全 文 ：大赖草 DNA 导入小麦获得大穗株系育性及
其细胞学初步研究
王子霞1 ,海热古力1 ,孔祥贞2 ,吴振录1 ,樊哲儒1 ,李俭峰1
(1.新疆农科院核生所 ,新疆乌鲁木齐　830000;2.新疆农业大学 ,新疆乌鲁木齐　830052)
摘　要:对大赖草 DNA导入小麦后代中选出的部分大穗材料 , 进行了育性和花粉母细胞(PMC)减数分裂的细胞
学鉴定。结果表明:人工套袋自交不育率平均高达 93.01%,天然异交不育率为 36.4%～ 100%;减数分裂后期
出现了桥 、环及落伍染色体 , 这些异常现象说明了转化后代的染色体结构发生了变化 , 大赖草 DNA 片段已整合
到染色体上;DNA 片段的导入产生单价染色体 , 这是遗传学上的新问题 ,其原因尚需进一步研究确定。
　　关键词:春小麦;大赖草 DNA;转化后代;减数分裂;细胞学鉴定
　　中图分类号:S512.103.53　　　文献标识码:A　　　文章编号:1001-4330(2005)06-0408-04
Preliminary study on fertility and cytologic observation of big
spike wheat lines with transgene of Leymus racemosus(Lam.)Tzvel
WANG Zi-xia1 ,Haireguli1 ,KONG Xiang-zhen2 ,Wu Zhen-lu1 ,FAN Zhe-ru1 ,LI Jian-feng1
(1.Institute of Nulclear &Biological Technologies , Xinjiang Academy of Agricultural Sciences ,Urumqi 830000 ,
China;2.Xinjiang Agricultural University , Urumqi 830052 , China)
Abstract:The fertility of big spike wheat lines elected in the generation with transgene of Leymus racemosus
(Lam.)Tzvel was studied , and pollen mother cell was identified in meiosis.The result showed that the average
sterile rate of self-crossing sterility was up to 93.01%by hand bagging , sterile rate of nature-crossing was from
36.4% to 100%.The bridge , ring and behindhand chromosome appeared later meiosis stage.The abnormal phe-
nomena explained the chromosome structure of transformation generation changed.The genetic fragment had already
combined on the wheat chromosome.The insertion of the genetic fragment produced the univalent chromosome.It is
a new problem in science of genetics , its reason still needs to determine further.
Key words:spring wheat;Leymus racemosus(Lam.)Tzvel DNA;transformation generation;meiosis;cytologic
indentification
通过缘远杂交把小麦近缘野生种优良基因导入小麦 ,创造小麦新种质 ,已对小麦育种产生巨大作
用。新疆大赖草[ Leymus racemosus(Lam.)Tzvel]是小麦族大麦亚族赖草属的小麦近缘野生种 ,染色体构
成为 2n=28(JJNN)[ 1] ,它抗旱 、耐盐碱和耐瘠薄 、具有丰产 、优质 、抗病虫害等优良特性 ,对小麦品种改
良具有特殊的应用价值[ 1 ～ 2] 。南京农业大学陈佩度等采用缘远杂交方式 ,已建立了大赖草的附加系和
代换系[ 3] ,通过花粉管通道法将大赖草 DNA导入小麦 ,已获得一批大穗转化系 ,并对其进行了农艺 、品
质性状[ 4 ～ 5] 、抗性[ 6] 、细胞学[ 7] 、花药培养[ 8]等方面的研究 ,现将转化后代大穗品系中部分材料的育性及
其细胞学鉴定研究作一介绍。
收稿日期:2005-02-28
作者简介:王子霞(1958-),女 ,四川人 ,高级实验师 ,主要从事小麦生物技术研究工作;本项目的研究及论文作者得到戚家华研究员及杨
克锐同志的指导与审阅 ,特此致谢.
基金项目:新疆自然科学基金项目:“大赖草DNA导入小麦后代聚合效应研究”(200321116)
新疆农业科学　2005 ,42(6):408 ～ 411
Xinjiang Agricultural Sciences
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1　材料与方法
1.1　材 料
受体　新春 2号(为新疆大面积推广的品种)。
转化后代大穗株系　新疆大赖草 DNA花粉管途径导入受体。
1.2　方 法
将上述转化大穗株系种植于田间 ,花粉母细胞(PMC)减数分裂时期 ,取适宜的幼穗置卡诺氏固定液
(70%乙醇∶冰醋酸=3∶1)中固定 16 ～ 24 h , 70%的乙醇保存备用 。醋酸洋红染色 ,常规压片 ,观察其花
粉母细胞(PMC)的减数分裂行为。
育性测定于 2001 ～ 2003年在新疆农科院老满城试验站进行 。
2　结果与分析
2.1　转化后代的育性测定结果
2001年在大赖草 DNA转化小麦后代的大穗株系中发现一株半不育株 ,部分颖壳开张 ,株高 77 cm ,
主穗长 13 cm ,小穗数 13个 ,结实 22粒 ,结实率 50%(每个小穗按2个小花计算),分蘖穗不结实。将 22
粒种子2002年播种于大田 ,出苗10株 ,中途夭折2株 ,正常抽穗的8株 ,收获后室内考种 ,统计分析结果
表明:8株天然异交平均不育率为 77.73%,变幅为 62.2%～ 92.3%,变异系数 15.26%。表 1
表1　转化后代天然异交育性测定结果
Table 1　Natural crossing fertility results of transformation generation
株号
No.of plant
株高(cm)
plant height
有效穗数(个)
Fertile spike
平均穗长(cm)
Spikes length
总结实粒数(粒)
Kernels
平均每小穗(粒)
结实粒数
Kernels per spikelet
平均每穗(粒)
结实粒数
Kernels per spikelet
平均不育率(%)
Average
steri lity rate
1 76 5 14.6 81 0.76 16.2 62.2
2 77 4 13.9 19 0.23 4.75 88.7
3 73 4 12.8 62 0.74 15.5 63.1
4 77 4 13.5 52 0.62 13 69.1
5 76 2 12 9 0.26 4.5 87.1
6 56 2 9.8 10 0.33 5 83.3
7 67 1 16.5 11 0.48 11 76.1
8 50 3 7 2 0.15 0.67 92.3
∑X 552 25 100 246 3.57 70.62 621.9
X 69 3.13 12.5 30.8 0.45 8.83 77.73
S.D 10.53 1.36 2.96 29.79 0.24 5.83 11.86
C.V 15.26 43.45 23.68 96.72 53.33 66 15.26
2003年 ,按株行种于大田 ,继续测定人工套袋自交和天然异交育性表现 。人工套袋自交育性测定
结果:被套袋的 24株主穗平均不育率高达93.01%,变异系数为9.49%,不育率接近稳定 ,其中有9株不
育率达 100%,占测定株的 37.5%。田间天然异交育性测定结果 ,被测定 41 株主穗平均不育率仍然高
达76.69%,变异系数为 22.15%,有两株不育率达到 100%。从上述试验看出 ,不育率随着种植代数的
增加而不断提高 ,有的株不育率已基本稳定 ,根据试验可从中获得新型不育系。表 2
表 2　转化后代育性测定结果
Table 2　Fertility results of transformation generation
杂交方式
Crossing method
统计值
Stati stics
测定总穗数(穗)
Spikes
总小穗数(个)
Spikelets
总结实粒数(粒)
Kernels
平均每穗(粒)
结实粒数
Kernels per spikelet
平均不育率(%)
Average
Sterility rate
人工套袋育性测定
Fertileby hand bagging
∑X 24 496 70 3.38 2 232.2
X 20.67 2.92 0.14 93.01
S.D 1.24 3.56 0.18 8.83
C.V 6 121.92 128.57 9.49
天然异交育性测定
Natural-crossing
fertility
∑X 41 896 427 19.41 3 144.2
X 21.85 10.41 0.47 76.69
S.D 1.32 7.86 0.35 16.99
C.V 6.04 75.5 74.47 22.15
·409·6期　　　　王子霞等:大赖草 DNA导入小麦获得大穗株系育性及其细胞学初步研究　　　　　　
·410·　　　　　　　　　　　　　　　新疆农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　42卷
2.2　转化后代的细胞学观察结果
新疆大赖草 DNA片段导入受体新春 2号后 ,其转化后代中出现了育性分离 ,有些植株不育率已达
到100%,为了搞清其产生的原因 ,对其花器形态和花粉母细胞(PMC)减数分裂行为进行了观察 ,发现小
穗大 ,花药变小 ,呈三角形 ,雌蕊正常 ,花粉母细胞(PMC)减数分裂行为较为复杂 ,归纳有以下几种表现:
2.2.1　花粉母细胞(PMC)减数分裂中期 I ,有些染色体不配对 ,呈单价体 ,有的呈一条 ,有的出现多条单
价体 。图 1
2.2.2　花粉母细胞(PMC)减数分裂后期 I ,单价体的大量存在势必造成染色体落伍。有近 1/2的细胞
出现 1 ～ 2个落伍染色体 ,有少数细胞甚至产生 3 ～ 4条落伍染色体 ,还出现不均等分裂和单 、双桥以及
三桥及哑铃状且两极分别有一个呈圆形的独立染色体 。图 2 ～ 5
2.2.3　在四分体期 ,该期是减数分裂完成 ,小孢子形成的重要时期。实验观察到少量的微核 ,还出现呈
直线排列的六分体 ,成熟花粉粒大小不等。这是造成花粉败育的主要原因 。这种不育植株 ,在以 761为
受体转化的超大穗后代中也存在。图 6 ～ 8
3　讨 论
3.1　研究发现新疆大赖草DNA导入小麦后代花粉母细胞产生了异常紊乱现象 ,导致减数分裂过程中
的染色体行为 ,出现染色体不配对 ,不均等分裂和单 、双桥以及三桥等现象 ,这些异常现象说明转化后代
的染色体结构发生了变化 ,这一结果与刘双俊的根尖体细胞有丝分裂研究相类似[ 7] ,实验结果从细胞遗
传学上证明了新疆大赖草 DNA片段已整合到染色体上 ,这类材料不管稳定与否 ,在育种和遗传研究上
都具有特殊的应用价值。
3.2　新疆大赖草 DNA片段导入受体后 ,导致受体某些染色体不配对 ,这种现象在远缘杂交中可以理
解 ,但片段的导入出现上述异常现象 ,是遗传学上的新问题 ,深入研究其机理具有重要理论意义。
参考文献:
[ 1] 郭本兆.中国植物志(第九卷第三分册)[ M] .北京:科学出版社 , 1987:4～ 11.
[ 2] 吴锦文.新疆小麦[M] .乌鲁木齐:新疆人民出版社 , 1989:50～ 56.
[ 3] 陈佩度.将大赖草种质转移给普通小麦的研究 III ,抗赤霉病异附加系选育[ J] .遗传学报 , 1995 , 22(3):206～ 210.
[ 4] 张茂银 ,杨克锐 ,顾爱星 ,等.新疆大赖草 DNA 导入春小麦转化后代的农艺性状和蛋白质分析[ J] .华北农业学报 ,1999 , 14(中国春小麦
研究专集):43～ 47.
[ 5] 张茂银 ,王子霞 ,海热古力,等.新疆大赖草 DNA 导入小麦获得大穗品系的农艺性状和贮藏蛋白分析[ J] .麦类作物学报 , 2000, 20(3):6
～ 10.
[ 6] 张茂银 ,王子霞 ,杨松杰 ,等.新疆大赖草 DNA 转化小麦后代大穗品系的抗性鉴定和农艺性状研究初报[ J] .农业生物学报 , 1999 ,(14):
37～ 42.
[ 7] 刘双俊.新疆大赖草 DNA片段导入春小麦 761转化后代的细胞核型分析[ J] .西北农业学报 , 1997 , 6(4):105.
[ 8] 王子霞 ,张茂银 ,杨克锐 ,等.新疆大赖草幼胚花药培养及植株再生[ J] .新疆农业科学 , 2000 ,(4):159～ 161.
·411·6期　　　　王子霞等:大赖草 DNA导入小麦获得大穗株系育性及其细胞学初步研究