全 文 ：作者简介:李彦平(1979-), 女 , 硕士 , 河南省农业科学院
烟草研究所助理研究员 , 主要从事烟草遗传与育种的研
究。 E_mail:xiaoyuhan1013@eyou.com
收稿日期:2006-02-17
责任编辑:董志坚　E_mail:yckj2256@yahoo.com.cn
电话:0371_67672650
烟草与药用植物罗勒远缘杂交后代的细胞学研究
李彦平 , 王素琴 , 刘凤兰 , 段旺军 , 孙　焕 , 李雪君 , 朱景伟
河南省农业科学院烟草研究所 ,河南省许昌市北郊俎庄　461000
关键词:烟草;药用植物;远缘杂交;染色体
摘要:利用普通烟草Hicks与药用植物罗勒杂交后代Hicks×罗勒的 F1代花粉母细胞进行减数
分裂观察和 F2 代根尖细胞进行核型分析。研究结果表明:科间杂种后代的染色体数目为不固
定的数值 ,具有非整倍性 ,且整倍体与非整倍体共处于同一植株体内。从花粉母细胞的形态结
构来看 ,出现一些异常 ,有“8”字形 、“O”形多价体及一些单价体。对 2n=38的一组根尖细胞的
核型分析发现 ,第 6对染色体为一个三价体 ,还发现一个单价体 ,且带有随体 ,其核型为 2B ,核
型公式 2n=38=26m+8sm+1Ш+1Ι。
中图分类号:S572.035.1　文献标识码:A　文章编号:1002-0861(2006)08-0060-04
Cytologic Study on Progeny of Distant Hybridization between Tobacco and Medicinal Plant
Coimum bailicm L.
LI YAN_PING , WANG SU_QIN , LIU FENG_LAN , DUAN WANG_JUN , SUN HUAN , LI XUE_JUN ,
and ZHU JING_WEI
Tobacco Institute of Henan Academy of Agriculture Science , Xuchang 461000 , Henan , China
Keywords:Tobacco;Medicinal plant;Distant hybridization;Chromosome
Abstract:The meiosis of pollen mother cells was observed and karyotype analysis of root tip cells was
carried out respectively in F1 and F2 hybrid progeny of N.tabacum Hicks and medicinal plant Coimum
bailicm L.The results indicated that chromosome number of interfamily hybrid progeny was unfixed and
aneuploid , the euploid and aneuploid coexisted in one plant.Viewing from chromosome morphology of
pollen mother cells , there presented some abnormal multivalent chromosomes in the shapes of “8” , “0” and
some univalent chromosomes.The karyotype of a group of root tip cells(2n=38)was analyzed and it was
found that the sixth pair of chromosomes was trisomic;a univalent chromosome with one satellite was also
found , its karyotype and karyotype formula were 2B and 2n=38=26m+8sm+1Ш+1Ι, respectively.
　　远缘杂交作为培育新品种和新物种的重要途
径 ,已在多种作物上广泛应用 。在烟草上的应用
也有不少报道。荣廷玉等[ 1]采用重复授粉与喷赤
霉素的方法 ,以烤烟作母本 、玉米或高粱作父本进
行了远缘杂交初步获得了成功 ,并从红花大金元
×玉米杂交后代中选育出了新品系云烟 4号[ 1_2] ;
中国科学院成都生物研究所用 LB技术实现了大
圆叶菠菜和普通烟草品种柳叶烟草间的远缘杂
交[ 3_5] ;山西农业大学魏治中等[ 6]采用烟草与药用
植物先嫁接再有性杂交的方法 ,获得了科间远缘
杂种后代。但远缘杂种后代由于亲本的亲缘关系
较远往往导致杂种的夭亡和不育后代分离等一系
列问题 ,其细胞学形态结构也会发生很多异常现
象 。为此 ,采用普通烟草与药用植物罗勒进行了
远缘杂交并对烟草与药用植物杂交后代 F1 和 F2
的细胞学结构进行分析 ,旨在为远缘杂交育种提
供理论依据 。
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2006年第
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229期︶
　　　　　
1　材料和方法
1.1　试验材料
供试材料由山西农业大学提供 ,父本为药用
植物罗勒(Coimum bailicm L.唇形科 , n=24),罗
勒全草具芳香 ,含罗勒油 、丁香酚 、芳樟醇 、β -丁
香烯 、植物醇等成分 ,可用于食品及医药工业。母
本为普通烟草(Hicks 美国烤烟品种 , N.tobacum
L.茄科 , n=24)植株高大 ,生长力强 ,抗逆性和抗
病性均较高 ,适应性较广。
1.2　试验方法
采用先嫁接再有性杂交的方法 ,得到杂种后
代 Hicks×罗勒。在开花期选取大小适宜的幼嫩
花蕾 ,经 Carnoy s固定液(酒精∶醋酸=3∶1)固定
21 ～ 24h后 ,在 70%酒精中保存 ,用于花粉母细胞
减数分裂的分析。其后代种子在 40℃水中浸种
40min后 ,播种在潮湿滤纸上 , 于 28℃条件下培
养 ,待根长到 1 ～ 2mm时 ,将种子置于饱和对二氯
苯的溶液中预处理 4h;用 Carnoy s固定液固定 21
～ 24h ,再转入 70%的酒精中保存备用 。制片时
先用 5mol/L HCl 解离 10 ～ 15min ,水洗 , 切取根
尖 ,用卡宝品红染色 ,压片 ,在低倍显微镜(10倍)
下搜索 ,再转在 40倍镜下镜检 ,选取好的分裂相
在 100倍的油镜下显微照相 ,然后按照李懋学[ 7]
等的方法进行核型分析 。
2　结果和分析
2.1　F1代减数分裂的观察
通过烟草与药用植物的远缘杂交 ,其 F1 代花
粉母细胞染色体进行镜检观察 ,发现染色体数目
不定 ,从 18到 24均有 ,说明杂种后代染色体数目
不稳定(表 1)。从形态上观察(图1),杂种后代 F1
的花粉母细胞减数分裂异常 , 出现“8”字形 、“O”
字形多价体以及一些单价体 , 而且有的细胞中染
色体数目低于母本烟草的染色体数 ,即出现染色
体下调现象 ,以及两分体 、三分体的不均等分配 ,
这些染色体数目的不确定和多样性等异常现象是
导致花粉母细胞育性降低的原因之一 。
2.2　Hicks×罗勒的 F2 代减数分裂观察及核型
分析
　　对 Hicks×罗勒的 F2代根尖细胞有丝分裂中
期的染色体进行观察发现:染色体为杂合体 ,数目
不确定 ,且具有非整倍性 , 2n=38 、39 、40 、44(见图
2)。选其一组染色体做核型分析 ,结果见表 2 和
图 3。对 Hicks×罗勒的染色体参数分析发现:该
杂种后代的染色体数目为 38 ,染色体相对长度变
化为 2.98 ～ 7.47 ,臂比值变化为 1.10 ～ 2.25 ,平均
臂比为 1.54 ,其中第 4 、7 、13 、17对为亚中着丝粒
染色体 ,第 6对染色体为三价体 ,还发现一单价
体 ,且带有随体 ,其核型公式为 2n=38=26m +
8sm+1Ш+1Ι,核型为 2B。
表 1　科间远缘杂种 F1 代及双亲染色体数的观察/
Tab.1　Observing of chromosome amount of hybridization
seeds F1 and their parents
材料 母本 父本 杂种 F1
染色体数目(n) 24 24 18 、21、22、23 、24
图 1　科间远缘杂种 Hicks×罗勒的花粉母细胞染色体形态/
Fig.1　Chromosomes forms of distant hybridization between N.tobacum L.(Hicks)×Coimum bailicm L.in pollen female cell
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　　虽然此核型在染色体数目 、形态上没有发现
具有父本药用植物的染色体 ,但不能排除其父本
药用植物和母本烟草的某些遗传信息发生交换的
可能性 ,这在一定程度上初步鉴定了杂种细胞遗
传组成的多样性 ,为进一步的遗传规律分析 、基因
定位及其在育种中的利用奠定了基础 。
图 2　科间远缘杂种 Hicks×罗勒根尖细胞染色体/
Fig.2　Chromosomes form of distant hybridization between N.tobacum L.(Hicks)& Coimum bailicm L.in root cell
核型图 染色体形态
核型模式图
图 3　Hicks×罗勒的染色体形态 、核型图及核型模式图/
Fig.3　The chromosome and karyotype and ideogram of chromosomes of N.tobacum L.(Hicks)×Coimum bailicm L.
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表 2　Hicks×罗勒的染色体参数/
Tab.2　The chromosome parameter of N.tobacum L.
(Hicks)×Coimun bailicm L.
染色体编号 相对长度(%)(长臂+短臂=全长) 臂比 类型
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
单价体
　
4.48+2.99=7.47
3.89+3.29=7.18
3.89+2.69=6.58
4.18+2.39=6.57
3.29+2.99=6.28
3.77+2.39=6.16
3.89+2.09=5.98
3.59+2.39=5.98
2.99+2.09=5.08
2.71+2.08=4.79
2.99+1.79=4.78
2.69+2.09=4.78
2.99+1.49=4.48
2.39+1.79=4.18
2.40+1.77=4.17
2.39+1.49=3.88
2.68+1.19=3.87
1.79+1.19=2.98
2.99+1.79=4.78
1.49①
1.50
1.18
1.44
1.75
1.10
1.58
1.88
1.50
1.43
1.30
1.67
1.29
2.00
1.33
1.36
1.60
2.25
1.50
1.67
　
m
m
m
sm
m
m
sm
m
m
m
m
m
sm
m
m
m
sm
m
sat
　
　　注:①随体长度不计算在内。
3　结论与讨论
(1)利用烟草与药用植物进行杂交 ,将药用植
物染色体或部分染色体转移到烟草中并得以表
达 、创造变异 ,这为培育新物种提供了一种可借鉴
的思路 。本实验镜检结果表明 ,远缘杂种 F1 代花
粉母细胞染色体呈杂合状态 ,且数目不确定 ,整倍
体与非整倍体共处于同一植株体中。从形态上也
发生了一些异常 ,出现了“8”字形 、“O”形多价体
及单价体 。有些学者[ 8]认为 ,从分子水平分析能
取得成功的远缘杂交 ,大多数是 DNA片段的杂交
即染色体水平以下的部分遗传分子的杂交 。但其
杂种后代主要农艺性状表现基本稳定 ,其细胞内
部染色体仍是杂合状态 ,这一现象如何解释 ,还需
要进一步深入研究 。
(2)核型分析(kargotype Analysis)或组型分析 ,
主要是研究体细胞染色体的形态特点[ 9] 。对杂交
子代 Hicks×罗勒的核型分析发现其为杂合体 ,且
数目不定 ,整倍体与非整倍体共处于一植株体中 ,
后代均有染色体多于和少于父母本的细胞 ,并有
单价体的存在 ,这可能是由于杂种的双亲染色体
数目相差太大 ,染色体结构不同 ,彼此亲缘关系太
远 ,因而表现在减数分裂过程中染色体不能正常
联会 ,或不均衡联会 ,产生了单价体 、多价体等不
正常现象 ,而进入大 、小孢子的染色体数目变化不
定 ,这些异常现象使配子具有非整倍体的染色体
组 ,导致杂交一代育性降低 、杂交不结实等现象出
现 。这种染色体变化从育性角度分析是不利的 ,
但从引入有利外源染色体达到替换 、创造变异方
面分析是有利的 。
由于本实验条件的局限 ,未能对所有变异类
型逐一进行核型分析。另外进行核型分析的变异
类型还需要结合染色体分带 、分子定位等分子水
平上的进一步验证 ,得出的核型模式图才更为标
准 。
参考文献
[ 1] 　荣廷玉.烤烟与高粱 、玉米 、曼陀罗远缘杂交获得成
功[ J] .云南农业科技 , 1979 , 20(4):11_12.
[ 2] 　荣廷玉 , 张崇范.烤烟与玉米及高粱的杂交[ J] .西
南农业学报 , 1992 , 5(4):14_18.
[ 3] 　吴伯骥 , 崔亚亚 ,陈毅平.人工促使烟草和菠菜胚性
细胞间染色质穿壁实现植株再生———一项新的细
胞工程技术 LB 技术[ J] .中国科学(B 缉), 1987
(10):1068_1073.
[ 4] 　崔亚亚 , 白云 ,陈毅平 , 等.LB 技术获得的科间植物
[ 烟草+菠菜] F2、F3 代植株与亲本呼吸代谢途径及
叶绿素含量的遗传分析[ J] .遗传 , 1992 , 14(2):1_3.
[ 5] 　谢明堂 , 吴伯骥.菠菜+烟草杂交植株与亲本的
RUBPCaSe等电聚焦模式和免疫化学特性的比较分
析[ J] .科学通报 , 1990 , 35(20):1591_1594.
[ 6] 　崔红 , 李朝霞.花粉管通道法及其在烟草育种中的
应用综述[ J] .烟草科技 , 2003(3):35_36.
[ 7] 　李懋学 , 陈瑞阳.关于植物核型分析的标准化问题
[ J] .武汉植物学研究 , 1995 , 3(4):297_302.
[ 8] 　周光宇 , 龚蓁蓁 , 王自芬.远缘杂交的分子基础-
DNA片断杂交假设的一个论证[ J] .遗传学报 ,
1979 , 6(4):405_413.
[ 9] 　李贵全.细胞学研究基础[M] .北京:中国林业出版
社 , 2001.
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