全 文 ：园 艺 学 报 2008，35(9)：1285—1290
Aeta Horticuhurae Siniea
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大白菜初级三体的配子形成及传递率研究
申书兴 一，侯喜林 ，罗双霞
( 南京农业大学园艺学院，作物遗传与种质资源创新国家重点实验室，南京210095； 河北农业大学园艺学院，河北
保定071001)
摘 要：大白菜三体的 n+1配子传递率，是利用三体进行遗传分析的重要参数。以大白菜初级三体系
为亲本，分别与二倍体正反交，测定 n+1雌雄配子传递率，并对各三体雄配子形成过程中染色体的减数分
裂行为及花粉特性进行了观察分析。研究结果表明：大白菜初级三体系除 10号三体 (Tri—l0)外，其他三
体均能通过 n+1雌雄配子传递，但传递率在不同三体间以及雌雄配子间有差异。各三体在雄配子形成过程
中，染色体的减数分裂行为从三价体的形成到后期 I、后期 Ⅱ的分离等方面都存在异常，这些共同影响
n+1雄配子的传递率。
关键词：大白菜；初级三体；染色体；传递率
中图分类号：S 634．1 文献标识码：A 文章编号：0513—353X (2008)09—1285-06
Studies on the Gamete Formation and Transmission Rate of a Set of Primary
Trisomics in Chinese Cabbage
SHEN Shu—xing ’!
． H0U Xi．1in ，and LUO Shuang．xia
(’State Key Laborator) of Crop Genet&s and Germplasm Enhancement，College of Horticulture，Nanjing Agricuhral University，
Nangjing 210095，China；!College ofHorticulture，Hebei Agricultural University，Banding，Hebei 071001，China)
Abstract：Transmission rate of n+1 gametes is an impo~ant parameter for genetic analysis of trisomics．
The transmission rate of n+1 gametes was identifed by analyzing the progenies of a set of primary trisomics in
Chinese cabbage reciprocal crossing with diploid respectively．The chromosome behaviors of each trisomics
during meiotic divisions were studied．The results showed that n+1 female and male gametes of the trisomics
could transmitted except of Tri一10，whereas transmission rate among vaHous trisomics were different．The main
influencing factor on n+1 male gamete transmission rate were the trivalent formation and abnormal chromo-
some segregation at anaphase I and 1I during meiotic divisions of each trisomics．
Key words：Chinese cabbage；primary trisomics；chromosome；transmission rate
大白菜初级三体系的传递率测定及其雌雄配子形成的细胞学研究是对其进行繁殖保存和进行基因
定位等工作的必要基础。国内外研究者通过多年的努力，在玉米、水稻、大麦、黑麦、大豆、番茄、
甜菜、谷子、棉花等作物中已选育出成套或部分三体，并对其额外染色体在减数分裂过程中的行为及
传递率进行了详细研究。已有报道表明：不同作物或不同基因型或不同染色体的初级三体的传递率不
同，n+1雌配子传递率高于 n+l雄配子传递率，甚至有的作物的初级三体不能通过雄配子传递。本
研究的目的是在获得大白菜成套初级三体系的基础上 (申书兴 等，2006)，对各初级三体的雌雄配
子传递率进行测定，并从雄配子形成过程中的染色体行为、雄配子染色体组成、花粉特性等方面，对
各三体的雄配子传递率的差异原因进行系统研究，为进一步开展大白菜细胞学、基因定位、基因图谱
收稿日期：2008—03—19；修回日期：2008—07—14
基金项目：国家自然科学基金项目 (30270915，30471182)；河北省自然科学基金项目 (C200400036)
}通讯作者Author for corespondence(E—mail：hxl@njau．edu．en)
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1286 园 艺 学 报
构建、染色体工程等研究奠定基础。
1 材料与方法
试材为从同源四倍体大白菜 9405自交系的小孢子植株中鉴定出的初级三体系 (Tri-1～Tri-10)
和二倍体自交不亲和系冠291的无性繁殖试管苗。于2002-2006年，每年 12月将试材接种到生根培
养基 (1／2MS+0．1 mg·L NAA+3％蔗糖 +0．7％琼脂)，1月份待根长达 1～2 cm时移栽到阳畦，
进行低温春化，3月定植到露地，常规管理。
结籽率的测定：采用蕾期去雄，蕾期授粉法，以初级三体系为亲本分别与二倍体自交不亲和系冠
291进行正反交，以冠291蕾期自交为对照。待种荚成熟后，各组合分别取种荚，统计种子数和胎座
数，求得该组合的结籽率 (种子数／胎座数 ×100％)。
雌雄配子传递率的测定：将以上各组合所得种子于 12月底播种到温室内进行育苗和低温春化，
3月初定植。开花初期上午9：00—11：00卡诺固定液 (95％酒精：冰醋酸 =3：1)固定单株花序，固定
48 h以上，再换到70％乙醇内在冰箱中保存。常规压片，丙酸一铁一水合三氯乙醛一苏木精染色，依据
减数分裂终变期、中期 I染色体联会特征和后期 I、后期 Ⅱ的染色体数的鉴定，统计二倍体、三体株
数，并计算各初级三体与二倍体杂交后代三体株数占该组合总株数的百分率即为 I1+1配子的传递率。
初级三体减数分裂的观察：在大白菜开花盛期，于上午9：00—11：00期间，用卡诺固定液固定
幼小花序48 h以上，然后换到70％乙醇中，置于4℃冰箱中保存。每个试材固定4～5株，每株7～8
个花序。丙酸一铁一水合三氯乙醛一苏木精染色，常规压片，于Olympus BH-2显微镜下观察并照相。
观察、记录各个材料终变期及中期 I出现的单价体、三价体数，后期 1分到两极的染色体数，后期Ⅱ
分配到四极的染色体数。
花粉特征特性的研究：于盛花期上午9：00左右，从套袋的花序中采集当天新开花的花粉。将新
鲜的花粉直接撒在载玻片上，在40倍物镜下随机观察，记录畸形花粉数和正常花粉数，统计正常花
粉所占比例。用 rITrC(2，3，5一氯化三苯基四氮唑)染色法测定花粉活力。
2 结果与分析
2．1 初级三体系的结籽率
除 l0号染色体即随体染色体的初级三体 Tri-l0正反交结籽率为零外，其他组合均能结籽，但均
比二倍体白交结籽率 (52．34％)低。从表 1中看出，以初级三体为父本时结籽率都高于其为母本时
表1 初级三体系的结籽率及n+1雌、雄配子传递率
Table 1 Seeding set and female or male transmision rate of extra chromo~me in the primary trisomics
()中为种子数／胎座数； ()中为2n+l植株数／鉴定的总株数。
()were number of seed／number of placenta； ()were number of 2n+1 plant／number of identifed plant．
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9期 申书兴等：大白菜初级三体的配子形成及传递率研究
结籽率，这表明初级三体为母本时不正常的雌配子对结籽率的影响较大；初级三体为父本时，尽管也
有不正常的雄配子，但还有较多的正常雄配子 (n配子)参与受精，致使受到的影响相对较小，结籽
率较高。从表 1中还可看出，不同初级三体的结籽率也有差异，说明附加的染色体不同，对结籽率的
影响也不同。
2．2 初级三体系的n+1雌雄配子传递率
除 Tri．10因不能结籽无法传递后代外，其余各初级三体的额外染色体均能通过雌、雄配子传递给
后代 (表 1)。
不同三体的传递率存在明显差异；相同三体的n+1雌配子传递率均高于n+1雄配子传递率；并
非同一初级三体 n+1雌配子传递率高，n+1雄配子传递率也高。
2．3 初级三体减数分裂过程观察
2．3．1 终变期染色体的联会方式
在减数分裂终变期，观察到额外染色体的联会有三种类型，其一为额外染色体与同源染色体联会
成三价体，即9Ⅱ+1Ⅲ (图版，1)；其二为额外染色体不联会而自成单价体，形成 lOⅡ+1 I (图
版，2)；其三为三条同源染色体为单价体，即9Ⅱ+3 I (图版，3)。对各个初级三体在终变期染色
体联会情况统计可以看出 (表2)，平均52．70％细胞内各初级三体的额外染色体以单价体形式存在；
平均47．39％细胞内以三价体形式存在。不同三体间有差异，有的达到显著水平。还可看出，三价体
频率的高低与染色体大小没有直接关系。
表2 不同初级三体在终变期、中期 I的染色体联会
Table 2 Associations of chromosomes at diakinesis and metaphase I in trisomics
2．3．2 中期 I的联会方式
中期 I，额外染色体仍以三价体和单价体两种形式存在 (图版，4～6)，自成单价体的多数不排
列在赤道面上。
从表 2可以看出：中期 I三价体形成的频率比单价体的频率低，而且，每个初级三体的单价体频
率都比终变期高，这是由于在终变期与同源染色体联会成三价体的额外染色体，到中期 I，有的因和
二价体联会松散而成单价体所致。
2．3．3 后期 I染色体分 离的不均衡性
在后期 I，由于三价体或单价体向两极分离的不均性或单价体的不正常分离，导致后期 I细胞两
极的染色体数不均衡或有落后染色体。后期I染色体的分离方式有 10．11，10．1—10，9—12(图版，7～9)，
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园 艺 学 报 35卷
10．1—11．10—12，11-11，10—2—10，10．10，9-1．11，其中 10—11分离占比例最大 (表3)。将中期 I出现
三价体的细胞频率与后期 I出现 10．1 1分离的细胞频率进行相关分析，相关系数r：0．242，二者之间
有一定的正相关关系，但未达到显著水平。
2．3．4 后期 Ⅱ染 色体分离的不均衡性
后期 Ⅱ的分裂方式更加多样化，除了较高频率的 10．10—11—11分离 (图版，10)，还有不同频率
的9．10．1 1．1 1(图版，11)，9．10—11—12(图版，l2)，l0-10-10—11，9—10-10-11，10—10—10—12，10-11·
11—1l。1O一10—10．10，9—10．10．12，9-9．11．11，9-9—11．13，9—10—10．10等不正常分离，具体分离频率见
表3。对后期 I呈 10．1 1分离的频率与后期Ⅱ呈 l0．10．1 1．11分离的频率进行相关分析，所得相关系数
r=0．851，P=0．002，二者的相关关系显著。但后期 I呈10．11分离的频率比后期Ⅱ呈10—10—11-11分
离的频率高，这是由于后期 I呈 10．11分离的细胞有相当一部分呈现 10-10—11—11以外的分离方式。
表3 不同初级三体后期 I和后期Ⅱ染色体分离方式与频率
Table 3 Separation typc and its frequency of chromosomes at anaphase I．Ⅱof trisomics
对后期 Ⅱ每一极的染色体数进行统计可知
(表4)，染色体数主要为 10或 1 1条，还有少量
为9条、12条、13条。
对由后期 Ⅱ推测出的染色体数为 11的小孢子
频率与 n+1雄配子传递率作相关分析，r=
0．472，二者相关不显著。
从终变期、中期 I到后期 I、后期 Ⅱ染色体
的分离规律及后期 Ⅱ每极的染色体数分布来看，
各个三体均发生了染色体落后、染色体分布不均
等异常现象。这些现象都会不同程度的降低各个
三体的传递率。
2．4 初级三体的花粉整齐度和生活力比较
以二倍体为对照，对三体植株的花粉进行了
观察，Tri一1至Tri-10花粉整齐度分别为70．77％、
83．63％ 、87．22％ 、50．82％ 、92．91％ 、51．52％ 、
表 4
Table 4
不同初级三体株系后期I每极的染色体数分布
Distribution of every pole’S chromosome number
of trisomics at anaphase I1
76．40％、88．65％、89．41％、0，除 5号三体花粉整齐度与二倍体相近外，其余均低于二倍体
(94．20％)，且达到了极显著水平。
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9 期 申书兴 等 ： 大 白菜初级 三 体 的配 子形成 及传递 率研究 1289
T ri一 1 至 T ri一 10 各 三 体 的 花 粉 生 活 力 分 别 为 68． 67％ 、 70 ． 67％ 、 83 ． 9 1％ 、 36． 26％ 、 89 ． 64 、
74 ． 59 、 70． 03 、 90． 4 8、 94 ． 90 、 0 ， 除 10 号 三 体无 花粉 外 ， 各三 体花 粉 活 力都低 于 二 倍体 花 粉 活 力
(98． 93 ％ )， 花粉活力最低 的为 4 号 三 体 。 这说 明三 体的额外染 色体 的附加效应造成 了花粉生 活 力 的
下 降 。 将花粉活力与传递率作相关分析 ， 二 者呈 显 著的正 相关关系 ， 相关 系数 r = 0． 687 。
图版说 明 ： 1 ． 三 体终变期 ． f示 三 价体 ； 2 ． 三 体终变期 ． f示单价体 ； 3 ． 三 体终变期 ， f示 单价体 ； 4 ． 三 体中期 I 。 T 示 V 字 三
价体 ； 5 ． 三 体中期 I ． t示 3 个单价体 ： 6 ． 三 体中期 I ， T 示单价体 ； 7 ． 三 体后 期 I ， 10 一 11 分离 ； 8． 三 体后 期 I ， 10 ． 1 ． 10 分 离 ；
9 ． 三 体后期I， 9 - 12 分离 ； 10 ． 三 体后 期Ⅱ， lO — lO ． 11 ． 1 1 分离 ； 11 ． 三 体后 期Ⅱ， 9 — 10 — 1 1 — 1 1 分离 ； 12 ． 三 体后期Ⅱ， 9 ． 10 ． 1 1 ． 12 分离 。
E xpiation ofplates： 1 ． A tdiakinesis ， 1 indicates trivalent； 2 ． A t diakinesis ， 1 indicates univalen t； 3 ． A t diakinesis ， T indicates univalent；
4 ． A tm etaphase I ， T indicates V type tfivalen t； 5 ． A tm etaphase I ， findicates three u nivalent； 6 ． A t m etaphase I ． T indicates univalent；
7 ． A tanaphase I ， separation of10— 1 1 ；8． A tan aphase I ， separation of10 ? 1 — 10 ；9 ． A tanaphase I ， separation of9 - 12 ； 10 ． A tanaphase II ，
separation of 10 — 10 - ll— ll； 1 1 ． A t anaphase 1I ， se par ation of9 - 10 — 1 1 - l】； 12 ． A t anaphase II ， separ ation of9 - 10 — 1 l- 12 ．
?
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3 讨论
据报道，在二倍体植物中，FI+1配子主要通过雌配子传递，很少或不能通过花粉传递 (Dong et
a1．，2001)，如在水稻初级三体中，1号、2号、3号、4号和7号三体通过花粉的传递率均为零，其
它各三体也都明显地低于其雌配子 (谢国生 等，2001)。本研究中，各初级三体的 1+1配子通过雄
配子的传递率也大多明显低于其雌配子的传递率，但每个三体都能通过雄配子进行传递，这一点对于
大白菜雄性不育基因的染色体定位是十分有利的。大白菜除 10号三体外，其它三体的n+1雄配子都
有传递力，这一点进一步说明大白菜对附加染色体即染色体组的不平衡性忍耐力强，大白菜可能是经
过次级多倍化进化而来。
一 般认为三体传递率的高低与减数分裂时额外染色体的联会方式有一定关系。在减数分裂终变期
和中期 I形成三价体的频率越高，额外染色体丢失的机会就越小，n+1雄配子的传递率也应越高。
本试验观察到的大白菜三体的三价体频率与其传递率的关系不符合这一推测。这与胡保民等 (1996)
研究陆地棉三体的传递率时的发现一样。另外，还有人认为，染色体越长，传递率越大。因为染色体
越长越容易联会成三价体，额外染色体被遗弃的可能性越小，于是 n+1配子数越多，其结果是额外
染色体的传递率越大。但是，我们在本研究中并没发现这种现象，反而发现有的小染色体的 n+1配
子传递率高。因此，传递率与减数分裂过程中染色体的行为不能单用三价体的频率来解释，还要考虑
减数分裂其他时期染色体的行为。
一 般认为三体形成染色体数为1 1的小孢子频率越高，三体的传递率也越高。但本研究结果并非
如此，例如大白菜 -4与Tri-5相比，虽然 Tri-4形成的染色体数为 ll的小孢子的频率高于Tri-5，但
其额外染色体的传递率却低于Tri-5，究其原因可能为：Tri-4形成的染色体数为 1 1的小孢子的频率虽
高，但活力低，参与受精的能力差，最终只有很少的染色体数为 11的小孢子能参与受精，其 n+1雄
配子的传递率就低；而Tri-5形成的染色体数为 1 1的小孢子的频率虽低，但活力高，参与受精的能力
强，其 n+1雄配子的传递率就高。由此可见，三体减数分裂过程中染色体的行为与三体的传递率之
间没有明显的直接因果关系，其原因是三体的传递率还受到雄配子体发育、授粉受精时非整倍体配子
的淘汰率、从胚发生一直到种子发芽的各阶段中非整倍体合子或胚的死亡率以及环境条件等诸多因素
的影响。实际观察到的传递率是众多因素综合作用的结果。
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