全 文 ：第 20 卷　第 1 期　　　　　　　　　植　　　物　　　研　　　究 2000 年　1 月
Vol.20　No.1　　　　　　　BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH Jan., 　2000
小麦 ph1b突变体与小黑麦杂交的细胞遗传学研究
郭长虹　石　锐　王同昌　李集临
(哈尔滨师范大学生物系 , 哈尔滨　150080)
摘　要　本文利用普通小麦品系“中国春”(对照)、中国春 ph 1b 突变体分别与八倍
体小黑麦 、六倍体小黑麦杂交 ,杂种 F1的减数分裂前期 Ⅰ染色体行为表现异常 ,中
期Ⅰ出现较多的单价体 、棒状二价体和多价体 ,在后期和末期出现落后染色体 、染色
体片断和微核。原因是 ph 1b基因的存在造成染色体联会机制紊乱 ,致使一些部分
同源染色体配对并发生互换 ,有可能在以后的世代产生染色体易位与基因重组 。
关键词　小麦;中国春 ph 1b突变体;小黑麦;部分同源染色体
CYTOLOGICAL ANALYSISON HYBRID
F1OF CROSSING COMMON WHEAT ph1b
MUTANT LINE WITH TRITICALE
GUO Chang-hong　SHI Rui　WANG Tong-chang 　LI Ji-lin
(Department of Bio logy , Harbin Normal University , Harbin　150080)
Abstract　Cy tolog ical irregulari ties w as observed during meiosis in hybrid F1 of cross-
ing common wheat ”Chinese Spring” ph1b mutant with octoploid or hexaploid triti-
cale.More univalents , heteromorphic bivalents and multivalents w ere observed in
PMC Ⅰ , and lagging chromosomes , chromosomal f ragments and micronuclei in
anaphase Ⅰ and telophaseⅠ .The disorder of chromosome synapsis resulted in homoeo-
logue pairing and exchanging , leading to t ranslocation and recombination betw een non-
homologous chromosomes.
Key words　Wheat;ph1b mutant;Tri ticale;Homoeologous chromosomes
早在 1957年Okamoto[ 1]首先发现普通小麦的 5B 染色体上有促进部分同源染色体(或
称同祖染色体)配对的基因位点 ,其后 Sears和 Okamoto[ 2] 及 Riley 和 Chapman[ 3]几乎同时
独立证明这一基因位于 5B 染色体的长臂上;1971年Wall等[ 4]测得该基因座位与着丝粒间
约有 50cM 遗传距离 ,并命名为 ph 基因 (promo tion of homoeologous pairing)。普通小麦在
收稿日期:1998-5-8
这个基因座位上是显性的等位基因 Ph ,它的主要作用是抑制部分同源染色体配对而允许同
源染色体正常配对。若 Ph 发生突变或缺失 ,在同近缘物种杂交时 ,则有少量部分同源染色
体发生配对 ,从而可能实现外源基因以易位方式转移到小麦中 。Sears[ 5]用χ射线处理普通
小麦品系“中国春”(Chinese Spring , CS),得到了 ph1b 突变体 ,并证明它具有较高的诱导部
分同源染色体配对的能力 。国内外许多学者利用 ph 1b突变体诱导部分同源染色体配对 ,
将近缘种属的有益基因导入到小麦中[ 6 ～ 8] 。本文应用 ph1b 突变体与小黑麦杂交 ,对杂种
F 1代进行细胞学分析 ,目的是进一步研究 Ph 基因对杂交后代变异产生的影响。
1　材料和方法
本实验所用材料中国春 、中国春 ph1b 突变体由中国农科院作物所提供;六倍体小黑麦
“广麦 74” 、“Rosner” ,八倍体小黑麦“89-323”均来自哈师大细胞遗传学研究室 。杂交按常
规方法进行。减数分裂材料于上午 9 ～ 10时取材 ,卡诺液(酒精:醋酸=3:1)固定并保存 ,铁
矾-苏木精染色 ,Dammar胶封片 ,Olympus BH-2型显微镜观察并摄影 。
2　结果分析
2.1　中国春 ph 1b突变体与八倍体小黑麦杂交后代减数分裂染色体行为
以八倍体小黑麦 89-323(AABBDDRR)为母本 ,与中国春 ph1b 突变体 (AABBDD)杂
交:F1 染色体组型为 AABBDDR ,减数分裂中期 Ⅰ的大部分细胞染色体构型为 21Ⅱ+7 Ⅰ ,
也有 1Ⅳ+19 Ⅱ+7Ⅰ ,18Ⅱ+13Ⅰ ,1Ⅲ+18Ⅱ+10Ⅰ ,1Ⅲ+1 Ⅵ +17Ⅱ+6Ⅰ等细胞类型 F1
减数分裂中期Ⅰ细胞单价体数平均为 6.89 ,有许多细胞的单价体数多于 7 个。每个细胞的
二价体数平均为 20.70 ,低于理论值 21。每个细胞的多价体数平均为 0.25 ,其中三价体最
为常见(图版 1),也观察到四价体及三价体与四价体并存的细胞 。将 F1多价体频率与对照
(89 ～ 323×中国春)进行了 t 值检验 ,差异显著。说明中国春 ph1b 突变体诱导部分同源配
对的能力显著地高于对照 。
表1　八倍体小黑麦 89 ～ 323 与中国春及中国春 ph1b 突变体的杂种 F1花粉母细胞减
数分裂中期Ⅰ染色体构型
Table 1　Chromosome configurations at MⅠ in PMCs of hybrid F1 crossing octoploid
triticale with CS and CS ph1b mutant.
杂交组合
Combinations
单价体 Univalent 二价体 Bivalent 多价体 Multivalen t
观察
细胞数
No.cells
observed
平均
Average
观察
细胞数
No.cells
observed
平均
Average
环状
Ring
棒状
Rod
观察
细胞数
No.cells
observed
三价体
Trivalent
四价体
Tetra-
valent
一个三价
体和一个
四价体
1
+1
合计
Total
89～ 323×
CS(ph1b)
74 6.89
(5～ 10)
74 20.70
(17～ 21)
17.53
(12～ 19)
3.18
(2～ 10)
132 0.15
(0～ 1)
0.07
(0～ 1)
0.02
(0～ 1)
0.25＊
98～ 323
×CS
62 7.37
(6～ 14)
62 20.61
(16～ 21)
17.98
(11～ 19)
2.63
(1～ 7)
154 0.01
(0～ 1)
0.04
(0～ 1)
—
0.15
　　＊ t=2.147 , 1.960100 植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　20 卷
2.2　中国春 ph1b突变体与六倍体小黑麦杂交后代减数分裂染色体行为
以六倍体小黑麦广麦 74 、Rosner(AABBRR)为母体 ,与中国春 ph 1b 突变体(AABBDD)
杂交:F1染色体组型为 AABBDR ,F1减数分裂中期Ⅰ染色体组型基本为 14 Ⅱ+14 Ⅰ ,有 12
Ⅱ+18Ⅰ 、3Ⅱ+16Ⅰ 、1Ⅲ+13Ⅱ+13Ⅰ 、1Ⅳ+13Ⅱ+12 Ⅰ等细胞类型出现。以广麦 74为
母本 ,中国春 phlb突变体为父本的杂种 F1 ,每个花粉母细胞的单价体平均数为 14.52 ,略高
于对照 ,最高达 18个;每个细胞的二价体数平均为 13.51 ,略低于对照值 ,最少为 12个。以
Rosner为母本 、中国春 phlb 突变体为父本的杂种 F1 ,每个花粉母细胞单价体数平均为 14.
30 ,二价体数每细胞平均为 13.55。各组合均有多价体出现 ,以 phlb 突变体为父本的组合
其多价体出现频率要显著高于对照 ,其中以三价体出现的频率最高(图版 4),有的细胞同时
出现 2个三价体 ,也看到一定频率的四价体(图版 3),有的细胞同时出现 2个四价体(图版
2)、也有三价体与四价体并存和五价体的细胞 。
表 2　六倍体小黑麦广麦 74与中国春及中国春 ph1b 突变体的杂种 F1 花粉母细胞减
数分裂中期 Ⅰ染色体构型
Table 2　Chromosome configuration at MⅠ in PMCs of hybrid F1 crossing hexaploid
triticale l ine , Guangmai 74 with CS and CS(ph1b).
杂交组合
Combinations
单价体 Univalent 二价体 Bivalent 多价体 Multivalen t
观察
细胞数
No.cells
observed
平均
Average
观察
细胞数
No.cells
observed
平均
Average
环状
Ring
棒状
Rod
观察
细胞数
No.cells
observed
三价体
Tri-
val-
ent
四价体
Tet-
rava-
lent
一个三价
体与一个
四价体
1
+1
五价体
Quinqu-
ivalent
合计
Total
89～ 323×
CS(ph1b)
86 14.12
(8～ 18)
86 13.63
(12～ 15)
9.73
(5～ 13)
3.90
(1～ 7)
158 0.22
(0～ 2)
0.06
(0～ 2)
0.03
(0～ 1)
0.01
(0～ 1)
0.36＊＊
98～ 323
×CS
79 14.52
(10～ 18)
79 13.51
(12～ 15)
10.19
(6～ 14)
3.32
(1～ 7)
173 0.15
(0～ 2)
0.04
(0～ 1)
0 0
0.19
　　 ＊＊ t=3.526 , t>2.576 , 差异极显著.t0.01=2.576
表 3　六倍体小黑麦 Rosner与中国春及中国春 ph1b 突变体的杂种 F1花粉母细胞减
数分裂中期 Ⅰ染色体构型
Table 3　Chromosome configurations at MⅠ in PMCs of hybrid F1 crossing hexaploid
triticale line , Rosner with common wheat , CS and CS(ph1b)
杂交组合
Combinations
单价体 Univalent 二价体 Bivalent 多价体 Multivalen t
观察
细胞数
No.cells
observed
平均
Average
观察
细胞数
No.cells
observed
平均
Average
环状
Ring
棒状
Rod
观察
细胞数
No.cells
observed
三价体
T riva-
lent
四价体
Tetra-
valent
一个三价
体和一个
四价体
1 +1
合计
Total
Rosner×
CS(ph1b)
68 14.30
(10～ 18)
68 13.55
(12～ 15)
9.58
(8～ 14)
3.97
(0～ 6)
175 0.18
(0～ 2)
0.11
(0～ 2)
0.03
(0～ 1)
0.34＊＊
Rosner×CS 81 14.89(8～ 18)
81 13.40
(12～ 15)
10.12
(6～ 14)
3.37
(0～ 8)
180 0.12
(0～ 1)
0.04
(0～ 2)
0
0.16
　　＊＊ t=4.030 , t >2.576 , 差异极显著.t0.01=2.576
1011 期　　　　　　　　郭长虹等:小麦 ph1b 突变体与小黑麦杂交的细胞遗传学研究
以上各组合 F 1减数分裂行为均不正常 ,中期 Ⅰ除看到多价体以外 ,还看到次级联会及
二价体提前分离等现象 ,后期 Ⅰ看到染色体桥及大量落后的单价体 ,后期Ⅱ看到不同步分裂
现象 ,末期 Ⅱ看到多极分裂 ,大量带微核的四分孢子 、五分孢子等现象 (图版.5.6)。
3　讨　论
Feldman[ 9]认为 , ph 基因有剂量效应 ,6份剂量的 ph 基因导致三价体数明显高于对照;
Yacobi
[ 14]等也报导 ,具 2-6份剂量的 ph 基因引起高频率的二价体互锁 ,而在 1个剂量时 ,
也引起不超过 3个的部分同源二价体互锁;Morris[ 11] 、梁学礼[ 12] 分别报导 , ph 基因突变体
在小麦品种间杂交也可能由于部分同源配对而产生重组 。我们分别用中国春 phlb 突变体
与六倍体 、八倍体小黑麦进行杂交 ,实验结果表明:中国春 phlb突变体诱导部分同源染色体
配对的能力显著地高于对照。说明 phlb 突变体对部分同源染色体的配对有一定的促进作
用。可以通过 ph 1b基因诱导部分同源染色体配对产生易位 ,将外源有益基因导入到小麦
中。在实验观察中 ,经常看到减数分裂中期Ⅰ单价体数高于理论值 ,二价体数低于理论值的
现象 ,原因可能是杂交组合 F 1存在着单倍染色体组(R或 D)。由于单价体分离不正常 ,有
可能影响 A 、B组的某些同源染色体的正常联会 ,或联会提前消失 ,致使单价体数增加 ,二价
体数减少 。在减数分裂末期Ⅱ看到有大量的微核存在于四分孢子中 ,并看到多分孢子等现
象 ,微核可能是染色体断片或落后的染色单体形成的 ,多分孢子是由于纺缍体的定向发生异
常 ,出现多极 ,使后期 Ⅱ染色体的分配出现紊乱所致。
参　　考　　文　　献
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2.Sears RE , Okamoto M , I ntergenomic chromosome relationships in hexaploid wheat.In:P roc 10th Intl Congr
Genet , 1958 , Vol.2:258 ～ 259
3.Riley R , Chapman V , Genetic control of the cy tologically diploid behaviour of hexaploid whea t.Nature(Lon-
don), 1958 , 182:713 ～ 715
4.Wall MA , Riley R, Gale DM , The position of a locus on chromosome 5B of T riticum aestivum affecting ho-
moeologous meio tic pairing.Genet Res Camb , 1971 , 18:329 ～ 339
5.Sears RE , An induced mutant with homoeolog ous pairing in common whea t.Can J Genet Cy tol , 1977 , 19:
585 ～ 593
6.樊路 , 韩敬花等.ph1b 基因在普通小麦与 Ae.ovata (T.ovatum)杂交中的作用。作物学报 , 1992 ,
2:107 ～ 110
7.姚景侠等.Ph 基因对小麦与黑麦杂种减数分裂染色体联会的影响 , 遗传 , 1986 , 8(1):11～ 13
8.Sears RE , 1984.Mutations in whea t that raise the level of meiotic chromosome pairing.In:Gustafson PJ
(ed)Gene manipulation in plant improvement.Stadler Genetics Symposium , 16th P lenum Press.New York ,
1984
9.Feldman M , The effect of chromosomes 5B , 5D and 5A on chramosomal pairing in T riticum aestivum.P roc
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wheat , 1.Hexaploid wheat.Chromosoma , 1985 , 91:347～ 354
11.Morris R et al.Seiken ziho , 1971 , 22:33 ～ 37
12.梁学礼.植物遗传学.北京:北京农业大学出版社 , 1982
102 植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　20 卷
图　　版　　说　　明
⑴ 89 ～ 323×ph 1b 突变体的杂种 F1 的减数分裂 M Ⅰ期 , 示三价体;⑵广麦 74×ph1b突变体 , 示二个四
价体;⑶ Rosner×ph1 b 突变体 , 示四价体;⑷ Rosner×ph 1b 突变体 , 示三价体;⑸广麦 74×ph1b 突变
体 , 末期Ⅱ微核;⑹ 89-323×ph1b 突变体 , 后期Ⅰ 落后单价体.
Explanation of the plates
⑴ shiw ing one of trivalent chromosome in PMC of F1 of 89 ～ 323×ph1b mutant;(2)Guangmai 74×ph1b
mutant , show ing two tetrav alents;(3)Rosner×ph1b mutant , showing one tetravalent;(4)Rosner×ph1b
mutant , showing one triv alent;(5)Guangmai74×ph1 b mutant , show ing micronuclei at telophaseⅡ;(6)89～
323×ph 1b mutant , show ing lagging chromosomes at anaphaseⅠ .
1031 期　　　　　　　　郭长虹等:小麦 ph1b 突变体与小黑麦杂交的细胞遗传学研究