全 文 ：八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍体的
细胞遗传学鉴定①
李浩兵　姚景侠
(江苏省农科院遗传生理研究所 , 南京 210014)
摘　要　通过对节节麦、 野燕麦、 八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍体的 C分带的研究 ,表明八倍体节节麦 -燕麦部分双二
倍体中含有小麦的 B组和 A组染色体。通过对节节麦、 野燕麦、 八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍体与中国春小麦回交后
代的花粉母细胞减数分裂过程中染色体配对行为的研究 , 表明回交一代中含有 14个左右的二价体 , 而不是预期的 7个
二价体 ; 通过对八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍体与中国春小麦回交后代花粉母细胞中染色体的原位杂交研究 , 表明八
倍体节节麦 -燕麦部分双二倍体中含有 14条左右的燕麦染色体。因此 , 认为八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍体不是真正
的节节麦与野燕麦的杂种 , 而可能是某一四倍体小麦与燕麦的杂交后代。
关键词　节节麦 ; 野燕麦 ; 八倍体杂种 ; C分带 ; 染色体原位杂交
中图法分类号　 S 512. 032
MOLECULAR CYTOGENETICAL STUDIES ON AEGILOPS
TAUSCHII ( coss. ) SCH-AVENA FATUAL PARTIAL AMPHIDIPLOID
Li Haobing　 Yao Jinxia
( Institute of Agrobiological Genetics and physiology , J iangsu Academy of
Agricul tural Sci. , Nanjing 210014)
ABSTRACT　 Studies on C-banding o f ch romosomes o f Aeg ilops tauschii ( co ss. ) Sch. , Avena fa tual and Aegilops
tauschii ( coss. ) sch -Avena fa tua l pa rtia l amphidiploid indicated that ther e w ere chromosom es of A genome and B
genome of wh ea t in octoploid hybrid. Studies on meio tic synapsis o f po llen mo ther cells o f BC1 betw een par tial am-
phidiploid and China spring w hea t indicated tha t there w ere 14 o r so biv alent but expected 7 biv alent. Studies on in situ
hybridiza tion o f pollen mo ther cells o f BC1 betw een par tial amphidiplord and China spring w heat indicated tha t th ere
w ere 14 or so ch romosomes o f Avena fa tua l in it. So it was believ ed tha t par tial amphidiploid wa s no t real hybrid be-
tw een Aeg ilops tauschii ( co ss. ) sch. and Avena fat ual, it might be hybrid betw een a cer tain tetraploid wheat and Avena
fatual.
KEY WORDS　 Aegilops tauschii ( co ss. ) sch; Avena fa tua l; pa rtia l am phidiploid; C-banding; in situ hybridiza tion
麦类植物远缘杂交的研究长期以来一直受到麦类遗传学家和育种学家的高度重视。由于生物种间
的生殖隔离 , 使植物远缘杂交存在 3个方面的困难: 一是杂交不易成功 ; 二是杂种后代不育 ; 三是杂
种性状分离大 , 时间长 , 不易稳定。 但是远缘杂交一旦成功则对生物进化具有重要作用 , 所以远缘杂
交是生物进化的重要途径之一。 远缘杂交在育种实践中的意义主要有两个方面 , 即创造新物种与改良
旧物种。随着远缘杂交研究的不断深入 , 人们采用各种手段打破生物种间的生殖隔离 , 使原来认为不
可能杂交成功的物种间的远缘杂交取得突破。就小麦而言 , 小麦与偃麦草、 黑麦、山羊草、 簇毛麦、 滨
麦草、 大麦的远缘杂交都取得了很大的成功。 但是到目前为止 , 在小麦与燕麦、 节节麦与燕麦杂交成
江苏农学院学报 JOURN AL OF JIA NGSU AGR ICULTURAL COLLEGE 1998, 19 ( 3): 1～ 5
① 国家自然科学基金、 江苏省重点攻关和江苏省应用基础资助项目。
收稿日期: 1997- 09- 02
功的报道很少 ,贵州农学院的张庆勤教授 1991年首先报道了野生二粒小麦与燕麦杂交结果〔 1〕 , 1992年
又报道了节节麦与燕麦杂交结果〔2, 3〕 ,并将杂交后代用于小麦育种 ,已创造出一批多抗优质的超高产小
麦类型。尤其八倍体节节麦-燕麦部分双二倍体具有多抗、 优质等特点 , 作为宝贵的种质资源 , 其在小
麦育种中的潜在价值是很大的。为了育种上更好地利用这些材料 , 本文拟对八倍体节节麦 -燕麦部分双
二倍体做一些分子细胞遗传学的研究。
1　材料与方法
本试验所用的节节麦、 野燕麦、 八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍体种子由贵州农学院张庆勤教授提
供。
将节节麦、野燕麦、八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍体种子用水浸泡后 ,放在浸润的滤纸上于 25℃
恒温箱中发芽 , 当根尖长到 0. 5～ 1 cm时 , 剪取根尖 , 在冰水混合物中冷冻处理 26 h, 用卡诺固定液
( 3∶ 1) 固定 3～ 5 d, 1%醋酸洋红染色 , 45%醋酸压片 , 镜检 , 选择分裂相好制片作 C带处理 , C带
流程参照文献 〔4, 5〕。
将发芽的节节麦、燕麦、八倍体节节麦-燕麦部分双二倍体种子以及八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍
体与中国春回交后代种子播于盆钵内 , 置于温室中生长 , 于孕穗期取适当时期的花药 , 观察这几种材
料的花粉母细胞减数分裂过程中染色体的配对情况 , 选择分散较好的制片 , 用于染色体原位杂交试验。
我们以前曾对染色体原位杂交的条件进行了大量的摸索〔6～ 8〕 ,获得了令人满意的结果。本文进一步对原
位杂交的条件进行试验。
原位杂交程序如下:
1. 1　染色体样本预处理
进行原位杂交之前 , 把载玻片放入 60℃的恒温箱 1～ 2 h, 取出后在 70% 、 95%和 100%酒精中依
次脱水 5 min, 然后气干。
1. 2　探针的制备和标记
本试验所用的探针为野燕麦的整基因组 DNA,经适当酶切 ,然后用缺口转译 ( BRL, kit )将 Bio tin-
14-dA TP插入探针之中。 缺口转译按 BRL公司提供的方法进行 , 用 Streptavidin-辣根过氧化物酶和
DAB检测标记的效果。
1. 3　探针和染色体 DNA的变性及杂交
杂交混合液先在 70℃下变性 10 min, 然后加到经预处理的载玻片上 , 盖上塑料盖玻片 , 在 85℃下
共变性 10 min后 , 转到 37℃下杂交过夜。
杂交混合液含 5～ 10 ng /μl探针、 100 ng /μl的鲑鱼精子 DNA、 50%甲酰胺、 2× SSC、 10%硫酸葡
聚糖和 0. 1% SDS, 每个载玻片加上述杂交混合液 20μl。
1. 4　杂交后的洗脱
用 42℃的 2× SSC去掉盖玻片 , 放入 42℃ 50%甲酰胺 (用 2× SSC配制 ) 中 10 min, 再用 42℃ 2
× SSC洗 2次 , 每次 10 min, 然后用室温下的 2× SSC洗 2次 , 各 5 min。
1. 5　原位杂交信号的检测及放大
载玻片放在 1× PBS缓冲液 ( 0. 0025 mol /L磷酸氢二钠 , 0. 003 mo l /L磷酸二氢钠 , 0. 13 mol /L
氯化钠 , 0. 05% 吐温-20) 中 5 min后取出 , 加入 5%牛血清蛋白 (用 1× PBS配制 ) , 5 min后 , 淋干 ,
再加 0. 1%抗生物素蛋白 -辣根过氧化物酶 ( Avidin-HRPO,用 5%牛血清白蛋白配制 ) , 37℃温浴 1 h,
2 江苏农学院学报　　第 19卷　
1× PBS冲洗 , 淋干后 , 加 5%生物素标记的 Antiavidin (配制在含 5%羊血清的 1× PBS中 )。 37℃温
浴 1 h, 用 1× PBS冲洗 , 淋干后再加 5%牛血清白蛋白 , 5 min后淋干 , 然后加 0. 1% Avidin-HRPO,
37℃温浴 1 h, 1× PBS冲洗 , 淋干 , 最后加 0. 05% DAB (二氨基联苯胺 ) 和 0. 05% H2O2的混合液 ,
4℃ 20 min。
1. 6　染色体的染色及原位杂交结果的观察
经过杂交和信号放大的载玻片放在缓冲溶液 ( 1 /15 mol /L Na2HPO4和 1 /15 mol /L K H2 PO4等量
混合 )稀释的 Wrigh t′s染色液 (每 50 ml缓冲液加 25滴 Wrigh t′s母液 )中染色 10 min, 取出后气干 ,
二甲苯透明 , 油镜观察照相。
2　结　果
2. 1　节节麦的 C带核型
　　节节麦有 1对随体染色体 , 2对近中着丝粒染色体和 4对中部着丝粒染色体 , 核型公式为 2n=
1AS T+ 2SM+ 4M。节节麦染色体组的 C带带型和小麦 D组染色体的带型很相似 (图版 -1) ,表明节节
麦很可能是小麦 D组染色体的原始供体〔 4, 9〕。
2. 2　野燕麦的 C-带核型
野燕麦有 3对随体染色体 , 7对近端着丝粒染色体 , 7对近中部着丝粒染色体 , 4对中部着丝粒染
色体 , 核型公式为 2n= 3SAT+ 7SM+ 4M+ 7ST。燕麦根尖细胞染色体的 C带如图版 -2所示 , 42条染
色体分成 3个染色体组 , 其中 C组染色体分布有较多的异染色质区域 , 染色很深 , 极易与 A组和 D组
区分 , A组和 D组染色体染色较浅 , 但根据染色体的特征带型以及染色体的相对长度和臂比可以将燕
麦的 21对染色体全部鉴别出来 , 但要想将 A组和 D组染色体分别归入不同的部分同源染色体组仍需
要积累更多的细胞学和分子学资料〔 5, 10～ 13〕。
2. 3　八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍体的 C-带分析结果
八倍体节节麦-燕麦部分双二倍体根尖细胞中染色体数目变化较大 , 在 42～ 56之间 , 对 40个细胞
的观察统计表明 , 大部分细胞中含有 52条左右的染色体。 C带分析表明 , 节燕麦八倍体中肯定含有小
麦的 A组和 B组染色体 , 除此之外 ,还含有 14条左右染色较深、带型较少的染色体 , 根据带型很难确
定其为燕麦的染色体还是节节麦的染色体。
2. 4　这几种材料花粉母细胞减数分裂过程中染色体的配对情况
对燕麦、节节麦、 八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍体与中国春回交后代的花粉母细胞减数分裂行为
进行的观察研究表明 , 燕麦的 42条染色体能两两配对 ,形成 21个二价体 (图版-4) , 节节麦 14条染色
体形成 7个二价体 (图版-5) ,八倍体节节麦-燕麦部分双二倍体与中国春回交后代的花粉母细胞中对 50
个细胞的观察统计表明 , 染色体数目一般在 42～ 56之间 , 其中有 14个二价体 , 其余为单价体 (图版
-6) ,表明八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍体中有两组染色体与小麦中的染色体同源。可能是某一四倍体
小麦与野燕麦的杂交后代。
2. 5　染色体原位杂交结果
以生物素标记的野燕麦整基因组 DNA作探针 , 在八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍体和中国春小麦
回交后代的花粉母细胞进行的染色体原位杂交结果表明 ,有 14条染色体带有杂交信号 ,其他的染色体
不带有杂交信号 (图版 -7)。 结果表明回交后代花粉母细胞 , 有 14条左右燕麦染色体。
3　第 3期　　李浩兵等: 八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍体的细胞遗传学鉴定
　　图版　 1　经过 C分带的节节麦根尖细胞染色体 ; 　 2　经过 C分带野燕麦根尖细胞染色体 ; 　 3　经过 C分
带的八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍体的根尖细胞染色体 ; 　 4　野燕麦花粉母细胞减数分裂染色体配对情况 ; 　
5　节节麦花粉母细胞减数分裂染色体配对情况 ; 　 6　八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍体与中国春回交后代花粉
母细胞减数分裂染色体配对情况 ; 　 7　野燕麦整基因组 DNA探针与八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍体和中国春
回交后代减数分裂染色体的原位杂交
4 江苏农学院学报　　第 19卷　
3　讨　论
野生燕麦与节节麦杂交 , 国内外很少见到有成功合成八倍体的报道 ,我们用八倍体节节麦 -燕麦部
分双二倍体与中国春小麦回交 , 对回交后代的花粉母细胞减数分裂过程中染色体配对情况的观察统计
表明 , 其中有 14个左右二价体 , 其余均为单价体 , 按理论分析节燕麦八倍体 , 在与普通小麦中国春回
交时 , 后代中应该出现 7个左右的二价体 ( DD) , 但实际观察却是 14个左右二价体。
从我们对八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍体的 C带分析结果来看 , 八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍
体中肯定含有小麦 B组染色体和 A组染色体。从八倍体节节麦-燕麦部分双二倍体与中国春回交后代
花粉母细胞减数分裂染色体的原位杂交结果可以看出 , 其中有 14条左右的染色体带有杂交信号 ,表明
这些染色体为燕麦染色体 , 所以 , 综合我们的研究结果 , 我们认为八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍体不
是节节麦与燕麦杂交的后代 , 很可能是某一四倍体小麦与野燕麦杂交的后代。这与在八倍体节节麦 -燕
麦部分双二倍体中分离出少量小麦型植株的现象也是符合的 , 可能是其中的燕麦染色体在减数分裂过
程中逐步丢失的结果。中科院遗传所将小黑麦与野燕麦的杂种遗 27与中 5进行杂交 , 从杂交后代中分
离出一个纯系 ,命名为遗 4155,并在遗 4155中检测出有燕麦的染色体臂存在〔1 4〕。这些结果都表明小麦
与燕麦的远缘杂交是很有可能成功的。而且在 1969年 , Kruse就曾有过小麦与燕麦间杂交成功的初步
报道。
小麦与燕麦杂交成功将进一步扩大通过远缘杂交改良小麦种质的途径。由于燕麦的营养价值高 ,籽
粒中蛋白质含量 12%～ 18% , 脂肪 4% ～ 6% , 淀粉 21%～ 55%。对改良六倍体面包小麦的品质具有很
广阔的前途 , 此外 , 燕麦对土壤的要求较低 , 能耐盐耐酸 , 并对多种麦类病害具有抗性 , 对小麦的抗
病抗逆研究具有相当潜在的应用价值。
参考文献
1　张庆勤 , 陈庆富 , 肖建富 . 野生二粒小麦与野生燕麦远缘杂交研究 . 种子 , 1991, ( 2): 2～ 4
2　张庆勤 , 肖建富 . 节节麦与野生燕麦杂交研究 . 种子 , 1992, 57: 1～ 4
3　张庆勤 , 肖建富 . 节节麦与野生燕麦杂种 F2研究 . 种子 , 1992, 61: 5～ 9
4　李浩兵 , 钟少斌 , 姚景侠 , 等 . 节节麦的核型与 C带带型分析 . 江苏农学院学报 , 1998, 19 ( 1): 7～ 10
5　李浩兵 , 钟少斌 , 姚景侠 , 等 . 野燕麦的 C带核型研究 . 江苏农学院学报 , 1998, 19 ( 2): 35～ 38
6　钟少斌 , 张德玉 , 李浩兵 , 等 . 生物素标记的重复 DNA序列与黑麦染色体的原位杂交 . 作物学报 , 1995, 21 ( 6):
691～ 694
7　钟少斌 , 张德玉 , 李浩兵 , 等 . 小麦 -簇毛麦杂种染色体的 DNA原位杂交研究 . 江苏农学院学报 , 1994, 15 ( 3): 6～
8
8　张德玉 , 钟少斌 , 李浩兵 , 等 . 麦类植物原位杂交影响因素的研究 . 植物学报 , 1995, 37 ( 3): 181～ 185
9　 Gill K S, Lubbers. A genetic linkage map o f triticum tauschic ( DD) and its rela tion ship to the D gemome of br ead
wheat ( AABBDD) . Genome, 1991, 34: 362～ 374
10　 Jellen E N , Phillips R L, Rines H W. C-banded ka ry otypes and po lymo rphisms in hexaploid oat accessios ( Avena
spp. ) using w right′s stain. Genome, 1993, 36: 1129～ 1137
11　 Fominaya A, Vega C, Fer re r E. Giemsa C-banded kar yo types of Avena species. Genome, 1998, 30: 627～ 638
12　 Linar es C, V ega C, Fer rer E, et al. Identification of C-banded ch romosomes in meio sis and the analysis o f nucleo-
la r activity in Avena by zantina C. Koch cv Kanota. Theo r Appl, Genet, 1992, 83: 650～ 654
13　 Jellen E N , Rooney W L , Phillips R L, et al. Cha racte ri zation o f the hexaploid oa t Avena by zantina cv . Kano ta
mono somic series using C-banding and RFLPs. Genome , 1993, 36: 962～ 970
14　 Shun Xuetang , Zhuang Jia jun, Xu Jia , e t al. Identification of intro g ressed segments conferring disease r esistance in
a tet rag ene ric hybrid of Triticum , Secale , Thinopyrum , a nd Avena, Genome, 1997, 40: 99～ 103
5　第 3期　　李浩兵等: 八倍体节节麦 -燕麦部分双二倍体的细胞遗传学鉴定