全 文 ：武汉植物学研究 ,
口 月
中间 匾麦草与小麦杂种配子形成
途径的细胞学研究
‘
王洪刚
山东农业大学农学系 泰安
提 要 以中间僵麦草与小麦烟农 巧 的杂种 , 及其 个 自交和回交世代 , 、 、 , 、 、
为材料 , 对杂种 , 配子形成途径的细胞学特点进行了研究 。 结果表明 , 杂种 减数第一
分裂基本正常 , 在减数第二分裂观察到由于染色体不对称分离产生的无染色质和仅带有微核
的子细胞 。 小抱子染色体数 目为 一 条 , 根据 推算的 产生的雌配子染色体数目为
条 。 根尖细胞和花粉母细胞内染色体数目的平均值分别是 和 。 因此 ,
杂种 , 在减数分裂过程中产生了不完全减数的配子 , 并且不完全减数可能主要是发生在减
数第二分裂
关健词 中间堰麦草 , 小麦 , 杂种 , 配子 , 细胞学
中间僵麦草 ’ ’ , 一 是小麦遗传改 良中具有重要利用价值的
野生近缘物种 。 由于其具有对多种小麦病害的良好抗性 、耐寒抗旱 、大穗 、 多花多实等优良
特点 , 因此早 已成为小麦遗传改 良中转移有益外源基因的良好供体材料 。 孙善澄 , ,将中
间僵麦草的完整染色体组转移进小麦 , 育成中 等 个八倍体小僵麦 何孟元等即将中间
僵麦草的不同染色体转移进小麦 , 育成两套 个异附加系 辛志勇等‘。把中间僵麦草的
抗 基因转移进小麦 , 育成抗 易位系 等〔 , 将中间堰麦草的抗叶锈基
因转移到小麦中 。 中间僵麦草与小麦杂交 一般表现不育 , 但是我们在利用中间僵麦草
与小麦杂交的研究中获得了可 自交部分结实的 , 并由此衍生出丰富的后代变异类型 。
为探讨 , 自交部分结实的原因 , 本研究对 产生配子的方式进行了细胞学分析 。
材料与方法
材料
以小麦品种烟农 为母本与中间堰麦草杂交产生杂种 , , 经 自交产生的 、
收稿日 一 。 一 , 修回 日 一 。 一 。 作者 男 , 岁 , 教授 浙江农业大学在读博士生 , 从事作物遗传育
种研究 。
国家“ 九五 ”科技攻关项 目子课题中部分内容
第 期 王洪刚 中间僵麦草与小麦杂种配子形成途径的细胞学研究
以及以烟农 为回交亲本与 , 经连续 回交产生的 、 和 。 中间堰麦草引自中
国科学院西北植物研究所 , 烟农 巧 由山东农业大学植物遗传工程实验室保存 。
方法
花粉母细胞减数分裂 的细胞学观察 镜检选取适宜时期的花药 , 卡诺液 固定 ,
盐酸 ℃水浴解离 一 , 席夫试剂染色压片镜检并照相 , 然后进行染色体数
目统计和染色体构型分析 。
杂种 , 小抱子发生和雄配子体发育的细胞学观察 四分体以前各期利用席夫试
剂染色压片镜检并照相 , 四分体及以后各期利用醋酸洋红染色方法直接压片镜检并照相
。
根尖细胞染色体观察 取各世代种子根尖在 一 ℃条件下低沮预处理 玩法氏
固定液固定 , 蒸馏水冲洗后用 盐酸 ℃水浴解离 , 铁矾一苏木精
方法压片镜检并照相 。
结果与分析
杂种 , 雄配子体发育的细胞学特点
亲本烟农 巧 图版 和中间僵麦草 图版 根尖细胞染色体数均为 条
。 杂种
, 花粉母细胞减数分裂第一中期 染色体构型较为复杂 , 不仅有较高频率的单
价体 图版 , 而且还有一定频率的三价 、 四价体等多价体出现 每个细胞 内二价体为
一 个 , 平均 为 个 。 , 的平均染色 体构 型为
。 。 在杂种 减数分裂的第一后期 图版 和第一末期 图
版 可观察到落后染色体 。二分体 图版 和四分体 图版 时期 , 可在细胞中观察
到微核 。 在四分体期可看到有的子细胞中完全无染色质或只有微核 图版 , , 并且这
种无染色质或仅有少量染色质的子细胞是在减数第二分裂形成的 , 这说明在减数第二分
裂后期发生了染色体的不对称分离 。 这种明显的染色体不对称分离现象在减数第一分裂
中则没有观察到 。
四分体时期后 , 子细胞游离为小抱子 , 其形状逐渐变为近圆形 图版 。 , 此后进一
步发育为单核靠边期 图版 , 并进行第 次抱子有丝分裂 图版 形成双胞花粉
图版 。 开花期取样可观察到每个花粉粒内含有 个大的营养核和 个精子 图版
, 说明成熟的雄配子体已形成 。 用醋酸洋红染色可发现开花期的花粉具有较高的可
染率 图版 , 不能染色的败育花粉仅为 。 在被醋酸洋红染色的花粉中 , 多为双
胞和三胞花粉 。 由于一般情况下 , 雌配子的育性要好于雄配子 , 因此一定数量的正常花粉
可保证授粉的需要 , 从而可使 , 具有一定的结实率 。
对小抱子的染色体数 目 图版 观察结果表明 , 在处于第 次抱子有丝分裂中期
的 个能进行染色体计数的小抱子中染色体数目为 条 。 没有发现染色体为 条
或完全不减数的含有 条染色体的类型 。
杂种 , 自交及回交世代的染色体数 目
对 和 。 两个 自交世代减数分裂染色体构型分析结果表明 , 个世代的染色体构
型仍然较为复杂 , 单价体较 , 减少 , 多价体仍有较高频率 , 二价体平均数目都超过 个 ,
显著高于 。 和 , 的平均染色体构型分别为 和
武 汉 植 物 学 研 究 第 卷
份 , 个世代的平均染色体数分别为 和 表
, 都明显地超过了双亲及 , 的 条 。 由此说明 , 杂种 的染色体分离不能按随机组合
推断 。 , 、 和 个回交世代的染色体构型随回交世代的增加逐渐趋向简单 , 单价
体数 目减少 , 二价体逐渐稳定在 个 , 但仍有一定频率的四价体 。 个 回交世代的平均染
色体数分别为 、 和 。 由于小麦染色体在 个 回交世代中已占多数 , 小麦
染色体组在染色体分离过程中起到中枢作用 , 因而 个 回交世代中未观察到染色体的不
对称分离等异常现象 。
根据对根尖 细 胞有 丝
表 烟农 与中间惬麦草杂种
, 潮
黑最 世 代 】二 ,
减数分裂
黔姜瞥集誓
。 。 ‘ ‘
染色体平均数
有丝分裂
观察的植株数
染色体平均数
染色体数变异范围
姐
分裂 的观 察结果 , 、 、
,
、 和 个 世 代
的平 均 染 色 体 数 分 别 为
、 、 、
和 表 , 这
与在减数分裂中的观察结
果是一致的 。 个 自交世代
的染色体数显著多于双亲
及 , 的 条 , 较理论上的
条 分 别 多 出 和
条 并且 个世代的
染色体数 目变异范围也较
大 , 不仅有 和
的类型 , 而且也有
“ 和 的类型出现 。 个回交世代的染色体数随回交世代的增加逐渐减少 , 染色体
数 目变异范围也逐渐变小 。
讨论
小麦的染色体组构成为 。 中间堰麦草染色体组构成的研究虽有不同结论 ,
但一般认为它含有 个具有部分同源关系的染色体基组和 个不能确定其归属的未知染
色体基组 , 并且韩方普 建议将其表示为 。 据此小麦与中间堰麦草杂交产生的 ,
其染色体组构成应为 , 。 在 , 减数分裂的过程中 , 如果染色体随机均衡地分离 ,
在其 自交子代中就不会造成染色体数 目的较大差异 , 自交子代的染色体数平均应在 条
左右 。 本研究发现 根尖细胞的染色体平均值为 , 在 统计的染色体平均
值为 , 二者基本一致 , 它们分别比理论值 条多 条和 条 。 这一结果表
明 , 自交时参与受精的配子染色体应多于 条 , 进而说明 , 减数分裂时产生了染色体
数目显著多于 条的可育配子
。 在对 , 减数分裂的观察中发现 , 减数第二分裂后期存在
染色体的不对称分离现象 , 这可能导致小抱子中的染色体数 目超过 条
。 染色体的不对
称分离可能与可育配子的形成有关 , 从而造成 自交部分结实 , 也导致 染色体数 目的明
显增加 。对 染色体构型的分析发现 , 除具有一定频率的单价体和多价体外 , 二
第 期 王洪刚 中间僵麦草与小麦杂种配子形成途径的细胞学研究
价体频率明显高于 , , 的平均二价体数达到 个 , 二价体变异范围为 ,
说明 内已可能平均含有 个完整的染色体基组 。 由于 中有较高频率的二价
体 , 使其减数分裂中染色体分离趋向均衡 , 因而保证了 代染色体数 目的平均值与 相
近 。 在 减数分裂和根尖细胞有丝分裂中统计的 染色体平均值分别为 和
。 关于不同杂种世代的细胞遗传学特点 已在另文报道 。 上述结果说明杂种 在减数
分裂产生配子的过程中可能产生了染色体非完全减数的配子 。 刘大均等川研究证明 普通
小麦 中间僵麦草 有生活力的雌配子主要是染色体不减数和近于不减数的类型 。 韩
方普〔幻认为特别在小麦与僵麦草 、簇毛麦 、 黑麦杂交育种过程中 , 的配子传递不能按染
色体随机组合方式推断 , 在中间堰麦草和小麦杂交种 再与小麦回交子代中 , 由于小麦
染色体组在配子形成过程中起到中枢作用 , 因而其配子形成过程中染色体才按随机组合
方式进行 。
关于不减数配子产生的方式在不同研究中获得的结果有所不同 。 〔的在对小麦
与黑麦和小麦与大麦杂种 的研究中认为不减数配子的产生途径有两条 , 一是减数第一
分裂正常 , 但不进行减数第二分裂 二是减数分裂前性母细胞通过再组使染色体加倍 , 然
后进行正常的减数分裂 。 等 ,和许树军等 ”在对小麦与山羊草杂种 , 的研究中发现
未减数配子可通过以下两种方式产生 一是花粉母细胞第 次分裂消失 , 只发生第 次分
裂 , 即染色体集中在赤道板后 , 姊妹染色单体均等分离并移向两极形成体积均等的二分
体 , 然后直接发育为未减数配子 二是胞质提前分裂形成再组核 , 即在第一后期和第一末
期染色体向细胞中央移动形成再组核 , 同时胞质提前分裂形成体积不等的二分体 , 其中大
子细胞含有全部或大部分染色体 , 再经减数第二分裂形成未减数配子 。 李锁平等〔‘ 〕在对
节节麦与硬簇麦杂种 的观察中也发现减数第一分裂消失 , 经减数第二分裂产生二分体
并直接发育为未减数配子的现象 。 本研究发现 , 小麦与中间僵麦草杂种 产生的主要是
不完全减数的配子 , 其产生的途径与上述方式也不尽相同 。 对 , 减数分裂的细胞学观察
结果表明 , 减数第一分裂基本是正常的 在减数第二分裂中一部分二分体中染色体
发生不对称分离 , 结果造成有的子细胞中无染色质或仅有极少染色质 图版 , 。 由于
这一现象发生在减数第二分裂 , 因此 , 使产生的小抱子中的染色体不可能包含双亲的全部
完整的染色体基因组 , 结果产生的配子是不完全减数的 。通过对小抱子进行染色体计数和
对回交子代的染色体分析也进一步验证了这一结果 。 在观察的能计数的 个有丝分裂中
期的小抱子中染色体数 目为 对 花粉母细胞和根尖细胞的细胞学分析结果发
现其 和根尖细胞的染色体平均值分别为 和 , 这表明杂种 雌配子中
的平均染色体数为 和 。 从表 结果可以看出 , 根尖细胞染色体数 目的变
异范 围为 , 说明 , 雌配子所携带的染色体数 目为 , 这些结果与对杂种
小抱子染色体数的观察结果是基本吻合的 。
上述结果表明 , 在远缘杂交中 , 杂种 产生不减数和不完全减数配子是一种较为普
遍的现象 , 但在不同的材料中其产生不减数或不完全减数配子的方式可能是不同的 。这种
不减数和不完全减数配子的产生和参与受精 , 对于后代育性的较快恢复和杂种后代中间
类型在细胞学上的较快稳定可能是有利的 。 本研究在烟农 与中间僵麦草的杂种 中
就选育出了细胞学稳定的八倍体小堰麦 , 并且调查发现在开放授粉条件下 , 和 , 的
武 汉 植 物 学 研 究 第 卷
平均 自交结实率分别达到 了 “ 和 , 可育植株的 自交结实率范 围分别为
一 和 。
参 考 文 献
孙善澄 小僵麦类型与物种形成的探讨 作物学报 , ,
孙善橙 小僵麦新品种与中间类型的选育途径 、 程序和方法 作物学报 , ,
何孟元 , 徐宗尧 , 邹明谦等 两套小冰麦异附加系的建立 中国科学 辑 , , 一
辛志勇 , 徐惠君 , 陈孝等 应用生物技术向小麦导入黄矮病抗性的研究 中国科学 辑 ,
, , 一 鲜珍
, ’ , ,
韩方普 天兰冰草及八倍体小冰麦染色体组构成研究 遗传 , ,
刘大均 , 杨世湖 普通小麦 中间很麦草杂种配子及后代类型形成途径的细胞遗传学研究 作物学报 , ,
韩方普 小麦远缘杂交新类型形成过程的探讨 国外农学 一麦类作物 , ,
, 城勿肠 妙口 , ,
,
床 , , 。 , ,
许树军 , 董玉深 波斯小麦 节节麦杂种 , 直接形成双二倍体的细胞遗传学研究 作物学报 , , 一
李锁平 , 刘大均 节节麦 硬粒小麦一簇毛 麦双 二倍体杂种 可孕配子途径的细胞学分析 遗传学报 , ,
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