全 文 ：第 7卷 第 4 期
1 90 8年 2 1月
遗 传 学 报
A CT A G ENT E I C A SN I I C A
Vol
. 丁, N 一) . 4
D e e
. ,
芸苔属植物油菜的新种合成
及其细胞遗传学研究
vI
. 欧 洲 油 菜 与 其 两 个 基 本 种 间 的
染色 体 组 替 代 工 程 研 究 l)
蔡 以 欣 蒋 志 谦2 )
(复旦大学遗传学研究所 , 上海 )
本试验设计了一种染色体组替代工程的方法 , 使欧洲油菜 (价“ ,ic 。 an ltP : , a c : , 2 , ~
3 8 ) 与其两个基木种矮油菜 ( B · c a 。户。 s , , ,了 , a ’ a ` , Z n 一 2 0 ) 和甘蓝 (召. o ze , a : 。 a , : ` c ’ , Z n =
1 5) 的两种染色体组之间同时进行替代 , 并使替代种的染色体数能够较快地稳定下来。 试验
系分两条途径同时进行的 ,结果都获得了染色体组的替代种 ;但似 以途径 I 为较好 。 所得两种
替代种的染色休数 , 基本上 已回复到欧洲油菜四倍体的水平上 。 这种染色体组替代工程的方
法 ,有可能应用到其它异源多倍体作物上去。 因而 ,这似乎可为异源多倍体作物的种间远缘杂
交育种开辟一条新的途径。
胜利油菜 ( B . o a户: ` 、 v a r . o l e i /e r a ) 是欧洲油菜 ( B . n a户u , ) 的一个变种 , 目前育成的
甘蓝型油菜品种就是属于这个变种的 , 现已成为我国长江流域油菜主要产区的重要油料
作物 。 根据 F r a n d s o n 『3 〕、 H o s o a a 〔` , 5 ’ , 以及 O ls s o n 等「6 , , ,的研究证明 ,欧洲油菜的染色体组
型为 a ` : , 。 ~ 19 。 是个异源多倍体种 , 它的一个基本种为小白菜 ( B . 动 i。 。 i , ) 或矮油
菜 ( B . c a m P。 、 , , : 了 ) , 染色体组型为 a a , ,一 10 ; 另一个基本种为甘蓝 ( B . 口 ze , a。 口 ) , 染色体组型为 : ` , n ~ 9 。 为了探索能否使欧洲油菜 “ 。 ` 与其两个基本种 。 口 和 。 : 的染
色体组之间彼此同时进行替代重组 , 而且在染色体数目上也能很快地稳定下来 , 以便为
甘蓝型油菜的早熟 、 抗病育种建立一种染色体组替代工程的新方法 , 因此 设 计 了 本试
验 。
S犯 sr r81 和常胁 「, , 9] 各自提出了 “ 染色休工程 , 的新概念 。 他们所称的 “ 染色体工程 ” 主
要是在小麦中利用缺体或单体材料 ,对个别染色体或染色体片断进行替代或转移的工程 。
在油菜中 , 由于缺体和单体材料尚未建立起来 , 故我们是在染色体组水平上进行替代置换
的 。 根据 eS 盯 s 和常胁所提出的概念和结合本试验的特点 , 我们把本试验称为 “ 染色体组
替代工程气
通过试验 , 获得了两种染色体组的替代种 。 现将结果报道如下 。
本文于 10 7 9 年 5 月 8 日收到 。
l) 太研究完成于 1 9 6斗年。
2 ) 现在贵州省农科院工作 。
4 38 遗 传 学 报 夕 卷
材 料 和 方 法
试验设计了两种途径同时进行。 现用图解方式简示如下 。
途径 I途径 1
广东小油菜X|ll e宁,沪州红杆 x 普通甘蓝J 早生朝鲜
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选择 ,在遗传组成上或多或少彼此已有所不同 。
对于根尖细胞的观察鉴定 , 均用醋酸酒精固定 , 醋酸地衣红或乳酸丙酸间苯二酚蓝染
色 ,涂压法制片 lj[ 。
试 验 结 果
(一 ) 两个替代种的形态特征和生育特性 替代种 l 与甘蓝型油菜亲本庐 州 红 杆
4 x l 在花瓣和花粉粒的长度和宽度方面 , 均十分相似 ;而替代种 1 则与甘蓝型油菜亲本早
生朝鲜 4 x : 十分相似 , 这说明它们在形态特征上已经回复到四倍体水平上 (表 1 和表 2 ) 。
裹 1
T a b l e
两种替代种花瓣大小与其不同倍数性亲本 的比较
1 C
o r l l ll盯 15 ( ) rl ( ) f t h e p e t a l s s i z 乏、 。 上 t w o s u b s t i t t l t i o rl
1i n 份 s w 一t h t h e i r d i士f己 r e n t p l o i d y p a r 巳 n t s
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4期 蔡以欣等 :公苔属植物油菜的新种合成及其细胞遗传学研究 I v.弓辛 9
表 2两种替代种花粉粒大小与其不同倍数性亲本的比较
Ta b le C 2
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至于在叶片形态方面 , 两种替代种仍较肥厚宽短 。 带有少许六倍休的遗留现象 。 这与
在同源四倍体水平上人工合成的异源四倍体 ,具有相类似的情况〔`刀 1。
(二 ) 两个替代种的细胞学鉴定分析
由迷径 I 所得 3 x l 。 ` 。 ` , 其染色体数确为 2 : 一 2认 经染色体数加倍后的 x6 , 。 口 。 。 ` ’ ` ’ ,
其染色体数确为 2]/ ~ , 6 ; 而最后所得替代种 I 。 。 “ 。 ’ , 其染色体数则确为 2 、 一 3吕。 山途
径 H 所得 3x 2 召 a’ 。 , 其染色体数确为 Z !j 一 2 , , 经染色体数加倍后的 6 x : 。 口二 `夕 ` 。 c , 其染色
体数确为 2 : 一 弓8 。 而最后所得替代种 1 口 口 ’ 。 。 ’ , 则其染色体数 也确为 2 : 一 3 8 。 但是替
代种 H 最后存活的一个植株 , 其染色体数却为 勘 一 42 , 比正常的亲本 召 。 。 : 四倍体多四
条染色体。 这可能是在最后一步 。 份 : ’ 召 `二 6 x : X 。 : ` 2 : ; 时比较困难 , 彼此间的亲和力较
差 ,致使其杂种后代的染色体数不够正常 。
两个替代种花粉母细胞减数分裂时 , 还有比 行 亲本种偏高一些的四价体 ( VI ) (表
3)
、 单价体 ( l) (表 斗) 以及落后染色体 ( 19 ) (表 约 的出现 。 同时偶而也有少量三价体
表 3
T a b l e
两个替代种在 P M C 减数分裂浓缩期或 M万时 四 价体 〔 I V ) 的出现须率
3 F r e q u 巴 I、 e l e s o f t 户 t r a v a l役 n t s i , , d i ak i z 1 O s i s o r r n e t a P h a s巴 1 o f t h , 1) M C
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35 0遗 传 学 报 7 卷
裹 4
Ta b le
两个替代种在 P M C减数分裂 Ml侧 视中单价休 ( r) 的出现频率
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裹 5 两个替代种在 P M C 减数分裂 A l 时落后染色体 的出现频率
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项 目 落后染 色体数 N
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表 6 两个替代种在 P M C 减数分裂 P l 或 M l 细胞两边的染色体数分布
T a b l e 6 (二}1「` , : , 2 ( ) 5 0 , 1 1。 ( { l s t r l b u [ 1 ( ) 21 5 a t t w ) p一〕 1户 5 2厂1 J f o xl ll 是1 5一 11 o r ITI 分 t d p l l a s
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. .曰曰 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 臼 . . . . . . . . . . . 口 . . . . . . . . . . . 曰 . . . . . . . . . . . . . . . .
J贝 目 细胞每极染 色体数 〔〕 }1 , : 。 , 5 0 , 1 1 0 I u 川 1 : r i :、 。 。 。 l, p 《
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替代种 I
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6 8
12德
, 期 蔡以欣等 : 芸苔属植物油菜的新种合成及其细胞遗传学研究 vl · 3 5
( 1 )
、 甚至八价体的出现 。
两个替代种在减数分裂 IA 时 , 均曾发现有类似染色体桥的现象出现 ; 这可能是存在
着染色体畸变之故 。 又由于两个替代种均有一定的单价体和多价体的存在 , 因此当 IA
染色体向两极分开时 , 便造成了两极染色体数分配不均等的现象 。 这可以从前期 H ( lP l)
或中期 H (M l ) 在次级花粉母细胞两边的染色体数分布状况观察出来 (表 6 ) 。
(三 ) 两个替代种的花粉育性及结实状况
通过对于替代种 I 的四分袍子形成过程的观察统计 , 发现其异常抱子率要略高于亲
本种 (表 7) , 故其花粉粒的败育率 , 也较亲本种高 (表 s) , 但比 x3 杂种 a( 。 “ 或 : 。 。 ` ) 的
花粉败育率显然要低得多〔习 。
表 7
T a b l e 7 1
〕 h o n 。 矛奋于巴 们 汪
替代种 l 的抱子异常现象
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8 5
表 8 两个替代种的花粉育性状况
T a b l e 8 F
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类 型 花 粉 数 败育花粉数 败育花粉率 `% )
l y P e s N u
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、 0 11巴 n s N u 川 b e r o 王 a b o r r a n t F r e q u 巴 n e 一伫 s 〔 Jt a t , 。 r r a r l t
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e n s p o l l e n s
替代种 I 8 2 公 1 36 16 . 斗
S u b s t z t LI仁i (川 l l l i e l
钻代利: r x 10 0 0 工82 15 。 2
S u b s t l t t l t l ( l r l l i r飞 e 11
亲 一本种 I 92 斗 只2 3 . 5
P a r e t i t s下〕 〔 c l 全5 1
亲本种 H 1 0 00 名6 3 。 6
P a r e n t s J) 理 c l 纷 5 11
表 9 替代种 1 的结实性试验
T a b le 9 1
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式 投粉花数
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九替代种 H K 早生朝鲜S u l〕s t i〔u t x t )几 1一n e 1 1丫 F a 广! 、 K o r e a 7 8 。 O 9 。 9
早生朝鲜 , 自由授粉
E a r l y K o r e a , f 「。仁 l : l a r i n g
l斗4 9 2 。 4 l 5 . 6
遗 传 学 报
曾对替代种 H 进行了自交及与亲本早生朝鲜的回交试验 。 结果发现 : 其结实率要
比亲本种低 ,经过回交有所提高 (表 9 ) , 但替代种 I 的自交结实率则较高 , 能 .迷到 80 多左
右 。
综合前述各表可以说明 : 替代种 H 的结实率之所以较低 , 显然是由于其花粉败育率
较高所致 ; 而其花粉败育率之所以较高 , 则显然是由于其 P M C 减数分裂的异常现象较多
所致 : 而这种异常现象的产生 , 则又可能与它多了 4 条染色体有关 ; 至于为何会多出 斗条
染色体的 , 则可能与产生替代种 H 的亲本早广 x6 2 , 在减数分裂时往往会出现一种不减数
的巨型 PM C 有关 。
讨 论
从本试验的结果看来 , 由于途径 I 的第一步 “ “ 。 : X c’ c’ 虽然比较困难 , 但其第二步
。 。 。 。 。 ’ 。 ` x “ ’ : ` 则比较容易成功 ,而且其染色体数也较易回复到 。 。 ’ : 。 ’ 四倍休的水平上 。
从而使减数分裂和结实率都比较正常 ;途径 H 虽然第一步 。 4 。 ` X 。 ’ “ ’ 比较容易成功 , 但
第二步 。 。 : ’ 口 ` x 。 ` c’ 则不易成功 ,所得后代结实性也较差 。 关键在第二步 , 故以途径 I 为
较好 。
关于替代种在减数分裂时会出现一定的多价体现象 , 这可能是由于白菜类的 4 ` 染色
休组和甘蓝类的 : , 染色体组之间存在着一定的同源关系所致 ;这可从 Ol s on 「6 ’ 在欧洲油
菜单倍休的减数分裂中也曾找到 。 组和 ` 组染色体之间可互相配对的现象得到支持 。 另
外在人工新合成的欧洲油菜中也有这种情况 , 这也是一种证明〔` ,7J 。
至 于替代种也会出现单价体和落后染色休的间题 , 则可能是由于欧洲油菜这个物种
通过异源多倍休化形成以后 , 其中 。 和 ` 两组染色体 , 与现存的两个基本种的 召 , 和 。 , 染
色体组 , 彼此各别已经历着不同的内外环境的进化历程 , 因此使彼此的两套染色体组已经
发生了一定的分化变异 , 以至当它们重新相互结合在一起时 , a 和 “ ` 、 ` 和 ` ’ 两种染色体
组之间已经丧失了一定的亲和力所致 。
在替代种中出现的这些现象 , 应当可以通过进一步的选择而消除 。 现存的欧洲油菜
可能就是经过这种进化历程的 。
欧洲油菜 ( 召 。 : : ) 与甘蓝 ( “ “ ) 或白菜 ( 召` 4 ’ ) 进行种间杂交 , 一般只能分别地进行 ,
或者是 召 、 : : x “ ,a’ , 获得 F 、 3x ` a’ ` : 或者是 。 。 。 。 x ` ’ c’ , 获得 F , x3 。 。 c’ ; 然后分别从其
后代的分离群体中进行选择 。 这样往往会发生长时期的广泛分离 , 育性也不能很快地恢
复 ,而且也始终只能 与 召 ’ 或 “ 的一个染色体组之间进行重组交换 。 本试验所建立的这种
染色体组替代工程的方法 , 则可使 。 “ : : 与 口 ` 和 ` ’ 染色体组 同时进行替代 , 并使染色体数
也能很快地稳定下来 , 育性恢复过来 。 因此 , 这种方法对于油菜的种间杂交将有很大的意
义 。 同时 , 也有可能应用到其它异源多倍体作物上去 。 因此 , 这似乎可为异源多倍体作物
的远缘杂交开辟一条新的途径 。
参 考 文 献
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3 t r o拟 : 1 9 5 5 . 万 e r 已d t云以吕 , 4 1 : 2 4 1一 2 4 9
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八 }三S T R A C T
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