全 文 ：草 原与饲 料
苜 蓿 的 种 群 及 远 缘 杂 交
罗新义 ,李　红
(黑龙江省畜牧研究所 ,黑龙江 齐齐哈尔 161041)
中图分类号:S551.7　　　　文献标识码:B　　　　文章编号:1004-7034(1999)11-0017-02
　　苜蓿属植物有 60 余种 , 染色体数可分为二倍 ,四倍体和六
倍体。其中 1年生二倍体有 32 种 , 四倍体 2 种 , 1 年生主要是
自花授粉;多年生二倍体 13 种 ,四倍体 2 种 ,有 4 个二倍体兼
有四倍体 ,有 1 个四倍体兼有六倍体 , 多年生主要是异花授粉。
1　二倍体 、四倍体种群
多年生二倍体 、四倍体苜蓿染色体基数相同 ,二倍体 2n=
2x=16 ,四倍体 2n=4x=32(见表 1)[ 1] 。
表 1　多年生苜蓿属二倍体 、四倍体植物及其染色体数(2n)
种名 中名 染色体数 种名 中名 染色体数
Carstiensis 卡斯廷苜蓿 16 Rupestris 岩苜蓿 16
Cretacea 钙苜蓿 16 Ruthenica 花苜蓿 16
Daghestanica 达吉斯坦苜蓿 16 Su ffruticasa 半灌木苜蓿 16
Glomer ta 团集苜蓿 16 Dzhawahetica 扎氐苜蓿 32
Hybrida 杂种苜蓿 16 Glutinosa 粘苜蓿 32
Ignatz ii 伊格内苜蓿 16 Falcata 黄花苜蓿 16.32
Marina 海滨苜蓿 16 Papillosa 乳头苜蓿 16.32
Pironae 皮罗苜蓿 16 Prostrata 平卧苜蓿 16.32
Platycarpa 宽果苜蓿 16 Sativa 紫花苜蓿 16.32
Rhodopea 罗多皮苜蓿 16 Arborea 木苜蓿 32.48
2　二倍体 、四倍体细胞遗传学
二倍体苜蓿体细胞染色体数 2n =16。在对 M.sativa ,
M.falcata , M .gaetula3 个二倍体苜蓿的体细胞研究中发现 ,
这 3 个种都有一对染色体带有髓体 , 除这对染色体外 , 其余染
色体长度都非常相近 ,并明确指出前两个种应为复合体 。在二
倍体中也观察到了髓体。核型分析结果 ,第 1 对至第 8 对染色
体臂比范围为 1.2 ～ 2.7 , 着丝点为中部(M)和近中部(SM)。
对 M.prostrata 、M.sativa 粗线期核型分析结果认为 , 这 2 个
种核型相似 ,在第 8 对染色体上有髓体。
对 M.sativa , M .falcata , M .gaetul 二倍体苜蓿减数分裂
研究结果认为 ,这三个种的减数分裂是规则的 , 其种间杂种减
数分裂也是规则的。 M.sativa , M .f alcata , 杂种终变期出现 8
个规则的二价体 , 其中 1 个与核仁靠近 。对 M.falcata(黄花
苜蓿)的减数分裂研究中 , 在 4 个植株 59 个细胞中仅观察到
0.07 个单价体。二倍体中的二价体 ,有展开型 , 有棒状型。
四倍体苜蓿染色体数 2n=32。 Bolton , Greenshields 对四
倍体苜蓿的研究发现四个髓体 ,这也是国外一些学者认为四倍
体苜蓿是同源四倍体的依据之一。国内学者[ 2 , 3]有在第 15、16
对染色体上观察到髓体 , 有在第 1 、2 对染色体上观察到髓体
的 ,并认为着丝点为中部和近中部 , 属对称核型。
四倍体苜蓿减数分裂中期Ⅰ以 16 个二价体占主导地位 ,
至少 15 个二价体[ 4] 、四价体 、三价体 、单价体也常发生。多价
体在每个细胞里出现的范围 0.62～ 1.68。在用秋水仙素诱变
加倍的两株黄花苜蓿(M.falcata)同源四倍体中 , 38 个细胞中
多价体平均每个细胞为 2.74个。
四倍体苜蓿带有大量的各种类型的生殖和形态的隐性突
变和致死基因。这些可由栽培四倍体苜蓿在二倍体水平减数
分裂 、配子体突变和雌性不育中得到证实[ 4] 。
3　二倍体与四倍体的种间杂交方法
3.1　自然杂交
有人把二倍体黄花苜蓿与四倍体紫花苜蓿间种 , 在后裔中
获得了 32 个四倍体和 2 个三倍体。
3.2　人工杂交
采用人工去雄授粉 ,分别获得 4个四倍体 、2 个四倍体和 8
个四倍体 ,在反交中获得 2个四倍体和 1个三倍体 。
3.3　利用雄性不育系杂交
在4个四倍体雄性不育系无性系和1 3个二倍体杂交的
9 150 个授粉花朵中 ,获得 31 个三倍体杂种和 36 个不育四倍
本杂种 , 17个有孕性杂种。
3.4　染色体加倍
在野生二倍体 M.f alcata 、M .caerulea 、M .sativa 的几个
杂交组合中 ,其一是用秋水仙素药物处理使二倍体苜蓿染色体
加倍 ,然后与四倍体杂交 , 得到了熟期 、种子产量和青草产量各
异的杂交后裔群体。
3.5　染色体减倍(Analy tic Breeding)
用从四倍体减倍得到的单倍植株(即在二倍体水平上)做
母本与二倍体 Medicago sativa 杂交 , 在 128 个授粉花中得到 3
粒成熟种子 ,与 M.falcata 杂交在 101 个授粉花中得到 4 粒成
熟种子 ,与四倍体 Medicago sativa 杂交 , 723 个授粉花获得 35
个成熟种子。用二倍体 Medicago sativa 做母本 20 个授粉花获
得 2 粒成熟种子 , M.falcata 做为母本 20 个授粉花也获得了 2
个成熟种子。为培育抗疫霉根腐病(Phytophthora megasperma
F.sp Medicaginist)品种也是采用这种方法。
3.6　细胞融合
Pupilli F 等[ 5]用细胞融合法 ,把四倍体 Medicago sativa 的
叶肉原生质与二倍体 M .caerulea 的愈伤原生质进行融合 , 形
态和生理试验证明了杂种的融合性和再生植株杂合性 , 酯酶同
功酶和过氧化物同功酶的酶带分析也证明了融合的结果。
Mendis M H [ 6]使用聚乙烯乙二醇融合四倍体(M .sativa)
和二倍体(M.falcata)。 99 个继代植株 , 19 个叶子表现不正常
的植株没能存活。杂种酶带分析均比 sativa 和 f alcata 增加 ,
染色体范围是 2n=6x=34-58。
3.7　诱变
为克服二倍体与四倍体远缘杂交的不可交配性 , 增强亲和
力 ,对杂交材料进行诱变处理 , 以诱发突变体做为杂交亲本 , 克
服远缘杂交不可交配性。提高了杂交成功率。以染色体倍数
17苜蓿的种群及远缘杂交-罗新义
高的做亲本 ,其杂交成功率较高。
4　杂种细胞学
二倍体与四倍体杂交每 1 000 个二倍体与四倍体之间正
反交的杂种可产生 5 ～ 15 个杂种后裔。以二倍体作母本后裔
为四倍体 ,以四倍体做母本后裔为三倍体或四倍体。杂种大多
数胚为三倍体 , 受精后大部分在 6 d 内败育 , 当雌性体的染色
体数目高时 ,多数三倍体可以生存。
四倍体的产生 是由二倍体而 来的未减数染 色体
(Unreduced chromosome 2n 配子)的配子与由四倍体而来的减
数配子的结合。 Iwao Oiyama., Naomi Okudai[ 7] 用二倍体和四
倍体柑桔的单胚种子杂交得到了与苜蓿相同的结果。并在单
胚的二倍体与二倍体杂交时得到三倍种子 ,也认为是由未减数
的配子产生的。未减数的配子是在减数分裂的有丝分裂时 , 不
能把分裂产物包裹在各自的核模中 , 造成再组核产生的。
Masoud S A[ 8]在对质体 DNA 的研究认为 , 二倍体与四倍体杂
交 ,未减数配子的产生表明 , 未减数配子超过了母本基因组控
制质体传递的能力。
在对 7 个二倍体与四倍杂交的 F1 杂种减数分裂行为的研
究表明 ,多价体平均数极显著的高于亲本四倍体 , 后期Ⅰ和后
期Ⅱ出现落后染色体 ,后期 Ⅰ不规则现象比中期 Ⅰ多 , 未期 Ⅰ
还有染色体桥 ,并伴随着断片。 在四倍体杂种 F2 代自花传粉
后裔的体细胞遗传研究(Limited genetic studies)中 , 5 个根尖被
用作用染色体记数 , 2 个植株 31 个染色体 , 2 个有 32 个染色
体 , 1 个有 33 个染色体。在二倍体 M.prostrata 与四倍体 M.
sativa 杂交的细胞学研究中 , 观察到二价体所占比例大于
90%。
5　杂种的形态
二倍体与四倍体杂交 ,二倍体的某些农艺性状遗传力没有
四倍体高。 Bingham E T[ 9]的四倍体 M.falcata 与二倍体 M.
sativa 杂交研究表明 ,杂种四倍体 falcata 含有 98%的 falcata
种质 2%的 sativa 种质。
四倍体杂种的形态与四倍体亲本没有什么明显不同。 在
F 2代杂种中 ,染色体不同没有引起形态上的什么不同。对 F2
家系带有褶叶性状进行了研究 , 其四倍体亲本(sativa)无显性
组合(fofofofo)基因控制褶叶 , 二倍体亲本 falcato 是纯显性
(FoFo)基因 , 认为 F1 杂种有双显性组合(FoFofofo)基因不具
双减数 , F2 代分离希望值是 35 个正常叶和 1 个褶叶。在紫花
与黄花的杂交组合中 ,其杂种后代出现相当数量的杂色花。
对四倍体 sativa 和二倍体 falcata 细胞融合的结果 , 不正
常植株未能存活 ,而染色体范围在 2n=6x=34-58 的 12 种表
型正常植株的株型 、枝节长叶处大小 、花色和荚型都呈 sativa
和 falcata 中间型。
6　三倍体杂种
当四倍体做母本时 ,有三倍体产生 , 在威斯康星大多数三
倍体来源于四倍体雄性不育与二倍体杂交。此外 ,二倍体与二
倍体杂交由于未减数配子的作用 ,也能产生三倍体。在单胚的
柑桔二倍体与二倍体杂交的研究中也出现了三倍体。三倍体
的本质是雄性不育 , 可染花粉粒范围是 0 ～ 5%, 花粉通常没有
功能。
Blake N K 等[ 10]在四倍体与二倍体杂交所产生的三倍体
与其它三倍体有所不同 , 9 个三倍体中的 8 个与三倍体 、四倍
体 、六倍体杂交中均表现为雄不育或雌不育 ,有 2 个三倍体自
交受孕。
有人研究了三倍体苜蓿的细胞学和杂交行为。 三倍体杂
种中期Ⅰ染色体行为是以三价体形式出现 , 其发生次数在四价
体次数范围之内 ,染色体与预期的 12～ 12 分离显示有畸型发
生。
三倍体与其它倍体间的杂交都是用三倍体做母本。三倍
体与二倍体杂交的后裔包括二倍体 、单和双的三体生物以及某
些四倍体。有研究表明 , 61 个后裔的染色体中 , 有 41 个 2n=
16 的染色体占 66%, 7个是三体生物占 12%, 9 个是双三体生
物占 15%, 3 个有 30 个染色体占 50%。 Blake , N.K.[ 10]三倍
体与三倍体杂交的后裔大多数染色体 2n=31 或 32;但也有 2n
=29 、35 、45、46 、47 和 58 的染色体产生。三倍体与四倍体杂
交的后裔包括四倍体 、五倍体和一系列的非整倍体(2n=29、
31 、35 、39),其三倍体与四倍体杂交的 229 个后裔中 , 78 个有
32 个染色体占 34%;114 个是非整倍体占 63%,其中 109 个后
裔的染色体没达 32 个占 48%;35个后裔超过32 个占15%;三
倍体与四倍体杂交产生 7 个五倍体占 3%,其四倍体和五倍体
是有功能的三倍体配子未减数产生的。三倍体和六倍体杂交
后裔多为六倍体。三倍体还可以产生一较大范围的非整倍体
和三体生物。 Blake N K[ 10] 1 个三倍体的 7 个自交系后裔的染
色体分别是 2n=31、32、36 、45、46 、48 和 52。
参考文献:
[ 1] 　M cy T J , Bingham E T.Cytology and cytogenetics of alfalfa[ J] .
Alfalfa and Alfalfa-Agronomy Monograph , 1988 , 29:761～ 763.
[ 2] 　杨根凤 ,赵传孝.紫花苜蓿和毛苕子染色体的研究[ J] .中国草原 ,
1986 , 2:58～ 60.
[ 3] 　王丽 ,郑昌之 ,薛冬桦.沙生水草 、红三叶 、紫花苜蓿染色体核型分
析[ J] .中国草原 , 1988(2):45～ 47.
[ 4] 　M cCoy T J , Bingham E T.Cytology and cytogenet ics of alfalfa[ J] .
Alfalfa and Alfalfa Imp rovement-Agronomy Monograph , 1988 , 29:
751～ 752.
[ 5] 　Pupilli F.Interspecifi c somatic hybrid plants in the genus Medicago
developed through protoplast fusion[ J] .Plan t Breeding Abst ract s ,
1992 , 62(5):529.
[ 6] 　Mendis M H , Pow er J B , Davey M R.Somatic hyb rids of the
foragelegumes.Medicago sat iva L.and M.f alcata[ J] .Plant Breeding
Abst ract s , 1992 , 62(5):529.
[ 7] 　 Iw ao O , Naomi O.Tet raploid f rom diploid xt tet ra ploidcrosses of
Cit rus using sw eet oranges as seed parents[ J] .Japan J Breed , 1988 ,
38:133～ 140.
[ 8] 　Masoud S A , Joh nson L B , Sorensen E L.High transmission of
paternalplast id DNA in alfalfa plants demonst rated by rest riction
f ragmentpolymorphic analysi s[ J] .Plant Breeding Abst racts , 1992 ,
62(5):4202.
[ 9] 　Bingham E T.Backcrossing tet raploid into diploid m edicago falcatal
using 2n eggs[ J] .Plant Breeding Abst ract s , 1991 , 60(4):448.
[ 10] 　Blake N K , Bingham E T.Alfalfa triploid w ith functional male and
female fert ili ty[ J] .Crop Sci , 1986 , 26:643～ 645. (004)
18 黑龙江畜牧兽医 1999 年第 11 期