代根尖细胞染色体记数观察
• 4.3 衍生后代花粉母细胞减数分裂观察
• 4.4 高分子量谷蛋白亚基检测
• 4.5 Giemsa C-带分析
• 4.6 基因组原位杂交分析
• 5 讨论
• 5.1 华山新麦草优异农艺性状向普通小麦中的转移
• 5.2 衍生后代的染色体行为
• 5.3 衍生群体中高分子量谷蛋白亚基的改变
• 5.4 利用华山新麦草创制小麦-华山新麦草附加系及易位系
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录