全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2005) 04-0269-05
披碱草和野大麦杂种 F1 与BC1代细胞遗传学研究
李造哲1,云锦凤1,于　卓2,何丽君2
( 1.内蒙古农业大学生态环境学院; 2.内蒙古农业大学农学院, 呼和浩特 010019)
摘要: 对亲本披碱草( Elymus dahuricus )和野大麦(H ordeum br ev is ubulatum)及其杂种 F 1和 BC1代体细胞染色体数和
花粉母细胞( PMC)减数分裂染色体行为进行观察和分析。结果表明: 亲本披碱草的染色体数为 2n = 42,野大麦为 2n=
28; 正、反交杂种 F1 染色体数均为 35; BC1 代染色体发生了数目上的差异, 变异范围为 28～35,并出现很多非整倍性植
株; 披碱草的 PMCMI 二价体配对频率很高, 野大麦 PMCMI 出版少量的四价体、三价体和单价体, 但以二价体占优势;
正反交杂种 F1 减数分裂不规则, 单价体的普遍存在是造成杂交不育的重要原因; BC1 代的 PM CM I单价体频率较 F 1代
有所下降, 二价体频率有所增高,有些株系的环状二价体占绝对优势,这为杂种育性恢复提供了细胞学依据。
关键词: 披碱草; 野大麦; 杂种 F 1; BC1; 细胞遗传学
中图分类号: S812; Q943. 1　　　文献标识码: A
Studies on Cytogenetics of Elymus Dahuricus, Hordeum Brevisubulatum
and Their Hybrid F1 and BC1
LI Zao-zhe1, YUN Jin-feng 1, YU Zhuo2 , HE Li-jun2
( 1. Col lege of Ecology and Environmental S cien ce;
2. College of Agronomy, Inn er Mongolia Agricul ture University, Huhh ot , Inner M on golia Autonomous Region 010019, China)
Abstract: T he chr omosome number in the root t ip cel l and chromosome behavio r at meiosis in pol len mo ther
cell w ere obser ved and analyzed. The results show ed that chr omosome numbers of parents E . dahur icus and H .
br evisubulatum were 42 and 28 respect ively. T he chromosome numbers of both E . dahurcus×H . br evisubulatum
F 1 and H . br evisubulatum×E. dahuricus F 1 were 35. T he chromosome numbers o f BC1 varied, ranging from 28
～35, and many no-ploidy plants appeared. T he bivalent pairing f requency o f E . dahuricus was ver y high. A
few tet ravalents, t rivalents and univ alents appeared in pollen mother cells o f H . brevi subulatum at metaphase I,
but bivalents w ere dominant . T he meiosis of hybrid F 1 was not r egular and the general ex istence of univalents
w as the main cause o f sterility o f hybrid F1 . T he univalent pairing f requency in pollen mother cell o f BC1 at
metaphase I decreased in some ex tent , w hile the biv alent pairing fr equency increased, w ith the bivalents in
some lines becom ing dominant . Al l this prov ided cytolo gical basis for the sterility restor at ion o f the hybrid.
Key words : Elymus dahur icus; H ordeum brev isubulatum; Hybr id F 1; BC1 ; Cy to genet ics
　　披碱草 ( E lymus dahur icus Turcz. ) 和野大麦
( H ord eum br evisubulatum Link)是具有重要经济和生
态价值的国产小麦族多年生优良牧草。披碱草具有产
草量高和抗旱能力强的特性,野大麦具有分蘖能力强、
草质好和耐盐碱等特性 [ 1, 2]。为了使二者的优良特性综
合在一起, 培育出适合干旱、盐渍生境的特草新品种
(新类型) ,将披碱草和野大麦进行远缘杂交,获得了披
碱草和野大麦的正、反交 F 1代。杂种 F1代表现出很强
的杂种优势, 具有很高的育种价值 [ 2, 3]。但由于杂种 F 1
花粉育性极低,开放授粉不结实, 高度不育,限制了其
遗传潜力的进一步发挥。为克服杂种 F1 的高度不育
性,用野大麦作轮回亲本对F1进行回交,成功地获得
收稿日期: 2005-02-03; 修回日期: 2005-05-09
基金项目: 国家自然科学基金资助( 30260074)
作者简介: 李造哲( 1962-) ,男,副教授,博士,从事牧草种质资源及育种研究, E-mail: zaozheli@ hotmail. com
第 13卷　第 4期
　Vo l. 13　 No . 4
草　地　学　报
ACT A AGRESTIA SIN ICA
　　2005年　 12 月
　Dec. 　　2005
了(披碱草×野大麦)×野大麦和(野大麦×披碱草)×
野大麦的回交一代( BC1 ) , BC1的育性得到了恢复和提
高[ 4] , 这说明披碱草和野大麦实现属间基因渐渗是完
全可能的。本研究对亲本披碱和野大麦及其杂种 F 1和
BC1 代体细胞染色体数和 PMC染色体行为进行观察
和分析,为杂种后代育性恢复及目标性状植株的选择
提供理论依据。
1　材料与方法
1. 1　供试材料
供试材料(表 1)种植在内蒙古农业大学牧草试验
站内。
表 1　供试材料
Table 1　T he t est ed mat eria ls
编号
No.
材料名称
Name of materials
编号
No.
材料名称
Name of materials
1 披碱草 E . dahur icus 12 P-BC1-8
2 野大麦 H . brev isubulatum 13 P-BC1-9
3
披碱草×野大麦
E. dahuri cus×H . brev i subulatum( F1) 14 Y-BC1-1
4
野大麦×披碱草
H . br ev isubulatum×E . dahur icus( F1) 15 Y-BC1-2
5 P-BC 1-1 16 Y-BC1-3
6 P-BC 1-2 17 Y-BC1-4
7 P-BC 1-3 18 Y-BC1-5
8 P-BC 1-4 19 Y-BC1-6
9 P-BC 1-5 20 Y-BC1-7
10 P-BC 1-6 21 Y-BC1-8
11 P-BC 1-7 22 Y-BC1-9
　　注:“P-BC1”表示( 披碱草×野大麦)×野大麦回交代; “Y-BC 1”表
示 (野大麦×披碱草)×野大麦回交 1代;数字表示株系, 如“P-BC1-2”
表示(披碱草×野大麦)×野大麦的第 2个株系
Notes :“P-BC1”stands for the hybrid of ( E . dahuricu s×H . br ev i-
su bulatum)×H . brev isubulatum ;“Y-BC1”stands for th e hybrid of ( H .
br ev isubulatum×E . dahur icus)×H . brev isubulatum ; th e numerals stand
for lin es , for example, “P-BC1-2”means the s econd line of the hybrid of
( E .dahuri cus×H . br ev isubulatum)×H . brev isubulatum
1. 2　研究方法
1. 2. 1　根尖细胞染色体观察　供试亲本的根尖由种
子发芽后取得,杂种F 1、BC1代取盆栽植株新生不定根
的根尖。将幼嫩根尖材料装入小瓶中,加适量水,封盖
后置冰水混合物中预处理 20～24 h, 在卡诺液中固定
12～24 h后, 在 60℃恒温中用 1N 盐酸解离 10 min 左
右。蒸馏水洗净,用改良碱性品红染色压片。镜检统计
细胞染色体数目, 并选择染色体分散好的片子用
Olympus-BH2显微照相仪照相。
1. 2. 2　减数分裂染色体行为观察　在晴天,每日上午
9～11 h 在田间剪取孕穗期的幼穗, 迅速装入有卡诺
液的玻璃瓶中,固定 24 h以上。制片时将花药置于载
玻片上,去药壁滴加改良碱性品红染色液, 加盖玻片轻
敲,酒精灯上微热压片。观察统计染色体数目并显微
照相。
2　结果与分析
2. 1　亲本及其杂种 F1、BC1体细胞染色体计数
亲本披碱草体细胞染色体数为 2n= 42, 野大麦的
染色体数为 2n= 28,这一结果与闫贵兴[ 5]的观察结果
一致。正、反交 F 1代体细胞染色体数均为 35。BC1代
体细胞染色体数发生较大的差异,变异范围为 28～35
之间, 也就是介于轮回亲本野大麦体细胞染色体数和
F1 体细胞染色体数之间(表 2、图Ⅰ)。
2. 2　杂种 F1、BC1 及其亲本花粉母细胞减数分裂
( PMC)染色体行为
由表 3、图Ⅰ可以看出, 亲本披碱草和野大麦的
PMCM I 二价体配对频率很高, 分别是 20. 93 和 13.
81,而且均以环状二价体占绝对优势,单价体及多价体
频率极少,表明披碱草和野大麦两亲本的 PMCM I 染
色体配对行为较规则。
正反交杂种 F 1 PMCM I 染色体配对行为极不规
则。单价体频率分别为 7. 94和 7. 74,三价体频率分别
为 1. 52 和 1. 50, 二价体频率分别为 10. 95和 11. 04,
表明披碱草的 Hd染色体组与野大麦的 H/染色体组
之间有一定的同源性。正反交对杂种 F1 PMCM I染色
体配对行为没有显著影响。F 1 PMC后期 I 普遍有桥和
落后染色体现象, 四分体普遍含有 1～7数目不等的微
核(图Ⅰ-12、Ⅰ-13)。
BC1代单价体频率较 F 1代有所降低,而二价体频
率有所增高。由于BC1代不同株系的染色体发生了数
目上的差异, 因而其 PMCM I 染色体行为也极不相同。
其中 P-BC1-6、7和 Y-BC1-1的单价体很少,二价体配
对频率较高, PMCM I 染色体配对行为较规则。BC1代
PMC 后期 I 有时也可观察到染色体桥和落后染色体
(图Ⅰ-15) ,四分体有时含有微核(图Ⅰ-18)。
270 草　地　学　报 第 13卷
表 2　亲本及其杂交后代体细胞染色体数
T able 2　The chromosom e number in ro ot tip cell o f parents, hybrid F 1 and BC1
材料名称
Name of materials
细胞数
Cell number
85%以上细胞
染色体数
Chrom osome num ber
above 85% cell s
材料名称
Name of m aterial s
细胞数
Cell num ber
85%以上细胞
染色体数
Chromosom e number
ab ove 85% cell s
披碱草 E . dahuri cus 100 42 P-BC1-8 90 31
野大麦 H . brev i subulatum 112 28 P-BC1-9 100 33
披碱草×野大麦 E . dahur icus×
H . br ev isubulatum ( F1)
114 35 Y-BC1-1 150 28
野大麦×披碱草 H . brev isubulatum×
E. dahuri cus ( F1)
135 35 Y-BC1-2 120 32
P-BC1-1 100 31 Y-BC1-3 80 33
P-BC1-2 121 29 Y-BC1-4 105 33
P-BC1-3 140 29 Y-BC1-5 112 31
P-BC1-4 110 33 Y-BC1-6 140 33
P-BC1-5 120 35 Y-BC1-7 100 33
P-BC1-6 125 28 Y-BC1-8 114 32
P-BC1-7 145 28 Y-BC1-9 120 33
表 3　亲本及其杂交后代 PMCMI 染色体构型
Table 3　The chromosome pair ing configurat ion in pollen m other cell of parents, hybrid F 1 and BC1 at metaphase I
材料名称
Gras s nam e
细胞数
C ell n umber
染色体数
Chr om osome
num ber
单价体
Un ivalent
二价体 Bivalents
棒状
Rod
环状
Ring
总计
T otal
三价体
T rivalent
四价体
T et ravalent
五价体
Pentavalent
披碱草 E . dahu ricus 130 42 0. 06
( 0-2)
9. 05
( 0-5)
11. 88
( 17-21)
20. 93
( 19-21)
0. 04
( 0-1)
野大麦 H . brev i subulatum 140 28 0. 05
( 0-2)
1. 60
( 0-4)
12. 21
( 6-14)
13. 81
( 10-14)
0. 06
( 0-2)
0. 04
( 0-2)
披碱草×野大麦 E . dahur icus×
H . br ev isubulatum ( F1)
130 35
7. 94
( 4-14)
6. 48
( 0-13)
4. 47
( 1-14)
10. 95
( 7-14)
1. 52
( 0-4)
0. 15
( 0-4)
野大麦×披碱草 H . brev isubulatum×
E. dahuri cus ( F1)
135 35
7. 74
( 4-14)
6. 68
( 0-13)
4. 36
( 1-14)
11. 04
( 7-14)
1. 50
( 0-4)
0. 16
( 0-4)
P-BC1-1 108 31
4. 44
( 0-6)
4. 87
( 1-10)
7. 73
( 2-12)
12. 6
( 10-13)
0. 44
( 0-1)
0. 01
( 0-1)
P-BC1-2 122 29
4. 46
( 0-6)
4. 82
( 1-10)
7. 62
( 2-12)
12. 44
( 12-13)
0. 40
( 0-1)
0. 01
( 0-1)
P-BC1-3 155 29
4. 82
( 0-6)
3. 92
( 0-7)
7. 39
( 3-12)
11. 31
( 10-13)
0. 44
( 0-1)
0. 06
( 0-1)
P-BC1-4 125 33
6. 79
( 0-10)
5. 21
( 0-8)
7. 12
( 2-12)
12. 33
( 10-13)
0. 44
( 0-1)
0. 06
( 0-1)
P-BC1-5 118 35
7. 80
( 1-10)
5. 20
( 0-10)
7. 55
( 0-11)
12. 72
( 10-13)
0. 50
( 0-2)
0. 04
( 0-1)
P-BC1-6 120 28
1. 25
( 0-4)
2. 27
( 0-4)
11. 00
( 9-13)
13. 27
( 12-14)
0. 19
( 0-1)
0. 04
( 0-1)
P-BC1-7 104 28
0. 73
( 0-4)
2. 35
( 0-5)
11. 13
( 6-14)
13. 48
( 10-14)
0. 05
( 0-1)
0. 04
( 0-1)
Y-BC1-1 105 28
0. 34
( 0-6)
0. 66
( 0-3)
12. 40
( 4-14)
13. 06
( 10-14)
0. 13
( 0-3)
0. 24
( 0-4)
Y-BC1-2 98 32
6. 18
( 0-16)
4. 54
( 0-9)
7. 28
( 0-14)
12. 02
( 9-13)
0. 53
( 0-1)
0. 04
( 0-2)
Y-BC1-3 100 33
6. 32
( 2-8)
7. 13
( 3-12)
5. 13
( 0-11)
12. 44
( 10-13)
0. 55
( 0-1)
0. 04
( 0-1)
Y-BC1-4 102 33
6. 29
( 0-8)
7. 74
( 3-11)
5. 42
( 0-12)
12. 66
( 11-13)
0. 38
( 0-1)
0. 05
( 0-1)
0. 01
( 0-1)
Y-BC1-5 108 31
6. 13
( 0-8)
7. 22
( 0-10)
4. 75
( 2-12)
11. 97
( 9-13)
0. 23
( 0-1)
0. 06
( 0-1)
0. 02
( 0-1)
Y-BC1-7 135 33
6. 70
( 1-8)
4. 24
( 0-11)
8. 35
( 0-12)
12. 59
( 7-13)
0. 28
( 0-1)
0. 09
( 0-1)
Y-BC1-8 125 32
5. 89
( 0-10)
4. 64
( 0-9)
7. 85
( 0-14)
12. 49
( 9-13)
0. 44
( 0-1)
0. 05
( 0-1)
271第 4期 李造哲等:披碱草和野大麦杂种 F1 与BC1 代细胞遗传学研究
图Ⅰ: 1. 披碱草根尖染色体, 2n= 42; 2.野大麦根尖染色体, 2n= 28; 3. 野大麦×披碱草( F 1)根尖染色体, 2n= 35; 4. P-BC1-1 根尖
染色体, 2n= 31; 5. P-BC1-2 根尖染色体, 2n= 29; 6. P-BC1-9 根尖染色体, 2n= 33; 7. Y-BC1-1根尖染色体, 2n= 28; 8. Y-BC1-2 根
尖染色体, 2n= 32; 9.披碱草 PMCMI 染色体构型, 21ⅠⅡ; 10.野大麦 PMCMI 染色体构型, 14Ⅱ; 11.披碱草×野大麦 PMCMI 染
色体构型, 13Ⅰ+ 8Ⅱ+ 2Ⅲ; 12.披碱草×野大麦 PMC 落后染色体、桥; 13. 披碱草×野大麦 PMC 四分体微核; 14. P-BC1-1 PMC-
MI 染色体构型, 4Ⅰ+ 12Ⅱ+ 1Ⅲ; 15. P-BC1-5PMC 落后染色体、桥; 16. P-BC1-7PMCMI 染色体构型, 14Ⅱ; 17. Y-BC1-2 PM CM I
染色体构型, 6Ⅰ+ 9Ⅱ+ 2Ⅳ; 18. Y-BC1-7PMC 四分体微核
Explanation of plates
Plate Ⅰ: 1. The chromosome in ro ot t ip cell of E . dahuricus , 2n= 42; 2. T he chromosome in r oo t tip cell o f H . br ev isubulatum .
2n= 28; 3. T he chromosome in r oot tip cell o f H . br ev isubulatum×E . dahur icus F1 , 2n= 35; 4. The chromosome in r oo t tip cell o f
P-BC1-1, 2N= 31; 5. The chromosome in r oot tip cell of P-BC1-2, 2n= 29; 6. T he chromosome in r oo t tip cell of P-BC1-9, 2n=
33; 7. T he chromosome in r oo t tip cell o f Y-BC1-1, 2n= 28; 8. The chromosome in r oot tip cell o f Y-BC1-2, 2n= 32; 9. The chro-
mosome pairing configur ation in PMCM I of E . dahuricus , 21Ⅱ; 10. The chromosome pair ing configur ation in PMCMI o f H . br ev i-
subulatum , 14Ⅱ; 11. The chromosome pairing configuration in PMCMI o f E . dahuricus×H . br evisubulatum F1, 13Ⅰ+ 8Ⅱ+ 2Ⅲ;
12. T he lag ga rds and bridge in PMC of E . dahur icus×H . br ev is ubulatum ; 13. The quar ted and micronuclei in PM C o f E . dahur icus
×H . brevisubulatum F1; 14. The chromosome pairing configur ation in PM CM I of P-BC1-1, 4Ⅰ+ 12Ⅱ+ 1Ⅲ; 15. T he laggards and
bridge in PM C of P-BC1-5; 16. T he chromosome pairing configuration in PMCMI of P-BC1-7, 14Ⅱ; 17. T he chromosome pairing
configuration in PMCMI o f Y-BC1-2, 6Ⅰ+ 9Ⅱ+ 2Ⅳ; 18. The quar tet and micronuclei in PMC of Y-BC1-7
272 草　地　学　报 第 13卷
2005年共有 96位专家为本刊审稿,谨此致谢!
恭祝各位专家新年快乐! 万事如意!
于　卓　马志广　方　成　云锦凤　毛培胜　王　音　王　培　王　 　王玉山　王宗礼　王德利
王礼先　韦革宏　卢欣石　宁国赞　巨晓棠　玉　柱　龙瑞军　刘西莉　刘建秀　孙　彦　朱进忠
毕玉芬　米福贵　许　鹏　邢　旗　严泰来　张　博　张自和　张启伟　张宏福　张志国　张国珍
张英俊　张新全　张蜀秋　李　聪　李向林　李建东　李建强　李青丰　李瑞芬　杜占池　杨允菲
杨青川　沈益新　苏大学　苏加楷　陈幼春　陈佐忠　陈自胜　周　禾　周寿荣　周道玮　呼天明
孟　林　孟庆翔　孟昭仪　郑大玮　南志标　姜　恕　洪绂曾　祝廷成　胡　林　赵小蓉　赵玉萍
赵廷昌　赵美琦　徐　柱　秦耀东　袁会珠　袁庆华　袁红莉　袁建敏　郭振飞　高洪文　曹致中
隋新华　黄文惠　曾昭海　程　序　程延年　程积民　董宽虎　董维惠　韩国栋　韩建国　韩烈保
韩雪松　赖志强　雷仲仁　雷祖玉　鲍健寅　樊江文　潘君乾　魏春雁(以姓氏笔画为序)
3　讨论与结语
3. 1　观察表明亲本披碱草的染色体数为 2n = 42, 野
大麦为 2n= 28。正、反交杂种 F1染色体数均为35。BC1
代染色体发生了数目上的变异, 变异范围为 28～35,
出现了很多非整倍性植株, 这是由F 1花粉母细胞减数
分裂不规则造成的。
3. 2　披碱草的 PMCM I 二价体配对频率很高, 为
20. 93, 单价体频率极少,再次说明它为规则的异源六
价体( SdSdHdHdYY)。野大麦 PMCM I 出现少量的四价
体、三价体和单价体,但主要以二价体占优势,配对频
率为 13. 81, 如此高的二价体频率证明野大麦确为同
一染色体组( H)产生歧化后的四倍体, 据此认为Land-
st ron 等[ 6]把野大麦染色组定名为 HHH′H′是合理的,
H、H′之间是亲缘关系较近的染色体组。
3. 3　杂种中来自不同亲本的染色体组之间的配对交
叉频率的高低,反映了染色体同源程度的高低及亲本
间亲缘关系的远近。正反交F 1代 PMCM I 染色体构型
分别为 7. 94Ⅰ+ 10. 95Ⅱ+ 1. 52Ⅲ+ 0. 15Ⅳ和 7. 74Ⅰ
+ 10. 95Ⅱ+ 1. 50Ⅲ+ 0. 16Ⅳ,二价体配对频率较高,
表明双亲遗传物质交换有可能发生, 披碱草的 Hd 染
色体组和野大麦的 H/染色体组有较高的同源性。卢宝
荣[ 7]认为披碱草的 Hd 染色体组直接起源于野大麦的
H 染色体组, 但是在各自的演化过程中发生了程度不
同的分化。
3. 4　杂种 F1 代 PMC 后期 I 普遍出现落后染色体和
染色体桥,四价体普遍含有微核。杂种 F1减数分裂不
规则, 单价体的普遍存在是造成杂种不育的重要原
因[ 8～ 10]。
3. 5　多数 BC1代的 PMCM I 染色体配对形为仍很不
规则, 但较 F1 代单价体频率有所不降, 二价体频率有
所增高。其中 P-BC1-6、P-BC1-7和 Y-BC1-1的 PMC-
MI 染色体配对行为较规则,单价体频率较低,环状二
价体占绝对优势,这些株系的染色体数已恢复为轮回
亲本野大麦的染色体数, 2n= 28, 而且这些株系有较
高的花粉育性和结实率 [ 4]。这为杂种育性恢复程度及
BC1代结实率提高幅度的检测和评价提供了可靠的细
胞学依据。
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273第 4期 李造哲等:披碱草和野大麦杂种 F1 与BC1 代细胞遗传学研究