全 文 ：第 21 卷　第 1 期　　　　　　　　　　　　　植　　　物　　　研　　　究 2001年　1 月
Vol.21　No.1　　　　　　　　　　　BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH Jan., 　2001
小麦与禾草对称融合中杂种染色体组成与亲缘关系的初步探究
邢梅青1　夏光敏2　陈惠民2
(1.山东省实验中学 , 济南　250001)　(2.山东大学 , 济南　250100)
摘　要　采用 PEG 法诱导普通小麦的原生质体与新麦草 、无芒雀麦及韦氏雀麦等 3 种近缘或远
缘属间禾草的原生质体进行对称融合。对融合再生细胞系进行形态比较 、同工酶分析及 5S rDNA
间隔序列差异分析 ,以鉴定其杂种性质。对部分杂种细胞系进行了染色体组成的分析 ,就体细胞
杂种中小染色体及染色体断片的产生与异源核质的互作及亲缘远近的关系等问题进行了讨论 。
关键词　普通小麦;不同亲缘禾草;体细胞杂交;杂种染色体组成
PRELIMINARY STUDYON HYBRID CHROMOSOME COMPOSITION
AND RELATIONSHIP IN SYMMETRIC HYBRIDIZATION BETWEEN
TRITICUM AESTIVUM AND INTERGENERICGRASSES
XING Mei-qing1　XIA Guang-min2　CHEN Hui-min2
(1.Shandong Experimental High Middle School , Jinan 250001)
(2.Shandong University , Jinan 250100)
Abstract　The protoplasts of three intergeneric grasses (Psathyrostachys juncea , Bromus inerm is
and Bromus wil ldenowii Kunth)were fused with w heat(Tri ticum aestivum .Jinan 177 )proto-
plasts by PEG method respectively .The fusion products of w heat and g rasses were analy zed with
morphological inspection , isozyme analysis , 5S rDNA spacer sequence analysis.Parts of hybrid clones
were taken fo r chromosome examination.Different chromosome compositions in calli were found be-
tween the fusion combinations of dif ferent phylogenetical distance , while microchromosomes o r chro-
mosome fragments were alw ay s present.The reason for this result and the failure of plant regenera-
tion in this experiment is discussed.
Key words　Tri ticum aestivum ;Intergeneric grasses;Symmetric somatic hybridization;Hybrid
chromosome composition
　　植物体细胞杂交(原生质体融合)技术自七十年
代创立以来至今已取得重大进展 ,此种细胞工程技
术有可能克服远缘杂交不亲和性 ,有目的地创造出
新型种质 ,因而受到广泛的重视。近年来 ,我们开展
了小麦属间体细胞杂交的研究 ,通过不对称融合(用
辐射的方法处理禾草原生质体 ,然后与小麦原生质
体融合)的方法 ,相继获得小麦与高冰草 、小麦与簇
毛麦 、小麦与羊草等不对称体细胞杂种植株[ 1] 。在
不对称融合中发现 ,得到的杂种细胞中高频率地存
在染色体断片或小染色体[ 1～ 4] 。本研究通过小麦
与亲缘不同禾草的对称融合(不经辐射处理),对染
色体断片或小染色体的形成与异源核质的互作及亲
缘远近进行了初步探讨。
第一作者简介:邢梅青(1968-),女 ,中教一级(硕士),从事植物发育与细胞工程。教育部跨世纪人才基金资助。收稿日期:2000-9-20
1　材料与方法
1.1　材料来源　小麦品种为济南 177 ,原生质体来
自悬浮细胞(进行本实验时已继代 8年)。悬浮细胞
的培养及原生质体的制备方法见文献(Li ZY.et al ,
1992).
取新麦草(Psathyrostachys juncea)、无芒雀麦
(Bromus inerm is)、韦氏雀麦(Bromus wi lldenowii
K unth)(新麦草由山东省农科院品质资源所提供;
无芒雀麦及韦氏雀麦由山东农业大学提供)的幼胚
诱导产生的愈伤组织(进行本实验时已分别继代 3
年 、1年 、1年),诱导方法和培养基同小麦 ,以此为材
料用与小麦相同的酶液分离原生质体。
1.2　小麦与不同亲缘属禾草原生质体的融合及培
养
本实验进行了小麦与上述 3种亲缘远近不同属
禾草的原生质体融合 ,如下所示:
普 通 小 麦 济 南 177———小 麦 属———大 麦 族
(+)新麦草(新麦草属)———野麦亚族———大麦族
(+)无芒雀麦(雀麦属)———雀麦亚族———狐毛族
(+)韦氏雀麦(雀麦属)———雀麦亚族———狐毛族
分别取小麦与禾草的原生质体 ,按 1∶1的体积
比混合均匀 ,用 PEG法进行融合处理 ,然后在 P5培
养基中培养[ 5] 。以双亲原生质体单独培养或混合
培养作为对照。在对照及融合后再生的愈伤组织长
至直径大于 1mm 时 ,将其转至含 1mg/ L 2 ,4-D的
MB固体培养基上增殖 ,并进行分析。
1.3　融合再生愈伤组织的染色体分析
取对照及融合再生的愈伤组织用去壁低渗火焰
干燥法制片[ 6] ,观察细胞的染色体情况 。
2　结　果
2.1　小麦与不同亲缘属禾草融合产物的培养
新游离出的小麦原生质体体积较大 、透明 、内含
物较少 ,新麦草 、无芒雀麦及韦氏雀麦的原生质体体
积均较小 , 且内含物较多 ,分别与小麦原生质体较
易区别 。各组合经 PEG处理并培养 1天后 ,在倒置
显微镜下可以观察到部分细胞间界限消失的异源融
合体 。在第 2 ～ 3天细胞开始变形 ,再生壁 ,第 4 ～ 5
天出现第一次分裂 ,逐渐形成结构致密的胚性细胞
团 ,40 ～ 60天形成肉眼可见的小愈伤组织 。待融合
再生愈伤组织长到 1 ～ 1.5mm 大小时 ,将其挑出 ,置
于含 2.4 ～ D 1mg/ L 的 MB 固体培养基上增殖 ,每
10 ～ 12天继代一次。
2.2　杂种性质的鉴定
取继代 3个月左右的融合再生细胞系进行形态
比较 、同工酶分析 ,发现部分再生细胞系在酯酶酶
谱 、过氧化物同工酶酶谱上出现双亲特征带或新带
(图版 ,1)。对部分经表型和同工酶鉴定为杂种的再
生愈伤组织进行 5S rDNA 间隔序列差异分析(图版
2)[ 7] ,结果表明 ,分析的各细胞系都具有双亲部分
谱带或有新带 ,进一步确认了其杂种性质。鉴定结
果如下(只示出经鉴定为杂种的细胞系情况):
(Ⅰ)小麦(+)新麦草 wheat(+)P.juncea
杂种细胞系
编　　号
No.of hybrid clone
愈伤组织
形　　态
Calli morphology
同 工 酶 Isozyme
酯　酶
Easterase
过氧化物酶
Peroxidase
5S rDNA 间隔序列分析
5S rDNA spacer
sequence analy sis
1 M TN T —
2 M P T —
3 T P T P
7 T T P P
8 T T P —
9 M T P —
2.3　体细胞杂种的染色体分析
对各组合的部分杂种细胞系及亲本的染色体数
目及行为进行观察与比较 。
普通小麦济南 177(2n=42)愈伤组织经长期继
代培养 ,染色体数目变异较大 , 在所检查的细胞中
90%染色体数目在 22 ～ 28之间。各禾草的染色体
正常数目为:新麦草 2n=14;无芒雀麦 2n=28;韦氏
雀麦 2n=28。因长期继代培养 ,各禾草染色体数目
也变异较大。以下是各融合组合的染色体情况。
751 期　　　　　　　　邢梅青等:小麦与禾草对称融合中杂种染色体组成与亲缘关系的初步探究
　　(Ⅱ)小麦(+)韦氏雀麦 wheat(+)B .wil ldenowii kunth
杂种细胞系编号
No.of hybrid clone
愈伤组织形态
Calli morpholog y
酯酶同工酶
Easterase isozyme
5S rDNA间隔序列分析
5S rDNA spacer sequence analysis
1 M P P
2 M PN P
3 M P P
　　(Ⅲ)小麦(+)无芒雀麦 wheat(+)B .inermis
杂种细胞系
编　　号
No.of hybrid clone
愈伤组织
形 　　态
Calli morphology
同 工 酶 Isozyme
酯　酶
Easterase
过氧化物酶
Peroxidase
5S rDNA 间隔序列分析
5S rDNA spacer
sequence analy sis
4 M P T P
6 M T P —
8 T P T —
10 M T P —
11 T P T P
13 M P T P
14 T P T —
20 M P T —
　　 ＊M:中间型;T:小麦型;P:含双亲特征谱带;—:未分析;N:新带
M:middle type;T:w heat type;P:po ssesing bands of bo th parents;—:no t analysis;N:new band
Ⅰ.小麦(+)新麦草
表 1 小麦 、新麦草及融合再生杂种细胞系的染色体情况
Table 1 The chromosome composition of wheat , Psathyrostachys juncea and their fusion products
材　料
Materials
染色体数目主要分布范围
Main range of chromosome
含小染色体或断片的
细胞所占比例
Propo rtion of cells containing
microchr.or chr.fragments
小染色体或断片数目
The number of microch
romosomes and chromosome
fragments
亲　本 小麦Wheat 22 ～ 28 0 0
Parents 新麦草 P .juncea 20 ～ 28 0 0
杂种细胞系
No.of
hybrid clone
1 38 ～ 43 15.4% 1～ 2
2 26 ～ 32 12.5% 1～ 4
3 21 ～ 43 27.6% 1～ 2
7 36 ～ 53 9.1% 1～ 2
8 16 ～ 27 17.6% 1～ 2
　　由于亲本小麦和新麦草含断片的细胞极少 ,因
此融合再生细胞中的小染色体或断片的形成应是融
合引起的(图版 ,3)。
无芒雀麦细胞中含有体积大小不同的染色体 ,
它们中体积较小的染色体与小麦的染色体易于区
别。融合再生细胞系只有部分细胞含无芒雀麦的较
小染色体 ,而且数目比亲本无芒雀麦要少 ,说明细胞
融合后存在染色体排斥现象。和小麦与新麦草组合
一样融合后也产生了小染色体或断片(图版 ,4)。此
外在少数细胞中观察到染色体粘集现象 ,但频率不
高。
小麦与韦氏雀麦的染色体大小差别明显 ,小麦
的体积大 ,韦氏雀麦的体积小 。融合再生细胞系均
含有韦氏雀麦较小的染色体 ,并有染色体断片出现
76 　　　　　　植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　21 卷
(图版 ,5)。由于双亲含断片的细胞极少 ,说明融合 引起了杂种细胞染色体结构的改变 。
Ⅱ.小麦(+)无芒雀麦
表 2 小麦 、无芒雀麦及融合再生杂种细胞系的染色体情况
Table 2The chromosome composition of wheat , Bromus inermis and their fusion products
材　料
Materials
染色体数目主要分布范围
Main range of
chromosome
含小染色体或断片的
细胞所占比例
Propo rtion of cells containing
microchr.or chr.fragments
小染色体或断片数目
The number of microch
romosomes and chromosome
fragments
亲　本 小 麦Wheat 22 ～ 28 0 0
Parents 无芒雀麦 B .inermis 35 ～ 49 100% 2～ 8
杂种细胞系
No.of
hybrid clone
4 23 ～ 29 14.5% 1～ 4
6 19 ～ 27 12.4% 1～ 2
10 25 ～ 30 17.2% 1～ 4
13 23 ～ 32 20.3% 1～ 2
14 22 ～ 26 13.1% 1～ 2
Ⅲ.小麦(+)韦氏雀麦
表 3 小麦 、韦氏雀麦及融合再生杂种细胞系的染色体情况
Table 3 The chromosome composition of wheat , Bromus willdenowii kunth and their fusion products
材　料
Materials
染色体数目主要分布范围
Main range of chromosome
含小染色体或断片的
细胞所占比例
Propo rtion of cells containing
microchr.or chr.fragments
小染色体或断片数目
The number of microch
romosomes and chromosome
fragments
亲　本 小 麦 Wheat 22 ～ 28 0 0
Parents韦氏雀麦 B .willdenowii kunth 27 ～ 36 100% 1～ 4
杂种细胞系
No.of
hybrid clone
1 49 ～ 62 66.7% 1～ 6
2 47 ～ 64 61.7% 2～ 8
3 47 ～ 63 63.6% 2～ 8
3　讨　论
3.1　体细胞杂种的染色体数目变化
通过对所获得的部分对称融合再生细胞系进行
染色体检查 ,发现不同组合的再生细胞系 ,其染色体
数目的变化范围各不相同 。本实验中双亲亲缘关系
较近的组合小麦与新麦草的大多数融合再生细胞
系 ,其细胞中染色体数目主要分布在双亲染色体数
目和之间 ,只有个别细胞系染色体数目较少甚至少
于亲本自身。亲缘关系较远的组合小麦与无芒雀麦
其杂种细胞的染色体数目相对更少 ,更接近于染色
体数目较少的亲本小麦 ,而且有两个细胞系少于小
麦。前人在细胞融合工作中已见到过在远缘杂交中
染色体大量削减的现象 ,即原有染色体大量丢失 ,如
烟草(+)胡萝卜[ 8] 、水稻(+)胡萝卜 、大麦(+)胡
萝卜[ 9]等 。本实验中小麦(+)无芒雀麦也是如此 。
即使在亲缘关系较近的异属杂交小麦(+)新麦草中
也有染色体丢失 ,只是程度较低 。此种染色体丢失
的原因可能在于融合体中异源遗传物质的相似及可
协调性差 ,导致双方染色体分裂的异常或不同步 ,最
后引起染色体的丢失 。
然而异源核质的相互作用是很复杂的 ,在不同
基因型小麦及不同遗传基础的禾草之间存在着差
异。在本实验的小麦与韦氏雀麦的杂交组合中杂种
染色体数目接近双亲数目和 ,即丢失很少 ,尽管韦氏
雀麦和无芒雀麦一样都与小麦是不同族的。因此融
合中异源核质相互作用的机理最后只有依据在基因
水平上的分析才能得到较彻底的解决。
3.2　体细胞杂种染色体的结构变化
在小麦与不同亲缘属禾草的不对称体细胞杂交
771 期　　　　　　　　邢梅青等:小麦与禾草对称融合中杂种染色体组成与亲缘关系的初步探究
中 ,我们发现在杂种体细胞中均高频率地存在染色
体断片或小染色体。过去研究表明不对称体细胞杂
种中的染色体断片与射线对供体的作用有关 。然而
本实验对小麦与新麦草 、无芒雀麦及韦氏雀麦等 3
种不同亲缘关系的禾草进行对称体细胞杂交 ,也发
现不同程度地存在着染色体断片或小染色体 ,此外
在小麦与簇毛麦的对称融合中也出现同样现象(本
实验室周爱芬博士论文)。这只能用双亲细胞融合
后 ,在异源核质相互作用下核物质的不稳定来解释 。
在染色体工程来源的异质小麦及小偃麦 、小黑麦 、小
冰麦中也发现小染色体的存在[ 10 , 11] ,可能也是由同
一原因引起的。说明异源核质的相互作用对染色体
的排斥及染色体的断裂均有影响。与不对称体细胞
杂交的结果相比[ 1 ,3] ,对称杂种中染色体断片出现
的频率相对较低 。这表明射线照射确能提高染色体
断裂频率 ,用射线处理供体原生质体是促使染色体
削减和变异的有效手段。
3.3　染色体变异与杂种愈伤组织的分化
我们实验室在小麦与禾草近缘属间体细胞杂交
中发现 ,融合中出现再生能力互补现象 ,即再生植株
能力很低或丧失的双亲原生质体经融合后又可分化
出完整植株[ 3 ,5] 。但在实验中我们发现这种再生能
力互补的效应在互补程度上是有较大差异的 ,它与
亲本的染色体变异情况有关。过长的继代培养会导
致亲本染色体变异较大 ,丢失较多 ,从而引起双方互
补作用的削减或丧失 。本实验就是这样 。
由于染色体数目和结构的变化影响到小麦体细
胞杂种的发育 ,此问题值得进一步研究和探讨 。
参　考　文　献
1.夏光敏等.小麦与新麦草及高冰草属间不对称体细胞杂
交的植株再生 , 科学通报 , 1996 , 41(15)∶1423 ～ 1426
2.Xia GM , et al , Plant regeneration from intergeneric soma tic
hybridization between Triticum aestivum and Leym us chi-
nensis , Plant Science, 1996 , 102:197～ 203
3.周爱芬等.普通小麦与簇毛麦不对称体细胞杂交的研究 ,
中国科学(C辑), 1996 , 26(1)∶31～ 37
4.Xia GM , et al , Asymmetric somatic hybridization between
haploid common whea t and UV irradiated Haynaldia vil-
losa , Plant Science , 1998 , 137:217 ～ 223
5.夏光敏等.小麦悬浮细胞系的结构与原生质体植株再生 ,
生物工程学报 , 1995 , 11(1)∶63 ～ 66
6.张自立等.植物细胞和体细胞遗传学技术与原理 ,高等教
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7.周爱芬等.应用 5S rDNA 间隔序列分析鉴定体细胞杂
种 , 生物工程学报 , 1987 , 15(4)∶529 ～ 532
8.Dudits D.et al., T ransfer of resistance traits from carrot in-
to tobacco by asymmetric somatic hybridization:Regenera-
tio n of fertile plants , Plants , P roc, Natl.Acad.Sci.U.S.
A.1987 , 85∶8434 ～ 8438
9.Kisaka H.et al., P roduction and analy sis of plants that are
somatic hybrids of barley(Hordeum vulgare L)and carrot
(Daucus carotal L.).Theor Appl Genet , 1997 , 94:221 ～
226
10.Xu Qi , et al., Discovery of micromosomes in wheat and
their special behavion in meiosis.Chinese Science Bulletin ,
1997 , 42(24):2084 ～ 2087
11.Han Fangpu , et al., Variation of wheat grass chromosomes
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vealed by fluorescence in situ hybridization(FISH).Science
in China(Series C), 1998 , 41(4):367～ 371
图 　版　说　明
1.酯酶同工酶谱 , T:小麦 , B:无芒雀麦 , 2、3 、4 、13、14 、20:融
合再生细胞系 ,“ →” 示双亲特征带(4、13 、14 、20 为杂种)
2.5SrDNA 间隔序列分析 , T:小麦 , B:无芒雀麦 , 4、11 、13:融
合再生杂种细胞系 ,“ →” 示双亲特征带
3.小麦(+)新麦草融合再生杂种细胞系 No.2 染色体 , “ ←”
示染色体断片
4.小麦(+)无芒雀麦融合再生杂种细胞系 No.4 染色体 ,
“ ←”示体积较小的染色体
5.小麦(+)韦氏雀麦融合再生杂种细胞系 No.1 染色体 ,
“ ←”示体积较小的染色体 ,“ △”示染色体断片
Explanation of Plate
Plate 1.Easterase isozyme pattern , T:Wheat , B:Bromus in-
ermis , 2 、3 、4 、13、 14 、20:Regenerated clones after fusion ,
“ →” :Parental characteristic band(4、13 、14、20 w ere hybrids)
2.5S rDNA spacer sequence analysis , T:Wheat , B:Bromus
inermis , 4、 11 、13:Regenerated clones after fusion , “ →” :
Parental characteristic band
3.The chromosome set o f No.2 hybrid clone between wheat
and P.juncea , “ ←”:Chromosomal fragment
4.The chromosome set o f No.4 hybrid clone between wheat
and B.inermis , “ ←” :Smaller chromosome of B .inermis
5.The chromosome set o f No.1 hybrid clone between wheat
and B .willdenow ii kunth , “ ←”:Smaller chromosome , “ △” :
Chromosomal fragment
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