全 文 ：第 24 卷第 3期 湖北大学学报 (自然科学版 )
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文章编号 : 1 (烈 ) 一 23 75( 2X( 刀 ) 03 一 m 67 一 05
O g u ar C M S 紫菜苔与萝 卜双二倍体的
获得及细胞遗传学研究
黄邦全 , 汪 伟 , 刘幼琪 , 薛小桥
(湖北大学 生命科学学院 ,湖北 武汉 43() 肠 2 )
摘 要 : 以 0即阳 CMS 紫菜苔 (从 , Z n 二 20 )为母本 , 以不同萝 卜品种 (R , Z n 二 18) 为父本进行杂交 ,获得
了大量的属间杂种 .从杂种 lF 中发现了 2 株染色体自然加倍的双二倍体 .在形态上双二倍体与未加倍的杂种
lF 相似 ,都表现父本萝 卜的白花性状 ,蜜腺正常 ,低温下子叶及真叶均不缺绿 . 在减数分裂中期 I 双二倍体多
数细胞形成 19 个二价体 , 后期 I 时染色体以 1:9 19 的方式分配到两极 ,最后形成具有 19 条染色体的配子 . 通
过对可染花粉 比例 、 全株种子粒数及平均每个有效角果种子粒数的比较发现 ,虽然双二倍体的花药比未加倍
的杂种 lF 发育要好得多 ,但是双二倍体的育性还是低于未加倍的杂种 lF ,尽管未加倍的杂种 lF 在减数分裂
时多数染色体以单价体的形式存在 , 同时也有二价体 、三价体甚至四价体的形成 ,并且存在落后染色体和染色
体桥 .推测 0 多皿 CMS 紫菜苔 x 萝 卜属间杂种 F , 的育性除了减数分裂染色体的配对有关之外 ,与双亲染色体
上基因的相互作用也有重要关系 . 对该杂种的遗传及育种意义进行了讨论 .
关键词 : 0砰皿 CMS 紫菜苔 ;萝 卜双二倍体 ;细胞遗传学
中图分类号 : q抖 3 文献标识码 : A
1 引 言
o gu ar 细胞质雄性不育源是 o gu ar 19 68 年在 日本鹿儿岛的一个萝 卜留种田中发现的雄性不育个体 ,
后来经过培育成为雄性不育系 ,其不育性是由于细胞质基因和 2 对隐性核基因相互作用引起的 l[J . 由于
o gu la 胞质雄性不育系不育彻底 , 因此被广泛地转移至芸苔属植物如甘蓝和甘蓝型油菜中比 3 ] .我们以甘
蓝型油菜 o gu ar 细胞质雄性不育材料为母本 , 以紫菜苔为父本进行种间杂交和连续回交 ,获得了 O gu m
细胞质雄性不育紫菜苔川 . 为了解决一些不育系中存在的叶片低温缺绿和蜜腺退化问题及找到 o gu ar
雄性不育恢复基因 ,我们进行了 Ogu ar 细胞质雄性不育紫菜苔与不同萝 卜品种之间的杂交 , 获得了大量
的属间杂种 5j[ . 从这些杂种 lF 中发现了 2 株染色体自然加倍的双二倍体 . 本文报道双二倍体的形态及
细胞学特征 .
2 材料和方法
2
.
1 材料 所用的 Ogu la CM s 紫菜苔 x 萝 卜杂种 F , 由湖北大学生命科学学院遗传研究室提供 .
2
.
2 方法 2姗 年 9 月将 o gu al c sM 紫菜苔 x 萝 卜杂种 F , 种子在培养皿中萌发 ,将萌动种子种植于湖
北大学试验田内 . 20 1年春杂种 瓦 开花时用改良苯酚品红进行花粉母细胞染色体压片
,
Ol yn lp u s 研究显
微镜观察并照相 . 在开花前一天将花蕾里面的花药取出 ,在载玻片上捣碎 ,几一 M 溶液染色 , 统计可染花
粉百分率 . 所有的杂种 瓦 植株都进行敞开授粉 ,种子成熟时按单株分别收获 ,统计每株种子粒数和每个
有效角果种子粒数 .
收稿日期勿以犯 一 02 一 25
基金项目 : 湖北省 自然科学基金重点项 目 ( 2以) I A B人0 7 ) ; 武汉 市青年科技晨光计划 (卯印以 101 G ; 湖北省教 育厅青年基金
( 2 X( X) 的1《】)7 )
作者简介 : 黄邦全 ( l% 9 一 ) ,男 ,博士 , 副教授
湖北大学学报 (自然科学版 ) 第 2 4卷
3
.
1
结果与分析
双二倍体的获得 2叹x )I 年春天花开时我们在 o gr a uCM S 紫菜苔
x 早萝 卜和 0四阳 C助巴紫莱苔 x 韩
国白萝 卜杂种 Fl 中各发现一株植株花药发育特别好 ,
植株一样 ,双二倍体也表现父本萝 卜的白花性状 (图版
花药比未加倍的杂种 F , 发育更好 (图版 : 2) .
经染色体检查确定为双二倍体 . 与所有的杂种 lF
: 2 )
,蜜腺正常 ,低温下子叶及真叶均不缺绿 ,但是
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第 3 期 黄邦全等刃子血 M C S紫菜苔与萝 卜双二倍体的获得及细胞遗传学研究
图版说明
1
、从左至右 :萝 卜、 双单倍体、 双二倍体 、 0邵I r a C抽邑紫菜苔 8、 双二倍体减数分裂中期工,示单价体
角果 二么从左至右刃邵此 c Ms 紫菜苔 、 双二倍体 、 萝 卜花 9 、双单倍体减数分裂中期工 , Z n 二 19 = 巧工十 Z n
3
、 双二倍体花粉粒 1认双单倍体减数分裂中期 I , Z n 二 19 = 6 1 + 3皿 十 I W
4
、 双二倍体减数分裂后期 I , Z n 二 38 二 19 十 19 n 、双单倍体减数分裂后期 I ,示染色体桥
5
、双二倍体减数分裂中期 I , Z n 二 38 = 19 1 1么双单倍体减数分裂后期 I ,示落后染色体
6
、 双二倍体减数分裂中期 1 , Z n 二 76 二 19 十 19 十 19 + 19 13 、双单倍体减数分裂后期 H ,示染色体不均等分配
7
、 双二倍体减数分裂后 n ,示落后染色体和染色体桥
3
.
2 双二倍体的细胞遗传学 未加倍杂种 F , 的细胞在减数分裂中期 工染色体主要以单价体的形式存
在 , 同时也有二价体甚至三价体 、 四价体的形成 (图版 : 9 , 10) , 在后期 工形成落后染色体和染色体桥 (图
版 : 1 1 , 12 ) ,最后形成含有不同染色体数 目的配子 (图版 : 13 ) . 双二倍体的多数细胞在中期 工形成 19 个
二价体 (图版 : 5 ) , 后期 I 时染色体以 19 : 19 的方式分配到两极 (图版 : 4 ) , 最后形成具有 19 条染色体的
配子 (图版 : 6) . 少数细胞在减数分裂中期 工时有单价体形成 (图版 : 8 ) ,有的到后期 n 时还会形成染色体
桥 (图版 : 7 ) .
3
.
3 双二倍体及未加倍杂种 lF 的育性 双二倍体的花药比未加倍的杂种 瓦发育更好 (图版 : 2) ,花药
内含有大量的花粉粒 (图版 : 3 ) . L 一 M 溶液染色结果表明双二倍体能够形成四分体和单核花粉 ,但是由
于花粉内没有淀粉因而不能被 几一 M 溶液染色 . 从 o gu al CM s 紫菜苔 、 韩国白萝 卜杂种 玖 中发现的双
二倍体完全不能结实 ,从 o gU ar c M S 紫菜苔 x 早萝 卜杂种 lF 中发现的双倍体也只获得了 2个有效角果 ,
总共获得了 3 粒种子 . 而 OgU ar CMS 紫菜苔 x 早萝 卜杂种 瓦 的平均可染花粉比例为 23 , 8 % , 平均每株
种子粒数为 30 . 4 ,平均每个有效角果种子粒数为 1 . 3 ; O gu ar CM S 紫菜苔 x 韩国白萝 卜杂种 E 平均可染
花粉比例为 34 . 6 % ,平均每株种子数为 48 . 5 ,平均每角果种子粒数为 3 . 7 ,种子粒数最多达到 13 粒 (图
版 : 1) ,表明染色体加倍不但没有提高杂种 瓦 的育性 ,反而降低了育性 .
从表 1可以看出 ,远缘杂交结实率高的组合 ,其 lF 的结实率不一定高 ,如紫菜苔 O郎 c M S x 短叶 13
早萝 卜的远缘杂交结实率为 29 . 17 ,其 F , 平均单株种子粒数只有 2 . 0 , 而紫菜苔 O gu CM S x 春不老萝 卜
的远缘杂交结实率并不是最高 ,但是 F , 平均单株种子粒数达到 13 2 . 5 . 从紫菜苔 O即 CM S x 浙大长萝 卜
杂种 lF 上没有获得种子 .
4 结 论
按照通常的理解 ,远缘杂种经过染色体加倍以后育性会有所提高 , 如徐利远等将甘蓝型油菜 x 蓝花
子杂种 F , 进行染色体加倍以后提高了结实率囚 . K盯浑ch e kn 。 ( 1927 )获得的萝 卜甘蓝属间杂种 F , 由于在
减数分裂时形成 18 个单价体 ,后期 1时单价体的分离完全是随机的 , 因此杂种 F , 几乎完全不育 . 后来
在 凡 中自发产生 了双二倍体 ,染色体数 36 ,大部分育性较高 ,减数分裂也正常 ,并且性状稳定 . 所以他认
为影响育性的主要因素是细胞学的异常 v[J . 与此相反 , M cN au hg otn ( 19 7 3 )在萝 卜甘蓝杂种后代中发现整
倍体完全不育或育性很低 ,而育性高的都是非整倍体 . 因此他认为基因的不平衡而不是细胞学的异常是
造成不育的主要原因川 . okT ~
u
(l 9 76 )同意 M cN au gh ot 。 的观点 0[] . E le sr ~ 和 乙
1即。 h ve a( 19 7 7 )也认识
到减数分裂的异常不能完全解释萝 卜甘蓝结实率低的问题仁’ 0] . oD lst ar ( 19 82) 认为 B o ics o m p ll~ 育性低是因为远缘杂交时就存在的芸苔属与萝 卜属间杂交障碍在 lF 中仍然存在 〔川 . 按照这一说法 , 远缘杂
交结实率高的组合 ,其 F , 的结实率也应该高 . 而在我们的实验中 ,远缘杂交结实率高的组合 ,其 F , 的结
实率不一定高 , 如紫菜苔 o gu CMS x 短叶 13 早萝 卜的远缘杂交结实率为 29 . 17 ,其 lF 平均单株种子粒数
只有 2 . 0 . 我们还发现 ,双二倍体的育性甚至低于未加倍的杂种 F , ,对此我们的解释是 : 假定紫菜苔某条
染色体上的基因与萝 卜某条染色体上的基因不协调 , 如果这两条染色体同时存在于同一配子 中则导致
湖北大学学报怕然科学版 )第解卷
不育 . 在未加倍的杂种 玖 中 , 由于染色体多数以单价体的形式存在 ,这两条染色体分向同一配子的可能
性很小 ,而在双二倍体中 ,这两条染色体几乎总是同时存在于同一配子中 ,因而导致不育 .
表 I Q即口 〔M s 紫菜苔 x 萝 卜不同杂交组合的远缘杂交结实率和杂种 几平均单株种子较数
杂交组合 远缘杂交结实率 lF 平均单株种子粒数
紫菜苔 0即 C M` x 涪陵红萝 卜
紫菜苔 0即 CMs x 韩国白萝 卜
紫菜苔 0 9 】CMS x 南畔晚萝 卜
紫菜苔 。即 CMS x 红宝萝 卜
紫菜苔 0即 CM S x 春不老萝 卜
紫菜苔 。 , CM S x 浙大长萝 卜
紫菜苔 飞 u C剐` x 短叶 13 早萝 卜
紫菜苔 0即 CM` x 四季萝 卜
紫菜苔 0即 CM巴 x 早萝 卜
19
.
62
10
.
19
3
.
57
24
.
25
26
.
25
16
.
67
29
.
17
29 55
28
.
9 1
37
.
0
48
.
5
11
.
0
45
.
2
132
.
5
0
2
.
0
5 1
.
0
30
.
4
o gu ar 细胞质雄性不育系由于不育性彻底 ,芸苔属的所有植物都是它的保持系 , 在十字花科蔬菜及
油菜杂种优势利用中具有非常重要的价值 . 但是 , 由于来自萝 卜的细胞质和来自芸苔属的细胞核相互不
协调 ,导致幼叶低温缺绿 ,蜜腺退化 ;另外由于在芸苔属内始终没有找到恢复基因 , 因而限制了该不育系
在十字花科蔬菜及油菜杂种优势中的应用 . 由于该不育系的细胞质来自于萝 卜 ,萝 卜细胞核中可能含有
正常叶绿体和蜜腺发育所需的基因和 0 9 」aI 雄性不育恢复基因 , 而 o gU ar 细胞质雄性不育紫菜苔与萝 卜
之间的杂种 lF 幼苗在低温下叶色正常 , 开花时蜜腺正常 ,在我们的实验中发现未加倍的杂种 瓦 的育性
高于双二倍体 ,因此可以直接利用杂种 lF 与紫菜苔或油菜进行回交获得带有目标性状的染色体异附加
系 ,再通过辐射诱变 、 组织培养等措施诱导染色体易位 ,使目标基因易位到紫菜苔的染色体上 ,从而选育
出叶色与蜜腺正常的 o gu ar 细胞质雄性不育紫菜苔及油菜 o gu ar 雄性不育恢复系等材料 .
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(责任编挥 游 俊 )
(上接第 24 9 页 )
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(责任编裤 严家利 )