全 文 ：四川农业大学学报 12 9 9年 1 0“): 6 0 0一 6 1 1
J
.
Si ehu a nA 肛ic.U niv ·
节节麦和华山新麦草属间杂
· 种的细胞遗传学研究
孙根楼 颜 济 杨俊良
( 四川农业大学小 麦研究所 · 都江堰市 · 邮码: 6 1 18 3 0) .
摘要 进行了一年生二倍体种节节麦( 沌 , 如那 翻以及点“ C a贬旧 n )和多年生二倍体种华山新麦草
切减山犷侧叻淞咖 加哪如` 翻 众 n g )属间杂交 ,通过幼胚培养 ,成功地获得了它们的属间杂种 . 杂种 F : 为
一年生 ,形态趋于双亲中间型 . 杂种 F ; 花粉母细胞减数分裂中期 I 染色休配对构型为 : 12 . 20 了+
0
.
12 4 1 + 。 . 0 4 w 。 在减数分裂过程中 ,还观察到多极分裂 ,不正常的胞质分裂 ,接合孔和多核体 .
结果表明 : 节节麦的 D 染色体组同华山新麦草的 N 染色体组间的亲缘关系甚远 .
主 题 词 : 小麦以 9氏 , 6 一n ^ ) ;染色体组型 “ 5作 ) ;远缘杂交“ s c 月 gBD ) 。
自 由 词 : 染色体组分析 ,山羊草属 ,新麦草属 ,多核体 ,接合孔 。
中图分类号 : 5 5 1 2 . 1 ; Q 3d 3 ; Q g刁9 · 7 1刁· 2 。
远缘杂交是植物育种者创造新的植物种类和从一种植物 向另一种植物转移有益基因的
重要手段 。 种间杂种和属间杂种的分析对植物系统发育的研究也是非常重要的 。 远缘杂交
技术在小麦族植物的研究中得到了广泛地应用阁 。
新麦草属大约有 8 个种 ,主要分布于中亚 ,从土尔其东部到中国的中部和蒙古:[, , ,川 。 所
有种均为簇生 , 多年生 ,二倍体 ,染色体组为 N[ , , 2 , ` 2〕 。 `华山新麦草仅分布于 中国中部陕西省
华山的山坡岩石 中 。
节节麦是一年生二倍体种 ,具 D 染色体组 ,是普通小麦 D 染色体组的供体 , 它带有很多
控制经济性状的重要基因 , 如烘烤品质和抗寒性 , D 染色体组也是小麦属一 山羊草属多倍体
种的中枢染色体组之一 。
本文对节节麦和华山新麦草属间杂种的形态学和细胞遗传学进行了分析 。
材料和方法
对节节麦 ( eA g而那 勿二 sc 械 oC s on )进行了 人工去雄套袋 , 以填药授粉方式授以华山新麦
草 (彻认 r 。咖hc 押 h翻 。初 , ica )的花粉 。 授粉 2越小时后喷洒 7 5 P m 的赤霉素 。 在 1魂天时 ,剥取
幼胚接种于添加有 2 , 4一 D 的 N 。 培养基上培养 。 幼苗三叶期时 ,移栽到砂盆中 ,置于低混处
越夏 。
.
19 9 2一 10一 8 收稿 。
一 6 0 0 一
DOI : 10. 16036 /j . i ssn. 1000 -2650. 1992. 04. 012
亲本的杂种幼穗用卡诺液固定2 4 小时 , 然后转移到 70 %酒精中置于 4℃的冰箱中保存
备用 。 1%醋酸洋红压片进行细胞遗传学观察 。
结 果
形态学 :
杂种 F , 植株高于节节麦 ,但矮于华山新麦草 ,生长旺盛 ,分孽力强 , 一年生 。 杂种 F , 植
株的穗部和小穗特征为双亲的中间类型 。
细胞学 :
亲本及杂种 F , 花粉母细胞减数分裂中期 I 染色体配对行为列于表 1 . 母本节节麦配对
频率为平均每个细胞具 7 个二价体 , 以环形二价体为主 , 未发现单价体和多价体 (图 a) 。 华
山新麦草花粉母细胞减数分裂中期 I 染 色体配对正常 , 均为二价体 (图 b) . 杂种 F l 花粉母 细
胞减数分裂中期 I 单价体数为 10 一 1 4( 表 l , 图 c 一 e ) 。 二价体的频率极低 ,平均每个细胞为
0
.
12 4
,未观察到环形二价体 (表 1 ,图 d ) 。 发现有少量的多价体 ,平均每个细胞为 0 . c0 4个四
价体 (表 1 , 图 e ) 。
表 1. 亲 本 和 杂 种花 粉 母 细 胞染 色 体 构型
亲 本 又见 察 I l W 平均交
及 F : 细胞数 叉额率总 计 棒 形 环 形
节 节 麦 5 2 0 7 。 0 0 2 . 09 4 . 9 1 11。 9 10
( 7 ) ( 0一 5 ) ( 4一 7 )
华 山 3 7 0 7。 00 3 。 19 3。 8 1 10 . 8 10
新麦草 ( 7 ) ( 0一 5 ) ( 2一 7 )
F l 23 3 12
.
2 0 0
.
12 4 0
,
1 24 0 0
一
004 .0 13 6
( 10一 1刁) ( 0一 2 ) ( 0一 2 ) ( 0一 l )
表 2 . 减 数 分 裂 后 期 I 分 离 极 教
极 数
细 胞 数
频 率 ( % )
8 2
5 6
.
1 6
5 4
3 6
。
9 9
总 数
14 6
6
.
16 ! 0
.
6 8 1 9 9
。
9 9
表 3 . 杂种 F , 四 分 体 期 出 现 的 多分 体
多 分 体 三 分 休 四 分 体 五 分 休 六 分 怀 总 数
不具多核 2 4 ( 2 3. 3 ) 9 ( 8 , 7 3 ) 5 (、 4 . 8 5 ) 5 ( 4 . 85 、 4 3
有 多 核 1 2 ( 1 1、 6 5 ) 4 4 ( 4 2 . 7 2 ) 3 又2 . 9 1) 1 ( 0 . 9 7 ) 6 0
总 数 36 ( 3 4 . 9 5 ) 5 3 ( 5 1 . 4 5 ) 8 ( 7 . 7 6 ) 6 ( 5 . 8 2 ) 1 03 ( 1 0 0 )
· 杂种 F l 中 ,还观察到不正常的细胞分裂现象 , 图 s 表示花粉母细胞的染色体数多于 1 4 ,
4 3
.
8%的花粉母细胞出现多极分裂 (表 2 ,图 f) 。 末期 I 出现的三分体 (图 h) 导致了后期 I 形
成五分体或六分体 。 多分体具有或不具有微核 (表 3 ) 。 0 . 7%的二分体由染色质桥连在一起
(图 , ) , .6 9%的细胞出现细胞质融合 (图 )L 。 在一些花粉母细胞中 ,观察到接合孔 , 。 金姆卷
的核转 移到相邻的细胞 中 (图 j ) 。 ` 6 · ” %的小袍子中仅含有微核 (图 iK 和 , 升而另分雄铡鹭
一 形恻牵尹泊 .
形成多核体( 图m) 。 相邻的花粉母细胞通过细胞质的直接接合而连在一起( 图m 和 n箭头
所示) 。 在花粉粒中观察到细胞融合( 图) o 。
讨 论
种问或属l I J T 杂种染 色体配对程度是估计种或属问亲缘关系的重要指’标 〔” 〕。 染色体组分
析法 比其它方法更加可靠l 0 [ 」。 杂种细胞染色体配对频率愈高表明亲本l 万`1 亲缘关 系愈近; 反
之 , 配对领率愈低 , 亲缘关系愈远 。 因此 , 虽然 有些基因系统控制染色体配对 ,但杂种减数分
裂过程中出现的二价体或多价体的数目仍可作为估计两亲本 }、叮亲缘关 系的重要指标 。 已报
道 N 染色体组同小麦的 A 、 B 或 D 染色体组 l、lJ不存在同源性 〔3 ” ` .理 。 节节麦和华山新青草杂
种 F , 减数分裂中期 I 平均每 个细胞的交叉领率为 0 . 14 证实 N 染色体组和 D 染色体组间同
源性 非常小 。
多极分离和不正常的胞质分裂导致了不平衡抱子的形成 。 多极分裂是纺锤体不正常引
起 , 将导致染 色体组分离 ,它是 白发的或 由其它原因诱导引起的〔” · , ’ 二. aT ` ( 19 7 0) 伽二提出多极
分裂是由染色体组 卜控制染 色体迁移和胞质分裂的特殊微管组织中心引起 【’ 5二, 并且为高等
植物中多倍体单倍化提供了进 化机制 。 在大麦同小麦和冰 草属 !川杂种中已报道 不正常的纺
锤艘影响不正常染色体配对 , 后期分裂和细胞质分裂 .4[ ”二。
本研究中 ,发现一些小袍子通过接 合孔连在一起 . 这就为细胞问染色质的转移提供了前
提 , 并导致 多核体的产生 。 这种途 径转移染色质已在纤毛鹅观草 (几心 1l, , ·。 耐` , : , ) 沐华 山新
麦草 (内“ h梦, ·`决诫: 。人梦、 h阴汕 : 。 , 丫 : ) , 普通小麦 认 华山新麦草杂种 F l 中观察到过 { 2` 。
核穿壁的溉念 山 G a t e ( l , ! l) 匡提出并给予了定 义 .即细胞 !、 l}染色质通过胞质连接处转
移 K u r川 k e 〔” 二在 。 丫 , , 、 、 、 :瓜 、 的花粉毋细胞中首先观察到 这种现象 。 在被子植物的遗传 _卜
不 马, 衡形式的小袍子 中普遍存在核穿壁 , 如杂 种ls[ 二、 突变体医 、 无融合生殖体 〔’ 3〕 , 在一些正
常的二倍体中也观察到这种现象 t 、`二. 本研究中 ,观察到类似于核穿壁现象 ,该现象可能导致
了双核花粉粒的形成 ,这 种花粉粒的胞质由接 合孔连在一起 (图 。 ) 。
在许多种和杂种中观察到多核体 。 本杂种中也观察到多核体 (图 m ) 。 K e o aP o l a 等匡和
w
a n g 〔暇认为在具 有黑麦的 R 染色体的杂种中 , 1七多核体的形成山 R 染色体组 _卜的荃因控
制 。 到 口前为止 , 涉及有华山新麦草作为亲本之一的杂种中均发现 有多核体 [ ’ , · 23, 川 , 这似乎
暗示华山新麦草的 N 染色体组可能也 含有这类基因 。 因此 ,需进一步证实是否存在这类基
因 , 以 及系统地研究这类基因的性质和在进化中的作用 。
参考文献 ( 见本文英文版 )
图版说明 (I 冬1版见本义英文版 )
a
. 节节麦花粉母细胞减数分裂 , 21 一 14 , 7 , 。 .b 华山新麦草花粉母细胞减数分裂 , 2n 二 . 4 , 7 , 。
c一 。 . 节节麦 x 华山新麦草杂种 F , 减数分裂 , ! ,期 下
c : 14 1 ; d
:
. , + 12 1 : c
:
I VI + 1 0 1 f
. 花粉毋细胞 多极分裂
g一个花粉母细脆染色休数多于 曰 h . 第一次分裂后形成的下分体
1
.第一次分裂后两个二分体由染色休桥连在一起 J. 花粉母细胞出现接合孔和一个细胞 , ! ,两个核融合
; k
. 小抱 了仅包含微核 1. 两个花粉拉连在一起
乡漱花粉毋细胞 .卜出现不同大小的核 ,多核体和相邻细胞间出现接合孔 (箭头所示 ) 。
丁东 _格邻细胞间接合孔 (箭头所示 ) 。 . 花粉拉间出现核穿壁 。
一 6 0金孟一