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小伞山羊草（Aegilops umbellulata,2n=2x=14,UU）是小麦遗传改良的优异基因源,蕴含多种抗病、耐逆及品质相关基因。四倍体小麦--小伞山羊草三倍体杂种F1可通过未减数配子自然加倍形成四倍体小麦--小伞山羊草双二倍体,是转移小伞山羊草优异基因/性状的重要“桥梁”。因此,对小伞山羊草种质资源进行遗传评价,弄清四倍体小麦--小伞山羊草三倍体杂种F1自然加倍形成双二倍体的细胞遗传学机制,了解四倍体小麦--小伞山羊草双二倍体的优异性状,将有助于全面认识小伞山羊草的优异基因/性状,为通过远缘杂交转移和利用这些优异基因/性状提供理论和物质基础。围绕小伞山羊草种质资源评价与利用,本研究首先利用重复序列建立了小伞山羊草及对照材料（尾状山羊草、顶芒山羊草和单芒山羊草）的荧光原位杂交（FISH）核型,研究了小伞山羊草染色体的遗传多样性及变异;评价了小伞山羊草的条锈病抗性、抽穗期、籽粒铁、锌以及面筋蛋白组分含量;利用小伞山羊草与四倍体小麦杂交,获得了四倍体小麦--小伞山羊草杂种F1,通过未减数配子形成了四倍体小麦--小伞山羊草双二倍体,以研究四倍体小麦--小伞山羊草杂种的染色体遗传行为、未减数配子形成机制,为通过远缘杂交转移小伞山羊草的遗传物质提供了重要的“桥梁”物种;评价了包括四倍体小麦--小伞山羊草在内的四种四倍体小麦--山羊草双二倍体的农艺性状、条锈病抗性以及铁、锌和面筋蛋白含量,探讨U、C、M和D基因组导入四倍体小麦后对主要农艺及品质性状的影响。获得的主要结果如下:一、小伞山羊草与C、M和N基因组二倍体山羊草的FISH核型比较选取oligo-p Sc119.2、oligo-p Ta71、oligo-p Ta713、（AAC）5、（ACT）7和（CTT）12探针,建立了小伞山羊草、尾状山羊草、顶芒山羊草和单芒山羊草的标准FISH核型。筛选出荧光探针oligo-p Sc119.2/oligo-p Ta71分别与（AAC）5、（ACT）7、（CTT）12和（AAC）5组合,用以区分小伞山羊草、尾状山羊草、顶芒山羊草和单芒山羊草的7对染色体。小伞山羊草、尾状山羊草和顶芒山羊草的染色体有丰富的种内核型变异。小伞山羊草的7U染色体有6种变异,而其他U染色体只有2或3种。尾状山羊草和顶芒山羊草的每条染色体至少有5种变异,2C、4M（Ae.comosa subsp.comosa）和6M（subsp.subventricosa）染色体的变异类型多达18、10和15种。6份单芒山羊草的染色体FISH核型一致。12份顶芒山羊草和24份尾状山羊草的同源染色体之间存在异型性。顶芒山羊草PI 551038 1M和7M染色体的短臂之间发生了易位。小伞山羊草、尾状山羊草和顶芒山羊草的FISH核型多样性及变异说明这三个物种的染色体在进化过程中可能产生了大量重排。本研究结果为识别这些山羊草物种的染色体,理解它们的进化关系和染色体变异提供了重要信息。二、小伞山羊草条锈病抗性、抽穗期及主要品质性状测定在四个不同环境中对46份小伞山羊草的条锈病成株期抗性进行了鉴定,其中42份材料抗条锈病,4份感条锈病。小伞山羊草材料的抽穗期除PI 226500很短外（138.9±4.6天）,其余材料的平均抽穗期（181.8±10.5天）显著长于三个普通小麦对照品种（137.0±4.3天）。小伞山羊草籽粒铁（69.74-348.09 mg/Kg）和锌（49.83-101.65mg/Kg）含量表现出较大的遗传变异,其中,PI 542362、PI 542363和PI 554399的铁（230.96-348.09 mg/Kg）和锌（92.46-101.65 mg/Kg）含量相对较高。籽粒铁含量,小伞山羊草与顶芒山羊草和尾状山羊草相似,但显著高于节节麦和普通小麦对照品种。籽粒锌含量,小伞山羊草显著高于顶芒山羊草、节节麦和普通小麦对照品种,但低于尾状山羊草。采用反相高效液相色谱分离了小伞山羊草和对照（节节麦、顶芒山羊草、尾状山羊草、单芒山羊草、拟斯卑尔脱山羊草和乌拉尔图小麦）的面筋蛋白。与对照物种相比较,小伞山羊草有更高的高分子量谷蛋白亚基/谷蛋白比例（小伞山羊草:其他物种=平均值28.70%:18.63%;范围17.06%-38.35%:15.56%-25.43%）和高/低分子量谷蛋白亚基比（小伞山羊草:其他物种=平均值0.41:0.24;范围0.21-0.62:0.19-0.35）,小伞山羊草在低分子量谷蛋白和γ-醇溶蛋白区域检测到独有的洗脱峰,洗脱时间分别为41-42分钟和约57分钟。在所有研究的物种中,小伞山羊草的γ-醇溶蛋白比例最高（小伞山羊草:其他物种=平均值72.11%:49.37%;范围55.33%-86.99%:29.60%-67.91%）。结果表明,小伞山羊草在这些性状中表现出丰富的多样性,是小麦遗传改良的潜在基因库。三、四倍体小麦--小伞山羊草杂种的遗传行为通过小伞山羊草与四倍体小麦杂交,获得了11个四倍体小麦--小伞山羊草三倍体杂种F1,编号为STU 2、STU 7-STU 16。每个三倍体杂种F1均有21条染色体,其自交后代染色体数目35-43条之间变异。通过荧光原位杂交（FISH）和基因组原位杂交（GISH）鉴定,完整四倍体小麦--小伞山羊草双二倍体的比例49.6%,部分双二倍体的比例50.4%。在部分双二倍体中,染色体缺失频率最高的染色体组是U（26.8%）,其次是B（22.8%）,然后是A（11.8%）。在自交后代中发现三种染色体易位类型和1-7U染色体的FISH核型多态性。6个组合杂种F1的未减数配子形成途径为减数第一次分裂恢复（First division restitution,FDR）,其他5个组合既有FDR也有单次减数分裂（Single-division meiosis,SDM）。在减数分裂中发现多种染色体异常行为,如滞后染色体、染色体桥、微核和多极分离等。四倍体小麦--小伞山羊草三倍体杂种F1自交结实率与单价体数呈显著正相关（r=0.722*,P＜0.05）,与棒状二价体数（r=-0.684*,P＜0.05）和平均交叉数(r=-0.740**,P＜0.01)呈显著或极显著负相关。形态学考察结果表明,11个三倍体杂种F1的株高和小穗数显著低于四倍体小麦亲本而显著高于二倍体小伞山羊草亲本,穗长显著低于四倍体小麦亲本而显著高于二倍体小伞山羊草亲本（除STU 7外）。三倍体杂种F1的分蘖数因母本而异,源于PI 94668的杂种F1分蘖数显著高于四倍体小麦亲本,源于Langdon的杂种F1的分蘖数与四倍体小麦亲本无显著差异（除STU 14外）,所有F1的分蘖数都显著低于二倍体小伞山羊草亲本。四、四倍体小麦--小伞山羊草双二倍体主要农艺及品质性状分析四倍体小麦--小伞山羊草双二倍体（2n=6x=42,AABBUU,STU）和对照材料（四倍体小麦--顶芒山羊草双二倍体,2n=6x=42,AABBMM,STM;四倍体小麦--尾状山羊草双二倍体,2n=6x=42,AABBCC,STC;四倍体小麦--节节麦双二倍体或人工合成小麦,2n=6x=42,AABBDD,STD）在农艺和种子性状上有很大差异。STU的株高、穗长、芒长、小穗数和分蘖数均处于双亲之间并接近四倍体小麦亲本。STU的株高显著低于STC和STD。STU的种子粒长、粒宽和粒重均优于亲本。STU具有来源于小伞山羊草的条锈病抗性。采用反相高效液相色谱分离了STU及对照的面筋蛋白,STU及其他3种人工合成六倍体种均遗传了双亲的高（HMW-GS）、低分子量（LMW-GS）谷蛋白（Glutenin）和醇溶蛋白（Gliadin）。STU的HMW-GS/Glutenin、HMW-GS/LMW-GS和γ-gliadin/gliadin比例与STM的差异不显著,但显著高于STC和STD。STU籽粒具有高锌含量,其与STC的锌含量差异不显著,但显著高于STM和STD的锌含量。STU的籽粒铁含量与STD差异不显著,但显著低于STM和STC。这些结果表明,四种基因组组成的四倍体小麦--山羊草双二倍体的农艺及品质性状差异很大,是小麦遗传改良的基因库。