我国小麦育种研究正处在一个“瓶颈”阶段,育成品种综合抗性普遍较差,已制约小麦遗传改良水平的提高,其原因与种质资源单一、遗传基础狭窄、资源深度挖掘不够、重产量轻品质的育种现状有关。种质资源创制是小麦遗传改良的重要基础,而小麦野生近缘植物中蕴含许多对小麦遗传改良的有益基因,如抗生物胁迫和抗非生物胁迫基因,但目前栽培小麦仅利用了其野生近缘种基因库中10%～15%的基因资源。通过利用具有育种价值的优异野生近缘物种,创制一批超高产、抗病虫害(尤其是抗赤霉病)、抗逆性强等新种质,对拓宽小麦种质资源遗传基础、减少骨干品种反复使用和丰富抗源单一化现状具有重要意义,有利于突破小麦育种的“瓶颈”,培育出综合抗性优良的小麦高产新品种。小黑麦(Triticale)是人工创造的新物种,结合了小麦和黑麦籽粒产量与品质两方面的优良特性,具有抗寒、抗病、抗逆性强等优势,但与小麦一样对赤霉病(Fusarium head blight)的抗性并非十分出色。长穗偃麦草(Thinopyrum elongatum)是重要的小麦野生近缘种,具有生长繁茂、多花多实、高光效、抗病、耐盐碱、耐干旱等优良特性,在抗小麦赤霉病方面尤为突出,是小麦遗传改良中具有重要价值的优异外源基因供体。本研究利用六倍体小黑麦(AABBRR)与硬粒小麦-长穗偃麦草双二倍体(AABBEE)杂交,通过胚拯救技术获得杂种并在其自交后代中选择小麦-黑麦-偃麦草三属杂种材料;利用高通量测序的SLAF-seq技术,开发大量黑麦、长穗偃麦草染色体特异分子标记;并将细胞遗传学、原位杂交与染色体特异标记结合,鉴定三属杂种材料的染色体组成;对获得的三属杂种稳定株系进行抗赤霉病、叶锈病和秆锈病(Ug99)鉴定,为小麦抗病育种创制抗病性强的新种质。主要研究结果如下:1、利用包含不同属的双二倍体间杂交和胚拯救技术获得三属杂种的效率最高。六倍体小黑麦(AABBRR)与六倍体硬粒小麦-长穗偃麦草双二倍体(AABBEE)杂交经胚拯救获得F1植株,染色体数目和基因组原位杂交证实F1植株含有全套A、B组染色体,并附加7条黑麦R组染色体和7条长穗偃麦草E组染色体。对F1植株自交产生的F2、F4和F5代材料进行染色体数目及农艺性状调查,发现杂种后代染色体持续分离,重组类型多,表型变异丰富。14株F2植株中染色体数目各不相同,且都大于2n=40;在F4和F5代中染色体数目分布范围为2n=28-56之间,2n=40-44之间出现频率最高,其中染色体数目为2n=42的植株最多。F4代后的部分植株表型上偏向长穗偃麦草特征,而部分植株和小黑麦类似,这与细胞中长穗偃麦草和黑麦染色体的多少密切相关。本研究将基因组荧光原位杂交(GISH)、非变性荧光原位杂交(ND-FISH)、染色体特异分子标记及抗病性鉴定相结合,比较系统的、快速的、准确的鉴定出杂交后代中外源染色体的组成,并筛选出具有抗性的三属杂种种质。2、基于SLAF-seq(Specific Length Amplified Fragment Sequencing)技术,获得大量黑麦、长穗偃麦草染色体特异的DNA片段序列,并以此序列设计引物获得黑麦和长穗偃麦草各染色体特异分子标记。在黑麦中共设计350对引物,通过PCR获得253对黑麦特异标记,成功率为72.29%(253/350),其中44对是基因组特异性标记,33对为多条染色体特异标记,176对为各单条染色体特异标记,这些单条染色体标记及基因组标记开发效率为62.86%(220/350)。在长穗偃麦草中共设计525对引物用于开发特异性分子标记,通过PCR获得280个长穗偃麦草特异标记,成功效率为53.33%(280/525),其中,49对为基因组特异标记,151对为单条染色体特异标记,其开发效率为38.10%(200/525)。本研究开发的这些标记具有明显的特异性和可靠的稳定性,可以用来检测小麦-黑麦-偃麦草三属杂种中黑麦和长穗偃麦草的各染色体,提高了三属杂种中染色体组成鉴定的准确性和效率,为在小麦抗性育种中利用小麦-黑麦-偃麦草三属杂种资源,鉴定其外源染色体(染色体片段)提供可靠的特异分子标记。3、在小麦野生近缘物种与小麦间的远缘杂交后代中,鉴定外源染色体以及染色体组成变化是十分必需的。本研究根据结实率以及染色体数目调查结果筛选了8个染色体数目大于40的株系,利用染色体特异分子标记和GISH对这些株系进行染色体组成鉴定。染色体特异分子标记和GISH鉴定染色体组成的结果完全一致。4个株系(RE24-1,RE26-1,RE26-2和RE33-3)含有所有黑麦染色体,没有长穗偃麦草染色体;株系RE36-1含有除了2R染色体之外的12条黑麦染色体,没有长穗偃麦草染色体;株系RE33-2具有所有黑麦染色体,并含有1条1R/1E易位染色体;RE62-1具有12条黑麦染色体,并含有2条5R/5E易位染色体;株系RE24-4仍然不稳定,在F6代此株系染色体组成包含硬粒小麦A、B组所有染色体和12条黑麦R染色体(缺7R),1条长穗偃麦草7E染色体以及1条7R/7E易位染色体(2n=7ⅡA+7Ⅱb+6ⅡR+11Ⅰ7E+1Ⅰ7R/7E=42)。同时,发现黑麦染色体在三属杂种后代中较多,表明黑麦染色体比长穗偃麦草染色体与小麦近缘关系更近、亲和性更好,更容易在小麦背景中存在而传递给后代。在自然的三属杂种中,小麦染色体组表现完整,外源种质组成的染色体组内的染色体是由不同种质的部分同源群染色体组成,相同部分同源群染色体不能同时存在。染色体的易位发生在同一部分同源群内染色体之间。4、运用GISH、ND-FISH以及染色体特异分子标记鉴定2个株系RE21和RE62染色体组成。结果发现2个株系染色体数目均为2n=42,且染色体组成稳定。株系RE21中,小麦A、B组染色体完整,外源染色体包括长穗偃麦草IE、2E、3E和5E染色体以及黑麦4R、6R和7R染色体;株系RE62中,小麦A、B组染色体完整,外源染色体为1R-4R、6R-7R完整染色体,以及5R/5E易位染色体。对2个株系进行赤霉病、叶锈病和秆锈病(Ug99)抗性鉴定,株系RE21对赤霉病、叶锈病和秆锈病(Ug99)都具有抗性,尤其表现高抗赤霉病;株系RE62对赤霉病易感,但对叶锈病和Ug99表现抗性。2个稳定株系的抗病性表明,三属杂种中外源染色体存在抗病基因,如将该外源染色体转移到小麦背景中,并利用染色体特异分子标记进行辅助选择,将有利于培育新的抗病小麦品种。