全 文 ：第 18 卷 第 3 期
Vol. 18 No. 3
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2010 年 5 月
May 2010
中间偃麦草染色体核型及 C带带型的分析比较
黄 莺1 , 毛培胜1* , 孟 林2, 张国芳2 , 毛培春2
( 1.中国农业大学草业科学系, 北京 100193; 2.北京市农林科学院草业与环境研究发展中心, 北京 100097)
摘要 : 为比较确定偃麦草属植物种质材料间的亲缘关系和进化程度,以 3 份不同来源的中间偃麦草( Ely tr igia in
termed ia ( H ost) Nev ski)种质材料为研究对象, 分别进行染色体核型及 C带带型的分析。结果表明: 3份中间偃麦
草种质材料均为四倍体,其中 EI015 的细胞染色体核型公式为 2n= 4x= 28= 2M+ 10m+ 16sm, 但不显带; EI021 的
染色体核型公式为 2n= 4x= 28= 4M+ 22m( SAT ) + 2sm, 而带型公式为 2n= 4x= 28= 5C+ 2CT + + 2CT + + 4T +
+ 2T + + 1CS+ + 12; EI038 的染色体核型公式为 2n= 4x= 28= 4M+ 12m+ 12sm( SAT ) ,带型公式为 2n= 4x= 28=
2S+ + 4T + + 1CT + + 1T
+ + 20, 3 份种质材料染色体不对称性均属 2A 型。综合比较染色体核型及带型变化,
EI021 染色体核型特征与 EI015、EI038 相差明显, EI015 与 EI038 染色体核型比较相近 ,但 EI015 与 EI038 在带型
特征上存在明显差异,说明各种质材料间亲缘关系较远,并且染色体带型分析能够更加客观地反映染色体变化。
关键词:中间偃麦草; 染色体;核型分析; C带带型分析
中图分类号: S541; Q945. 78 文献标识码: A 文章编号: 10070435( 2010) 03037805
Analysis of the Karyotype and Cbanding Pattern in
Ely trigia intermedia ( Host) Nevski
HUANG Ying1 , M AO Peisheng 1* , MENG Lin2 , ZHANG Guofang2 , M AO Peichun2
( 1. Department of Grassland science, Ch ina Agricu ltural U niver sity, Bei jing 100193, China; 2. Beijing Resear ch and Developm ent Cen ter
for Grass and En vi ronmen t, Beijing Academy of Agricultu re and Fores t ry, Bei jing 100097, China)
Abstract: T he plants o f genus Ely tr ig ia Desv. are w idely dist ributed thr oughout the w orld and represen
ted w ith species of diploids, tet raplo ids, hexaplo ids, octaploids, and decaploids. T he kar yotype and C
banding pat tern of three germplasms of E ly t rigia intermedia ( H ost ) Nevski w ere compared and analyzed.
The results of karyotype analysis show that the karyotype formula for EI015 w as 2n= 4x= 28= 2M+ 10m
+ 16sm, for EI021 2n= 4x= 28= 4M+ 22m ( sat ) + 2sm , and fo r EI038 2n= 4x= 28= 4M+ 12m+ 12sm
( sat ) , and the dissymmetry of all their kar yotypes belonged to 2A type. T he result of Cbanding analysis
show that the Cbanding pattern fo r EI021 w as 2n= 28= 5C+ 2CT + + 2CT + + 4T + + 2T + + 1CS+ + 12; fo r
EI038 w as 2n= 28= 2S+ + 4T + + 1CT + + 1T + + 20; but there w as no Cbanding for EI015. Accor ding to
the r esults of the kary otype and Cbanding pat tern analysis, the karyo type of EI021 w as dif ferent f rom the
other tw o germplasms which w ere close, but the Cbanding pat tern w as dif ferent obv iously betw een EI015
and EI038. T he kinship w as not close among three germplasms based on the comparison o f the Cbanding
analysis w hich could impersonally ref lect the chr omosome difference.
Key words: Ely tr igia intermedia ( Host) Nevski; Chr omosome; Karyotype analy sis; Cbanding
偃麦草属( Ely tr ig ia Desv. )系禾本科小麦族
多年生草本植物,主要分布在我国新疆、西藏、青海、
甘肃等省区,国外蒙古、俄罗斯、日本、朝鲜、印度和
马来西亚等国也有分布[ 1~ 3] 。偃麦草属植物是小麦
远缘杂交育种的重要材料,其中中间偃麦草( E. in
termed ia ( Ho st ) Nevski )和长穗偃麦草( E. elon
gate ( Ho st ) Nevsiki)等是国内外学者广泛关注的
植物种类 [ 4]。偃麦草属植物具有多个染色体倍性水
平,包括二倍体、四倍体、六倍体、八倍体和十倍体,
其染色体基数 X= 7。目前已知的中间偃麦草具有
四倍体和六倍体; 长穗偃麦草具有二倍体、四倍体、
十倍体 3种倍性; 偃麦草( E. rep ens ( L . ) Desv. )为
六倍体[ 5] 。
收稿日期: 20090420;修回日期: 20091011
基金项目:国家自然科学基金项目( 30571321)和北京市自然科学基金项目( 6082009)资助
作者简介:黄莺( 1983 ) ,女,黑龙江哈尔滨人,硕士,研究方向为牧草细胞染色体组学和耐盐植物分子标记研究, Em ail : elainehuang1225
@ sina. com ; * 通讯作者 Author for corr espondence, Email : cgssst@ sina. com
第 3期 黄莺等:中间偃麦草染色体核型及 C带带型的分析比较
中间偃麦草属多年生草本植物,具有发达根系,
再生能力强, 以及较强的抗寒性、耐旱性和耐盐碱
性。并且含有较高的粗蛋白质、粗纤维、粗脂肪等多
种化学成分,是家畜利用的一种优良牧草 [ 6]。另外,
它对小麦的叶锈、条锈、杆锈、白粉等病害免疫,对黑
穗病、叶枯病和根腐病、条纹花叶病等高抗, 是大麦
黄矮病的良好抗源, 且能与小麦杂交,因此成为小麦
遗传改良中具有重要利用价值的宝贵亲本[ 7]。偃麦
草属植物染色体倍性复杂、染色体核型多样, 是相关
研究的热点与难点。本研究通过对中间偃麦草细胞
有丝分裂中期的观察及染色体核型、C带带型分析,
比较不同中间偃麦草材料间染色体倍性和特性差
异,确定材料间的亲缘关系,为不同基因型偃麦草属
植物的遗传改良提供细胞学依据。
1 材料与方法
1. 1 供试材料
试验于 2008年 9月开始,所用中间偃麦草 3份
种质材料 EI021、EI038、EI015 分别引自土耳其、摩
洛哥和美国,由北京市农林科学院草业与环境研究
发展中心提供。
1. 2 根尖细胞有丝分裂中期染色体制片
将中间偃麦草种子放入培养皿(直径 12 cm)纸
床,加水后于 25 光照培养箱中萌发,待根长至 1. 5
cm 时剪下根尖。根尖用八羟基喹啉水溶液处理 3
~ 4 h, 用固定液(甲醇 冰醋酸= 31)固定 4 h。于
0. 075 mol/ L KCl溶液中处理 30 min, 用蒸馏水充
分洗净。置于混合酶液( 2. 5%纤维素酶+ 1. 25%果
胶酶)中, 25~ 30 下酶解 135 min, 在蒸馏水中浸
泡7 min后,再固定 30 min以上。用涂片法制片[ 8] ,
火焰干燥。
将染色体制片置于饱和氢氧化钡溶液处理 10
min( 20~ 25 ) ,蒸馏水彻底冲洗 30 min。然后放入
2 SSC盐溶液 60~ 65 , 保温 1. 5 h, 蒸馏水冲洗,
气干。用 pH 6. 8 Giemsa ( 20 1)染色液染色 30
min, 空气干燥。镜检,拍照。
1. 3 核型分析方法
按照李懋学和陈瑞阳 1985年[ 9] 提出的标准, 选
取 30个良好的有丝分裂中期细胞,统计细胞的染色
体数目。并从中选取 5 个染色体分散程度好的细
胞,计算相对长度(染色体个体长度/染色体组总长
度 100% ) , 着丝点指数 ( 短臂/染色体全长
100% ) ,臂比 (长臂/短臂)。根据 Stebbins[ 10] 核型
分类的原则将测得的参数进行数理统计。
1. 4 C带带型分析方法
带型分析参照李懋学等[ 9] 的方法进行, 将 C带
根据其分布位置, 分为 5 种类型, 即着丝点带、中间
带、末端带、次缢痕带和随体带, 并分别记做 C、I、T、
N 和 S, 若带位于长臂上, 则在字母右侧下标为
+ ,若在短臂上有带, 则在右侧上标为 + ,若长
短臂上都有带, 则不注明。利用 Giemsa C分带方
法对中间偃麦草材料进行分析, 并对各条染色体进
行鉴定。
2 结果与分析
2. 1 染色体核型分析
中间偃麦草 3份种质材料根尖细胞染色体观察
结果显示, EI015材料 2号染色体为正中部着丝点染
色体, 1号、3号、7 号、9 号、11 号为中部着丝点染色
体,其余均为近中着丝点染色体(图 1a)。EI015为四
倍体( 4x) ,体细胞染色体数目为 2n= 28(图 2a)。核
型公式为2n= 4x= 28= 2M+ 10m+ 16sm,最长与最
短染色体长度比 Lt/ st为 1. 9,臂比值大于 2的染色
体 6对,占42. 86%,核型不对称性属 2A型(表1)。
中间偃麦草种质材料 EI021的 8号染色体为正
中部着丝点染色体, 3号、11号、14 号为近中着丝点
染色体, 其余均为中部着丝点染色体 (图 1b)。
EI021为四倍体( 4x) ,体细胞染色体数目为 2n= 28
(图 2b)。核型公式为2n= 4x= 28= 4M+ 22m( sat)
+ 2sm ,最长与最短染色体长度比 Lt/ st为1. 6,臂比
值大于 2的染色体 1对, 占 7. 14%, 核型不对称性
属 2A 型(表 2)。
中间偃麦草种质材料 EI038的 5号、14 号染色
体为正中部着丝点染色体, 1 号、2 号、4 号、7 号、9
号、11号为近中着丝点染色体, 其余均为中部着丝
点染色体(图 1c)。EI038 为四倍体( 4x) ,体细胞染
色体数目为 2n= 28(图 2c)。核型公式为 2n= 4x=
28= 4M+ 12m+ 12sm ( sat ) , 最长与最短染色体长
度比 Lt/ st为 1. 9,臂比值大于 2的染色体 3对, 占
21. 4% ,核型不对称性属 2A 型(表 3)。
对 3份中间偃麦草种质材料核型的特征进行比
较,材料 EI015与 EI038之间染色体相对长度变化
范围相近,最长与最短染色体比值相同均为 1. 9,近
中着丝点染色体均为 6 对, 但 EI015 材料正中着丝
点染色体比 EI038少 1对,中部和近中部着丝点染
色体数量接近。然而, 在材料 EI021与 EI038中, 正
中部都有2对着丝点染色体,最大臂比值分别为 2. 33
379
草 地 学 报 第 18卷
表 1 中间偃麦草种质材料 EI015染色体参数
T able 1 Chromosome parameter o f EI015 E. intermedia
染色体编号
Chromosom e number
相对长度( % ) Relat ive length
短臂 Short arm 长臂 Long arm 总长 T otal length
臂比
Arm rate
类型
Typ e
核型公式
Karyotype formula
1 7. 14 10. 71 17. 86 1. 50 m 2n= 4x = 28=
2M+ 10m+ 16sm2 8. 33 8. 33 16. 67 1. 00 M
3 7. 14 9. 52 16. 67 1. 33 m
4 5. 95 10. 71 16. 67 1. 80 sm
5 4. 76 11. 9 16. 67 2. 50 sm
6 4. 76 10. 71 15. 48 2. 25 sm
7 5. 95 8. 33 14. 29 1. 40 m
8 4. 76 9. 52 14. 29 2. 00 sm
9 5. 95 7. 14 13. 10 1. 20 m
10 4. 76 8. 33 13. 10 1. 75 sm
11 3. 57 9. 52 13. 10 2. 67 sm
12 4. 76 7. 14 11. 90 1. 50 m
13 3. 57 7. 14 10. 71 2. 00 sm
14 2. 38 7. 14 9. 52 3. 00 sm
注: * 随体染色体的随体长度未计在内,下同
Note: * indicates that the length of satel lit es w as in cluded for the chr om osome length; sam e as b elow
表 2 中间偃麦草种质材料 EI021染色体参数
T able 2 Chromosome parameter o f EI021 E. intermedia
染色体编号
Chromosom e number
相对长度( % ) Relat ive length
短臂 Short arm 长臂 Long arm 总长 Total length
臂比
Arm rate
类型
Ty pe
核型公式
Kary otype formula
1 7. 15 11. 44 18. 60 1. 60 m 2n= 4x = 28=
4M+ 22m( SAT) + 2sm2 7. 15 10. 01 17. 17 1. 40 m
3 6. 44 10. 73 17. 17 1. 67 m
4 6. 44 10. 01 16. 45 1. 56 m
5 7. 15 9. 30 16. 45 1. 30 m
6 7. 15 8. 58 15. 74 1. 20 m
7 7. 15 7. 87 15. 02 1. 10 m
8 7. 15 7. 15 14. 31 1. 00 M
9 5. 72 8. 58 14. 31 1. 50 m
10 4. 29 10. 01 14. 31 2. 33 sm
11 6. 44 7. 15 13. 59 1. 11 m *
12 5. 72 7. 15 12. 88 1. 25 m
13 5. 72 6. 44 12. 16 1. 13 m
14 5. 72 5. 72 11. 44 1. 00 M
和 2. 29,但 EI021 染色体相对长度范围变化较小,
最长与最短染色体比值较低, 并且中部着丝点染色
体数量最多达到 11 对(表 4)。综上所述, EI021 中
间偃麦草染色体核型特征与 EI015、EI038相差明显,
EI015与EI038染色体核型比较相近。
2. 2 C带带型分析
根据中间偃麦草染色体带型分析结果, 种质材
料 EI021 的带型公式为 2n = 28 = 5C+ 2CT + +
2CT + + 4T + + 2T + + 1CS+ + 12, 在出现 C带的 16
条染色体中,带纹出现在着丝点附近、长臂、短臂及
末端的位置。其中, 出现在着丝点附近的 C 带 13
条,出现在染色体长短两臂上的中间带 15 条, 末端
带 5条。异染色质含量为 28. 23%。材料 EI038 的
带型公式为 2n= 28= 2S+ + 4T + + 1CT + + 1T + +
20,在出现 C 带的 8条染色体中, C 带带纹在着丝点
附近、长短臂及末端位置都有分布。异染色质含量
为 12. 35%。材料 EI015 不显带, 异染色质含量为
0% (图 2)。
3 讨论
试验中 3份中间偃麦草种质的染色体倍性相
同,都为四倍体,根尖染色体数为 2n= 4x= 28, 染色
体基数为 7 ( X= 7)。若按染色体长度顺序排列,
EI021第 11对染色体、EI038 第 2对染色体具有随
体, EI015不具随体染色体。材料 EI021 与 EI038
的 C带在着丝点附近、长短臂及末端均有分布, 而
EI015则不显带。根据李国珍等[ 11] 对染色体带型比
较研究发现带型相似程度越大, 生物亲缘关系愈近。
材料 EI015与 EI021在染色体核型特征上很相似,
但 C带带型具有明显差异。EI015、EI021和 EI038
种质材料分别来自美国、土耳其和摩纳哥,因此 EI
015与 EI038在 C带带型上存在差异可能是因为源
380
第 3期 黄莺等:中间偃麦草染色体核型及 C带带型的分析比较
表 3 中间偃麦草种质材料 EI038染色体参数
T able 3 Chromosome parameter o f EI038 E. intermedia
染色体编号
Chromosom e number
相对长度( % ) Relat ive length
短臂 Short arm 长臂 Long arm 总长 Total length
臂比
Arm rate
类型
Ty pe
核型公式
Kary otype formula
1 5. 34 12. 20 17. 53 2. 29 sm 2n= 4x = 28=
4M+ 12m+ 12sm( SAT )2 6. 10 10. 67 16. 77 1. 75 sm*
3 6. 10 9. 91 16. 01 1. 63 m
4 5. 34 10. 67 16. 01 2. 00 sm
5 7. 62 7. 62 15. 24 1. 00 M
6 6. 86 8. 38 15. 24 1. 22 m
7 5. 34 9. 91 15. 24 1. 86 sm
8 6. 10 8. 38 14. 48 1. 38 m
9 5. 34 9. 15 14. 48 1. 71 sm
10 6. 10 7. 62 13. 72 1. 25 m
11 4. 57 9. 15 13. 72 2. 00 sm
12 5. 34 6. 86 12. 20 1. 29 m
13 4. 57 7. 62 12. 20 1. 67 m
14 4. 57 4. 57 9. 15 1. 00 M
图 1 中间偃麦草染色体核型模式图( a. EI015, b. EI021, c. EI038)
F ig . 1 Idiog ram of E . intermed ia ( a. EI015, b. EI021, c. EI038)
表 4 中间偃麦草种质材料染色体核型特征比较
Table 4 Comparasion o f ka ryo type char acteristics o f E. intermedia germplasms
种质材料
Germplasm
染色体相对长度变化范围
Ran ge of relat ive length %
最长与最短染色体比值
Longes t/ s hortest
各类染色体数目
Num ber of ch romsome type
M m sm sat
臂比值
Arm rate
最大 Max. 最小 Min. 平均 M ean
E I015 17. 869. 52 1. 9 2 10 16 0 3. 00 1. 00 1. 85
E I021 18. 6011. 44 1. 6 4 22 2 1 2. 33 1. 00 1. 37
E I038 17. 539. 15 1. 9 4 12 12 1 2. 29 1. 00 1. 57
产地地理位置及自然环境的明显差异。同时偃麦草
属植物本身遗传背景相对复杂也是造成差异的主要
原因。
在六倍体的 中间偃麦草、毛偃麦 草 ( E.
tr ichophora ( Link) Nevski)与偃麦草中, 染色体组
结构一直是植物分类学家关注的问题, 毛偃麦草与
偃麦草的染色体组结构仍然不明。根据细胞遗传学
研究,中间偃麦草与偃麦草之间没有相同的染色体
组,而且中间偃麦草的归属问题也未达成一致 [ 12]。
张为民[ 13] 报道了 4 个紫花苜蓿( M edicag o sativa
L. )品种的核型分析, 结果表明 4个品种的染色体
数目均相同( 2n= 32) , 统属于大染色体, 但在核型
组成上存在一定差异。4个品种中多数染色体为中
部着丝点, 核型多为对称型。但阿尔冈金、WL
232HQ 及中苜 1号同为 2A 型,它们相邻间染色体
长度变化不大,进化程度相当, 而WL323ML 为 2C
核型,进化程度较高。林小虎等[ 14] 对二倍体长穗偃
麦草、六倍体中间偃麦草及二倍体假鹅冠草进行核
型及进化关系分析, 二倍体长穗偃麦草核型公式为
2n= 2x= 14= 10m+ 4sm( 2SA T) , 核型属于 2A 型;
假鹅观草 2n= 2x= 14= 8m+ 6sm ( 2SAT ) , 核型属
于 2A 型; 中间偃麦草 2n = 6x= 42= 16m+ 20sm
( 4SAT ) + 6st ,核型属于 3B型。这表明二倍体长穗
偃麦草与假鹅冠草进化程度基本一致, 而中间偃麦
草相对进化程度较高。张学勇等[ 15] 利用十倍体长
穗偃麦草与六倍体中间偃麦草及其与小麦( T r it ic
um aesti vum L. )杂交回交得到八倍体小偃麦,并对
1 1个八倍体小偃麦染色体组研究,对于成套小麦
381
草 地 学 报 第 18卷
图 2 三份中间偃麦草种质材料根尖细胞染色体核型及 C带带型图( a. EI015, b. EI021, c. EI038)
F ig . 2 Roo t cell chr omosome karyot ype and Cbanding of thr ee germplasms of E. intermed ia ( a. EI015, b. EI021, c. EI038)
中间偃麦草和小麦长穗偃麦草附加系及换系的选
育具有一定的指导作用。李娜等[ 16] 对二倍体和四
倍体长穗偃麦草进行染色体组构成的生化和 SSR
分析,结果验证了四倍体长穗偃麦草可能是一个异
源四倍体,即只含有一个起源于二倍体类型的染色
体组 Ee。在我国, 偃麦草是唯一的野生种, 长穗偃
麦草和中间偃麦草均为引进草种,在我国北方地区
栽培种植。并且染色体组研究表明偃麦草为二倍
体、长穗偃麦草为十倍体、中间偃麦草为六倍体 [ 12]。
本研究中 3份四倍体中间偃麦草材料核型均属 2A
型,进化程度基本一致, 但各种质材料间也存在差
异,与六倍体中间偃麦草 3B核型相比,进化程度较
低。从进化上讲,多倍体生物是由相应的二倍体生
物进化而来的, 因此异源六倍体较四倍体中间偃麦
草进化程度高。
4 结论
通过对 3份不同来源的中间偃麦草种质材料分
别进行染色体核型及 C带带型分析, 综合比较核型
和 C带带型分析结果, 结论如下: 由于中间偃麦草
分布范围广,遗传背景复杂,尽管染色体倍性相同,
细胞染色体核型相近的种质材料, 在 C带带型分析
中却出现明显的差异。因此, 对于研究确定牧草染
色体倍性水平和遗传亲缘关系而言,利用带型分析
技术能够提供更多信息, 客观反映各材料之间的相
互进化关系。
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(责任编辑 李 扬)
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