全 文 ：收稿日期 :1998202201。
资金项目 :国家自然科学基金及国家“九五”攻关项目资助。
作者简介 :李桂英 ,男 ,河北卢龙人 ,中国农科院原子能利用所助理研究员 ,博士 ,从事小麦辐射遗传育种研究。
文章编号 :100028551 (2000) 0120006206
辐照花粉对普通小麦 ×窄颖赖草
杂种的细胞学效应
李桂英　王琳清　施巾帼
(中国农业科学院原子能利用研究所　北京　100094)
摘要 :以普通小麦 J211 ( T riticum aestiv um ) ×窄颖赖草 ( L eym us angust us) (花粉经
9 Gyγ射线辐照 ,以不辐照的为对照) 杂种幼胚愈伤组织及其再生植株为材料 ,研究
了辐照花粉对其远缘杂种的细胞学效应。结果表明 ,辐照花粉对其杂种表现出以下
细胞学效应 : ①明显增加了杂种愈伤组织的染色体数目变异幅度 ,对照为 43～64 条 ,
而 9 Gy 辐照的为 26～65 条 ; ②使杂种愈伤组织染色体数目减少 ,平均每细胞减少
419 条染色体 ; ③促进了杂种染色体结构变异 ,对照染色体结构变异主要为端着丝粒
染色体 ,而辐照的除具有与其相近频率的端着丝粒染色体外 ,还有与其相近频率的微
小染色体 ; ④增加了双着点染色体和环状染色体等的频率 ,表明辐照花粉促进了染色
体易位和重组。
关键词 :普通小麦 　窄颖赖草 　辐照花粉 　远缘杂种 　细胞学效应
研究表明 ,低剂量γ射线辐照花粉可以克服植物杂交的不亲和性以促进远缘杂交的成
功[1～3 ] ,但以往主要研究了辐照花粉对远缘杂交结实率或幼胚获得率的影响。本文在辐照花
粉对普通小麦 ×窄颖赖草杂种幼胚获得率等影响的研究基础上[3 ] ,进一步研究了辐照花粉对
其杂种的细胞学效应 ,包括染色体数目与结构变异 ,并探讨了辐射对染色体变异及其在异源遗
传物质转移中的作用。
1 　材料和方法
以普通小麦 J211 作母本 ,用未经辐照 (对照) 和经 9 Gyγ射线辐照的窄颖赖草花粉授粉 ,
获得杂种幼胚 ,经愈伤组织诱导 (培养基为 MS + 210mg/ L 2 ,42D + 150mg/ L L2天门冬酰胺 +
300mg/ L 水解酪蛋白)及 3 次继代 (继代培养时 ,2 ,42D 浓度 1～4mg/ L 交替变化) 后 ,建立起
杂种无性系。对照和 9 Gy 辐照的无性系分别以 J / L (CK)和 J / L (9 Gy) 表示。杂种愈伤组织继
代 4 次后转入除去 2 ,42D 的分化培养基 ,不久再生出大量小植株。
进行杂种愈伤组织的染色体检查时 ,取继代 3 次的新鲜愈伤组织转移到新配制的继代培
养基中 ,25 ℃下暗培养 4d 后 ,置冰箱 (4 ℃)中培养 24h ,再于 25 ℃下暗培养 24h ,冰浴 24h ,卡诺
固定液固定 2～12h ,孚尔根染色 ,45 %醋酸压片。
6　 核 农 学 报　2000 ,14 (1) :6～11Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
观察再生植株根尖染色体 ,每天上午 9 :30 至 11 :30 取植株根尖 ,稍加冲洗或不冲洗直接
投入预处理液。预处理液为 : ①α2溴萘饱和液 (15～20 ℃,5～7h ; ②对二氯苯和α2溴萘混合液
(12～20 ℃,1～3h) [4 ] ; ③秋水仙素、82羟基喹啉和二甲基亚砜混合液 (12～20 ℃,3h) [5 ]。冲洗 3 次
后用卡诺固定液固定或直接投入 60 ℃1N HCl 中酸解 4～5min ,孚尔根染色 ,卡宝品红压片。
经显微镜观察并结合照片分析来研究不同细胞染色体数目及结构变异。
2 　结果与分析
211 　辐照花粉对杂种愈伤组织细胞染色体数目变异的影响
普通小麦 J211 体细胞染色体数为 2n = 42 (图版 Ⅰ21) ,窄颖赖草为 2n = 84 (图版 Ⅰ22) 。因
此 ,未经辐照的正常杂种 F1 体细胞理论染色体数应为 2n = 63。J / L (CK) 和 J / L (9 Gy) 两个无
性系细胞中均有部分细胞染色体数为 2n = 63 ,表明所得杂种为真杂种。
两种杂种愈伤组织无性系 J / L (CK)和 J / L (9 Gy) 染色体数目变异的比较结果见表 1 和图
1。结果表明 ,在观察的 86 个分裂中期细胞中 ,J / L (CK) 中 83172 %的细胞发生了染色体数目
变异 ,变异幅度为 43～64 条 ,且 61～63 条染色体的细胞占 41187 % ,平均每细胞 57191 条染
色体。染色体数目变异的趋势与张学勇和董玉琛在普通小麦 ×毛穗赖草杂种无性系中的研究
一致[6 ] ,说明杂种无性系的染色体数目变异是正常现象。
表 1 　辐照花粉对杂种愈伤组织无性系染色体数目变异的影响
Table 1 　Effect of pollen irradiation on chromosomal number variation
of wheat ×L . angust us hybrid callus clones
无性系
Clones
　
　
观察细胞数
No. of cells
observed
　
CNV 细胞百分率
Percentage of
CNV cells
( %)
染色体数目分布
Range of chromosome
variation
　
具 61～63 条染色体
细胞百分率
Rate of cells with
61～63 chromosomes( %)
平均每细胞
染色体数
Chromosomes No.
per cell
J / L (CK) 86 83172 43～64 41187 57191
J / L (9 Gy) 119 85171 26～66 27174 53101
　　注 :CNV 为染色体数目变异
Note :CNV stands for chromosomal number variation
图 1 　J / L (CK)和 J / L (9 Gy)杂种愈伤组织细胞染色体数目变异分布图
Fig. 1 　Distribution of chromosomal number variation of J/ L (CK) and J/ L (9 Gy) callus clones
　　J / L (9 Gy)共观察了 119 个分裂中期细胞 ,其中的 85171 %发生了染色体数目变异 ,略高于
J / L (CK) ;具 61～63 条染色体的细胞占 27174 % ,明显低于 J / L (CK) ;平均每细胞 43101 条染
色体 ,比 J / L (CK)少 419 条。上述分析表明 ,辐照花粉促进了杂种愈伤组织染色体数目变异 ,
7　1 期 辐照花粉对普通小麦×窄颖赖草杂种的细胞学效应
导致部分染色体的消失。
212 　辐照花粉对杂种愈伤组织细胞染色体结构变异的影响
J / L (CK)和 J / L (9 Gy)染色体结构变异类型及其分布见表 2、图版Ⅰ23、Ⅰ24 和图版Ⅱ21～4。
J / L (CK)染色体结构变异类型主要是端着丝粒染色体 ( t ) (图版Ⅰ23) ,另有少量双着丝点染色
体、环状染色体和等臂染色体等。而 J / L (9 Gy)除具有端着丝粒染色体外 ,还有似 B 染色体的
微小染色体 (图版Ⅱ21) ,异形染色体如串珠状染色体 (图版Ⅱ22) 、异形端着丝粒染色体 (图版Ⅱ2
3)等 ,表明辐照花粉增加了杂种愈伤组织染色体结构变异的类型。
图版Ⅰ　普通小麦、窄颖赖草染色体及其杂种[J / L (CK) ]愈伤组织染色体变异
Plate Ⅰ. Chromosomes of Triticum aestiv um and L eym us angust us and chromosomal variation
of its hybrid calli
11 普通小麦 J211 ,2n = 42 ;21 窄颖赖草 ,2n = 84 ;31J / L (CK)愈伤组织 ,2n = 62 + t ;41J / L (CK)愈伤组织 ,2n = 54 + 2t + 1 长染色体
1. T. aestiv um CV J211 ,2n = 42 ; 2 . L . angustus 2n = 84 ; 3. J / L (CK) callus , 2n = 62 + t ;4. J / L (CK) callus ,2n = 54 + 2t + 1 long chromosome
表 2 　辐照花粉对杂种愈伤组织无性系染色体结构变异的影响
Table 2 　Effects of pollen irradiation on chromosomal st ructural aberration
of wheat ×L . angust us hybrid clones
无性系
Clones
观察细胞数
No. of cells
observed
CSA 细胞
Percentage of
CSA cells
( %)
不同类型染色体结构变异
Different type of CSA( %)
t m m + t r d f
其它
Others
J / L (CK) 86 45135 45135 0100 0100 1116 4165 1116 4165
J / L (9 Gy) 119 77131 45138 46122 21185 5104 9124 9124 3316
　　注 :CSA 即染色体结构变异 ; t :端着丝粒染色体 ;d :双着丝粒染色体 ;m :微小染色体 ;i :等臂染色体 ; r :环状染色体 ;a :其
它异形染色体
Note :N :normal chromosome ; t : telocentric chromosome ; d :dicentric chromosome ; m : minichromosome ; r : ring chromo2
some ; i :isochromosome ; a :other abnormal chromosome
　　比较各种染色体结构变异类型的频率 (表 2) 可以看出 ,J / L (9 Gy) 染色体结构变异频率
(77131 %)明显高于 J / L (CK) ,辐照花粉促进了杂种愈伤组织染色体结构变异。J / L (CK) 与
J / L (9 Gy)的端着丝粒染色体的频率相近 ,分别为 45135 %和 45138 % ;而 J / L (9 Gy) 中 46122 %
8 核　农　学　报 14 卷
图版 Ⅱ　普通小麦 ×窄颖赖草 (辐照花粉)杂种[J / L (9 Gy) ]愈伤组织染色体变异
Plate Ⅱ. Chromosomal variation of T riticum aestiv um ×L eym us angust us (irradiated pollen)
hybrid (J / L (9 Gy) calli
11J / L (9 Gy)愈伤组织 ,2n = 62 + m ;2. J / L (9 Gy)愈伤组织 ,2n = 57 + 异形 t + 串珠状染色体 ;3. J / L (9 Gy)愈伤组织 ,2n = 51
+ d + t + 异形染色体 ;4. J / L (9 Gy)愈伤组织 ,2n = 60 + t + r
1.J / L (9 Gy) callus ,2n = 62 + m ;2. J / L (9 Gy) callus ,2n = 57 + abnormal t + pear2like chromosome ;3. J / L (9 Gy) callus ,2n = 51 +
d + t + abnormal chromosome ;4. J / L (9 Gy) callus ,2n = 60 + t + r
的细胞具有 J / L (CK) 所没有的微小染色体 ,表明端着丝粒染色体可能是在幼胚发育初期或诱
导愈伤组织过程中自发形成的 ,而微小染色体及其它类型的变异染色体可能是辐照诱发的结
果。由表 2 还可看出 ,J / L (CK)与 J / L (9 Gy) 两系均存在双着丝点染色体、环状染色体和染色
体片段 ,而这些结构变异类型是染色体易位和重组的结果。J / L (9 Gy) 这类变异的频率明显高
于 J / L (CK) ,表明辐照花粉促进了染色体易位和重组。
213 　杂种植株的细胞学研究
J / L (CK)无性系再生植株移栽后仅少量存活 ,仅取到两株少量根尖 ,共观察到 8 个中期细
胞 ,均为混倍体 ,染色体数目分布于 60～63 条 ,染色体结构变异类型主要为端着丝粒染色体。
观察了 23 株 J / L (9 Gy)无性系再生植株的 280 个细胞 ,发现大部分植株为混倍体 ,仅 4 株
以 63 条染色体为主 ,而且大部分细胞发生了染色体结构变异 ;5 株以 62 条染色体为主 ,但染
色体组成不一。在所观察 280 个细胞中 ,具 61～63 条染色体的细胞占 61143 % ,远高于其相
应的愈伤组织 (27174 %) ,说明染色体的完整性与植株分化直接相关。J / L (9 Gy) 再生植株的
染色体结构变异类型与其愈伤组织相近 ,但具端着丝粒染色体和微小染色体的频率却明显高
于其相应的愈伤组织。典型的染色体变异类型见图版 Ⅲ124。
3 　讨 　论
利用低剂量γ射线辐照花粉是克服植物杂交不亲和性、促进远缘杂交的有效措施之
9　1 期 辐照花粉对普通小麦×窄颖赖草杂种的细胞学效应
图版 Ⅲ　普通小麦 ×窄颖赖草 (辐照花粉)杂种 (J / L (9 Gy)再生植株染色体变异
Plate Ⅲ. Chromosomal variation of regenerated plants f rom T riticum aestiv um
×L eym us angust us (irradiated pollen) hybrid (J / L (9 Gy) ) calli
11J / L (9 Gy)再生植株 ,2n = 63 ;2. J / L (9 Gy)再生植株 ,2n = 59 + m + 2t ;
3. J / L (9 Gy)再生植株 ,2n = 59 + 3t ;4. J / L (9 Gy)再生植株 ,2n = 58 + 2t + m + d + i
1. J / L (9 Gy) regenerated plants ,2n = 63 ;2. J / L (9 Gy) regenerated plants ,2n = 59 + m + 2t ;
3. J / L (9 Gy) egenerated plants ,2n = 59 + 3t ;4. J / L (9 Gy) regenerated plants ,2n = 58 + 2t + m + d + i
一[1～3 ] 。前文研究表明 ,利用 5～9 Gyγ射线辐照父本花粉明显提高了普通小麦 ×窄颖赖草杂
种幼胚获得率[3 ] 。本文对所得杂种进行的细胞学研究结果表明 ,辐照花粉增加了杂种愈伤组
织染色体数目变异幅度 ,增加了染色体结构变异类型和频率 ,有利于促进异源遗传物质转移。
利用低剂量γ射线辐照花粉可达到既克服杂交不亲和性 ,又通过促进染色体易位和重组而促
进异源遗传物质转移的双重效果。但值得注意的是 ,即使较低剂量的γ射线辐照花粉仍可使
其杂种幼胚的发育受到某种程度的影响。因此 ,在实践中应注意适宜辐照剂量的选择。
窄颖赖草具有优良的抗病性和抗逆性 ,其对大麦黄矮病免疫 ,引起人们的重视 ,但由于其
染色体倍性高 ,与小麦杂交虽可得到 F1 代 ,但回交及染色体加倍困难 ,限制了该材料的利
用[7 ] 。Plourde 等建议利用单儿茶酸处理降低其倍性后再利用 ,或利用原生质体融合的方法获
得后代 ,但未见进一步报道[9 ] 。利用射线辐照花粉是消减杂种染色体数目的可尝试的方法之
一。Pandey 和 Phung 用 100～1000 GyX射线辐照粘毛烟草 ( N icotiana gl utionosa)花粉授予普
通烟草 ( N . tabacum )获得的杂种一代中 ,受辐照父本染色体数得到不同程度的消减 ,极端的
情况表现为父本染色体全部消减或仅滞留 1～2 条染色体[8 ] 。本文结果表明 ,虽然使用的辐照
剂量较低 (9 Gy) ,杂种染色体数目仍有所减少。这种染色体有所减少的杂种能否改善回交效
果尚待研究。
参考文献 :
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and Applied Genetics , 1982 ,62 :295～300
CYTOLOGICAL EFFECTS OF POLL EN IRRADIATION ON
WHEAT×Leymus angustus Hybrids
L I Gui2ying 　WAN G Lin2qing 　SHI Jin2guo
( Instit ute f or A pplication of A tomic Energy , CA A S , Beiji ng 　100094)
ABSTRACT :Cytological effects of pollen irradiation on wheat ×Leymus angustus hybrids were
studied using callus clones and their derived plants of hybrid embryos as experimental materials.
The results showed that variation range of chromosome number ( VRCN) of hybrid callus clone
became wider afte poll ination with irradiated paternal pollen. VRCN of the control clone was 43
～64 , and 26～66 was found in 9 Gy treatment clone. The average chromosome number per cell
decreased by 419. Pollen irradiation enhanced chromosomal structural aberration( CSA) . The
CSA frequency was 45135 % in the control clone , and 77131 % in 9 Gy treatment clone. The
main CSA in the control clone was telocentric chromosome. Except for telocentric chromosomes ,
there were also minichromosomes in 9 Gy treatment clone with the similar frequency to telocen2
tric chromosomes. The higher frequency of dicentric and ring chromosomes and fragments in
9 Gy treatment showed that pollen irradiation enhanced chromosomal translocation and recombi2
nation.
Key words : T riticum aestiv um , L eym us angust us , Pollen irradiation , Wide hybrid , Cytological
effects
11Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
2000 ,14 (1) :6～11