全 文 ：遗 传 学 报 , 1 7 ( 2 ) : , s一 1 0 2 , l , , o
滋 ct 。 `佃 . .t 抽。 3 奋. 奋`口
黑麦染色体在小黑麦又小麦 F l 花粉植株中的传递
陶 跃 之 胡 含
(中国科学院遗传研究所 , 北京 )
对 ” 株小黑麦 x 小麦的第一代花粉植株 ( H : ) 进行细胞学观察 ,并用 G ie m sa 分带技术
鉴定其中的黑麦染色休 ,不同黑麦染色休表现出不同的传递频率。 6 R 最高 , I R 、 3 R 次之 , 7 R
最低 。 花粉植株中还发现黑麦染色体端休。
关锐词 : 黑麦染色体 ,花粉植株 , G ie m ,: 分带技术 ,配子亲和性
黑麦染色体组在增加六倍体小麦的遗传变异 , 扩充遗传资源上有极大潜力。 通过有
性杂交等遗传操作 , 黑麦染色体能被引人小麦基因组田。 小黑麦与小麦杂交是引人黑麦
有用基因的重要手段 , 由这种杂交产生的次级小黑麦有比初级小黑麦育性好 、 抗病性强 、
蛋白质含量高等有益农艺性状 〔一 ;l, ;41 。 细胞学分析表明 : 在这些杂交后代的染色体组成
中 , 有黑麦染色体被小麦染色体代换 ,黑麦染色体与小麦染色体易位以及黑麦染色体被修
饰等现象 t7, 1’. 1,] 。 弄清楚杂种后代中染色体的变化 , 尤其是弄清楚黑麦染色休在与小麦染
色体组作用时在后代中的传递情况 ,对于利用染色体工程进行小麦改良育种有重要意义 。
国外许多学者分别对六倍体春性 , 冬性小黑麦 、 六倍休小黑麦与小麦杂交后代 、 小黑
麦自交后代 、 杂种再回交或反交后代等不同材料进行细胞遗传学分析 ,探讨黑麦染色体在
后代中的传递规律 LS, .12 ’ 3,l ` ;.1] 。 鉴定黑麦染色体的方法多采用 iG e m as 分带技术 , 亦有通
过 D N A 探针进行分子原位杂交 , 结合放射自显影图谱来鉴别黑麦染色体的山 ,;0J 。 不同
学者所得结果不尽相同 。
由于花粉植株是供体雄配子在植株水平上的再现 , 花粉植株的染色体组成能反映出
雄配子的染色体组成 , 因此利用六倍体小黑麦与普通小麦杂种 F : 的花粉植株进行细胞
学观察 , 分析黑麦染色体在这些植株中存在的情况 , 可以直接获得黑麦染色体通过雄配子
向后代传递的证据 , 是开展这方面研究的有利途径 。
本实验以花粉植株为材料 ,运用 iG e m sa 分带技术鉴定黑麦染色体 , 研究黑麦染色体
通过杂种第一代 ( lF ) 的雄配子向后代传递的情况。
材 料 和 方 法
93 株用于细胞学观察分析的绿色花粉植株来源于六倍体小黑麦 eB ag l e x 普通小麦
欧柔 F : 的花药 ,然后进行离体培养。
(一 ) 花药培并
取材时间 、 培养方法与本实验室以往的方法相同氏、
本文于 l , 8 8 年 6月 6 日收到 -
2期 陶跃之等 :黑麦染色体在小黑麦 x小麦 F:花粉植株中的传递
(二 )植株染色体观察
用根尖压片方法观察 ,计数染色体 。 取分奠期生长旺盛的幼嫩根尖 , 冰水预处理 2 4
小时 ,卡诺固定液固定 , l关纤维素酶 ,果胶酶等量混合酶液解离 ,醋酸洋红染色。
(三 ) 口 e m o a 显带方法
染色体分散好的裂片经 45 多醋酸 10 一 巧 分钟脱色 , 晾千后用 6多aB ( o H ): 变性处
理 5 分钟 , 2 x S C 复性 1 小时 , 以上各步处理均在 60 ℃ 恒温下进行。 2外 iG e m sa 染液
(磷酸缓冲液稀释 , p H 6 . 5) 染色 , 油镜下观察 , 照像。
(四 ) 黑麦染色体鉴定
以荷兰国际会议通过的黑麦染色体带型的标准模式 (图 l) 为基准山 , .l9 切 , 参阅其他作
者分带结果中的共同部分 .t 川。 具体标
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准如下 : ( 1) I R : 黑麦中核仁组织者染
色体 , 有最容易鉴别的带型 ,近中部着丝
点 ,两臂都有明显异染色质端粒带 ,短臂
上紧靠随体部位还有一条明显的带 , 长
臂中部一般可见中间带 ; ( 2 ) ZR : 接近
于等臂染色体 , 两臂都有异染色质端粒
带 ,短臂上的带比长臂上的大而显著 , 短
臂接近着丝点处有小带 , ZR 黑麦染色体
中最长的一条 ; ( 3 ) 3 R : 等臂染色体 , 两
臂都有端粒带 ; ( 4 ) 月:R 近中部着丝点 ,
短臂有明显端粒带 , 长臂有中等的端粒
带 , 另有 l一 2 条中间带 ; ( , ) S R : 臂比最
大黑麦染色体 , 短臂有端粒带 , 长臂没
有 ; ( 6 ) 6 R : 近中部着丝点 ,短臂端部有
多尹 街R 6 R
图 1 黑麦染色体 C 一带标准模式图
F 19
.
1 G e n e r a l i z e d C
一
b a n d i n g p a t t e r n o f r萝e
实线 : 常见带 ; B l a ` k l i n e : c o m m o n b a n d s . 虚线 :
少见带 。 D o t t e d l i n e : ! e s s f r e q u e n t l y o b 一e r v e d
b a n d s
.
明显异染色质带 ,长臂除中等的端粒带外还有丰富的中间带 , 一般可见 3一 , 条 ; ( 7 ) 7 R :
接近于等臂染色体 ,两臂都有端带 ,与其他黑麦染色体带型明显不同的是 , 7 R 长臂上的端
带大而显著。
结 果
(一 ) 分析亲本小黑麦 eB ag le 的 C 一带带型 , 发现只含有 6 对黑麦染色体 。 根据前
述鉴别标准 ,同时与含有 ZD 一 2 R I 对黑麦染色体代换的小黑麦品种 R os en r 和 A r m a id UO
的分带结果对照比较 , 认为 eB ag l e 中缺少的黑麦染色体为 ZR (图版 I , 1 ) 。
(二 ) 93 株花粉植株中 , 90 个植株含黑麦染色体 ,数目 1一 5条 (对 )不 等。 58 株单倍
体中没有发现成对的黑麦染色体 , 而在 35 株二倍体中 ,除成对黑麦染色体外 , 还发现有单
个不配对的黑麦染色体 (图版 I , 2 、 3 、 4 、 5 ) 。
(三 ) 不同黑麦染色体在花粉植株中出现的次数不同 , 其中 6 R 出现 60 次 ,频率最高
为 6 4 . 5多。 其次为 I R ( 6 0 . 2外 ) 、 3 R ( 5 6 . 9并) 和 7R 出现的频率最低 ( 3 1 . 2外 )。 黑麦染
色体出现的平均频率为 49 外(表 l ) 。
遗 传 学 报1 7 卷
农1 不同 .滚杂色体在花粉植株申出现的绷率
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(四 ) 在花粉植株中观察到黑麦染色体端体 、 它们是 I R 、 3 R 、 S R 、 6 R 短臂和 7 R
长臂。 这些端体以单个或成对出现 。 图版 I , 6 示 6 R 短臂端体。
讨 论
1
. 关于 R染色休组中不同黑麦染色体传递的研究 , 最早使用的材料原产于 墨 西 哥
( IM M Y T )研究所的春性小黑麦 。 通过对许多优 良品种的细胞学鉴定 ,一些作者发现大多
数春性小黑麦并不含有全部的 R组 7 对黑麦染色体 , 其中至少有 l 对黑麦染色体被小麦
染色体代换 ,最经常出现的是 ZD 一 Z R 代换 .4[ lB 。 以后又对冬性小黑麦进行染色体分析 ,结
果发现与春性小黑麦截然不同 , 绝大多数冬性小黑麦染色体组成中含有全部黑麦染色体 ,
代换系很少出现 ;1t · 20J 。 据此 , 一些作者认为作用在两种小黑麦上的选择压力不同。 春性
小黑麦中 ,小麦一黑麦染色体代换系占优势 ;对于冬性小黑麦 , 自然选择更有利于黑麦染
色体 ,而全部保留 。
本实验采用的亲本小黑麦 B e a g le 是采自 CI M M Y T 的春性小黑麦。 国外曾报道这
个品种含有 7 对黑麦染色体阳 。 本实验研究结果表明 : 在引种繁育过程中 , 由于自然选
择的作用 , 其中的 ZR 染色体被代换。 本实验还不能最后确定那一条小麦染色体代换了
这对黑麦染色体 。
2
. 对不同黑麦染色体向后代传递的频率 ,不同作者 , 不同实验得出的结果不尽一致 。
G u s t a f s o n 幻`观察了 3 0 株小黑麦 x 小麦 .F 后代 , I R 全部出现 , 3 R 、 4 R 和 6R 出现的频
$ 分别是 7 0书 、 7 1 . 6沁、 7 3 . 3外 ; M e r k e r “ . , 观察 T 10 5 株小黑麦 x 小麦 F : 再与小麦回交
的后代 ,也发现 I R 出现的频率最高 ( 3 7 . 1关) , 其次是 3 R ( 2 0务) 和 6R ( 1 3 . 3务 ) 。 在
其早期对 4 7 株次级春性小黑麦的细胞学观察中 , 6 R 全部出现 , 其次是 IR 和 7 tR 16 , ;
L ku
a s
ez w sk i 进一步通过小黑麦与小麦杂种 F: X 小麦 、 小麦 x 杂种 F : 以及杂种 F : 来
分析黑麦染色体通过雌 、 雄配子向后代传递的情况。 从杂种 F: 中不同黑麦染色体的出
现频率 ,作者认为通过雌 、 雄配子黑麦染色体无论是在数量还是组成上都是随机地向后代
传递 ,对由杂种产生的雌 、 雄配子没有任何选择压力。 从测交后代的结果来看 , 不同黑麦
染色体的传递频率却有差别。 通过雌配子传递时 , I R一 7 R 出现的频率分 别 是 51 外、
峪 , 拓、 50 沁、 4 3务 、 45 拓 、 37 拓和 49 多。 平均传递频率为朽 . 7外。 通过雄配子传递时 , I R一
2期 陶跃之等: 黑麦染色体在小黑麦 只 小麦 F: 花粉植株中的传递
7 R 的频率则分别为9 1 务 、1 3多 、 3 0%、 朽多 、 3 2外 、7 4外 和 3 0肠 , 平均传递频率为
3
.
4关〔13 。 作者认为这种不同是由于某些配子组合缺乏生活力 , 或者是由于 F : 配子和浏
交亲本配子不亲和所造成 ,原因不在于 F : 配子本身。
本实验采用花粉植株为材料 ,避开了有性过程 , 排除了 F : 配子与测交配子不亲和而
可能出现的干扰。 从实验结果来看 , 黑麦染色体出现的平均频率与 L u k as ez w s ik 测交实
验中 R 染色体通过雌配子向后代传递的频率更接近 , 而与通过雄配子传递的频率差异很
大。 这就直接说明了黑麦染色体通过雌 、 雄配子向后代传递的随机性 。 避开了有性过程 ,
黑麦染色体通过雄配子向后代传递的频率普遍提高 ,与通过雌配子的传递没有明显差别。
但是不同黑麦染色体向后代传递的频率并不相同 ,这说明既使在离体培养条件下 ,仍存在
选择压力。 某些生活力弱的配子类型 ,会在这种压力之下被淘汰。 某些配子生活力强或
弱的不同 , 可能来源于两个方面 : 第一 , 因不同黑麦染色体具有不同的生物学功能 , 则对
生活力影响程度不同 ;第二 ,不同黑麦染色体与小麦染色体之间会有不同的亲和性 。 许多
作者指出 : 黑麦染色体 I R 、 6琴 起着控制核仁活性的功能 ”` , 已有人证明 I R / lB 代换系
和易位系中的黑麦染色体片段上都发现有控制核仁活性的基因团。 这或许就是花粉植株
染色体组成中 , I R 、 6 R 比其它黑麦染色体出现频率高的原因 。
3
. 本实验另一个值得注意的结果是黑麦染色体端体在花粉植株中的出现 。 这不但在
理论上再次说明花药培养是创造变异 (染色体数量和结构上的变异 )的有效途径 t3] , 而且
可以为育种实践中利用端体转移外源基因进行遗传操作 , 提供有应用价值的中间材料 。
参 考 文 献
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10 2遗 传 学 报 1 7卷
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1
·小黑麦 B o a gl 。 的 C一带染色体
咭r , 和 6R’ , 三对黑麦染色体 ) ;
图 版 说 明
( 2
” , 4 2 ) ; .2 二倍休的 C一带染色体 ` 2。
3
、 今、 .5 单倍体的 一 C一带染色体
` .具有端体的二倍体 C一带染色体 ( 2。 二 肠 ,
( z
, = 2 2 , 2月
箭头示 ` .R )o
二 4 8 , 具有 I R, , ,
= 2 3 , z 。 二 2 7 ) ;
E x P l a n a t i o n s o f P l a t e
1
.
C
一
b a n d e d e h r o m o s o m e s o f T r i犷i c o l , c . , . B e a g l e ( 2 , 二 4 2 ) ; 2 . C 一b a n d e d c h r o m o s o m e .
o f d i p lo i d ( 2
。 二 4 8 w i t h I R` , , 峪R ’ ` 。 n d 6 R” t h r e e p a i r : o f r y e c h r o m o s o m e s ) ; 3 . 4 . 5 . c -
卜一 n d e d c h r o m o s o m o s o f h a p l o i d ( 2。 。 2 2 ; 2 , 二 2 3; 2。 。 2 7 ) ; 6 . C一 h a n d o d c h r o m 0 00 二 e -
o f d i p l o i d w i t h t e l o o
.
( 2
, 二 今6 w i t h 6 R , 一 r r o w e刃 ·
R e e i e v e d J u n e 6
, 19 88
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