全 文 ：麦类作物学报　2007 , 27(5):772 - 775
Journal o f T riticeae Crops
普通小麦-华山新麦草衍生后代的细胞学特点及GISH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:为了研究华山新麦草染色体在小麦-华山新麦草各衍生世代中的遗传规律并建立一套小麦-华山
新麦草异源附加系 ,对小麦-华山新麦草 BC1F2 到 BC1F5 共 315 个植株进行细胞学检测和 GIS H 分析 , 结果表
明 ,染色体数目分布范围为 40～ 54 , 2n≥43 的植株有 223 株 , 占总观察株数的 70. 79%;早代植株携带华山新
麦草染色体的概率较高 ,植株染色体数目多大于 44 ,随着自交代数的增加 , 外源染色体丢失的概率也在增大。
因而在选育小麦-华山新麦草异附加系时 ,在 BC1F4 和 BC1F 5 世代选择效果较好;通过对染色体数目 2n=44
的 42 个植株进行 GISH 分析 ,筛选出 39 个二体附加植株。
　　关键词:小麦;华山新麦草;附加系;GISH 分析
　　中图分类号:S512. 1;S336　　　文献标识码:A　　　文章编号:1009-1041(2007)05-0772-04
Cytology Characteristic and GISH Analysis on the Progenies Derived
from Common Wheat (T. aestivum L. ) ×Psathyrostachys huashanica
WU Jun
1 , ZHAO Ji-xin1 , CHEN Xin-hong1 , LIU Shu-hui1 , YANGQun-hui1 ,
LIU Wen-xian2 , 3 , WEI Fang-qin1 , DONG Jian1 , ZHU Jian-chu1
(1. College of Agronomy , Northw est A &F Universi ty , Yangling , Shaan xi 712100 , China;2. Key Laborato ry of
Photosynthesis and Envi ronmental Molecular Physiology , Inst itute of Botany , Chinese Academy of S ciences ,
Beijing 100093 , China;3. G raduate Sch ool of Chines e Academy of Science , Beijing 100049 , C hina)
Abstract:In o rder to invest igate the genet ic law of ch romosome in Psathyrostachys huashanica Keng.
on progenies f rom wheat-P sathy rostachy s huashanica and establish a se t of w heat-P sathy rostachy s
huashanica alien addi tion lines , the cy to logy and GISH analysis of the plants f rom BC1F 2 to BC1F5
generations deriv ed f rom wheat-Psathy rostachy s huashanica we re carried out. The results show ed
that the plants of early generation we re w ith the probability carrying comparatively mo re alien ch ro-
mosomes , but the chromosome numbers of the plant generally w ere mo re than 44. Along wi th in-
crease of the generations , the probability plants wi th alien chromosome decreased. T he selection in
BC1F4 and BC1F 5 generation during the pro cedure o f the breeding w heat-Psathy rostachy s huashanica
alien addi tion lines , i s fairly go od. 39 wheat-P sathy rostachy s huashanica alien addit ion lines have
been identified by GISH .
Key words:Common wheat (Tri ticum. aest ivum L. );Psathy rostachys huashanica;Alien addi tion
line;GISH analy sis
　　华山新麦草(Psathyrostachy s huashanica Keng , 2n=14 ,NN )是禾本科早熟禾亚科小麦族
* 收稿日期:2007-04-28　　　修回日期:2007-07-10
基金项目:西北农林科技大学科研专项基金项目(01140506);陕西省科技攻关项目(K01-G1-01)。
作者简介:武　军(1970 -),男 ,助研 ,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 ,副研 ,博士后 ,主要从事小麦远缘杂交育种研究。
新麦草属多年生草本植物 ,是中国华山的特有种 ,
具有耐旱 、抗寒 、耐瘠 、早熟 、抗病等可供改良小麦
的优异基因[ 1 ～ 4] 。要实现华山新麦草的优异基因
向小麦的有效转移 ,研究不同华山新麦草染色体
的遗传效应以及获得小麦-华山新麦草的中间材
料 ,如双二倍体 、异附加系 、异代换系是十分必要
的。
外源基因的有效转移与利用很大程度上依赖
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[ 5] 。目前 ,小麦背景下外源染色体检
测的方法很多 ,细胞学与基因组原位杂交(GISH)
是较为常用的技术。细胞学观察与分析是染色体
鉴定的传统方法 ,可作为外源染色体鉴定的初步
判定。李立会等[ 6] 通过细胞学检测获得了 5 个小
麦-冰草异源附加系。傅杰等[ 7] 对小麦-华山新麦
草中间材料 H8911衍生后代的 BC1 F1 、BC1 F2 和
BC1F3 进行了细胞学观察 ,结果表明随着自交世
代的延续 21 Ⅱ+7I 细胞的传递能力逐渐降低。
自 Mukai等[ 8] 提出基因组原位杂交技术(GISH)
并成功地鉴定了小麦 -大麦异附加系以来 ,GISH
技术在鉴别外源遗传物质方面已得到非常广泛的
应用 。Chen 等[ 9 , 10] 利用基因组原位杂交技术检
测了普通小麦中的燕麦和簇毛麦染色质;Jia
等[ 11]用基因组原位杂交和 RFLP 技术对小麦-多
枝赖草的杂交后代进行了鉴定;Han 等[ 12] 利用
GISH 技术检测了 5个小麦-中间偃麦草附加系
和 1个代换系。但关于小麦-华山新麦草异源附
加系的GISH 分析则很少见报道。
笔者等对小麦-华山新麦草 BC1F2 到 BC1F5
进行细胞学检测和 GISH 分析 ,并筛选出附加 2
条华山新麦草染色体的植株 ,以期阐明华山新麦
草染色体在小麦-华山新麦草各衍生世代的传递
规律 ,为进一步建立一套完整的小麦-华山新麦草
附加系奠定基础 。
1　材料与方法
1. 1　材料
普通小麦-华山新麦草衍生世代 BC1F 2 到
BC1F5 的 315个植株。
1. 2　方法
1. 2. 1　细胞学观察 　(1)根尖处理:将普通小
麦-华山新麦草各衍生世代种子放在垫有二层湿
润滤纸的培养皿内发芽 (25℃),当根长至 1 cm
时剪取根尖 , 冰水中处理 24 h左右 ,然后用卡诺
氏固定液 (3 份 95%乙醇:1份冰醋酸)固定 。2
～ 5 d 后转入 70%乙醇 ,在 - 20℃保存备用。将
种子与根尖对应编号后种入实验地。(2)染色体
制片及染色体数目统计:用 0. 2 mmol /L HCl将
根尖在 60 ～ 65℃条件下处理 5 ～ 8 min , 弃去
HCl ,加入适量的锡夫试剂(亚硫酸复红液),待根
尖变红后制片 ,并进行染色体数目统计 。
1. 2. 2　染色体组原位杂交 (GISH) 　(1)染色
体制片:将固定好的根尖用 45%醋酸压片 ,液氮
冷冻后揭片备用 。(2)探针标记:用 Dig-Nick-
T ranslat ion Mix (Roche , Germany)试剂盒标记
基因组 DNA ,详细标记方法见制造商产品说明书
(20 μL 体系中 ,Dig-Nick-T ranslation Mix 4 μL ,
DNA 1 mg , 加 ddH2O 至 20 μL)。探针标记完
毕后加入 1. 0 μL 0. 5 mol /L EDTA (pH 8. 0),
65℃水浴中 10 min ,终止反应。(3) GISH 程序
参照 Han 等[ 1 2] 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 用量比例为 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 显微镜在 Spo t系
统下照相 。
2　结果与分析
2. 1　细胞学检测结果
对小麦-华山新麦草 BC1 F2 到 BC1 F5 的 4个
世代 315株植株根尖细胞染色体数目进行统计 ,
其染色体分布见表 1。在观察的 315 株植株中 ,
染色体数目分布在 40 ～ 54。从总体上看 ,2n≥43
的植株有 223 株 , 占总观察株数的 70. 79%,
BC1F2 和 BC1F3 世代的所有植株都含有外源染
色体 ,BC1F 4 世代含有外源染色体的植株占该世
代株数的 73. 61%, BC1F5 含有外源染色体的植
株占该世代的 52. 90%, 说明小麦-华山新麦草
BC1F2 到 BC1F5 含有外源染色体的比例较大。
　　就单个世代来说 , BC1F 2染色体数目在 47 ～
54 ,其中染色体数目为 51(图 1D)的株数最多 ,并
以其为中心向两边递减;BC1F3 染色体数目在 43
～ 54 ,染色体数目为 49(图 1C)的株数最多 ,其株
数分布规律与 BC1F2 相同;BC1F 4 染色体数目在
42 ～ 52 ,染色体数目为 42和 46的株数较多 ,其株
数分布规律与前两个世代相似 ,且逐渐向染色体
数目为 42(图 1A)的方向靠拢;BC1F 5 染色体数
773 第 5 期　　　　　　　武　军等:普通小麦-华山新麦草衍生后代的细胞学特点及 GIS H 分析
目在 40 ～ 49 ,染色体数目为 42的株数最多 ,染色
体数目为 2n =44(二体附加系)(图 1B)的株数次
之(表 1)。由表 1可知 ,在 BC1F 2 世代没有出现
染色体数目≤44的植株 ,BC1 F3 世代出现染色体
数目≤44植株的概率也很小 ,只占该世代株数的
5. 66%,BC1 F4 世代染色体数目≤44植株的概率
明显增大 ,占该世代的 39. 73%,BC1F5 世代染色
体数目 ≤44 植株数占绝大多数 , 为该世代的
76. 77%,而染色体为 44的株数在 BC1F 3 、BC1F4
和 BC1F 5 分别占其世代的 3. 85%, 12. 5%和
20%;虽然早代植株携带外源染色体的概率较高 ,
但其出现 2n =44的概率很小 ,而随着自交代数
的增加 ,其外源染色体丢失的概率也在增大 ,因而
在选育小麦-华山新麦草异附加系时 ,应在 BC1F4
和 BC1F 5世代选择效果较好。
表 1　普通小麦-华山新麦草衍生后代 BC1F2 到 BC1F5 植株根尖染色体数目的分布情况
Table 1　Distribution of chromosome numbers in plants in BC1F2 to BC1F5 progenies derived
from hybrids between Triticum aestivum cv. and Psathyrostachys huashanica
染色体数
Ch rom osome No.
40 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
株数 BC1F2 2 3 3 6 13 5 3 1
No. of plants BC1F3 1 2 2 3 4 9 15 7 5 3 1 1
BC1F4 19 1 9 4 18 3 9 6 2 1
BC1F5 1 72 15 31 10 21 2 2 1
合计 T otal 1 91 17 42 16 42 11 23 25 15 18 9 4 2
A 、B 、C和 D图分别是 2n为 42 、44 、49和 51的小麦-华山新麦草衍生后代植株的根尖细胞染色体数
图 1　小麦-华山新麦草衍生后代根尖染色体数目
Fig. 1　The cytological observation of descendant derived from the cross between wheat and Psathyrostachys huashanica.
2. 2　基因组原位杂交(GISH)分析结果
为了选育小麦-华山新麦草异附加系 ,对染色
体数目 2n=44的 42个植株进行 GISH 分析 ,结
果出现以下情况:有 39个植株附加 2条华山新麦
草染色体(图 2A),属于二体附加系;3 株有 3条
华山新麦草染色体(图 2B),属于附加代换株 ,它
们附加了 2条华山新麦草染色体并代换了 1条小
麦染色体 。
　　A:二体附加;B:附加代换。带有亮色信号的染色体是华山新麦草染色体 ,暗色的是小麦染色体;A:disomic addition;B:addi tion
and sub sti tu tion . P . h uashanica chromosome exhibi ts lig ht color , w hile w heat chromosomes are deep in color
图 2　小麦-华山新麦草异源附加植株的 GISH分析
Fig. 2　GISH analysis of progeny plants derived from the cross between wheat-Psathy rostachys huashanica
774 麦　类　作　物　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　第 27 卷
3　讨论
有关远缘杂交后代中附加系的选择 ,钟冠昌
等[ 13]曾报道 ,八倍体小偃麦与普通小麦杂交后再
回交一次 ,产生单体附加系的频率为 14. 98%,单
体附加系自交后产生二体附加系的频率为
3. 37%;傅 杰等[ 7]认为应减少杂种后代的自交代
数 ,并在应用时需对其体细胞染色体数目进行鉴
定。陈漱阳等[ 14] 和傅 杰等[ 7] 虽然通过细胞学鉴
定筛选出一些小麦-华山新麦草的异附加系 ,但没
有进行进一步的分子细胞学鉴定 ,同时在多年的
种植中没有连续进行检测 ,目前通过分子细胞学
检测仅获得 2个附加系[ 15] 。
本研究在陈漱阳等[ 16] 进行的普通小麦与华
山新麦草杂交成功的基础上 ,对小麦-华山新麦草
BC1F2 到BC1 F5 的 4个世代 315个植株进行细胞
学检测结果表明 ,染色体数目分布范围在 40 ～
54 , 2n ≥43 植株有 223 株 , 占总观察株数的
70. 79%;早代植株携带外源染色体的概率较高 ,
但是随着自交代数的增加其外源染色体丢失的概
率也在增大 ,因此选育小麦-华山新麦草异附加系
时 ,在 BC1F4 和 BC1 F5 世代选择效果较好 。
为了选育小麦-华山新麦草异附加系 ,对染色
体数目 2n=44的 42个植株进行 GISH 分析 ,获
得了 39个附加 2条华山新麦草染色体的植株 ,因
而有希望从中得到一套完整的小麦-华山新麦草
异附加系。而这 39 个植株所附加的 2条华山新
麦草染色体是否为同源染色体 ,需要进一步对花
粉母细胞减数分裂中期外源染色体的配对情况进
行分析才能确定 ,这些工作正在进行中 。
另外期望在小麦-华山新麦草衍生后代中获
得小麦-华山新麦草双二倍体 AABBDDNN(2n=
56)的植株 ,但检测结果染色体数目最多为 54 ,这
可能是在 BC1 F2和 BC1F3 检测株数较少的缘故。
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