全 文 ：第 35 卷　第 9 期 西北农林科技大学学报(自然科学版) Vol. 35 No . 9
2007 年 9 月 Journal of No rthwest A &F Univer sity(Na t. Sci. Ed.) Sep. 2007
普通小麦-华山新麦草二体附加植株减数分裂中期
染色体行为及形态学分析*
武　军1 ,赵继新1 ,陈新宏1 ,刘淑会1 ,杨群慧1 ,
刘文献2 , 3 ,魏芳琴1 ,董　剑1 ,朱建楚1
(1西北农林科技大学 农学院,陕西 杨凌 712100;2中国科学院植物研究所光合作用与环境分子生理学重点实验室 ,北京 100093;
3中国科学院研究生院 ,北京 100059)
[ 摘　要] 　为了进一步建立一套完整的普通小麦-华山新麦草异附加系 , 对普通小麦-华山新麦草衍生后代中 , 染
色体数目 2n=44 的 39个附加 2条华山新麦草染色体植株的花粉母细胞减数分裂中期 Ⅰ(PMC M Ⅰ)染色体行为进
行了 GISH 检测 , 获得了 2 条华山新麦草染色体能够配对的 18 个小麦-华山新麦草二体附加植株;并对这 18 个二体
附加植株进行形态学比较 ,将其划分为 7 类。说明这 7 类二体附加植株所附加的华山新麦草染色体是不同的 , 初步推
测在这 7 类二体附加植株附加的华山新麦草染色体应是华山新麦草 7 个同源群的不同染色体。
[ 关键词] 　普通小麦;华山新麦草;染色体行为;GISH;形态学
[ 中图分类号] 　S512. 103. 51 [ 文献标识码] 　A [ 文章编号] 　1671-9387(2007)09-0045-04
PMCM I chromosome behavior and morphology analysis on disomic
additional plants derived from wheat-Psathyrostachys huashanica
WU Jun1 ,ZHAO Ji-xin1 ,CHEN Xin-hong1 , LIU Shu-hui1 ,YANG Qun-hui1 ,
LIU Wen-xian2 ,3 ,WEI Fang-qin1 , DONG Jian1 , ZHU Jian-chu1
(1 Co llege o f Ag ronom y , Northwest A &F Universi ty ,Y ang lin g , Shaanx i 712100 , Ch ina;2 Reseach Center for Molecu lar and
Developmenta l B iolog y , Key Laborator y o f Photosy nthesis and Environmental Molecular Ph ysiolog y , I nsti tu te o f Botany , Chinese
Academ y o f S ciences , B ei j in g 100093 , China;3 China Graduate School o f Ch inese Academy o f Sciences , B ei j ing 100049 , China)
Abstract:In o rder to e stablish a set of common wheat-Psathy rostachy s huashanica alien addi tion
lines , the GISH analysis of the 39 plants(2n=44) derived f rom wheat-P. huashanica were carried out. The
results showed that eighteen wheat-P. huashanica alien addi tion lines , in w hich tw o P . huashanica chromo-
some were paired , have been obtained. T hese 18 additional plants w ere compared , and divided into seven
categ ories. The se results indicated tha t seven addi tional categ ories of plants at tached to the P. huashanica
chromosome w ere dif ferent. Initial speculation in this category added seven addi tional plants P. huashanica
chromosome w as the di fferent chromosome of seven homo logy g roup.
Key words:common wheat (T. aest ivum L. );Psathyrostachys huashanica;chromosome behavio r;
GISH ;morpho logy analy sis
*[收稿日期] 　2007-03-05
[基金项目] 　西北农林科技大学科研专项基金项目(01140506);教育部新世纪人材支持计划项目(NCET-06-0862);陕西省科技攻关项
目(K01-G1-01)
[作者简介] 　武　军(1970 -),男 ,陕西南郑人 ,助现研究员 ,博士 ,主要从事小麦远缘杂交育种研究。
[通讯作者] 　陈新宏(1966 -),男 ,陕西周至人 ,副研究员 ,博士后 ,主要从事小麦远缘杂交育种研究。
　　小麦近缘植物长期生活在自然环境中 ,经受了
各种恶劣环境条件的考验 ,具有大量普通小麦所不
具备或在人工栽培条件下已经丧失的优异基因和一
些特有性状[ 1-2] 。将小麦近缘植物中的优异基因引
入普通小麦 ,是增加小麦遗传多样性和改良小麦品
种的重要途径 ,并已取得了巨大成功。如黑麦 、偃麦
草 、簇毛麦等小麦近缘植物优异基因的引入 ,使小麦
品种改良取得了革命性的进展 。虽然小麦近缘植物
存在着极为丰富的遗传多样性和可供改良小麦的优
异基因 ,但是目前导入普通小麦并加以利用的近缘
植物优异基因还是很小的一部分 。因而 ,加强小麦
与其近缘植物的杂交 、鉴定和利用研究 ,必将为小麦
生产和育种带来更大的进展。
华山新 麦 草 (Psathy rostachy s huashanica
Keng , 2n=14 , NN)是禾本科旱熟禾亚科小麦族新
麦草属多年生草本植物 ,是我国华山特有种 ,其具有
耐旱 、抗寒 、耐瘠 、早熟 、抗病等多种优异的生物学特
性[ 3-6] 。目前 ,对华山新麦草的形态学及其与普通小
麦杂交后代细胞遗传学特征已有一些研究[ 7-10] ,但
均为个别材料研究 ,并未从建立整套小麦-华山新麦
草出发进行研究 。
外源基因的有效转移与利用 ,在很大程度上依
赖于对导入小麦背景中的外源染色体或染色体片段
的准确鉴定[ 11] 。当前 ,外源遗传物质的鉴定主要有
5种方法 ,即形态标记鉴定 、细胞学鉴定(包括染色
体计数 、核型分析和分带带型分析等)、生化标记鉴
定(包括同工酶和蛋白质分析等)、原位杂交和分子
标记鉴定[ 12] 。为了建立一套普通小麦-华山新麦草
的异附加系 ,本课题组曾利用普通小麦-华山新麦草
BC1F2到 BC1F5的 315个植株 ,进行了细胞学检测
和根尖细胞染色体的染色体组原位杂交(GISH)分
析 ,获得了染色体数目 2n=44的 39个附加 2条华
山新麦草染色体植株 。
本研究对普通小麦-华山新麦草衍生后代中染
色体数目2n=44的 39个附加 2条华山新麦草染色
体植株的花粉母细胞减数分裂中期染色体行为进行
了GISH 检测 ,并对 2条附加染色体能够配对的二
体附加植株进行了形态学比较 ,以期为进一步建立
一套完整的小麦-华山新麦草异附加系奠定基础 。
1　材料与方法
1. 1　材　料
普通小麦-华山新麦草衍生后代染色体数目
2n=44的 39个二体附加植株 ,由原中国科学院西
北植物研究所提供。
1. 2　方　法
1. 2. 1　染色体组原位杂交(GISH)　(1)幼穗处理:
取幼穗 用 卡诺 氏 固 定液 (V (无水 乙 醇) ∶
V(冰醋酸)∶V(氯仿)=6∶3∶1)固定。在 4 ℃冰箱
保存备用。(2)染色体制片:将固定好的幼穗用体积
分数 45%醋酸压片 ,液氮冷冻后揭片备用。(3)探
针标记:用 Dig-Nick-Translation M ix (Roche , Ger-
many)试剂盒标记基因组 DNA ,详细标记方法见试
剂盒产品说明书(20 μL 体系中 , Dig-Nick-Transla-
tion M ix 4 μL ,基因组 DNA 1 mg ,加 ddH 2O 至 20
μL)。探针标记完毕后加入 1. 0 μL 0. 5 mo l /L ED-
TA (pH 8. 0),65 ℃水浴中 10 min ,终止反应。(4)
原位杂交(GISH):参照 Han 等[ 13] 的方法 。所用探
针为经缺口转移法标记的华山新麦草基因组 DNA ,
探针与封阻 DNA 用量比为 1∶50 。探针杂交信号
用荧光素(FITC)检测。经 PI 复染后 ,在 450 ～ 490
nm 波长下观察 ,杂交信号呈黄绿色 ,小麦染色体呈
红棕色。用 Nikon Eclipse E600 (日本)显微镜在
Spo t系统下照相 。
1. 2. 2　形态学比较　对两条附加染色体能够配对
的二体附加植株进行株高 、芒长 、穗型 、旗叶及其他
性状的比较归类 。
2　结果与分析
2. 1　普通小麦-华山新麦草衍生后代中附加 2条华
山新麦草染色体植株的 GISH 检测
对普通小麦-华山新麦草衍生后代中染色体数
目 2n=44的 39个附加 2条华山新麦草染色体植株
的花粉母细胞减数分裂中期 Ⅰ(PMC M Ⅰ)染色体
行为进行 GISH 检测 ,结果表明 ,18个植株的两条
华山新麦草染色体能够配对(图 1A), 占总株数的
46. 2%;其余 21个植株的 2条华山新麦草染色体不
能配对(图 1B)。说明 2 条华山新麦草染色体能够
配对的 18 个植株两条外源染色体是同源的 ,其余
21个植株的 2条华山新麦草染色体是非同源的 。
2. 2　外源染色体能够配对的二体附加植株的表型
分析
在附加 2条华山新麦草染色体植株花粉母细胞
减数分裂中期 Ⅰ染色体行为 GISH 检测的基础上 ,
对两条华山新麦草染色体能够配对的 18个二体附
加植株进行了形态学比较 ,可以将这 18个植株划分
为 7类(图 2)。表 1是这 7类植株在表现型上的主
要差异(表 1类型的序号与图 2的植株类型序号是
46 西北农林科技大学学报(自然科学版) 第 35 卷
一一对应的)。由表 1和图 2可以看出 ,不同类型植
株间的差异非常明显 ,主要表现在:第 1 类植株矮
小 ,颖长大 ,子粒瘪 ,结实性差;第 2 类植株无芒 ,穗
棒状;第 3 类植株旗叶扭曲 ,茎秆细弱;第 4 类植株
颖壳浅褐 ,穗细;第 5类植株穗大 ,茎秆粗壮 ,分蘖成
穗多;第 6 类植株小穗排列松散 ,旗叶宽长 ,粒色发
黄;第 7类植株顶芒 ,籽粒浅红 。
图 1　普通小麦-华山新麦草衍生后代中附加 2 条华山新麦草染色体植株 PMC M Ⅰ染色体行为的 GISH 分析
A.两条华山新麦草染色体能够配对;B. 2条华山新麦草染色体不能配对;箭头所指为华山新麦草染色体
F ig . 1　GISH analysis on PMC M I chromosome behavio r o f disomic additional plants de riv ed fr om
w heat-Psathy rostachy s huashanica.
A. T w o P . huashanica chromosome is pai rin g;B. No pai ring;Arrow s indicate the P . huashanica chromosome
图 2　普通小麦-华山新麦草二体附加植株的单株表现
Fig . 2　Pe rformance on seven types o f the additiona l plants derived from wheat-Psathy rostachys huashanica
表 1　外源染色体能够配对的普通小麦-华山新麦草二体附加植株在表型上的差异
Table 1　Diffe rence in pheno type s o f the additional plants derived f rom w heat-Psathyrostachy s huashanica
植株类型
Plant types
株数
Plant number
主要特征 Major ch aracter
株高 / cm
Plant h eigh t
芒长 / cm
Aw n length
穗型
Spike morphology
旗叶
Flag leaf
其他
Other
1 5 50～ 55 2. 5～ 3. 0 纺锤形
Spindle
宽短
Broad & short
子粒瘪 、结实性差
Seed shrunken , f ecundity
poor
2 2 58～ 60 0 棒状 Club 窄长
Narrow & l on g -
3 3 65～ 70 2. 0～ 2. 5 纺锤形
Spindle
扭曲
T orti lit y
茎秆细弱
Stem slim & fragile
4 3 78～ 82 1. 5～ 2. 0 纺锤形
Spindle
窄长
Narrow & l on g
颖壳浅褐、穗细
Glume sandy beige , spike
thin
5 3 80～ 83 1. 5～ 2. 0 长方形
Rectangle
宽短
Broad & short
穗大 、茎秆粗壮
Super-spike , s tem thick
& st rong
6 1 81 2. 0～ 2. 5 纺锤形
Spindle
宽长
Broad & l ong
小穗排列松散
Spikelet relax
7 1 86 0. 5
长方形
Sectangle
宽短
Broad & short
籽粒浅红
Seed shallow red
47第 9 期 武　军等:普通小麦-华山新麦草二体附加植株减数分裂中期染色体行为及形态学分析
　　从理论上讲 ,由于本研究中的华山新麦草为二
倍体 ,同时小麦染色体来源相同 ,因而单株间的差异
应该是由所附加的华山新麦草染色体差异引起的。
所以 ,可初步推测在这 7类二体附加植株中 ,所附加
的华山新麦草染色体应是华山新麦草 7个同源群的
不同染色体。
3　讨　论
小麦异附加系是利用染色体工程方法 ,将携带
外源基因的染色体 ,转移到小麦遗传背景中而培育
的一种非整倍体材料 ,其中二体异附加系是研究和
利用价值最高的一种 ,它是进一步创造异代换系和
易位系的重要桥梁材料 ,是探讨小麦与其近缘植物
亲缘关系 、进行基因定位等遗传研究的基础材料 ,在
小麦遗传改良和遗传研究中具有重要的利用价
值[ 12] 。在普通小麦-华山新麦草附加系的研究方
面 ,马翎健等[ 9] 在普通小麦与华山新麦草杂交后代
H9802-6中检测出一个异附加系;赵继新等[ 10] 在普
通小麦-华山新麦草衍生后代中 ,检测出 H9015-17-
1-9和 H9017-14-16-5 2个异附加系 ,并对其进行了
分子细胞遗传学分析。本研究获得的 7 类普通小
麦-华山新麦草二体附加植株 ,为建立一套普通小
麦-华山新麦草异附加系奠定了基础 ,为进一步利用
华山新麦草中的优异基因对普通小麦进行改良具有
实践意义 。
在外源物质鉴定方面 , 由于基因组原位杂交
(GISH)可以明确地识别异源染色体 ,与其他外源检
测方法相比具有非常直观的特性 ,因而在小麦与其
近缘种属杂交后代的外源检测中 ,常用 G ISH 技术
来鉴定外源染色质[ 13-14] 。同时 ,利用原位杂交能够
准确地观察减数分裂中期外源染色体行为[ 15] 。本
研究利用 GISH 技术从普通小麦-华山新麦草衍生
后代中染色体数目 2n=44的 39个附加 2条华山新
麦草染色体植株中 ,筛选出两条华山新麦草染色体
能够配对的 18个植株 ,并通过形态学比较将其划分
为 7类 ,因而初步推测 ,在这 7类二体附加植株所附
加的华山新麦草染色体应是华山新麦草 7个同源群
的不同染色体 ,但对于这 7类二体附加植株所附加
的华山新麦草染色体与小麦染色体的部分同源群关
系 ,尚需要通过生化标记和分子标记等技术进行确
定。
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