全 文 ：第 35卷 第 1期 河南大学学报(自然科学版) Vo .l 35　No. 1
2005年 3月 Journa l o fH enan Unive rsity (Natura l Sc ience) M ar. 2005
节节麦与黑麦间杂种 F1胚再生植株及其
双二倍体细胞遗传学分析
石永春 ,裴冬丽 ,李锁平*
(河南大学 生命科学院 , 河南 开封 475001)
摘　要:将节节麦与黑麦杂交 ,利用 F1胚愈伤组织培养再生杂种植株 , 对胚再生杂种 F1进行秋水仙素加倍获得了
节节麦和黑麦的双二倍体(DDRR). 杂种 F1(DR)的减数分裂中期 Ⅰ (PMCM I)染色体构型平均为 2n=10. 16Ⅰ +
1. 86Ⅱ +0. 12Ⅲ +0. 00625Ⅳ. 该双二倍体(DDRR)的减数分裂中期Ⅰ (PMCM I)染色体构型平均为 2n=8. 676Ⅰ +
9. 318Ⅱ +0. 019Ⅲ +0. 004Ⅳ, C1的结实率平均为 2. 118%. 该双二倍体可作为一个新的物种以及作为改良小麦的
种质材料.
关键词:节节麦;黑麦;双二倍体
中图分类号:Q32 　　　文献标识码:A 文章编号:1003 -4978(2005)01 - 0058 -04
　收稿日期:2004-10-20
　基金项目:河南省杰出青年科学基金项目(02120000900)
　作者简介:石永春(1977 -), 河南平顶山人 ,硕士 , 河南农业大学农学院助教 .
　*通信联系人 , 河南大学教授 .
Research on Cytogenetics of the Hybrid Embryo Regeneted F1 and
Amph id iplo id Between Triticum Tauschii and Secale Cereale
SH IYong-chun牞PEI Dong-li牞LI Suo-ping
牗College of L ife Science牞Henan Un iversity牞Henan Kaifeng 475001牞Ch ina牘
Abstrac t牶Am phidip lo id牗2n =28牞DDRR牘 of Triticum tausch ii and Secale cereale was syn thesized through culture o f
imm atu re hybrid embryo s and co lch icines trea tm en.t Through the re searching to the PMC M I ch rom osome pairing
configurations o f the emb ryo regeneted F1 and the am phidiplo id w ere 10. 16Ⅰ +1. 86Ⅱ +0. 12Ⅲ +0. 00625Ⅳ and 8. 676
Ⅰ +9. 318Ⅱ +0. 019Ⅲ +0. 004Ⅳ牞 respec tive ly. The m ean seed sets of the amphidip lo id C1 w as 2. 118%牞w hich could
be used as a new spe ice s and m a te rials to imp rove whea .t
K ey words牶T riticum tauschii牷Seca le ce rea le牷 am phidiploid
0　引言
节节麦又称粗山羊草 (Triticum tausch ii, 2n =14, DD),属禾本科小麦族山羊草属 ,是小麦基因组 D组的
供体 ,含有抗虫 、抗病 、抗寒基因 [ 1] . 黑麦 (Seca le cereale, 2n =14, RR),属禾本科小麦族黑麦属 ,具有抗锈病 、
腥黑穗病 、大麦黄矮病的抗性 ,同时还具有抗寒 、抗旱 、籽粒中赖氨酸和蛋白质含量高等优良特性 [ 2] . 将节节
麦与黑麦杂交 ,对于研究节节麦 D组和黑麦 R组染色体的亲缘关系具有重要意义 ,合成的双二倍体将同时
具有节节麦和黑麦的有利基因 ,在小麦改良中可以作为有益种质. 为此 ,我们进行了节节麦和黑麦的杂交试
验 ,本文报道了杂种 F1的产生 、双二倍体的合成及细胞遗传学研究结果.
1　材料和方法
所用节节麦及黑麦均引自南京农大 ,分别为陕节 85A-34和荆州黑麦. 杂交及由胚诱导愈伤组织和愈伤
组织的培养方法参照李锁平[ 3]的方法. 加倍方式采用改良浸根法加倍:将挖回的小苗洗净泥土 ,破蘖分苗 ,
将分蘖节浸入加倍液 (简易培养液 +秋水仙素 0. 05%+DMSO 1. 5%, pH7)中 , 15℃处理 15 h.
DOI牶牨牥牣牨牭牴牴牨牤j牣cnki牣牬牨牨牨牥牥牣牪牥牥牭牣牥牨牣牥牨牬
石永春 ,等:节节麦与黑麦间杂种 F1胚再生植株及其双二倍体细胞遗传学分析 59　
采用常规醋酸洋红压片法对花粉母细胞(PMC)及根尖细胞进染色体构型及数目统计.
2　结果与讨论
2. 1　节节麦 -黑麦杂种 F1的产生及形态学和细胞遗传学分析
2. 1. 1　节节麦 -黑麦杂种 F1的产生及形态学分析
1999年春节分别以节节麦 85A-34和黑麦作为母本进行正反交 ,并将所获的瘪瘦种子的幼胚全部用来
诱导愈伤组织 ,所得结果如表 1所示.
表 1　节节麦与黑麦杂交 、胚愈伤组织诱导结果
杂交组合 杂交花数 结实数(%) 成胚数(%) 愈伤组织数 全能愈伤组织数
85A-34 ×黑麦 70 45(64. 29) 32(45. 71) 22 13
黑麦 × 85A-34 130 11(8. 46) 5(3. 85) 3 0
　　由全能愈伤组织诱导出 F1植株. 共产生再生植株 335株 ,移入大田 ,部分于次年春加倍处理. 所得的
F1穗形偏细 ,与节节麦相似. 而株形高大 ,芒长的特点与黑麦相似. 平均株高和小穗数介于父母本之间 ,平
均穗长和分蘖数均高于父母本 ,表现出一定的杂种优势 (见图 1、表 2).
图 1　穗型(从左至右:节节麦 , F1, C1,黑麦) 图 2　F1的 PMCM I染色体构型(2个细胞):10Ⅰ+2Ⅱ
表 2　节节麦 、黑麦及 F1的形态学比较
材料 调查株数 株高 /cm 穗长 /cm 小穗数 分蘖数
节节麦 40 67 11. 96 10. 21 84. 3
(57. 7 ～ 71) (9 ～ 14) (8 ～ 11) (73 ～ 107)
黑麦 40 156 11. 96 34. 9 41
(138. 5 ～ 168) (9 ～ 14) (28 ～ 45) (36～ 47)
F1 40 98. 53 16. 25 20. 51 94. 44
(73 ～ 122) (10. 2 ～ 23. 5) (12 ～ 30) (36 ～ 170)
2. 1. 2　杂种 F1的细胞遗传学分析及其育性
对根尖细胞的染色体数目调查表明体细胞的染色体数目为 14. 杂种 F1PMCM I染色体配对情况总结于
表 3. 通过减数分裂的染色体配对调查及体细胞染色体分析发现 , F1的染色体数为 14,符合理论的期望值
(7个 D组染色体 、7个 R组染色体 ),证明是真杂种. 从染色体配对分析上看 ,减数分裂中期出现的单价体
较多 ,平均 10. 16个 ,同时有少量二价体(平均 1. 86个 )出现 (图 2).
2. 2　节节麦-黑麦双二倍体 C1的获得及形态学和细胞遗传学分析
2. 2. 1　节节麦 -黑麦双二倍体的获得及其形态
通过混和浸根法处理 F1幼苗 ,移入大田后小心管理. 待 4月底 5月初幼苗抽穗后用 I-K I检查花粉 ,发
60　 河南大学学报(自然科学版), 2005年 , 第 35卷第 1期
现在同一个穗上的不同部位 ,花粉的染色情况不同. 有的穗上部的花粉可以染色 ,而有的则是中部或下部.
散粉情况与花粉染色的检查情况相同. 原因可能是在用秋水仙素处理时 ,并不是所有的分蘖节细胞都获得
了加倍. 由这样的分蘖节细胞所长出的同一植株上可能就会出现有些部分加倍 、而有些部分没有加倍的现
象. 所以我们认为 ,获得的节节麦 -黑麦双二倍体 (C1)植株是嵌和体. 最高的花粉可染率为 59. 24%,平均
27. 83%.
表 3　杂种 F1的 PMCM I的染色体配对情况
材料 调查株数 观察细胞数 染色体数 染色体配对Ⅰ RodⅡ RingⅡ To talⅡ Ⅲ Ⅳ
F1 -1 - 1 1 100 14 11 1. 29 1. 29 0. 14
(8 ～ 14) (0 ～ 3) (0 ～ 3) (0～ 1)
F1 -2 - 1 1 100 14 12. 7 1. 12 1. 12
(8 ～ 14) (0 ～ 3) (0 ～ 3)
F1 -3 - 5 1 100 14 11. 3 1. 61 1. 61
(6 ～ 14) (0 ～ 3) (0 ～ 3)
F1 -4 - 3 1 100 14 12. 11 0. 84 0. 21 1. 05
(8 ～ 14) (0 ～ 3) (0 ～ 2) (0 ～ 3)
F1 -5 - 1 1 100 14 11. 87 1. 27 1. 27
(8 ～ 14) (0 ～ 3) (0 ～ 3)
F1 -6 - 3 1 100 14 11. 57 1. 57 0. 14 1. 71
(8 ～ 14) (0 ～ 3) (0 ～ 1) (0 ～ 4)
F1 -7 - 4 1 100 14 7. 1 1. 68 0. 025 1. 71 0. 35 0. 025
(4 ～ 14) (0 ～ 5) (0 ～ 1) (0 ～ 5) (0～ 2) (0 ～ 1)
F1 -8 - 2 1 100 14 7. 5 1. 38 0. 036 1. 47 0. 21
(4 ～ 14) (0 ～ 5) (0 ～ 1) (0 ～ 5) (0～ 2)
F1 -9 - 3 1 100 14 10. 42 2. 29 0. 083 2. 37
(6 ～ 14) (0 ～ 4) (0 ～ 1) (0 ～ 4)
F1 - 10 - 2 1 100 14 10. 71 2. 21 0. 053 2. 26
(6 ～ 14) (0 ～ 4) (0 ～ 1) (0 ～ 4)
F1 - 11 - 10 1 100 14 11 0. 29 0. 29 0. 14
(9 ～ 14) (0 ～ 3) (0 ～ 3) (0～ 1)
F1 - 12 - 2 1 100 14 12. 11 0. 84 0. 21 1. 05
(8 ～ 14) (0 ～ 3) (0 ～ 2) (0 ～ 3)
合计 10 1000 14 10. 16 0. 63 0. 9 1. 86 0. 12 0. 00625
平均 (6 ～ 14) (0 ～ 2) (0 ～ 5) (0 ～ 5) (0～ 2) (0 ～ 1)
获得的双二倍体植株在形态上与 F1有很大不同. 与 F1相比 ,整个植株较矮 ,分蘖较少 ,叶片较厚 ,穗形粗大
(见图 1).
2. 2. 2　双二倍体 C1的细胞遗传学分析及其育性
春季对所获得的双二倍体减数分裂中期 I的染色体配对情况进行观察 ,结果见表 4. 在观察的 5株共
967个花粉母细胞中 ,染色体数目均为 28,符合预期值.
表 4　双二倍体 C1的 PMCM I的染色体配对情况
材料 调查株数 观察细胞数 染色体数 染色体配对Ⅰ RingⅡ RodⅡ To talⅡ Ⅲ Ⅳ
C1 -1 1 30 28 9. 15 5. 65 3. 66 9. 13
(0 ～ 18) (2 ～ 11) (1 ～ 8) (5 ～ 14)
C1 -3 1 30 28 6. 24 4. 38 5. 79 10. 17 0. 053
(2 ～ 12) (1 ～ 8) (3 ～ 11) (8 ～ 13) (0～ 1)
C1 -5 1 30 28 12 3. 25 4. 725 7. 975
(8 ～ 16) (1 ～ 5) (3 ～ 6) (6 ～ 10)
C1 -7 1 30 28 5. 91 3. 06 7. 38 10. 44 0. 043 0. 021
(2 ～ 10) (4 ～ 9) (4 ～ 9) (9 ～ 13) (0～ 1) (0 ～ 1)
C1 -9 1 30 28 10. 08 5. 125 3. 75 8. 875
(4 ～ 16) (3 ～ 9) (0 ～ 8) (6 ～ 12)
平均 5 150 28 8. 676 4. 293 4. 461 9. 318 0. 019 0. 004
(0 ～ 18) (1 ～ 11) (0 ～ 11) (5 ～ 14) (0～ 1) (0 ～ 1)
　　双二倍体 C1的染色体平均构型为:8. 676Ⅰ +9. 318Ⅱ +0. 019Ⅲ +0. 004Ⅳ ,其中二价体的出现频率较
高 ,最高数目可达 14个 ,平均为 9. 318个. 单价体数目范围从 0到 18,平均为 8. 676个. 还有少量的三价体
石永春 ,等:节节麦与黑麦间杂种 F1胚再生植株及其双二倍体细胞遗传学分析 61　
和四价体出现(见图 3、4). 说明其二倍化机智并不完善 ,但随着代数的增加 ,减数分裂会趋于稳定 ,结实性
会提高.
C1的结实率平均为 2. 118%,最高 3. 92%,共收获了 218粒种子 ,饱满度较差.
图 3　C1体细胞:28条染色体 图 4　C1的 PMCM I染色体构型:7Ⅰ +9Ⅱ +1Ⅲ
2. 2. 3　双二倍体 C1与节节麦的回交
以节节麦(DD, 2n =14)为母本 、C1(DDRR, 2n =28)为父本进行杂交 ,共杂交小花 21朵 ,结实 12粒 ,获
得胚 9个. 将胚放在培养基上诱导成苗 ,炼苗后移入大田. 次年春季分析杂种的花粉母细胞染色体配对情
况.
表 5　回交后代 PMCM I的染色体配对情况
杂交组合 调查株数 观察细胞数 染色体数 染色体配对Ⅰ RingⅡ RodⅡ To talⅡ Ⅲ Ⅳ
DD×DDRR 6 300 21 7. 5(7 ～ 13)
3. 63
(1 ～ 7)
2. 5
(0 ～ 6)
6. 13
(4 ～ 7) 0 0
　　从观察结果表 5得知 ,杂种的染色体数目为 21,单价体平均为 7. 5(7 ～ 13)个 ,二价体平均 6. 13(4 ～ 7)
个 ,基本符合应当出现 7个二价体和 7个单价体的预期构想. 从而证明 C1确实是节节麦和黑麦的双二倍
体.
节节麦 -黑麦双二倍体将是麦类作物的一个新物种 ,该双二倍体对白粉病 、腥黑穗病及条锈和杆锈具有
明显抗性 ,也可作为小麦改良的基础材料.
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