全 文 ：第 22 卷　第 4 期　　　　　　　　　　　　　植　　　物　　　研　　　究 2002 年　10 月
Vol.22　No.4　　　　　　　　　　　BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH Oct., 　2002
来自山羊草的杀配子染色体(Aegilops cylindryca 2C)
对小黑麦减数分裂及花粉粒有丝分裂过程的影响
孙仲平　王占斌　徐香玲　李集临
(哈尔滨师范大学生物系 ,哈尔滨　150080)
摘　要　用来自柱穗山羊草的杀配子染色体 2C ,诱导六倍体 、八倍体小黑麦染色体的断裂 ,观察
杂种 F1 的减数分裂行为 ,在 PMCI 及 PMCII 后期观察到了大量的落后染色体 、染色体断片 、环状
染色体及桥 ,在二分孢子及四分孢子中有为数甚多的 、大小不一的微核 ,有的还形成多分孢子。在
对F 1花粉粒的有丝分裂观察中 ,未见分裂异常。由此推断杀配子染色体诱导染色体断裂可能不
发生在配子形成的有丝分裂过程。这与已有的报道不同。
关键词　杀配子染色体;八倍体小黑麦;六倍体小黑麦;减数分裂;花粉粒有丝分裂
THE EFFECT OF GAMETOCIDAL CHROMOSOME 2CDERIVED
FROM AEGILOPS CYLINDRYCA ON MEIOSIS AND
MITOSIS OF POLLEN GRAINS OF TRITICALE
SUN Zhong-ping　WANG Zhan-bin　XU Xiang-ling　LI Ji-lin　
(Department of Biology , Harbin Normal University , Harbin 150080)
Abstract　The gametocidal chromosome 2C , derived f rom Aegi lops cylindryca , was used to induce
rye chromosomes breaks in hexaploid and octoploid triticale.Observation of the meiosis of the hybrid
F1 , in anaphase I and II , they are fo rm a large number of lagging chromosomes , chromosome frag-
ments , ring chromosomes and chromosome bridges.In dispo res and tetraspores , there exist many mi-
cronucleus , some of the tetraspores form paraspo res.Observation of the mito tic process of the pollen
grains didn t show any abnormal phenomena.Therefore , I deduced that the gametocidal chromo-
somes exerting their gametocidal effect dose not occur in mitot ic process of pollen g rains , and this is
different from what has been reported.
Key words　gametocidal chromosome;octoploid triticale;hexaploid t riticale;meiosis;mitosis of pollen
grain
引言
杀配子 染色 体 2C 来源于 柱穗 山羊草
(Aegi lops cy lindryca),由于与小麦的同祖群 2 有
同源关系 ,因此称 2C[ 1] 。到目前为止 ,已发现的杀
配子染色体有 14种[ 2 ,3] ,据报道 ,当它们单体附加
本文为国家自然科学基金资助项目(No.39870417)
第一作者简介:孙仲平(1969-),女 ,博士生 ,研究方向为细胞遗传学。
收稿日期:2002-08-11
时 ,就会引起不含它们的配子中染色体畸变或配子
致死 。因此近年来 ,利用杀配子染色体诱导小麦染
色体或附加的外源染色体断裂 ,并诱导染色体易位
已被证实是一条切实可行的途径。
在所报道的对杀配子染色体(或基因 Gc)的利
用上 , 2C是利用得最为广泛的[ 4 ～ 15] 。利用该染色
体已成功地诱导小麦中附加的黑麦染色体的各种
畸变 ,且畸变频率极高[ 16] 。在对不同外源染色体
的诱导畸变方向上 ,有人认为与辐射诱变类似 ,无
一定的方向性[ 17] 。但与辐射诱变不同的是 ,它对
于黑麦的不同同祖群染色体的诱导频率又有一定
的差异性[ 18] ,这是目前许多学者们正致力于探索
的问题。
本实验通过用来自柱穗山羊草(Aegi lops
cy lindryca)的杀配子染色体 2C ,与八倍体小黑麦
(2n=56 , AABBDDRR)、六倍体小黑麦(2n=42 ,
AABBRR)杂交 ,由于八倍体 、六倍体小黑麦体细胞
中含有全套的黑麦染色体 ,本实验希望通过 2C诱
导染色体畸变 ,观察 2C 在诱导小麦中外源染色体
畸变的方向性 ,并通过对杂种 F1 的减数分裂分析 ,
探讨杀配子染色体诱导染色体畸变的作用时期 ,以
期为进一步了解杀配子染色体的作用机制提供一
些基础研究资料 。
1　材料与方法
1.1　材料
八倍体小黑麦“哈师 11”(2n=56 , AABBD-
DRR)、六倍体小黑麦“哈师 209”(2n =42 , AAB-
BRR)来自本实验室。
中国春 ———柱穗山羊草(Aegilops cy lindryca)
二体附加系 CS+2C″是本实验室从日本京都大学
引进 。
八倍体小黑麦“哈师 11” ×CS+2C″F 1 。
六倍体小黑麦“哈师 209” ×CS+2C″F1 。
1.2　方法
(1)杂交:分别以八倍体 、六倍体小麦黑为母
本 ,CS+2C″为父本 ,按常规法进行杂交 ,授以新鲜
花粉 。
(2)细胞学检测:对获得的杂种 F1 植株的花
粉母细胞的减数分裂行为进行镜检。于田间取幼
穗 ,取出花药 ,卡诺固定液中固定至少 5小时。1N
的HCl 60℃解离 8 分钟。希夫试剂染色 ,醋酸洋
红复染。
(3)花粉粒有丝分裂过程观察:于孕穗后期及
抽穗初期取出幼穗 ,作为花粉粒有丝分裂观察的材
料。处理方法同上 。
(4)制片:同常规 , 45%醋酸压片 ,液氮冷冻 ,
揭片 ,加拿大树胶封片。
(5)镜检:在 PLYMPUS BH -2 型显微镜下
镜检 ,照像。
2　实验结果
2.1　减数分裂分析
六倍体小黑麦与普通小麦杂交的杂种 F 1 ,理
论上染色体组成为 14″+7R′+7D′。本实验中观
察到杂种 F1 的 PMC 染色体组成极为复杂:中期
I ,六倍体小黑麦为母本的杂种后代单价体及多价
体数分别为 15.01%和 59%,较对照组高 ,二价体
数与对照组无显著差异 。后期 II ,完整的落后染色
体数显著低于对照组 ,但形成的桥及断片数明显增
多 ,在一个细胞中 ,桥最多可达 7个 。在四分孢子
中微核数变异范围为 2 ～ 14 ,平均为 4.02 ,花粉粒
中普遍存在微核(平均为 1.52个/微核),变异范围
为 0 ～ 6。八倍体小黑麦与普通小麦杂交的杂种 F1
染色体组成理论值为 21″+7R′。八倍体小黑麦与
普通小麦的杂种一代中单价体及多价体数均低于
对照组 ,分别为 7.95%和 48%。但在 PMC I 及
PMC II后期 ,观察到大量的落后染色体 、染色体断
片 、桥 、环状染色体等。在二分孢子及四分孢子中 ,
观察到大小不一的微核 , 有些微核较大(为 17.
8%),变异范围为 1 ～ 3 , 中等大小的微核为 44.
9%,变异范围为 1 ～ 4 ,小微核为 85.6%,变异范围
为 1 ～ 7。有的四分孢子中有极其多的微核 ,数量
可多达几十个 。在细胞质分裂过程中 ,有少量多分
孢子 。在早期的花粉粒中观察到有较多的微核存
在 ,平均可达 1.41。
2.2　花粉粒有丝分裂分析
本实验观察了六倍体 、八倍体小黑麦的杂种
F1 植株花粉粒的有丝分裂过程 ,看到有丝分裂过
程基本正常。在有丝分裂第一次分裂中期 ,并未看
到染色体断裂现象 ,后期染色体分离正常 ,有极少
数的染色体在后期形成断片及落后染色体。第二
次分裂过程正常 ,未见异常现象(详见图版)。在本
实验中 ,观察到了有个别花粉无内容物 ,为不育花
粉。
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表 1　八倍体小黑麦 、六倍体小黑麦×CS+2C″F1 减数分裂分析
Table 1　Analy sis on meiosis of F 1(hexaploid and octoploid triticale × CS+2C″)
组合类型
观察
细胞
总数
No.cells
observed
单价体
Univalent
二价体
Bivalent
多价体 Multivalent
三价体
Trivalent
四价体
Tetravalent
平均数
Mean
变异
范围
Range
平均数
Mean
环状二
价体数
Ring bivalent
棒状二
价体数
Rod bivalent
变异
范围 Range
平均数
Mean
变异
范围
Range
平均数
Mean
变异
范围
Range
1 39 7.95±2.21 4～ 12 19.63±0.78 16.32±0.10 3.31±0.66 17～ 24 0.32±0.04 0～ 3 0.16 0～ 1
2 43 9.5±2.54 1～ 7 19.24±0.18 15.99±0.25 3.25±0.23 17～ 23 0.40±0.07 0～ 3 0.17 0～ 1
3 81 15.01±0.27 12～ 21 13.36±0.26 9.98±017 3.38±0.09 12～ 14 0.43±0.12 0～ 6 0.16 0～ 1
4 30 14.9±0.30 12～ 20 13.55±0.28 10.05±0.23 3.50±0.07 11～ 15 0.39±0.01 0～ 3 0.14 0～ 1
　　1.(八倍体小黑麦×CS+2C″)F1;2.(八倍体小黑麦×CS)F1;3.(六倍体小黑麦(CS+2C″)F1;4.(六倍体小黑麦(CS)F1
表 2　F 1 后期 II 染色体桥 、断片及落后染色体及四分孢子中微核数比较
Table 2　Comparisons of the chromosomal bridges fragments and lagged chromosomes in F1
杂
交
组
合
后期 II 形成的各种染色体类型 Various chromosome aberrat ion formed in anaphase Ⅱ
桥 Bridge 断片 Fragment 落后染色体 Lagging chromosome
四分孢子中微核
Micronucleus
in tetraspores
花粉粒中微核
Micronucleus
in pollen g rains
细胞数
No.cells
observed
平均数
Mean
变异范围
Range
细胞数
No.cells
observed
平均数
Mean
变异范围
Range
细胞数
No.cells
observed
平均数
Mean
变异范围
Range
细胞数
No.cells
observed
平均数
Mean
变异范围
Range
细胞数
No.cells
observed
平均数
Mean
变异范围
Range
1 46 2.17 0～ 5 48 3.57 1～ 11 42 0.95 2～ 7 44 3.97 2～ 7 118 1.41 0～ 4
2 59 3.15 0～ 5 49 4.23 1～ 15 66 4.28 2～ 13 79 4.02 2～ 14 152 1.52 0～ 6
　　1.(八倍体小黑麦×CS+2C″)F1;2.(六倍体小黑麦(CS+2C″)F1
　　
3　讨　论
3.1　杀配子染色体的作用
据报道 ,杀配子染色体可诱导不含它的配子中
染色体断裂 ,从而在子代体细胞中形成各种形式的
染色体畸变 ,如缺失 、易位 、环状染色体 、双着丝点
染色体 、等臂染色体等 ,而在含有它的配子中 ,染色
体畸变的频率很低[ 2] 。本实验中 ,子一代减数分
裂的第一次及第二次分裂中期 ,观察到的染色体配
对及单价体数均与对照组不符 ,尤其在后期 I 及后
期 II均出现大量的染色体桥及断片 、落后染色体 、
微核 。两组杂交后代中 ,落后染色体数均低于对照
组 ,而桥及断片 、微核数则显著增高 ,其中微核可划
分为大 、中及小三类 。大量的桥与断片 ,一方面是
由于黑麦染色体与小麦染色体有部分同源性 ,可能
诱导普通小麦染色体配对发生错误;另一方面也不
能排除杀配子染色体在其中所起的作用 。后期大
小不一的染色体段片形成了大小不一的微核 ,在有
些细胞中的为数极多的微核(有的可达数十个)显
然与杀配子染色体的作用相关。
3.2　杀配子染色体诱导染色体断裂的时期探讨
关于杀配子染色体的作用机理问题 ,如杀配子
染色体诱导染色体断裂的具体时间 ,是在孢子体阶
段 ,还是在配子体阶段。有些学者认为是在配子体
形成过程中花粉粒的第一次及第二次有丝分裂过
程中 ,观察到大量的染色体断片[ 3] 。美国堪萨斯
州立大学的 Friebe , B.和 Gill , B.S.用普通小麦
的 2C单体附加系与四倍体的黑麦杂交 ,并对子一
代的体细胞进行细胞学检查 , 如果断裂只发生在
普通小麦染色体中 ,则杀配子染色体作用于配子形
成时期;如果染色体断裂在普通小麦和黑麦染色体
中 ,则证明杀配子染色体作用于孢子体阶段 。但至
今未见详细报道 。本实验中观察到的大量的桥及
断片 ,以及微核证明:杀配子染色体可能作用于减
数分裂过程中 ,与 Kynast RG , Friebe B , and Gill
BS.等的报道[ 3]不同 ,在花粉粒的二次有丝分裂过
程中 ,未见异常现象 ,而在减数第一次的中期 、后期
4814期　孙仲平等:来自山羊草的杀配子染色体(Aegilops cylindryca 2C)对小黑麦减数分裂及花粉粒有丝分裂过程的影响
却见到许多染色体单价体及桥 、断片 、落后染色体
等。为此我们推测杀配子染色体的作用时间可能
不是在配子形成时的有丝分裂过程中 ,这与报道结
果不同。
参　考　文　献
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图　版　说　明
　　小黑麦×A.cylindrica 杂种 F1 减数分裂分析:1 、
中期 I , 图示形成的单价体及二价体;2、 为减 I 后期 , 示
染色体断片和桥;3 、 5 为减 II 后期 , 示落后染色体和断
片及桥;4 、 6 二分孢子及四分孢子 , 示由落后染色体及
染色体断片形成的微核;7、 8 为花粉粒有丝第一次分裂
中期及后期 , 示正常分裂过程。
Explanation of plates
Analy sis on meiosis of the hybrid F1 of triticale×A.cy lin-
drica1:fig.1.in meta I , show univalent and bivalent chor-
mosomes formed.2.ana.I , show chromosome fragments and
bridges.3 , 5.in ana.I I , show lagging chromosomes ,
bridges and fragments.4 , 6.in dispo re and tetaspore , show
micronuleus.7 , 8.in mitotic meta- and anaphase of pollen
grains , show the normal mitotic process.
482 　　　　　　植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　22 卷