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硬粒小麦-长穗偃麦草异源遗传材料的创制与解析

一、引言

1.1研究背景

小麦是世界上最重要的粮食作物之一，为全球约40%的人口提供主食。随着全球人口的持续增长以及环境变化带来的挑战，培育高产、优质、多抗的小麦新品种成为农业领域的重要任务。硬粒小麦（Triticumdurum）作为小麦属的一个重要四倍体种，具有A、B二个染色体组和28个染色体，其蛋白质含量高，平均达15.2%，面筋含量也较高，适合制作通心粉和实心细面条，在食品工业中具有独特的价值。然而，硬粒小麦在长期的人工选择和栽培过程中，遗传基础逐渐狭窄，对病虫害的抗性以及对环境胁迫的适应性面临挑战。

长穗偃麦草（Thinopyrumelongatum）是小麦的野生近缘种，具有丰富的优良基因资源。它分为二倍体长穗偃麦草、四倍体长穗偃麦草和十倍体长穗偃麦草，拥有多种突出的特性，如对条锈病、叶锈病、秆锈病、白粉病以及赤霉病等多种病害具有良好的抗性，还具备抗寒、耐旱、长势旺盛等特点。并且，长穗偃麦草的E基因组与普通小麦的A、B和D基因组关系密切，这使得其基因更加容易导入小麦中，为小麦的遗传改良提供了宝贵的基因库。

远缘杂交作为一种重要的遗传改良手段，能够打破物种间的生殖隔离，将野生近缘种的优良基因导入栽培品种中，从而拓宽作物的遗传基础，丰富其遗传多样性。通过硬粒小麦与长穗偃麦草的远缘杂交，可以将长穗偃麦草的优良性状，如抗病性、抗逆性等引入硬粒小麦，为硬粒小麦的遗传改良开辟新途径，对解决当前硬粒小麦面临的问题具有重要意义。因此，创建硬粒小麦-长穗偃麦草附加系、代换系和易位系，深入研究其遗传特性和应用潜力，对于推动小麦育种工作的发展，保障全球粮食安全具有重要的理论和实践价值。

1.2国内外研究现状

在国外，关于硬粒小麦-长穗偃麦草远缘杂交的研究开展较早。一些研究通过杂交和回交等手段，成功获得了硬粒小麦-长穗偃麦草的附加系和代换系，并对其细胞学特征进行了初步分析，明确了部分外源染色体在硬粒小麦遗传背景下的行为。例如，有研究利用染色体显带技术和原位杂交技术，鉴定出了一些含有特定长穗偃麦草染色体的附加系和代换系，为进一步研究外源基因的导入和表达奠定了基础。在易位系的创建方面，国外学者通过辐射诱变、组织培养等方法，诱导染色体易位，获得了多个硬粒小麦-长穗偃麦草易位系，并对易位系的抗病性、品质等性状进行了评估，发现部分易位系在抗病性方面表现出明显优势。

国内在这一领域的研究也取得了显著进展。科研人员利用不同的硬粒小麦和长穗偃麦草材料进行杂交，建立了一套较为完善的远缘杂交技术体系，提高了杂交成功率和后代的成活率。通过对杂种后代的筛选和鉴定，获得了一系列具有不同优良性状的附加系、代换系和易位系。例如，利用分子标记技术对这些材料进行检测，精准地确定了外源染色体片段的整合位点和遗传稳定性。同时，国内研究还注重对易位系农艺性状的改良，通过多代选育，获得了一些农艺性状优良且抗病性突出的易位系材料，为小麦育种提供了重要的中间材料。

然而，现有研究仍存在一些不足。在附加系和代换系的研究中，对于外源染色体携带的优良基因的精细定位和功能解析还不够深入，限制了这些材料在育种中的有效利用。在易位系创建方面，虽然已经获得了一些易位系，但易位系的创制效率还有待提高，且易位染色体的结构和稳定性研究还不够系统。此外，对于硬粒小麦-长穗偃麦草附加系、代换系和易位系的综合评价体系还不够完善，难以全面评估这些材料在实际生产中的应用潜力。

1.3研究目的与意义

本研究旨在通过硬粒小麦与长穗偃麦草的远缘杂交，综合运用细胞学、分子生物学等技术手段，创建硬粒小麦-长穗偃麦草附加系、代换系和易位系，并对其进行系统的鉴定和评价。具体研究目的包括：明确杂交过程中的关键技术环节，提高杂交成功率和后代的可育性；利用染色体显带、原位杂交和分子标记等技术，准确鉴定附加系、代换系和易位系，确定外源染色体或染色体片段的整合情况；对创建的材料进行抗病性、抗逆性、农艺性状和品质性状等多方面的评价，筛选出具有优良性状的材料；深入分析外源基因在硬粒小麦遗传背景下的表达规律和遗传稳定性，为进一步利用这些材料进行小麦育种提供理论依据。

本研究具有重要的理论和实践意义。在理论上，创建硬粒小麦-长穗偃麦草附加系、代换系和易位系，有助于深入研究小麦与长穗偃麦草之间的亲缘关系和染色体行为，丰富小麦遗传理论。通过对这些材料的研究，可以揭示外源基因在小麦基因组中的整合机制和表达调控规律，为小麦的遗传改良提供新的理论基础。在实践中，这些材料可以直接作为小麦育种的中间材料，将长穗偃麦草的优良性状引入硬粒小麦，培育出高产、优质、多抗的硬粒小麦新品种，满足市场对高品质小麦的需求，提高小麦的生产效益和市场竞争力。同时，本研究