全 文 ：基金项目：农业部948项目(2013-Z28)、陕西省自然科学基础研究计划重点项目(No. 2013JZ007)和西北农林科技大学唐仲英
育种基金
收稿日期：2014-12-03 接受日期：2014-01-05
利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱导小麦-华山新麦草染色体易位的研究
敬樊* 王亮明* 武军 杜万里 王秀娟 苏佳妮 昝凯 赵继新 陈新宏**
西北农林科技大学农学院，杨凌 712100
*同等贡献作者
**通讯作者, cxh2089@126.com
摘 要 小麦(Triticum aestivum)种质24-3-1是通过染色体工程手段获得的一个高抗条锈病的小麦-华山新
麦草二体异附加系。为了提高其遗传稳定性，促进华山新麦草(Psathyrostachys huashanica)优异基因的有效
利用，对24-3-1进行甲基磺酸乙酯(ethylmethylsulfone, EMS)化学处理来诱导易位系。本研究利用细胞学
和基因组原位杂交(genomic in situ hybridization, GISH)对其M2进行鉴定和易位系的筛选，并分析了不同
EMS浓度对小麦-华山新麦草染色体易位的诱导效应。结果显示，在930个M2单株中共检测出了61个含有
小麦-华山新麦草易位染色体的植株，易位频率为6.56%。其中7个单株检测出含有1条易位染色体，5个单
株检测出含有1条易位染色体+1条华山新麦草染色体，20个单株检测出含有2条易位染色体，3个单株检测
出含有3条易位染色体，26个单株检测出含有4条易位染色体。根尖细胞学观察和基因组原位杂交证明，
含有2条易位染色体的单株为小麦-华山新麦草易位系；含有4条易位染色体的单株为小麦-华山新麦草易
位-易位附加系。1.0%EMS为诱导小麦-华山新麦草染色体易位的最适浓度。本研究不仅为小麦特殊遗传
材料的建立提供了重要的基因资源，同时也为小麦育种提供了新的种质。
关键词 小麦，甲基磺酸乙酯(EMS)，华山新麦草，易位系，基因组原位杂交(GISH)
Study on Inducing Chromosome Translocation of Wheat (Triticum
aestivum)-Psathyrostachys huashanica Using Ethylmethylsulfone (EMS)
JING Fan* WANG Liang- Ming* WU Jun DU Wan- Li WANG Xiu- Juan SU Jia- Ni ZAN Kai
ZHAO Ji-Xin CHEN Xin-Hong**
College of Agronomy, Northwest Agriculture and Forest University, Yangling 712100, China
* The authors who contribute equally
** Corresponding author, cxh2089@126.com
Abstract The germplasm 24-3-1 is a wheat (Triticum aestivum)-Psathyrostachys huashanica disomic alien
addition line which is selected by means of chromosome engineering, and has high resistance to wheat stripe
rust. In order to improve its genetic stability, and promote the effective utilization of the agronomic genes of
Psathyrostachys huashanica, 24-3-1 was treated by ethylmethylsulfone (EMS) for inducing translocation lines.
M2 plants with translocation chromosomes were identified by cytology analysis and genomic in situ
hybridization (GISH), and the inductive effect of different concentrations of EMS was analyzed. This study
identified 61 plants with wheat- Psathyrostachys huashanica translocation chromosomes from 930 M 2 plants,
and the translocation frequency was 6.56% . Of the 61 plants, 7 plants were detected with 1 translocation
Online system: http://www.jabiotech.org
农 业 生 物 技 术 学 报
Journal of Agricultural Biotechnology
2015, 23(5): 561~570
DOI: 10.3969/j.issn.1674-7968.2015.05.001
农业生物技术学报
Journal of Agricultural Biotechnology
将小麦(Triticum aestivum)近缘属种的优异基
因导入普通小麦已成为丰富小麦遗传多样性重要
而有效的途径之一。华山新麦草(Psathyrostachys
huashanica)为禾本科(Gramineae)小麦族(Triticeae)
新麦草属(Psathyrostachys)的二倍体(2n=14)异花授
粉植物，含Ns基因组，为我国特有的禾草植物，仅
分布在我国秦岭华山一带，具有抗旱、耐瘠薄、早
熟、矮秆、抗病等许多优良性状，对小麦的遗传改良
具有重要意义(陈漱阳等, 1991)。陈漱阳等(1991)
首次开展了普通小麦与华山新麦草杂交的研究，并
成功获得了一批小麦-华山新麦草异附加系。陈漱
阳等(1996)对小麦-华山新麦草杂种后代H8911进
行了细胞遗传学研究，鉴定了6个附加系、3个代换
系和 3个易位系。在此基础上，赵继新等 (2003,
2004)、侯文胜等(1997)、武军等(2007a, 2007b)等也
相继鉴定出了一批小麦-华山新麦草异附加系和异
代换系；Du等(2014a, 2014b, 2014c, 2014d, 2013)结
合原位杂交和表达序列标签 (expressed sequence
tag, EST)等技术鉴定了一批抗病的小麦-华山新麦
草二体异附加系、分属于 7个不同同源群。此外，
周荣华等(1997)利用基因组原位杂交技术鉴定了
小麦-新麦草杂交后代，获得了一些易位附加系和
易位系；苏佳妮等(2014)在小麦-华山新麦草杂交后
代中鉴定出了易位系 24-6。相对于附加系和代换
系，易位系导入的是外源染色体片段，在遗传上具
有较高的稳定性，因此小麦-华山新麦草易位系是
利用华山新麦草染色体片段最好的方法。
易位可以自发产生，但频率较低，一般为 1%
左右；也可以人工诱导，Sears(1978)首次利用X-射
线照射的方法成功获得了携带小伞山羊草抗锈病
基因的易位系。诱发易位染色体的方法除了电离
辐射以外，还有利用组织培养(李洪杰等, 2000)、杀
配子染色体(袁建华等, 2003)、通过调节Ph基因的
作用诱发部分同源染色体交换(李淑梅等, 2007)、
通过染色体错分裂 (Sears et al., 1978)诱导易位
等。甲基磺酸乙酯(ethylmethylsulfone, EMS)作为
一种化学诱变剂，常用于易位和突变体的诱导中，
具有突变频率高和多为显性突变的特点(陈洋等,
2011)。Pushpa(1980)报道了利用EMS诱导珍珠粟
A和 B染色体的易位；陈洋等 (2011)、赵天祥等
(2009)和杜丽芬等(2014)利用 EMS化学处理筛选
和鉴定出了一批小麦突变体。EMS处理与电离辐
射同属于理化诱变，不受物种与小麦亲缘关系远
近的影响，既可以利用异附加系和异代换系的种
子、也可以利用减数分裂前的幼穗、减数分裂期成
株等(Friebe et al., 1993)，已成为作物诱变育种中应
用最广、效果最好的一种化学诱变剂。但目前未
见有关利用 EMS诱导小麦-华山新麦草易位系的
报道。
本课题组在前期研究中，获得了一个农艺性状
优良、高抗条锈病的小麦-华山新麦草二体异附加
系24-3-1。在此基础上，本研究对24-3-1的种子进
行EMS诱变处理，结合细胞学观察和原位杂交分
析对其后代进行易位系的鉴定和筛选，并分析了不
同的EMS浓度对易位产生的诱导效应，以期获得
小麦-华山新麦草易位系，提高华山新麦草优异基
因的利用价值，丰富小麦的遗传基础，为小麦育种
提供新的种质。
1 材料与方法
1.1 实验材料
小麦-华山新麦草二体异附加系24-3-1、普通小
chromosome and 5 plants with 1 translocation chromosome and 1 Psathyrostachys huashanica chromosome; in
addition, 20 plants, 3 plants, and 26 plants were detected with 2, 3 and 4 translocation chromosomes,
respectively. The cytological observation of root- tip cell and GISH analysis indicated that the plants with 2
translocation chromosomes were wheat- Psathyrostachys huashanica translocation lines; and the plants with 4
translocation chromosomes were wheat- Psathyrostachys huashanica translocation-translocation addition lines.
This study also showed that 1.0% EMS was an optimal concentration to induce wheat- Psathyrostachys
huashanica chromosome translocation. Furthermore, the research not only provides important genetic
resources for wheat special genetic materials establishment, but also provides new germplasms in wheat
breeding.
Keywords Wheat, Ethylmethylsulfone (EMS), Wheat- Psathyrostachys huashanica, Translocation lines,
Genomic in situ hybridization (GISH)
562
麦 (Triticum aestivum)7182、华山新麦草 (Psathyro⁃
stachys huashanica)和铭贤169均由西北农林科技大
学提供。
1.2 实验方法
1.2.1 农艺性状调查统计
供试材料小麦 7182、华山新麦草、小麦-华山
新麦草附加系 24-3-1于 2012-10和 2013-10种植于
西北农林科技大学原西北植物研究所，试验地肥
力均匀一致，设2次重复。每个重复种植 20行，行
长 1.5 m，行距 20.5 cm。田间观察记录幼苗习性、
株型；成熟后随机选取 10个单株，室内考察株高、
穗长、小穗数、分蘖数、穗粒数、千粒重和结实率等
主要农艺性状，利用 SPSS 20.0软件对所得数据进
行差异显著性分析。而含有易位染色体的诱变M2
植株，成熟后按单株收获，室内考察各单株的农艺
性状。
1.2.2 条锈病抗性鉴定及调查
条锈病抗性鉴定在西北农林科技大学原西北
植物研究所试验地进行，在苗期利用人工叶片涂抹
的方法以条锈菌小种条中 31号(CYR31)、条中 32
号(CYR32)和水原 14号(shuiyuan14)混合接种，所
用菌种均由西北农林科技大学植保学院提供。待
感病品种铭贤169充分发病时，调查记录各材料对
条锈病生理小种的反应型。反应型分免疫(0)，近
免疫(0；)，高度抗病(1)，中度抗病(2)，中度感病(3)，
高度感病(4)6个等级(程颖等, 2006)。
1.2.3 EMS诱变及诱变后代处理
选取饱满的小麦-华山新麦草附加系24-3-1干
种子进行 EMS诱变处理。EMS处理浓度分别为
0.0%、0.8%、1.0%和 1.2%，每个浓度处理 30粒种
子。处理种子先用蒸馏水浸泡至吸水饱和，然后在
室温下转入含不同浓度 EMS的磷酸缓冲液(磷酸
缓冲液浓度为 0.05 mol/L)中处理 6 h，其中对照
(0.0% EMS)为仅用 0.05 mol/L磷酸缓冲液(pH 7.0)
处理。处理过的种子用清水漂洗3~4次，再用流水
冲洗 1 h。种子按不同处理浓度分区播种，诱变当
代植株用M1表示，M1按单株收获。从收获的每个
单株的种子中随机选取30粒室内发芽、依次编号，
剪根固定，种子对应根尖编号播种，M2按单株收
获。对M2根尖进行原位杂交鉴定，筛选含有易位
染色体的植株。
1.2.4 细胞学观察
(1)根尖细胞有丝分裂染色体观察：将种子浸
泡至露白，然后转移至铺有两层湿润滤纸的培养皿
中，室温下发芽，当根尖长至 1 cm左右时，取生长
健壮的根尖放入盛有蒸馏水的EP管中，置于冰中
预处理24 h，于卡诺氏固定液Ⅰ(乙醇∶冰乙酸=3∶1)
中固定，-20℃冰箱保存，5 d后转入 70%酒精中，
45%醋酸洋红染色后制片，镜检。
(2)花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ染色体构型观
察：幼穗经卡诺氏固定液Ⅱ(无水乙醇∶氯仿∶冰乙
酸=6∶3∶1)固定，4℃冰箱保存，一周后转移至70%
酒精中。选取分裂相集中、染色体形态较好的花
药，45%醋酸洋红染色后制片，镜检。
1.2.5 基因组原位杂交(genomic in situ hybridiza-
tion, GISH)
(1)DNA提取：采用溴化十六烷基三甲铵(cetyl-
trimethylammoniumbromide, CTAB) 法 (Cotá- San-
chez et al., 2006)提取华山新麦草DNA。
(2)染色体制片：取经固定液固定一周以上的
根尖和幼穗，用 45%醋酸压片，液氮冷冻 3 min以
上，揭片气干后4℃保存备用。
(3)探针标记：用 Dig- Nick- Translation Mix
(Roche,德国)试剂盒标记基因组DNA，详细标记方
法见产品说明书(20 μL体系中, Dig-Nick-Transla-
tion Mix 4 μL,华山新麦草DNA 1 μL,加ddH2O至
20 μL)。
(4)GISH程序：参照Han等(2004)的方法，略有
改动。所用探针为经缺口平移法标记的华山新麦
草基因组 DNA，40 μL杂交液体系包括：探针 3
μL、ddH2O 3 μL、20×SSC 4 μL、鲑鱼精 DNA 1
μL、10%SDS 1 μL、50%硫酸葡聚糖 8 μL、甲酰胺
20 μL。探针杂交信号用荧光素 (fluorescein iso-
thiocyanate, FITC)检测。经PI复染封片后，用荧光
显微镜(Olympus BX60)对原位杂交结果进行观察
和照相。
2 结果与分析
2.1 24-3-1的主要农艺性状及鉴定
2.1.1 亲本24-3-1的主要农艺性状
诱变所用亲本 24-3-1为小麦与华山新麦草的
杂交后代，田间表现植株紧凑，叶色浓绿，抗旱，灌
利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱导小麦-华山新麦草染色体易位的研究
Study on Inducing Chromosome Translocation of Wheat (Triticum aestivum)-Psathyrostachys huashanica Using EMS 563
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浆速度快，且穗色为红色，籽粒呈半角质，结实性
较好。与亲本小麦 7182相比(表 1)，除株高略有升
高外，24-3-1在单株穗数、穗长、小穗数、千粒重等
产量性状上均有所增加，且单株穗数和穗长较
7182显著提高。田间条锈病抗性调查表明，华山
新麦草表现为免疫(0级)，7182为高感(4级)，而24-
3-1表现为高抗(1级)。整体来看，24-3-1农艺性状
稳定，较亲本小麦7182综合性状优良，具有较好的
利用价值。
2.1.2 亲本24-3-1细胞学观察及原位杂交鉴定
对 24-3-1根尖细胞染色体数目和花粉母细胞
减数分裂中期Ⅰ染色体构型(pollen mother cell at
meiosisⅠ, PMC MI)进行观察，亲本 24-3-1染色体
数目为2n=44(图1A)，花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ
染色体构型(PMC MI)为2n=22Ⅱ，且所有的染色体
均能够正常配对，形成稳定的二价体(图1C)。以华
山新麦草基因组DNA作探针，分别进行根尖原位
杂交和花粉母细胞原位杂交鉴定。根尖原位杂交
结果显示，有两条带有黄绿色杂交信号的染色体
(图 1B)；花粉母细胞原位杂交鉴定结果表明，有一
个二价体显示黄绿色杂交信号(图1D)，且能够正常
配对。表明24-3-1为小麦-华山新麦草二体异附加
系，具有较高的稳定性。
2.2 易位染色体的筛选与鉴定
2.2.1 M2根尖细胞学观察
随机选取100个经EMS处理的M2单株的根尖
细胞进行染色体计数观察，结果见表2。整体来看，
在观察的 100个单株中，染色体数目变异范围在
38~44条之间(图 2)，以 2n=42条居多，占 54%，2n=
38条最少，占 1%，≥42条的占 87%，只有 18%的植
株染色体数目未发生变化。这表明EMS的处理，
可能在一定程度上引起 24-3-1在减数分裂时染色
体分离失去平衡，影响了小麦种子中DNA的复制
过程，从而导致染色体数目发生变化。
2.2.2 M2根尖原位杂交鉴定
选取分裂相较好的根尖制片，以华山新麦草基
因组DNA做探针，进行基因组原位杂交鉴定(由于
0.0%EMS处理的植株在M1经GISH检测均未出现
易位染色体，M2未做鉴定)。结果显示，在930个M2
材料
Materials
小麦7182
Wheat cv.7182
华山新麦草
P.huashanica
24-3-1
铭贤169
Mingxian169
株高/cm
Plant height
83.12±1.35a
50.21±1.37b
90.86±1.68c
-
穗长/cm
Spike
length
9.87±0.56a
8.29±0.73b
12.04±0.48c
-
穗粒数
Kernels
per spike
60.27±4.81b
38.36±4.21a
64.41±3.89b
-
结实率/%
Seed- setting
rate
84.97±3.12a
-
79.41±3.56a
-
单株穗数
Panicles
per hill
8.27±2.21a
丛生
Clump
15.04±1.73b
-
千粒重/g
Thousand-
grain weight
39.03±2.21b
2.83±0.71a
41.31±2.36b
-
小穗数
Spikelet
per spike
18.41±2.01b
14.01±1.89a
22.35±2.11b
-
条锈病抗性
Resistance
to strip rust
4
0
1
4
表1 24-3-1与其亲本农艺性状表现
Table 1 The agronomic characterics of 24-3-1 and its parents
0：免疫，1：高度抗病，4：高度敏感；数据为 2个生物学重复各 10个单株的平均值。同列不同小写字母表示差异显著
(P＜0.05)
0: Immune, 1: Highly resistant, 4: Highly susceptible; Data are the means of each 10 individuals from 2 biological replicates. Val-
ues in the same column marked with different letters indicate significant difference (P＜0.05)
染色体数
Number of chromosomes
M2株数
Number of M2 plants
38
1
39
2
42
54
44
18
40
7
41
3
43
15
表2 M2根尖染色体数目分布情况
Table 2 Distribution of chromosome numbers in root-tip cell of M2
564
A B
A B
C D
单株中，共检测出61个含有小麦-华山新麦草易位
染色体的植株，易位频率为6.56%。在这61个单株
中，有7个单株检测出含有1条易位染色体，其中1
个单株为中间插入易位染色体；20个单株检测出含
有2条易位染色体(图3A)，经根尖细胞学鉴定染色
体条数为2n=42；3个单株检测出含有3条易位染色
体；26个单株检测出含有 4条易位染色体(图 3B)，
经根尖细胞学鉴定染色体条数为 2n=44；5个单株
检测出含有 1条易位染色体+1条华山新麦草染色
体。由此可见，含有 4条易位染色体和 2条易位染
色体的单株占含有易位染色体的株数比例较大，分
别为 42.62%和 32.79%，而含有 1条易位染色体+1
条华山新麦草染色体和含 3条易位染色体的植株
所占比例较小，特别是含有中间插入易位染色体的
单株所占的比例更小，仅为 1.6%，表明含有 4条易
位染色体和 2条易位染色体的单株在遗传上较其
他类型有较高的稳定性。据此可推断含有 2条易
位染色体的植株为小麦-华山新麦草易位系，含有4
条易位染色体的植株为小麦-华山新麦草易位-易
位附加系。
2.3 不同 EMS浓度对小麦-华山新麦草染色体
易位的诱导效应
利用GISH检测经不同浓度EMS诱导产生的
M2根尖，统计该群体含有易位染色体的株数。由
表3可以看出，EMS浓度在0.8%和1.0%时，易位的
频率分别为2.67%和9.33%，而在1.2%EMS处理浓
度下，易位的频率达到11.67%，较0.8%和1.0%浓度
的EMS诱导频率高。这表明在一定的EMS剂量范
图1 24-3-1的细胞学观察和基因组原位杂交鉴定结果
Figure 1 Cytological and GISH analysis of mitotic and
meitotic patterns of 24-3-1
A：根尖细胞染色体观察；B：根尖基因组原位杂交结果；C：
花粉母细胞(PMC)染色体构型观察；D：花粉母细胞基因组
原位杂交结果。黄绿色为华山新麦草染色体，红色为小麦
染色体，下同
A: Cytogenetic observation of root-tip cell; B: GISH analysis
of root- tip cell; C: Cytogenetic observation of pollen mother
cell (PMC); D: GISH analysis of PMC genome. P. huashani⁃
ca chromosome exhibits yellow-green color, and wheat chro-
mosomes are red color, the same below
A B C
图2 根尖细胞染色体观察结果
Figure 2 Cytogenetic observation of root-tip cell
A: 2n=39; B: 2n=41; C: 2n=42
图3 根尖原位杂交鉴定结果
Figure 3 GISH analysis of root-tip cell
A：含有2条易位染色体；B：含有4条易位染色体
A: The plants with 2 translocation chromosomes; B: The
plants with 4 translocation chromosomes
利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱导小麦-华山新麦草染色体易位的研究
Study on Inducing Chromosome Translocation of Wheat (Triticum aestivum)-Psathyrostachys huashanica Using EMS 565
农业生物技术学报
Journal of Agricultural Biotechnology
围内，随着EMS处理浓度的提高，M2获得含有易位
染色体植株的机率可能越高。
不同浓度EMS处理，M2获得含有易位染色体
植株的种类不同 (表 4)。由表 4可见，在 0.8%和
1.0%EMS处理下，所获得的M2含有易位染色体的
单株中主要以含 2条易位染色体的植株为主，而
1.2%EMS处理只得到一个含有 2条易位染色体的
植株，其余均为含 4条易位染色体的植株。相比
0.8%和1.2%EMS处理，1.0%EMS处理所涉及的含
易位染色体植株的种类更多，既包括含有1条易位
染色体、1条易位染色体+1条华山新麦草染色体、2
条易位染色体的植株，也包括含有3条易位染色体
和 4条易位染色体的植株，且含有 2条易位染色体
的植株较多。易位的种类越多，后代稳定后可供
选择的表型可能就更大，且考虑到个体的存活率，
因此本研究以1.0%浓度的EMS为最适浓度。
2.4 含易位染色体植株的农艺性状表现
对经GISH鉴定的含有易位染色体的植株按单
株收获，并对其主要农艺性状进行统计，调查结果如
表5所示。相对于含1条易位染色体、1条华山新麦
草染色体+1条易位染色体、3条易位染色体的植株，
含有2条和4条易位染色体的植株较稳定。由表5
可以看出，含有 2条和4条易位染色体的植株在株
高、单株穗数、穗长、小穗数等主要产量性状方面表
现出多样性，变化幅度较大。其中株高最低为57.20
cm，最高为112.00 cm；单株穗数最低为3.00，最高达
25.00；穗长最低为5.22 cm，最高达12.51 cm；小穗数
最低为11.00，最高达 23.00；但结实率普遍较低，最
低仅有11.12%。这些分别具有矮秆、多分蘖、大穗、
大粒等性状的个体都在某一方面或多个方面超过了
亲本，可作为相应的遗传材料应用于小麦种质改良。
3 讨论
目前，辐射处理和杀配子诱导是创造小麦易位
系的主要方法，利用组织培养、通过调节Ph基因、
通过染色体错分裂等诱导易位的方法也有报道，涉
及的近缘属种包括黑麦属(Secale cereale)(王静等,
2006; 李宇欣等, 2013)、山羊草属(Aegilops)(李集临
等, 2003)、偃麦草属(Elytrigia)(王洪刚等, 2001)、簇
毛麦属(Dasypyrum)(陈全战等, 2007)、大麦属(Hor⁃
deum vulgare) (孙树贵等, 2014; 昝凯等, 2015)等。
本研究利用EMS对小麦-华山新麦草二体附加系的
EMS浓度/%
Concentration
of EMS
0.0
0.8
1.0
1.2
EMS处理粒数
Number of seeds
treated by EMS
30
30
30
30
M1收获株数
Number of harvested
plants of M1
28
15
10
6
M2检测株数
Number of
observed plants of M2
-
450
300
180
含易位染色体株数
Number of plants with
translocation chromosomes
-
12
28
21
易位频率/%
Frequency of
translocation
-
2.67
9.33
11.67
表3 不同浓度EMS诱导小麦-华山新麦草染色体易位的频率
Table 3 Frequency of wheat-Psathyrostachys huashanica chromosome translocation with different concentrations of EMS
EMS处理浓度/%
Concentration of
EMS
0.8
1.0
1.2
1条易位染色体
1 translocation
chromosome
2
5
0
1条易位染色体+1Ns
1 translocation chromosome +1Ns
3
2
0
2条易位染色体
2 translocation
chromosomes
7
12
1
4条易位染色体
4 translocation
chromosomes
0
6
20
3条易位染色体
3 translocation
chromosomes
0
3
0
M2含有易位染色体的株数
Number of M2 with translocation chromosomes
表4 不同浓度EMS处理所获得的M2含有易位染色体的株数
Table 4 Plants of M2 with translocation chromosomes induced by different concentrations of EMS
1Ns：1条华山新麦草染色体，下同
1Ns: One P. huashanica chromosome, the same below
566
种子进行了易位系的诱导，并结合原位杂交技术进
行鉴定，共获得了 61个含有易位染色体的植株。
诱导小麦 -华山新麦草染色体易位的频率达到
6.56%，而辐射诱导易位的频率往往只有 2%~3%
(童一中,褚圻, 1983)，这可能与EMS的处理浓度以
及不同同源群的附加系有关。
EMS处理主要用于小麦突变体库的构建，目
前育种家们已经利用EMS处理小麦获得了一批小
麦突变体，为小麦遗传改良提供了新的种质(许云
峰等, 2008; 李卫华等, 2011; 陈洋等, 2011)。但利
用 EMS诱导小麦染色体易位的报道还很少，且
EMS诱导小麦染色体易位的机理尚不明确。梁劬
等(1988)利用 60Coγ射线和EMS复合处理小麦并分
析了其诱变效应，认为EMS处理可能影响了小麦种
子中DNA的复制过程，导致了遗传平衡的破坏，从
而引起M1生物学损伤和遗传损伤。EMS的作用机
理主要有两种情况，一种是EMS诱导的点突变造成
碱基转换或颠换的情况，这种情况易发生，也是
EMS诱发产生突变体的主要原因；另一种是烷化剂
与核苷结构的磷酸反应，形成磷酸酯而发生糖-磷酸
骨架断裂，从而引起缺失、插入等突变，从而导致
DNA链长度的变化(安学丽等, 2003)。EMS诱导染
色体易位可能是在第二种情况下发生的，在较高的
EMS处理浓度下，烷化剂可能易与磷酸反应，发生
糖-磷酸骨架断裂，产生染色体缺失，这样使得部分
小麦染色体在断裂后的“自我修复”过程中与外源染
色体断片连接从而产生染色体易位。可见EMS处
理是小麦易位系创造的一个较有效的方法。
周荣华等(1997)报道了在小麦-新麦草属间杂交
后代中鉴定出了7份易位附加系，6份易位-易位附
加系和1份易位系；英加等(2001)对经辐射诱导的蓝
粒小麦代换系的后代进行了鉴定，获得了2个蓝粒
易位系、1个易位附加系和 1个易位-易位附加系。
本研究在EMS的处理下，后代个体中不仅出现了20
个小麦-华山新麦草易位系、26个小麦-华山新麦草
易位-易位附加系，而且还出现了含有1条易位染色
体、1条中间插入易位染色体、3条易位染色体、1条
易位染色体+1条华山新麦草染色体的类型，在自交
后代中会出现新的易位系，因此这些类型为进一步
筛选携带目标性状的易位系提供了丰富的来源。
培育小片段易位系特别是小片段中间插入易位
是利用外源染色体最有价值的方法。而以二体异附
加系等为材料通过辐射、组织培养、杀配子产生的易
位通常以整臂易位为主(陈升位等, 2008)，由于含有
材料
Materials
含1条易位染色体植株
Plants with 1 transloca-
tion chromosome
含1条易位染色体+1Ns
Plants with 1 transloca-
tion chromosome +1Ns
含2条易位染色体植株
Plants with 2 transloca-
tion chromosomes
含3条易位染色体植株
Plants with 3 transloca-
tion chromosomes
含4条易位染色体植株
Plants with 4 transloca-
tion chromosomes
均值
Mean
89.14
96.20
89.69
89.33
88.14
变幅
Range
80.20~100.10
85.70~110.30
63.20~109.50
71.40~101.20
57.20~112.00
变幅
Range
6.01~10.42
8.22~12.13
6.04~12.51
6.51~10.76
5.22~12.04
变幅
Range
15.00~22.00
15.00~21.00
13.00~23.00
15.00~19.00
11.00~22.00
均值
Mean
18.29
18.14
18.96
17.18
18.24
均值
Mean
8.33
9.98
9.78
8.32
9.13
变幅
Range
6.00~21.00
9.00~25.00
3.00~25.00
4.00~16.00
5.00~23.00
均值
Mean
11.57
15.25
11.92
8.67
12.68
变幅
Range
30.12~66.71
46.58~60.31
24.27~69.28
21.56~35.61
11.12~38.43
均值
Mean
52.31
52.89
46.96
28.03
21.71
株高/cm
Plant height
单株穗数
Panicles per hill
穗长/cm
Spike length
小穗数
Spikelet per spike
结实率/%
Seed-setting rate
表5 M2含有易位染色体植株的农艺性状
Table 5 Agronomic traits of the plants with translocation chromosomes of M2
利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱导小麦-华山新麦草染色体易位的研究
Study on Inducing Chromosome Translocation of Wheat (Triticum aestivum)-Psathyrostachys huashanica Using EMS 567
农业生物技术学报
Journal of Agricultural Biotechnology
大片段外源的整臂易位染色体，容易携带冗余基因，
还可能会伴随着不利基因，难以在生产上利用。增
加诱变剂量可以增加小片段的易位系(吴关庭等,
1994)，但剂量过高容易对个体造成损伤，导致存活
率下降。因此将大片段易位诱导为小片段易位将有
助于提高易位染色体的利用价值。陈升位等(2008)
以及别同德等(2007)通过辐射处理的方法成功的从
小麦-簇毛麦大片段整臂易位系中获得了小片段的
易位系。本研究利用EMS诱变所得到的小麦-华山
新麦草易位染色体也大多为整臂易位，其中所获得
的一个中间插入易位的外源染色体片段也很大，未
得到小片段易位染色体，这可能与诱变剂量有关，可
适当的增加EMS浓度或通过再次诱导来获得小片
段易位或小片段中间插入易位。
本研究所获得的小麦-华山新麦草易位系不仅
为小麦遗传育种提供了新的种质，同时也促进了华
山新麦草的研究和有益基因的利用。但由于EMS
诱导易位系具有一定的随机性和不稳定性，以及部
分易位系来源于上代同一单株，因此在今后的工作
中，应进一步利用细胞学、原位杂交和分子标记等
方法在其后代不断鉴定和筛选出不同的、含有目标
性状的易位株系，并对其进行深入研究和试验评
价，挖掘其所携带的华山新麦草的优良性状基因，
选育出更适宜育种需要的易位系，从而提高华山新
麦草优异基因的利用价值，使其在小麦改良中发挥
更大的作用。
4 结论
本研究利用EMS对小麦-华山新麦草二体异附
加系24-3-1进行染色体易位的诱导，在930个M2单
株中共获得了61个含有小麦-华山新麦草易位染色
体的植株，其中20个为小麦-华山新麦草易位系，26
个为小麦-华山新麦草易位-易位附加系，并确定了
1.0%EMS为诱导小麦-华山新麦草染色体易位的最
适浓度。这些易位染色体的获得提高了华山新麦
草优异基因的利用，为小麦育种提供了新的种质。
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(责任编辑 王雅兰)
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