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华山新麦草(Psathyrostachys huashanica Keng;2n=2x=14,Ns Ns)是禾本科(Gramineae)、小麦族(Triticeae)、大麦亚族(Hordeinae)、新麦草属(Psathyrostachys Nevski)多年生草本,株高40-60cm,二倍体异花授粉植物,染色体基数为x=7,2n=2X=14,含有Ns染色体组,被认为是小麦族中赖草属(Leymus)两套染色体组(NX)中N组的供体。仅分布于中国秦岭华山一带,具有早熟、抗病(条锈、叶锈、全蚀、赤霉、白粉)、抗逆(抗寒、抗旱、抗盐、耐瘠薄)高产、优质、矮秆等优良特性,是进行小麦改良的重要遗传资源。小麦与外缘种质产生的异附加系是研究物种进化、基因互作、基因表达,基因定位的重要遗传材料。本研究以小麦-华山新麦草衍生后代为主要研究对象,采用细胞学观察、原位杂交(GISH)、分子标记(SSR、EST-SSR和EST-STS)、解剖学,生理学及形态学分析与农艺性状评价等方法,并对其相关基因进行了初步的染色体定位。主要研究结果如下:1:利用细胞遗传学和基因组原位杂交(GISH)技术对近年获得的小麦-华山新麦草杂种后代的体细胞染色体组成和花粉母细胞减数分裂中期染色体结构进行鉴定,检测杂种后代的染色体数目、配对和分离情况,成功鉴定出一个新的稳定的小麦-华山新麦草6Ns二体异附加系25-10-3-1(2n=44=22Ⅱ),该材料具有矮杆,千粒重大、早熟等优点。通过连续三年解剖学追踪鉴定结合大田观察发现,其早熟主要是由于穗原基分化进程快,且集中在单棱末期或者二棱早期到互颖原基分化期,整个成熟期相比对照亲本小麦7182缩短10天左右。2:通过连续三年(2010-2013)对小麦-华山新麦草全套附加系(1 Ns-7 Ns)进行解剖学观察和光合速率测定,结果表明不同附加系间幼穗分化发育存在明显差异,6Ns和5Ns附加系在所有材料中其幼穗分化发育最快,其次是2Ns和3Ns,最晚的是4Ns。从单棱末期或者二棱早期到互颖原基分化期,所有早熟材料与晚熟材料开始表现出明显差异,其中早熟材料在二棱期到互颖原基分化期持续时间较短,因此推测华山新麦草6Ns、5Ns、2Ns和3Ns上携带有利于幼穗发育的相关基因,而4Ns上携带有致使幼穗发育滞后的基因。同时发现华山新麦草不同染色体对小麦光合效应呈现出明显的正负效应,其中1Ns和5Ns附加系表现出明显的正效应,其净光合速率分别达到23.73±2.74(μmol/(m2·s))、23.19±8.29(μmol/(m2·s)),相比对照亲本小麦7182(15.73±2.00(μmol/(m2·s)))呈极显著差异,而3Ns(11.10±0.63(μmol/(m2·s)))和6Ns(11.64±1.57(μmol/(m2·s)))附加系则表现出明显的负效应,即高光合效应基因可能位于1Ns和5Ns染色体上。3:利用两种盐浓度(150m M、250 m M Na Cl)在芽期与苗期对小麦-华山新麦草全套附加系(1 Ns-7 Ns)进行胁迫处理。结果显示:(1)在芽期、250 m M Na Cl处理下,7Ns附加系(2-1-6-3)的发芽率为64%,4Ns附加系(24-6-3)的发芽率为59%,5Ns附加系(3-8-10-2)的发芽率为43%,而且根和叶都有着相对较好的生长,而盐敏感材料中国春(对照)在盐胁迫下发芽率降低幅度较大,而且幼芽和种子根生长都受到很大的限制,亲本小麦7182表现较中国春相对较好,但总的发芽率也较低。1Ns附加系(12-3)在低、高浓度的盐胁迫下,其生物学特性差异表现较大,在低浓度盐胁迫下,其芽长相对较长,但根系生长受到严重影响,在高浓度盐胁迫下,芽和根受影响都较大,2 Ns附加系(3-6-4-1)3Ns附加系(22-2)表现基本与1Ns附加系(12-3)相同,而6 Ns附加系(59-11)在低浓度盐胁迫下,其芽生长相对较好,但在高浓度下,种子根生长明显受到抑制,而耐盐材料4 Ns附加系(24-6-3)、5 Ns附加系(3-8-10-2)、7 Ns附加系(2-1-6-3)三者基本相似,有着较高的发芽率,但2-1-6-3有更高的发芽率,说明耐盐基因可能位于4Ns、5Ns和7Ns染色体上。(2)在苗期,经150 m M Na Cl盐胁迫后,耐盐材料7 Ns附加系(2-1-6-3)的耐盐等级为Ⅰ级,4 Ns附加系(24-6-3)、5 Ns附加系(3-8-10-2)为Ⅱ级;其它材料为Ⅲ-Ⅴ级;250 m M Na Cl盐胁迫后,7 Ns附加系(2-1-6-3)的耐盐等级降为Ⅱ级,4 Ns附加系(24-6-3)、5 Ns附加系(3-8-10-2)仍为Ⅱ级,但盐害指数有所增加,其它材料为Ⅲ-Ⅵ级。(3)在苗期,与盐敏感材料相比,耐盐材料具有较高的地上部分与地下部分生物量,在250 m M Na Cl处理下,7 Ns附加系(2-1-6-3)的地上部分鲜重、干重分别是3.75g、1.24g,与亲本小麦7182的2.78 g、0.98 g呈明显差异。而且耐盐材料的相对电导率和丙二醛(MDA)含量较小、说明在遭受胁迫后,其外渗电解质较少,细胞膜受伤害也较小,同时拥有较高的保护性酶活性(POD、SOD),但各材料的保护性酶活性差异变化较大,可能与自身的遗传差异有关。同时研究发现7 Ns附加系(2-1-6-3)、4 Ns附加系(24-6-3)、5 Ns附加系(3-8-10-2)具有的可溶性蛋白含量、脯氨酸(Pro)含量相对较高。(4)在苗期,通过根系扫描仪对根系扫描发现,盐胁迫处理后,各材料在根总长、根表面积、根体积、根尖数目差异较大,而且随着盐浓度的增大呈递增趋势。(5)在苗期,叶片与根系的K+,Na+及K+/Na+与材料的抗盐性密切相关,7 Ns附加系(2-1-6-3)、4 Ns附加系(24-6-3)、5 Ns附加系(3-8-10-2)三者的叶片与根都具有较高的K+浓度,较低的Na+,较高的K+/Na+,随着盐浓度的增加呈递增趋势。以上结果证明,在附加了华山新麦草的不同Ns染色体后,其耐盐性发上了很大变化,就芽期而言,综合两种盐浓度下各自的发芽率、耐盐等级等相关指标分析,7Ns附加系(2-1-6-3)附加的染色体对耐盐性贡献最大,其次是4Ns(24-6-3)、5Ns(3-8-10-2),能够显著改善小麦的耐盐性,该染色体上可能有抗盐基因存在;而1Ns(12-3)、2Ns(3-6-4-1)、3Ns(22-2)、6 Ns(59-11)染色体附加系对盐比较敏感,可能存在有不利于耐盐的基因。通过苗期进一步抗盐实验证明7Ns(2-1-6-3)4Ns(24-6-3)、5Ns(3-8-10-2)附加系耐盐性较好。