全 文 ：第 17 卷 第 4 期
Vol. 17 No . 4
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2009 年 7 月
Jul. 2009
中国春小麦偃麦草易位系的创制与鉴定
刘凤歧1 , 张月学1, 唐凤兰1 , 李集临2 , 徐香玲2
( 1. 黑龙江省农业科学院草业研究所, 黑龙江 哈尔滨 150086;
2. 哈尔滨师范大学生命与环境科学学院生物系, 黑龙江 哈尔滨 150025)
摘要:利用杀配子染色体创制易位系的方法, 以 中国春小麦( T r iticum aestiv um L . )长穗偃麦草( Ely tr igia re
p ens ) ( 2E)异二体附加系为母本与 中国春小麦柱穗山羊草( A e. cy l indr ical) ( 2C)异二体附加系为父本杂交,创制
中国春小麦偃麦草易位系。F1 的结实率为 31. 02% , F1 套袋自交结实率为 31. 41% ,亲本自交结实率 92. 59% ;
获得的 F2 利用染色体 C分带和原位杂交进行鉴定, 从 127 株后代中筛选出 9 株易位系。
关键词:长穗偃麦草; 杀配子染色体; C分带; 原位杂交;易位系
中图分类号: S330. 25 文献标识码: A 文章编号: 10070435( 2009) 04045204
Creation and Identification of Chinese Spring wheat
Ely trigia elongata Translocation Lines
Liu Fengqi1 , ZHANG Yuexue1 , TA NG Fenglan1 , L I Jilin2 , XU Xiangling2
( 1. In st itute of Pratacultural Sciences, H eilongjian g Academy of Agricultural Sciences , H arbin , H eilongjiang Province 150086 , Ch ina;
2. Biology Department , Life and Environm ent Science College , H arbin Normal University , H arbin , Heilongjiang Provin ce 150080 , Chin a)
Abstract: The Chinese Spring wheat ( Tr it i cum aest iv um L. ) E ly t rigia elongata t ranslocat ion lines
w ere cr eated by hybridizing Chinese Spring wheat Ely tr ig ia elongata 2E disom ic addit ion line w ith, the
method of g ameto cidal chromosome creat ing t ranslocation line , the Chinese Spring wheat A e. cy lind ri
cal 2C disomic addit ion line. T he F 1 generat ion had set t ing percentage of 31. 02% , and it s inbreeding r ate
w as 31. 41% , w hich w as much low er than 92. 59% of the parental lines. 9 intergenomic t ranslocations,
invo lving Chinese Spring and E. elong ata chromosomes, w ere screened out fr om 127F2 progenies by Cban
ding and genom ic in situ hybr idization ( GISH ) .
Key words: E. elong ata, Gametocidal chromosome; Cbanding, In situ hybridizat ion, T ranslocat ion lines
随着现代农业育种和耕作制度的进步, 栽培小
麦( T r it icum aest i vum L. )种内遗传变异急剧减少,
种质资源日益匮乏[ 1] ,已成为当前小麦育种的主要
障碍。通过远缘杂交及染色体工程的方法从普通小
麦的野生近缘种属转移优良基因的方法是解决这一
问题的有效途径 [ 2]。染色体工程或远缘杂交创造的
附加系稳定性差,育性偏低;代换系由于是一对完整
的小麦染色体被取代, 常常伴有不良性状的出现。
而易位系如果转移的是小片段、带有目的基因、易位
片段间功能互补是最有利用价值的。创造易位系的
方法有利用电离辐射诱发异源易位[ 3] 、通过调节
PH 基因的作用诱发部分同源染色体交换来产生易
位[ 4, 5]、利用染色体错分裂和着丝点再融合诱导易
位[ 6 ]、利用组织培养诱发易位 [ 7]、利用杀配子染色体
诱导易位 [ 8] , 以上各种诱发染色体易位的方法均存
在一定的优缺点。
从上世纪 30年代开始就在世界范围内进行了
利用偃麦草( E ly t rigia elongata )与小麦的杂交,育
成了大量的优良小麦品种,在生产上发挥了一定的
作用,小偃 6 号、小偃 54、高优 503、小冰麦 33等都
是应用染色体工程手段培育的具有偃麦草血缘的优
质小麦品种。本研究在李集临教授诱发染色体易位
工作基础上采用杀配子染色体诱导易位, 获得了中
国春偃麦草易位材料, 结合染色体染色体 C分带和
基因组原位杂交技术,准确的鉴定偃麦草染色体与小
麦染色体的易位。为小麦育种创造新的种质资源[9~ 11]。
收稿日期: 20090218;修回日期: 20090612
基金项目:国家自然科学基金资助项目( No. 39870417)
作者简介:刘凤歧( 1982 ) ,男,黑龙江克山人,硕士,实习研究员,从事牧草细胞遗传学与育种研究, Email : l- fq2003@ 163. com
第 4期 刘凤歧等: 中国春小麦偃麦草易位系的创制与鉴定
1 材料与方法
1. 1 材料:
中国春小麦长穗偃麦草( 2n = 44 A ABBDD
+ 2E )异二体附加系, 由以色列 Weizmann 科学研
究所 Feldman教授提供。中国春小麦柱穗山羊
草( Ae. cy l indrical ) ( 2n= 44 AABBDD + 2C) 二体
附加系, 由日本京都大学 Endo 教授提供。长穗偃
麦草由中国农业科学院李立会研究员课题组提供;
中国春小麦对照由哈尔滨师范大学遗传组提供。
1. 2 方法
1. 2. 1 亲本杂交 2006年母本中国春小麦柱
穗山羊草( 2C)二体异附加系和父本中国春小麦
长穗偃麦草( 2E)二体异附加系田间杂交(常规方
法)。2007年 F1进行自交或与中国春- 柱穗山羊
草( 2C)二体异附加系回交。
1. 2. 2 染色体制片 利用常规染色体制片技术, 剪
取 1~ 1. 5 cm 长的根尖,置于 0 冰水中处理 20~
22 h, 然后用卡诺固定液( 3 份无水乙醇: 1 份冰醋
酸)固定 16 h以上[ 12]。
1. 2. 3 染色体 C分带 用改良的 Endo 方法 [ 13] ,
将干燥的制片放在 45~ 50 的 45 %冰乙酸 3 m in、
5%Ba ( OH ) 2 3~ 5 min和 2 SSC 溶液中处理 4~
5 m in, 每步用 0. 056%氯化钙溶液轻洗载玻片, 最
后用 pH 为 6. 98的磷酸缓冲液稀释Giemsa 染液后
适度染色, LEICA DM LS2生物显微镜观察并照相。
1. 2. 4 基因组原位杂交 固定好的根尖用 45 %醋
酸压片, 制片中选择分裂相多、好的片子, 经液氮冷
冻后揭片,用生物素标记试剂盒按缺口平移法标记
长穗偃麦草基因组 DNA ,经杂交、漂洗、信号放大,
PI 复染后, 在 B、G 激发光下观察杂交信号, 用
OLMPUS BH2荧光显微镜照相 [ 14, 15]。
2 结果与分析:
2. 1 中国春偃麦草二体附加系与中国春山羊草
二体附加系杂交
2. 1. 1 两亲本的鉴定 分别用 C分带和原位杂
交,证明为中国春- 长穗偃麦草 2E 二体附加系(图
1A)和中国春- 柱穗山羊草 2C二体附加系。
2. 1. 2 附加系间杂交 利用中国春长穗偃麦草
( 2E)二体附加系做母本, 与中国春柱穗山羊草
( 2C)二体附加系为父本进行杂交, 杂交的平均结实
率为 31. 02%, 大部分种子饱满,发芽率好, 根尖染
色体数观察为 2n= 44, C分带鉴定结果为 42条中
国春染色体, 1条2E染色体, 1条 2C染色体(图 1B)
2. 1. 3 F1 自交选育易位系 将 F 1 套袋自交, 统计
F 1 代自交结实率 31. 41% 与亲本自交结实率
92. 59% ,观察到结实率明显降低, 同时有许多干瘪
种子(图 1C)。分析原因可能是 2C 在杂交后代中
起到杀配子效应, 使含有杀配子染色体的配子能够
存活下来,缺少杀配子染色体的配子存活率降低,从
而导致育性降低。自交后代中选择 2n= 42, 通过染色
体 C分带和原位杂交做染色体易位鉴定。
2. 2 易位系的鉴定
2. 2. 1 染色体 C分带结果 笔者对 127株 CS-
2E CS- 2C杂交后代子二代进行鉴定, 与亲本中
国春染色体 C 分带进行比较,分析结果表明株系 2
7、218、231、252、276、2121为易位系(图 2)。
图 1:亲本和 F1 代鉴定
F ig. 1 Identification of parent and F1 gener ation
A: 中国春- 长穗偃麦草( 2E)异二体附加系; Chinese Sprin gE. elongata( 2E) disomic addit ion lines;
B: F1 代染色体根尖 C分带( 2n= 44) ,黑色箭头示 2C,白色箭头示 2E;
Chromosom es of root top, s Cbanding in F1 generat ion( 2n= 44) ,
b lack arrow head repres ent 2C, w hite arrow head represent 2E ;
C: 箭头示干瘪种子; Arrowh ead r epresen t sh riveled s eeds
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草 地 学 报 第 17卷
2. 2. 2 原位杂交结果 以长穗偃麦草 ( 2n = 14
EE) 总基因组 DNA 作探针, 以中国春总基因组
DNA 作封阻(比例 1 80)。与带有长穗偃麦草性
状的 F2 体细胞染色体进行原位杂交, GISH 鉴定结
果表明株系 211、283、292为易位系。(图 3)
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第 4期 刘凤歧等: 中国春小麦偃麦草易位系的创制与鉴定
3 讨论:
目前所报道的诱发染色体易位的各种方法中,
辐射诱发易位的频率一般为 2% ~ 3%, 最高不过
5% [ 16] ,染色体错分裂的方法诱发易位的频率最高
不过 3% [ 17] ,利用杀配子染色体产生的易位频率高
达 8% [ 18] ,李集临等利用杀配子染色体创制 中国
春小麦长穗偃麦草 ( 5E ) 染色体易位的频率为
5. 3% [ 9] ,曲敏等利用杀配子染色体创制中国春小
麦长穗偃 麦草 ( 1E ) 染 色体 易位 的频 率 为
6. 02% [ 19] ,而本研究通过杀配子染色体诱导 中国
春小麦长穗偃麦草 ( 2E ) 染色体易位的频率为
7. 09%, 表明目前杀配子诱导染色体易位与畸变的
频率是最高的, 杀配子染色体目前主要发现于山羊
草属( Aegilops)中,在 Ae. caudata , A e. longissi
ma , A e. shar onensi s , A e. sp el toides , A e. cy l in
dric , A e. t r iuncial i s中的不同染色体上,发现有杀
配子染色体[ 20] 。通过杀配子染色体创制易位系和
缺失系等染色体畸变, 对提高小麦育种水平和品种
改良具有重要作用。
偃麦草属( Ely tr ig ia)是小麦的一个近缘属, 在
小麦品种改良上一直备受重视,具有高蛋白质含量,
在提高小麦的抗病、抗盐、抗旱等方面表现出色, 在
品质改良上也有巨大潜力[ 21]。国内从小麦与长穗
偃麦草杂种后代中育成了小偃 4号、5号、6号,植联
1号、小偃 107、龙麦 1号、龙麦 2号等小麦品种。陈
穗云等[ 22]通过小麦与长穗偃麦草体细胞杂交获得
较高耐盐植株。在抗病和抗逆性上,确定了 3E 染
色体上具有抗小麦条锈病基因( YrE )及携有耐盐碱
特性的基因, 2E、4E、6E 染色体有与耐低磷胁迫特
性密切相关的基因[ 23]。本研究将染色体分带与原
位杂交相结合, 准确鉴定出 9 个易位系和 3个缺失
系,为将来绘制中国春长穗偃麦草易位系图谱奠定
了基础;还试图用杀配子染色体 2C 诱导中国春
小麦- 长穗偃麦草( 2E)异二体附加系的缺失, 为构
建二倍体长穗偃麦草的缺失系统打下基础[ 24] , 得到
了杂交 F1、F2、B1F1种子,从中可以鉴定出所需要
的染色体组型为 2n= 21+ 1( 2E )的材料(产生易
位系和缺失系的基础材料)。这为进一步研究和开
发利用小麦远缘杂交以及利用长穗偃麦草优良性状
的后续工作提供了宝贵资源。
4 结论
对 CS- 2E CS - 2C杂交后代的结实率、细
胞遗传学等的研究结果表明, 杀配子染色体在杂交
后代中起到杀配子效应, 导致育性降低,使 F1 代自
交结实率明显低于亲本自交结实率。利用 C分带
和原位杂交方法, 从 127 株 CS- 2E CS - 2C杂
交后代中筛选出 9株易位系,易位的频率为7. 09%。
证明利用杀配子染色体诱导易位的频率很高。
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