全 文 ：麦类作物学报　 2005, 25( 5): 14～ 17
Journa l of T riticeae Crops
　
小麦 -中间偃麦草衍生系的分子细胞遗传学鉴定
李凤珍 , 吉万全 , 王长有 , 吴金华
(西北农林科技大学农学院 ,陕西杨凌 712100)
摘　要:对阿勃缺体与小麦 -中间偃麦草部分双二倍体中 2经杂交、回交选育的两个衍生系 (衍生系Ⅰ 和衍
生系Ⅱ )研究表明 ,两个衍生系在形态学和细胞学上已经基本稳定 ,细胞学鉴定结果均为 2n= 44= 22″。 两个衍
生系与阿勃二体杂交 F1花粉母细胞染色体构型以及基因组原位杂交结果表明 ,衍生系Ⅰ 为小麦 -中间偃麦草
异代换 -附加系 ,衍生系Ⅱ为小麦 -中间偃麦草异附加系。
关键词: 中间偃麦草 ; 衍生系 ; 染色体构型 ; 基因组原位杂交
中图分类号: S 512. 1; S 336　　　　文献标识码: A　　　　文章编号: 1009-1041( 2005) 05-0014-04
Molecular Cytogenetics Identif ication of Wheat-Thinopyron
Intermedium Derivative Lines
LI Feng-zhen, JI Wan-quan, WANG Chang-you, WU Jin-hua
( Agronomy College, Northw est A& F University, Yangling, Shaanxi 712100, China)
Abstract: Two deriv ativ e lines, originated f rom derivatives of Abbondanza nullisomic lines /Zhong 2 / /
Abbondanza nullisomic lines were studied in this peper. The results showed that two lines have been mor-
phologically and cy tologically stable wi th ch romosome configuration 2n= 44= 22″. Based on the results of
ch romosome configuration a t PMC M I of F1 betw een two lines and Abbondanza, and the results of g enom-
ic in si tu hybridization of tw o lines, lineⅠ was a wheat-Th. intermedium alien substitution& addtion line;
lineⅡ was a wheat-Th. intermedium alien addi tional line.
Key words: Thinop yron intermedium; Derivative line; Ch romosome configuration; Genomic in si tu hy-
bridization ( GISH)
中间偃麦草 ( Thinopyron intermedium )是禾本科小麦亚族中的多年野生草本植物 ,对条锈、叶锈、秆
锈及白粉、黑穗等病害免疫 ,对赤霉病有较强的耐病性 ,高抗黄矮、黄叶、根腐、叶枯病以及具有耐旱、耐
寒、耐盐碱、高蛋白等优良性状 ,是改良小麦的宝贵野生近缘种亲本材料 [ 1～ 4]。近年来 ,育种家通过染色
体工程手段将中间偃麦草的有益基因导入小麦基因组内 ,培育出了异附加系、异代换系和异易位系等 ,
不仅拓宽了小麦的遗传基础 ,而且也为进一步研究利用中间偃麦草有益遗传性状提供了中间材料。本研
究对普通小麦阿勃缺体与小麦 - 中间偃麦草部分双二倍体中 2经杂交、回交选育的两个衍生系进行了
形态学、细胞学和原位杂交分析 ,旨在明确其外源染色体的组成 ,为其进一步研究和利用奠定基础。
1　材料和方法
1. 1　材料
小麦-中间偃麦草部分双二倍体中 2 ( 2n= 54) ,阿勃二体 ,小麦 -中间偃麦草衍生系Ⅰ和衍生系Ⅱ。
1. 2　根尖染色体计数
将小麦 -中间偃麦草衍生系Ⅰ 和衍生系Ⅱ的种子摆放在湿润的滤纸置于 25℃下 ,露白后 4℃处理 12
h,取出放回 25℃恒温箱 ,待根尖长到 1～ 1. 5 cm时切取根尖在冰水中处理 10 h,卡诺固定液 (乙醇∶乙
酸= 3∶ 1,体积比 )固定 , 4℃冰箱保存 ,醋酸洋红染色制片 ,镜检计数 ,并照相。
1. 3　花粉母细胞 ( PMC)减数分裂行为观察
取合适时期 (幼穗顶端距倒二叶环 2～ 4 cm)的幼穗 ,在卡诺液中固定 , 70%酒精处理 5 min后 ,蒸馏
收稿日期: 2005-05-08　　　　修回日期: 2005-06-23
基金项目: 国家“十五”攻关 ( 2001BA511B03)资助项目。
作者简介: 李凤珍 ( 1978- ) ,女 ,硕士研究生 ,主要从事小麦遗传育种工作。
通讯作者: 吉万全 ( 1963- ) ,男 ,研究员 ,博士生导师 ,主要从事小麦染色体工程育种工作。
水再处理 5 min,染色和制片方法同上。
1. 4　测交分析
两个衍生系分别与阿勃二体杂交 ,观察 F1代 PMC减数分裂染色体配对情况 ,并进行染色体配对
分析。
1. 5　原位杂交
( 1)染色体制片: 衍生系种子在 25℃下萌发 ,待根长到 1～ 2 cm时取根。在冰水中预处理 20～ 22 h,
卡诺液固定 1～ 2 d, 45%醋酸下压片 ,相差显微镜观察 , - 70℃冷冻揭片 , 95%酒精处理 3 min,气干。
- 20℃保存备用。 ( 2)探针 DNA、封阻 DNA提取采用 CTAB法。( 3)探针标记: 中间偃麦草 DNA用 Bio-
16-dU TP通过缺刻平移法 ( Nick-translation)进行标记 ,终浓度为 20 ng /μL, - 20℃保存备用。 ( 4)变性
杂交:制片在 37℃处理 1 h, 70%甲酰胺 70℃变性 2 min,然后在 70%、 85%、 95%和 100%的乙醇中各脱
水 5 min,气干。探针混合液 (探针 DNA:封阻 DNA: ssDN A为 1: 60: 35)在沸水中变性 5 min,冰中处理
4 min。 每片加探针混合液 20μL, 37℃保湿盒过夜。 ( 5)杂交信号检测: 参考 Jiang J M [ 5]方法 ,用
Avidin-FITC检测探针 DNA,最后加抗褪色剂。 在 Zeiss荧光显微镜下观察 ,选取染色体分散较好 ,信号
清晰的细胞用 Olympus数码相机照相。
2　结果与分析
2. 1　衍生系的形态学特征
小麦-中间偃麦草衍生系及亲本形态学特征见表 1。 小麦 -中间偃麦草衍生系Ⅰ 株高约 90 cm,轻度
蜡粉 ;旗叶长 28 cm ,宽 1. 5 cm;纺锤型穗 ,短芒 ,穗长 16 cm ,小穗数 19个 ,穗粒数 48粒。衍生系Ⅱ株高
114 cm,轻度蜡粉 ;旗叶长 31 cm,宽 1. 9 cm;纺锤型穗 ,短芒 ,穗长 18 cm,小穗数 23个 ,穗粒数 57粒。
表 1　小麦-中间偃麦草衍生系及亲本性状特征
Table 1　 The character istics of wheat-Thinopyron intermedium derivative l ines and their parents
材料
Materials
茎部性状
Stem ch aracteri tic
株高 ( cm)
Plant
heigh t
蜡粉
Wax
pow dery
旗叶性状
Flag leaf characteri tic
叶长 ( cm)
Length
叶宽 ( cm)
Wid th
穗部性状
Spik e characteritic
穗长 ( cm)
Spik e
length
穗型
Spik e
type
芒
Awn
小穗数
Spikelets
每穗粒数
Kemels
per spike
阿勃二体
Abbondan za
116. 1
有
Wax
20. 2 1. 85 11. 6
纺锤
Spindle
无芒
Awnless
21. 2 35. 2
衍生系Ⅰ
Deriv ativ e line I
89. 6
轻
Light
28. 3 1. 47 15. 8
纺锤
Spindle
短芒
Short
19. 2 47. 9
衍生系Ⅱ
Derivative lineⅡ 113. 7
轻
Light
31. 3 1. 87 18. 4
纺锤
Spindle
短芒
Short
23. 2 57. 0
中 2
Zh ong NO. 2
96. 3
有
Wax
26. 4 1. 50 18. 2
纺锤
Spindle
无芒
Awnless
22. 0 24. 0
2. 2　衍生系的细胞学分析结果
经根尖细胞鉴定 ,两个衍生系的体细胞染色体数目均为 44条 (图 1)。花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ
( PMC M I)的染色体构型均为 2n= 22″(图 2)。 以阿勃二体为母本与衍生系分别杂交 ,观察 F1花粉母细
胞减数分裂染色体配对情况。衍生系Ⅰ与阿勃二体杂交 F1的染色体构型为 2n= 20″+ 3′(图 3) ,衍生系
Ⅱ与阿勃二体杂交 F1的染色体构型为 2n= 21″+ 1′(图 4)。以上结果表明 ,衍生系Ⅰ为小麦 -中间偃麦草
异代换 -附加系 ,衍生系Ⅱ为小麦 -中间偃麦草异附加系。
为了研究两个衍生系的细胞学稳定性 ,对 PMC M I时期细胞染色体构型进行了观察和统计。衍生
系 I观察的 150个花粉母细胞中 ,染色体构型为 2n= 22″为 137个 ,占 90% ,其余为 2n= 21″+ 2′和 2n=
20″+ 4′,占 10%。衍生系Ⅱ观察的 150个花粉母细胞中 ,染色体构型为 2n= 22″为 142个 ,占 95% ,其余
细胞为 2n= 21″+ 2′,占 5%。 说明这两个衍生系的细胞学稳定性较好。
2. 3　衍生系的原位杂交分析结果
中间偃麦草总基因组 DNA经生物素标记作为探针 DNA,阿勃二体 DNA为封阻 DNA对小麦 -中
间偃麦草衍生系进行原位杂交分析 ,结果见图 5和图 6。从图 5、图 6中可以看出 ,在衍生系Ⅰ有丝分裂
中期可清楚观察到 4条被标记的黄绿色荧光染色体 ,衍生系Ⅱ可观察到 2条被标记的黄绿色荧光染色
·15·5期 李凤珍等: 小麦 -中间偃麦草衍生系的分子细胞遗传学鉴定
体 (黄绿色荧光染色体在黑白图片中呈亮白色 )。该结果进一步表明 ,衍生系Ⅰ确实含有 2对中间偃麦草
染色体 ,衍生系Ⅱ附加了 1对中间偃麦草染色体。
图 1　衍生系根尖染色体数目 ( 2n= 44)
Fig. 1　Wheat-Th. chromosome numbers
in root tips ( 2n= 44)
　　　　　　图 2　衍生系花粉母细胞染色体构型 ( 2n= 22″)Fig. 2　 Wheat-Th. chromosome conf igurat ion
at PMC MI ( 2n= 22″)
图 3　衍生系Ⅰ 与阿勃测配的
F1染色体构型 ( 2n= 20″+ 3′,箭头所指为单价体 )
Fig. 3　 F1 of derivative lineⅠ × Abb. chromosome
conf iguration at PMC MI ( 2n= 20″+ 3′, the
arrows indicate monoval ent chromosome
　　　　　　
图 4　衍生系Ⅱ与阿勃测配的
F1染色体构型 ( 2n= 21″+ 1′,箭头所指为单价体 )
Fig. 4　 F1 of der ivative lineⅡ× Abb. chromosome
conf iguration at PMCMI ( 2n= 21″+ 1′, the
arrows indicate monovalent chromosome)
图 5　衍生系Ⅰ 原位杂交结果
(箭头所指为中间偃麦草染色体 )
Fig. 5　 Derivative l ineⅠ anal ysis of GISH
(Arrows indicate chromosome of
Th inopyron intermedium)
　　　　　　
图 6　衍生系Ⅱ原位杂交结果
(箭头所指为中间偃麦草染色体 )
Fig. 6　 Derivat ive lineⅡ analysis of GISH
(Arrows indicate chromosome of
Thinopyron intermedium )
3　讨 论
含有外源染色体的中间材料的创建是利用野生种质资源进行小麦改良的重要步骤 ,它不仅是进一
步将小麦近缘属物种的优良基因导入普通小麦的桥梁材料 ,也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工具材料 ,在理论研究和实践育种中都有重要价值。 Cauderon[ 6 ]等在小麦-中间
偃麦草部分双二倍体 T AF46与普通小麦品种 Vilmorin杂交、回交后代中选育出 6个小麦-中间偃麦草
二体异附加系 L1、 L2、 L3、 L4、 L5和 L7;其中 L1抗大麦黄矮病 , L7抗小麦条锈病。Wienhues[7 ]等以中间
偃麦草为抗源 ,获得兼抗叶锈、秆锈和条锈的异附加系。胡英考 [ 8]等选育出抗小麦条锈病的小麦 -中间偃
麦草异附加系 C076。王洪刚等 [9 ]从烟农 15与中间偃麦草杂交、回交、自交后代中选育出抗白粉病的二
·16· 麦　类　作　物　学　报 25卷
体异附加系 DAL66。这些抗病种质材料为更好地利用中间偃麦草的有益性状进行小麦改良提供了中间
材料。本研究选用的小麦 -中间偃麦草部分双二倍体中 2高抗小麦条锈病 ,两个衍生系是否含有抗病基因
需要进一步鉴定。
鉴定外源遗传物质的方法包括形态学鉴定、细胞学鉴定、生物化学鉴定和分子标记技术鉴定等手
段。李振声等 [1 ]利用 4E染色体的蓝色胚乳标记性状 ,在普通小麦和十倍体长穗小麦偃麦草杂交后代中
鉴定出含 4E染色体的异附加系。 Hart等 [10 ]对 Dvorak等选育的小麦-二倍体长穗偃麦草二体异附加系
的同工酶研究验证了异附加系中偃麦草染色体部分同源群划分的正确性。吉万全 [ 11]等对 6个小麦- 中
间偃麦草异附加系进行了原位杂交鉴定。马有志 [12 ]等应用原位杂交技术分析了小麦 -天兰冰草部分双
二倍体远中 2号 (简称中2 )的染色体构成。陈佩度 [13 ]等用基因组原位杂交鉴定了小麦 -簇毛麦附加系。
本研究利用形态特征、细胞学分析、原位杂交等方法对小麦-中偃麦草衍生系进行了初步鉴定 ,但对于附
加、代换到小麦中的异源染色体所属同源群尚不清楚 ,仍需借助生化标记或分子标记方法进一步鉴定。
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·17·5期 李凤珍等: 小麦 -中间偃麦草衍生系的分子细胞遗传学鉴定