全 文 ：收稿日期:2005-01-02
基金项目:河南省杰出青年科学基金资助项目(02120000900)
作者简介:石永春(1978-), 女 ,河南平顶山人 , 助教 ,硕士 , 主要从事分子生物学研究工作。
通讯作者:李锁平(1962-),男 ,河南虞城人 ,教授 ,博士, 河南大学生命科学学院副院长 ,博士生导师 ,主要从事细胞生物学研究。
节节麦 —黑麦双二倍体
及其子代的细胞遗传学研究
石永春 ,李锁平＊
(河南大学生命科学学院 , 河南 开封 475001)
摘要:通过改良浸根法获得了节节麦(Trit icum tauschii)和黑麦(Secale cereale)的双二倍体(C1)。
通过对双二倍体及其后代的细胞遗传学和形态学分析 ,发现双二倍体的染色体配对较为混乱(平均
二价体为 9.04),并在所获的后代中出现了染色体数目变异 ,可能是在减数分裂末期的不均等分裂
或落后染色体丢失而导致。双二倍体自交一代染色体数目变化范围为 21 ～ 35 ,其中染色体数目为
28的在减数分裂中期Ⅰ时出现的平均单价体最少(6.48),平均二价体最多(9.92),最高结实率
(25.30%,平均结实率为 5.68%)也出现在染色体数目为 28的植株中。
关键词:节节麦;黑麦;双二倍体
中图分类号:Q943　S512　　文献标识码:A　　文章编号:1004-3268(2005)07-0017-03
　　节节麦(Trit icum tauschii ,2n=14 ,DD)和黑麦
(Secale cereale , 2n=14 , RR)是小麦族中最受人注
意的小麦近缘物种 ,两者的杂交及其双倍体的合成
对研究两者的亲缘关系和合成新的育种材料有重要
的意义。我们对所获得的节节麦 —黑麦双二倍体
(DDRR , 2n=28 ,C1)及其子代(C2)进行了形态和细
胞遗传学研究。
1　材料和方法
所用节节麦引自南京农业大学 ,为陕节 85A -
34;所用黑麦引自南京农业大学 ,为荆州黑麦 。双二
倍体由本院实验室合成提供。
花粉母细胞(pollen mother cell ,PMC)细胞学观
察:于挑旗期取材 ,醋酸洋红初检 ,选取 PMC 处于
减数分裂中期的花药 ,卡诺固定液(3 乙醇∶1 冰醋
酸)固定 , 24 h 后 ,醋酸洋红染色 ,压片 ,镜检 ,统计 。
体细胞染色体数目统计:选取健壮根尖 ,0 ℃预处理
24 h后 ,卡诺固定液(3乙醇∶1 冰醋酸)固定 , 24 h
后 ,染色 ,压片 ,镜检 ,计数。
2　结果与分析
2.1　节节麦 —黑麦双二倍体的细胞学分析
通过改良浸根法获得了节节麦和黑麦的双二倍
体(C1),对双二倍体的花粉母细胞进行细胞学分
析 ,其具体数据如表 1所示 。
在对减数分裂的染色体配对(图 1-1)进行分
析发现 ,所获得的双二倍体在花粉母细胞减数分裂
时出现了少量的三价体 ,说明其中出现了染色体结
构的变异;而平均为 9.37的单价体则表明该双二倍
体并不稳定 。同时 ,在第1次减数分裂末期 , 17.22%
的细胞中出现了滞后染色体 ,14.6%的细胞中出现
染色体桥 , 而 2.3%的细胞中出现多极分裂;在第2
表 1　节节麦—黑麦双二倍体 PMCMI染色体配对分析
材料 调查株数(株)
染色体数
(个)
检查细胞数
(个)
染色体配对
Ⅰ RingⅡ RodⅡ TotaⅢ Ⅲ
C1 15 28 2 700
9.37
(6～ 18)
4.60
(3～ 6)
4.48
(4～ 10)
9.04
(3～ 14)
0.013
(0～ 1)
　　注:染色体配对情况为平均值
·17·
2005年第 7期
DOI :10.15933/j.cnki.1004-3268.2005.07.005
次减数分裂的末期 , 有 25.6%的四分体中出现微
核。滞后染色体和微核容易引起染色体丢失 ,染色
体桥说明存在易位 ,多极分裂可以产生不育配子 ,这
些现象的出现导致子代中可能出现多种变异 。
2.2　双二倍体自交一代(C2)的染色体数目及配对
情况分析
收集双二倍体所结的种子 ,秋季种入大田 ,第 2
年待其挑旗时选取合适花药进行花粉母细胞染色体
配对及数目分析。其分析结果如图 1-1 ～ 6 、表 2
所示。
1.C1的 PMCM Ⅰ构型:110Ⅰ +4RodⅡ+5RingⅡ;2.C2体细胞染色体数 28;3.C2体细胞染色体数 21;4.C2体细胞
染色体数 35;5.粘连染色体;6.C2中出现的不同穗形 ,右侧穗轴下部可见 1个轴节着生 2个小穗的现象
图 1　染色体及穗形图版
表 2　节节麦—黑麦双二倍体自交一代 PMCMI细胞学分析
材料 染色体数(个)
检查株数
(株)
检查细胞数
(个)
染色体配对
Ⅰ RingⅡ RodⅡ TotalⅡ Ⅲ Ⅳ
平均结
实率(%)
C2-A 21 13 267 7.25(5～ 11)
4.55
(2～ 7)
2.06
(2～ 6)
6.60
(5～ 8)
0.15
(0～ 1) 2.64
C 2-B 28 46 1 159 6.48(0～ 8)
5.09
(4～ 9)
5.32
(2～ 8)
9.92
(10～ 14)
0.057
(0～ 1)
0.0067
(0～ 1) 6.91
C2-C 35 17 343 21.3(16～ 26)
3.57
(0～ 5)
2.83
(1～ 4)
6.4
(1～ 9)
0.14
(0～ 1) 0.058
　　注:染色体配对情况为平均值
　　从图 1-1 ～ 2看出 ,染色体数目为 28 的植株 ,
染色体配对情况较好 ,平均二价体为 9.92 个 ,微核
出现较少 ,结实率也较高(6.91%)。染色体数为 21
和35的植株中二价体数目相对较少(21∶6.60;35∶
6.4 , 图 1 -3 ～ 4), 而单价体较多(21∶7.25;
35∶21.3),在末期可能引起单价体的分离混乱 ,同时
发生不均等分裂 , 并在形成的二分体中带有微核 。
这些现象都可以产生大量不育配子 ,从而引起结实
率的降低(21∶2.64%;35∶0.058%)。C2 的染色体
数目变化情况如图 2所示 。 图 2　C2 染色体数目变化
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河南农业科学
2.3　双二倍体(C1)及子代(C2)的形态学分析
所获得的双二倍体(C1)在形态上均表现出茎
秆粗壮 ,叶片宽厚 ,穗形粗壮 ,颖壳坚硬的特点。但
是所获得的C2在形态上的变异较大 。大部分植株
保留了以上特点;但有小部分植株却出现了细茎秆 ,
窄叶片 ,穗形变细 ,长芒的现象 。同时 ,在所获的 C2
中还出现了 1个轴节上着生 2个小穗的现象 ,并且
次生小穗也结有种子(图 1-6)。
3　讨论
对由秋水仙素加倍而形成节节麦和黑麦的双二
倍体 ,前人已做过较多研究 ,但对双二倍体后代的育
性及变异情况报道较少 。在本试验中 ,发现双二倍
体(C1)及子代(C2)的染色体在减数分裂中期 Ⅰ出
现单价体多 、异源染色体配对 、染色体断片 、多极分
裂 、微核的现象 ,在 C2中还出现染色体数目和结构
变异 。其原因可能是双二倍体(C1)在合成时由于
秋水仙素的毒害而引起染色体结构变异 ,从而在减
数分裂中期 Ⅰ出现染色体桥和断片 ,后期出现落后
染色体 ,导致减数分裂过程中染色体的丢失及子代
(C2)的染色体数目及基因型和表型的改变 。染色
体结构变异的出现可以用体细胞中期染色体配对异
常(图 1-5)和染色体末端丝证明 。出现的少量四
价体表明发生了少量易位 ,而染色体桥的出现则表
明有倒位的发生 ,染色体数目的变异可能会产生染
色体重排与配对 。C2的染色体数目的变化较大 ,但
主要有 3种 ,染色体数目分别为 21 ,28 ,35。染色体
的消减现象可能是由于减数分裂末期Ⅰ的落后染色
体的丢失而出现 ,具体丢失的是哪些染色体还要用
原位杂交进一步证明;而染色体的增加则可能是减
数分裂末期 Ⅰ不均等分裂产生所造成的。在形态学
上 ,C2有许多明显变异 ,如每茎多个穗 、每个轴节上
2个小穗 、细秆细叶 、株高变化等 。形态学变异的可
能原因主要有 2个 ,一是环境因素 ,二是遗传因素。
结实率方面各个单株有差异 ,但总的来说染色体数
目为 28的植株平均结实率也最高(平均6.91%;21:
2.64%;35:0.058%),其原因可能是减数分裂时的
染色体配对较为稳定 ,所形成的配子大多可育。而
染色体数目为 21的通过不均等分裂的方式能够形
成部分可育配子 ,从而产生少量子代 。而染色体数
目为 35的在减数分裂时形成的可育配子就很少 ,从
而产生后代的机率非常低。但总的来说 ,C2的育性
和 C1相比有较大的提高 。C2 所获得的后代(C3)
具有多种变异 ,可望从中筛选出有益的育种材料 。
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本刊常用单位符号及换算
依据国家标准 ,本刊在刊发稿件中一律使用法定计量单位 , 为便于读者阅读 ,现将本刊常用单位符号及其换算
方法介绍如下:
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500 g=1 市斤 , 50 g=1 两
3　面积单位:m2=平方米 , hm2=公顷 , cm2=平方厘米;换算:1 hm2=10 000 m2=15 亩 , 1 亩=667 m2
4　浓度单位:1 mg/ kg ,mg/ L或mg.kg-1 ,mg.L-1 , μl.L-1=1×10-6=1 ppm ,即百万分之一 ,不用ppm 和1×10-6表示
5　时间单位:“天 、小时 、分钟 、秒”分别用“ d、h、min、s”表示
(本刊编辑部)
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2005年第 7期