全 文 ：遗 传 学 报 , 1 6 ( 5 ) : 3 , 2一 3弓7 , l , s ,
通时。 `白. . 到泌。 S翻沁 .
小黑麦义小麦杂种 F , 花粉植株中
D一R 染色体的重组
陶跃之 胡 含
(中国科学院遗传研究所 , 北京 )
对 9 3 株六倍体小黑麦 x 普通小麦杂种 F : 花粉植株进行了细胞学观察 , 以 e m 。 分带 鉴
定黑麦染色体 , 分析花粉植株中 0 、 R 染色体的分布组成。 花粉植株染色体数 目集 中在
2 。 = 23 附近 , D 、 R 两组染色体表现不同的数 t 分布 : 黑麦 ( R ) 染色体从数量上 趋 于随
机分布 ;小麦 ( D ) 染色体却趋于大部分保留。 初步分析了产生这种现象的原因。
关扭词 : 小黑麦 , 花粉植株 , C 一带 , 染色体组合
小黑麦 ( T , 行`。。 l。 ) 与小麦杂交是向小麦转移有用基因 、 扩大种质资源的重要途
径 l,. .1t 。 六倍体小黑麦 ( A BA B R R ) 和普通小麦 ( A朋 BD D ) 杂种 玩的染色体 组 成
A A BB D R 中 ,存在一个特殊的 D 一 R 一染色体组分。 减数分裂过程中 , 它们以单价体存在 ,
形成一个 R 一 D 一混合染色体组 ( m i xe d g e n o m e ) 。 雌 、 `雄配子结合后 , 某些单价体将消
失 , 另一些将传递到下一代 。 经过连续自交之后 ,可能出现多种具有 D 一 R一染色体不同组
合的植株类型 ,其中有些会在育种工作中有用 。 因此 , 这种杂交手段以及杂交后代中 D -
R “ 染色体的不同组合一直为世界各国的育种学家和小麦遗传学家所关注 。 然而在进行初
级小黑麦与普通小麦杂交产生的次级小黑麦的大量调查后发现 : D 一R一染色体间的组合
并不能完全实现 , 原因是有性过程中存在自然选择 , 使得某些配子类型难以表达 t’, .l :lt 、因此 ,运用常规杂交手段来分析杂交后代中 D一 R一染色体的组合 , 就很难排除由于 自然选
择而造成的可能干扰 。
花药培养做为作物改良育种的一种有效手段 , 近些年越来越被人们重视。 小麦花培
技术上的不断完善使其在小麦育种理论和实践中的应用更加深人广泛 t7, 幻 。 小黑麦 、 小僵
麦 (介`时介 ig ia ) 与普通小麦杂种 F: 的花药培养相继获得成功山 ,t’l 。 直接利用六倍体小
黑麦与普通小麦杂种 F: 的花粉植株群体 ,观察和分析 D 一 R 一染色体的组成 、 分布 , 是深入
研究这一课题的新途径 。 由于避开了有性过程中的配子选择 , 有可能得到一些利用常规
杂交方法难以获得的信息和证据。
材 料 和 方 法 `
(一 ) 材料 用于细胞学观察 、 分析的花粉植株全部来源于对六倍体小黑 麦 B ae -
gl e x 普通小麦欧柔杂种 F: 的花药培养。
; 二 ) 花药培养 取材时期 、 培养条件与本实验室以往的方法相同 2t 司。
本文于 1 , 8 8年 2 月 16 日收到 .
, 期 陶跃之等 : 小黑麦 义 小麦杂种 F . 花粉植株中 D 一 R 染色体的重组
(三 ) 染色体观察 用根尖压片方法观察 、 计数染色体。 取分莫期生长旺盛的幼嫩
根尖 ,冰水中预处理 24 小时 , 卡诺固定液固定 , 1拓 纤维素酶 、 果胶酶等量混合酶液解离 ,
醋酸洋红染色 。
(四 ) 口 e m . a 分带 染色体分散 良好的载片经 45 拓醋酸 10 一巧 分钟脱色 ,晾千
后用 6% B a( 0 H ) : 变性处理 , 分钟 , 2 X s C 复性 1 小时 。 以上各步处理均在 60 ℃ 下
进行 ; 2外 G ie m sa 染液 (磷酸缓冲液稀释 , p H 6 . 5) 染色 , 油镜下观察 、 照相。
(五 ) 黑麦染色体鉴定 以荷兰国际会议通过的黑麦染色体 C 带标准带型棋 式 为
基准 u, , ,参考其他作者分带结果中的相同部分 。 ` 。
结 果 和 讨 论
培养花药 3 9 9 0 个 , 得绿苗 105 株 。 93 株用于细胞学观察和染色体分带 。 其中包括
单倍体 58 株 , 二倍体 35 株 。
(一 ) 花粉植株的染色体橄目
单倍体花粉植株染色体数目范围从 19 一 26 , 最多的是 2 。 ` 24 的植株 ;二倍体的染
色体数目从 3 8到 5 2 , 2 。 一 4 6 的植株最多(表 l ) o
农 1 花粉植株的续色体 . 目
T a ` 1. 1 C h r o m o . o m e n u m b e r o f P o l l e n p l a o t .
植株染色休数 ;盆 2 0 幸; 2 2 嚣 2心 ;; ;至 4 l 碍3 混倍体 _N o . o f e h r o m o s o m . 今0 碍4 碍8 M i x o p l o l d
单倍体植株 l l 3 l 3 1 2 l呜 l 2 2 l l l
H a P lo i d l 3 礴 6 4 1 l l 1
二倍体植株
D i P l o i d
总数 1 2 6 17 18 18 l 3 3 l l l 3
T o t a l 0
。
0 1 0
。
0 2 0
。
0 6 0
。
0 8 0
。
19 0
。
19 0
。
14 0
。
0 3
实际频率 0。 1 2 0 。 l , 0 。 23 0 。 l , 0。 1 2 0 。 0 , 0 。 0 2 0 。 0 0 3
o b . e r v e d f r e q u 。 。 e y
理论频率
E万 P e e t e d f r e q u e n e y
义 2 , 1 7 0 ; P < 0 . 00 1。
/
/ (二 ) 花粉植株的染色体组成 厂
G ie m as 分带的结果表明 : 亲本小黑麦 ( eB ag l。 ) 的染色体组成中只含有 6对黑麦
染色体 ,经比较鉴定 , 缺少的那对黑麦染色体为 ZR 。 ,
1
. 黑麦染色体数 90 个花粉植株中含有黑多戚色体 ,数目为 l一 5 条 (对 )不等。 含
3 条 (对 )黑麦染色体的植株最多 , 没有发现含有全部 6 条 (对 )黑麦染色体的植株 (表 )z 。
2
. 小麦染色体数 小麦染色体数在 17 一 2 条 (对 )之间 , 其中含 20 条 (对 )小麦染
色体的植株最多 , 共 ” 株 ;含 21 条 (对 )小麦染色体的植株次之 , 共 30 株 (表 3 )。
(三 ) 瓜衰染色体组合
斗6 种不同黑麦染色体组合出现于花粉植株群体中。 含 1条 (对 )黑麦染色体的分别
有 I R 、 3R 、 呜R 、 , R 和 6 R等 5 种 ;含 3条 (对 )黑麦染色体的植株有 15 种不同的组合 , 其
中 I R 、 3R 和 6R 组合出现的频率最高 (表 4 ) 。
遗 传 学 报 “ .
, 2 花 . 位裸中 . 班续色体 .
T一目 e Z R萝。 c h r o m o s o m e n u m b e r o f p o l l e n P la n t -
黑交染色体数 0 l 2 3 4 5
N o
。
o f e h r o m o . o m e
单倍体植株
{
! 2 9 24 l 7 ,
H . P lo i d 2 4 l l 9 8 l
二伦体植株
D I P lo i d
总数 3 6 2 0 3 3 2 5 、 6
T o t o l 0
。
0 3 2 0
。
0 6 4 0
.
2 1 5 0
.
3 5 5 0
。
26 , 0
。
0` 4
实际频串 0 。 0 1 6 0 。 0 6 , 0 。 1 6 1 0 . 3 1 3 0 。 16 1 0 。 0 6 5
O卜* e r v e d f r e q u e n c y
理论频率厄二 P . e t e d f r e q u e n c y
护 . 5 . , 4 8 ; P> 0 . 0 5。 {
玻 3 花粉植株中小交染色体傲
T a l, le 3 W h
e a t c h r o m o s o m e
、`
f p o l l e n p l a o t。
小麦染色休数 l 7 l 8 l 9 20 2 l 2 2
N o
。
o f c h r o . o s o m e
单借体植株 2 3 7 23 l 7 `
H a P l o i d l l 7 l 0 l 3 3
二倍体植株
D I P l o i d
总数 3 4 l 4 3 3 3 0 9
T o t a l
X二 ,咚1 ; P < 0 . 0 0 1
一
(四 ) 统计学分析
在配子形成时 , 杂种 F , 中成单价体出现的 R 一 D 一染色休 ,由于缺乏同源配对 , 所以不
能象 A 一 B一染色体那样固定地分向两极。 假若这些单价体在减数分裂时是随机分向两极
的话 , 则它们的分布可用二项式 ( p + 妇“ 表示 , 其中 P 、 q 分别表示这一单价体在配子
中出现或不 出现的频率 , n 则表示参与分布的单价体数 。
在本实验中 , R 组染色体的理论分布可用 ( P 十 叮丫表示 , 而整个花粉植株群体染色
体数盆的理论分布则有 。 + , ) , , 、 (户+ 叮) , , 以及 。 + 宁) .t 三种可能。 。
分别把实际观测的染色体分布与由 ( p 十 q ) . 计算而来的随机分布做统计学 分 析 。
妙检验的结果表明 : 黑麦染色体分布以及黑麦染色体组合 ,实测值与理论值之间没有显
著差异 (表 2 、 七 图 l ) ; 而对于整个花粉植株群体 , 其染色体数量的实际分布与可能出现
的三种理论分布之间差异都是极显著 (表 1 ; 图 2 )气
从理论上说 , R 一D 一染色体在减数分裂过程中都是单价体形式 , 随机分向两极 。 杂种
l) 本实脸尚未确定小黑麦亲本中代换 ZR 的相应小麦染色体 。 若 ZD 一 2只 代换 , 杂种 F : 中有 ` 条 D 染色体为单
价体 , 加上 ` 条黑麦染色体 , . , 12 。 若 ZA一 ZR 成 ; ZB一 ZR 代换 , 甚而其他 ^ 、 B 组染色休与 ZR 代换出,
现 , 在杂种 F .中 , 由子这条染色体具有存在单价体和与相应 A 、 B组染色体形成三价体的两种可能 , 从而造成
8 条小麦染色休和 7 条小麦染色休的单价体两种情况。 因此 , 有 . ` 玲 , . “ 14 另外两种可能 。
U 此处仅表示出 ( P 十 q ) ” 一种理论分布 。
, 期 陶跃之等 : 小黑麦 x 小麦杂种 F: 花粉植株中 D 一 R 染色体的重组
表 4 花粉位裸中燕班染色体组合
1认目 . 4 N u . b e r o f c o m b i n a t i o n s o f x一 e h r o m o s o m e: P r e s . n t e d i n p o l l e n P l a n t -
中的黑交染色休数
o f c h t o m o s o m e
实际观察的组合数
o b 一 e r v e d
可能出现的组合数
E x P e e t e d
一生一阵三一}一三 }一二一 }止
1 1 , , 12 1 1, 1 10
20 j 15
护 , ` . 2 2 ; P> 0 . 0 ,
…,…勺
认生
、
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5
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黑麦染色体数
N o
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: 乙 . 一二么一2 4 6 816 /32 18 /3 6 20 /4 0 22 /4 4 ’仔2 4 14 8 旅 Z J,2 6 152 . ,
圈 1 花粉植株中黑麦 ( R组 )染色体分布
F i g
.
1 T h
e d i s : r i b u t i o n o f R e h r o m o s o m . s
o f P o l le n P l a n一
图 2 花粉植株染色体数 t 分布
注 : l) D 一 R 染色体数 : )z 植株染色体数。
F i g
.
2 T h e c h r o m o s o m e d i s t r i b u t io n o f P o l le 二
P l a n t -
N o t e : l ) N o
.
o f D
~
R e h r o m o : o m e : : 2 ) N .o o f
份 h o l e c h r o m o , o 口 e s .
F : ( A AB B D R ) 产生的配子 ( A : B , D 。一 , R。一 , ) 总共为 l , 种 , 其染色体数 目从 14到 2 8 。 根
据二项分布公式 : 数量最多的配子 ,染色体数目必定在 14 与 28 之间 , 即 R一 D 共出现 7
条 ,染色体数目为 2 1。 这就是说 , 在花粉植株群体中 , 染色体组成为 2 。 ~ 2 1( 4 2 ) 的植
株应最多 。 在有 D 一 R 染色体代换或其他染色体与 R 组染色体代换的情况下 ,杂种 F : 所
形成的配子类型以及染色体数量分布的范围会相应减少 ,但染色体数为 21 的配子数 t 最
多这一分布规律 , 从理论上来说并不因代换的存在而改变 。 本实验观察到的现象是 : 花
粉植株群体中 , 出现最多的二倍体是 2 , ~ 48 的植株 , 出现最多的单倍体是 , 一 23 的
植株 , 2 , ~ 2 1( 4 2 ) 的植株在花粉植株群体中所占比例很小 。 这种染色体数目集 中 在
23 附近的分布情况在王兴智 3[] 所分析的花粉植株群体中也曾出现 。
然而 , 在 7 倍体杂种 A A B B D D E 中 , 情况却有不同 。 苗中和助分析了 8 倍体小惬麦
( A A B D D E E ) 与普通小麦 ( ABA BD D ) 杂种 F: 的花粉植株 。 在 92 个花粉植株中存在
染色体数目从 21 到 28 的 8 种配子类型 , 2 , ~ 2 4 ( 4 8 ) 的植株类型最多。 统计学分析表
明 : 花粉植株群体的染色体分布 , 完全符合 7 倍体杂种 A A B B D D E 中的 E 组 7 条染色体
在减数分裂时 ,随机分向两极从而形成不同配子的理论分布 。
比较两个杂种 A A B B D R 和 A A BB D D E 的染色体组成 ,很容易看出 , 杂种 A I^ 扭 D R
遗 传 学 报 I` 卷
在减数分裂时表现为单价体的是 D、 R两组染色体 , 而 7 倍体杂种 A A B BD D E 却只有 E
组染色体以单价体存在 。 前者中单价体减数分裂时不随机分布 ,而后者随机分布 ,说明在
相同的细胞分裂过程中 , 两个不同染色体组共同作用的行为比仅由一个染色体组决定的
行为复杂。
从本实验的结果可以看出 : R组染色体的数量分布与理论上的随机分布相吻合 , D
组小麦染色体却趋于大部分保留。 由此能够推测 : 正是由于 D 组染色体的大部分保留 ,
造成了全部 D 一 R 染色体的不随机分布 , 使得整个花粉植株群体的染色体数量组成偏离
理论分布 , 2 , 一 23 的单倍体植株和 2 , 一 48 的二倍体植株远远超过其他植株 类 型 。
R
、
D 两组染色体在减数分裂时都以单价体形式出现 ,却表现出不同的分布趋向 , 这
是值得探讨的一个问题 。 A 、 B 、 D 、 R 四个染色体组中 , D 组与 A 、 B 组染色体一样 ,是普
通小麦的染色体组成部分 , 由于长期的进化 、 适应 ,使它们之间亲缘关系密切 , 部分同源性
很强 。 相比之下 , R组染色体做为一个远缘杂种的染色体组 , 其染色体与相应 A 、 B组染
色体间的部分同源关系要微弱得多。 有报道认为 : R染色体和 A 、 B染色体之间的部分
同源关系比起 D 与 A 、 B 染色体之间的这种关系 , 几乎可以忽略不计 f, .l, 。 这种部分同源
关系上的悬殊差别 , 是否就是造成这两组染色体不同分布的原因 ,直接的解释还有待于进
一步的实验 。
参 考 文 献
庄家唆等: 19 8。。 中国科学院遗传研究所工作年报 , 第 73 一 7 4 页。
王兴智 : 19 8 4。 遗传学报 , 1 1 (全) : 3 3一3公.
B o n n o l t
,
M
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D a n d J
.
B
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S o i t h : 19 7 5
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C a 。 、 J . G e。 。 z . C , ot l , 17 : l ; 7一 120 ·
B e n . e t t
,
M
.
D
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e r 决1. : 19 7 7 . H e r dt f于扎 3 9 : 4 1 1一4 19 .
G u P t a
.
P
.
M
.
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.
M
.
P r iy a d a v , h a n : 19 8 2
. 刁d p口“ 亡 , i . G` . “ ic 口 , 2 1 : 2 5 5一3 4 , .
G以 at f so 。 , J . P a ud F . J . Z `I il . g x花, : 19 7 9 . P r o . 1 . : . 平 几` 。 : G e . 。 , . S y . P . 5: 人, 12 0 1一1 20 , .
H u H a n : 1 98 3
.
P r o
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1 . ,
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H a n H u a n d B in H u . n g : 198 7
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R e 扩
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C y’ 咖打 · , 10 7 : 2 9 3一 3 13 ·
K im 悦r , G . au d J . D . A lon 拍 : 19 8 1 . C ` 泥 . J . ` e . t ` . C , : 0 1· , 2 3 : 2 3 5一2 44 .
uL k
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M e r k e r
,
A : 1 9 7 5
. 石险护讨 i ,口s , 8 0 : 呼l一5 2 .
M iao z
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Z h u a n ` J 、 J , H u H a n : 1 98 8 . T卜eo r A p pl G e 脱 t , 7 5 ; 呜8 ,一月9 1,
M u n t z i n g
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: 19 7 9
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2
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汤r , (. u p p l· ) 10 .
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: 19 7 9
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, 期 陶跃之等 : 小黑麦 x 小麦杂种 F : 花粉植株中 D 一 R 染色体的重组 3 4 7
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2” = 铭 i n d i Pl o id s w e r e fou n d t o b e p r e d o m i n a n t . T h e e h r o m os om e d i st r ibu t i o n o f R a n d D
g姐om s a r e d i f f e r e n r . R c h or m os o m e s d访t r i b u t ed r a n d o m l y a n d r切 d to 悦 i n a l l e o m b i n a t i o n .
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五叮 w o r d . : T r i, i c a le , p o l l e n p l a n t s , 侃 a n d i n g , e h r om o som e e om b i n a t i o 几
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