全 文 ：第28卷 第5期 作　物　学　报 V ol. 28, N o. 5
2002 年9月　 704～ 708页 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA pp. 704～ 708　 Sep t. , 2002
特异同源三倍体水稻材料 SAR-3细胞学研究Ξ
张　静　吴先军3 　汪旭东　周开达　彭　海
(四川农业大学水稻研究所　四川温江 611130)
摘　要　以特异同源三倍体水稻材料 SA R 23中15个株系为研究材料, 对同源三倍体减数分裂中染色体行为, 特别是染
色体分离方式进行了研究。结果表明: 同源三倍体 SA R 23花粉母细胞减数分裂中期É 染色体形成单价体、二价体和三
价体; 后期É 染色体分离遵守随机分配规律, 但有一定比例整倍性二分体出现; 后期É、后期Ê 染色体落后是形成单
倍性配子的主要原因。
关键词　水稻; 同源三倍体; 染色体; 单倍性配子
中图分类号: S511　　　文献标识码: A
Cytolog ica l Study on a Spec ia l Autotr iplo id R ice SAR-3
ZHAN G J ing　WU X ian2Jun3 3 　WAN G Xu2Dong　ZHOU Kai2D a　PEN G H ai
(R ice R esearch Institu te of S ichuan A g riculture U niversity , W enj iang , S ichuan 611130, China)
Abstract　15 lines of special auto trip lo id rice SA R 23 w ere emp loyed to investigate the ch romosom e behavio r
during m eiosis, especially the ch romosom e segregation pattern. T he results show ed that the un ivalen t, b ivalen t
and trivalen t w ere observed at m etaphase É , but the ch romosom e segregation w as random at anaphase É . T he
hap lo id gam etes w ere fo rm ed w hen som e ch romosom es lagged at anaphase É and anaphase Ê .
Key words　R ice; A uto trip lo id; Ch romosom e; H ap lo id gam ete
　　四川农业大学水稻所从双胚苗品系9003中筛选
出同源三倍体 SA R 23[ 1 ]。经吴先军[ 2 ] 研究表明,
SA R 23作母本与普通二倍体杂交后, F 1代得到一定
比例的二倍体, 在这些二倍体中有一定比例的植株
在 F 2代稳定一致, 不再分离。目前已用 SA R 23选育
了300余个早代稳定品系, 但对其早代稳定机制还
很不清楚。本文对同源三倍体 SA R 23花粉母细胞减
数分裂进行了观察, 以期为阐明 SA R 23早代稳定的
机理提供依据。
1　材料与方法
1. 1　材料
同源三倍体水稻 SA R 23来源于四川农业大学
水稻研究所双胚苗品系9003的自然群体, 稻兜分蘖
繁殖。本试验以 SA R 23中15个株系 (杂交后出现早 代稳定)为研究材料。1. 2　方法1. 2. 1　倍性鉴定　　1999年夏于四川温江, 对上述15个株系, 每株系选两株生长正常的植株挂牌,从各株上分取稻苗, 共30个单株作倍性鉴定, 对应的另半株稻苗留作花粉母细胞减数分裂观察取材。另取 SA R 23套袋自交种子, 试管培养成苗后移栽。切取稻苗根尖, 制片采用酶解火焰干燥法[ 3 ]。1. 2. 2　花粉母细胞减数分裂观察　　选作倍性鉴定时, 已挂牌的植株取材。早晨6: 30～ 7: 30在田间选取叶枕距为- 1～ 1 cm 的幼穗, 用 Carnoy′s 固定液固定1～ 24h 后, 换入70% 乙醇保存 (4℃)。每一小花选取1枚花药, 压片观察, 如处于减数分裂时期, 再将其余5枚花药用1 molöL HC l 水解7 m in (水浴60℃) , 蒸馏水洗数次后, 用改良苯酚品红压片。Ξ 基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (30070398) ; 四川省教育厅资助项目。　　Supported by the N ational N atural Science Foundation
of China (30070398) and the Educational Departm ent of Sichuan P rovince.
作者简介: 张静 (19752) , 女, 四川人, 硕士, 研究方向: 生物技术育种。
　 3 通讯作者。　　A uthor for correspondence
Received on (收稿日期) : 2001207230; A ccep ted on (接受日期) : 2002202210

制片在O lympus BH 22显微镜下观察并照相。
2　结果与分析
2. 1　倍性鉴定
2. 1. 1　株系鉴定　　对15个株系, 每株系2株, 共
30株的根尖细胞染色体数目进行了鉴定。每株至少
观察5个根尖, 每个根尖至少观察5个以上的细胞,
鉴定结果全部为三倍体。(图1)
2. 1. 2　自交后代倍性鉴定　　将三倍体株系28、
30自交一代种子进行组织培养, 成苗后移入田间,
其中株系28培养种子15粒, 成活7株; 株系30培养
种子13粒, 成活8株。取根尖鉴定各株倍性, 结果以
上15株均为非整倍体2n= 25～ 28 (图2, 3) , 其中2n
= 25的5株, 2n= 26的4株, 2n= 27的4株, 2n= 28的
2株。
2. 2　特异同源三倍体水稻材料花粉母细胞减数分
裂中染色体行为
2. 2. 1　中期É 染色体构型　　中期É 染色体联会
排列于赤道板上, 此期染色体联会形式多种多样,
统计了分散较好的450个细胞, 其联会构型主要有:
8Ë + 5Ê + 2É、7Ë + 6Ê + 3É、7Ë + 4Ê + 7É、
6Ë + 7Ê + 4É、6Ë + 6Ê + 6É、5Ë + 8Ê + 5É
等 (图426)。各株系平均联会构型统计数据列于表
1。从表1中可以看出, 所研究的同源三倍体各株系
中期É 联会构型没有明显差异, 计算出所有株系平
均联会构型为6. 80Ë + 6. 19Ê + 3. 22É。
表1　　SAR-3花粉母细胞减数分裂中期É 染色体构型
Table 1　　Chromosome conf iguration at metaphase É of PM C for SAR-3
株系号
L ines
统计细胞数
No. of cells
observed
染色体构型
Chromosom e configurationsË Ê É 株系号L ines 统计细胞数No. of cellsobserved 染色体构型Chromosom e configurationsË Ê É
26 30 6. 56 6. 05 4. 23 157 30 7. 59 5. 57 2. 10
27 30 7. 12 5. 70 3. 25 158 30 6. 58 6. 27 3. 72
28 30 7. 43 4. 85 4. 01 164 30 6. 44 6. 78 3. 12
29 30 6. 40 6. 83 3. 15 165 30 6. 39 7. 21 2. 41
30 30 6. 58 6. 92 2. 42 176 30 7. 35 5. 70 2. 55
31 30 7. 13 5. 64 3. 33 124 30 7. 10 5. 25 4. 21
36 30 6. 59 5. 84 4. 56 125 30 6. 25 7. 07 3. 11
156 30 6. 54 7. 13 2. 12 X 6. 80 6. 19 3. 22
表2　　SAR-3减数分裂后期É 二分体细胞的染色体数
Table 2　　Dyads with different chromosome numbers in SAR-3
株系号
L ines
统计细胞数
No. of cells
observed
二分体细胞的染色体数
Chromosom es w ith in a cell of dyad
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
26 20 1 3 1 2 13 11 6 2 1
27 20 1 2 2 7 9 7 5 6 1
28 20 1 3 6 8 9 7 6
29 20 1 2 8 8 10 6 5
30 20 1 7 11 7 8 6
31 20 1 1 8 10 6 8 6
36 20 1 8 8 9 6 7 1
156 20 1 1 8 9 6 7 7 1
157 20 1 8 10 8 7 6
158 20 9 6 10 7 8
164 20 1 2 6 8 8 8 6 1
165 20 1 1 1 5 8 9 10 5
176 20 2 1 1 5 6 11 9 5
124 20 1 1 1 9 6 8 5 8 1
125 20 1 7 12 7 7 62 600 6 6 12 14 103 132 126 106 89 4 1 1
% 100 1 1 2 2. 33 17. 2 22 21 17. 7 14. 8 0. 67 0 0. 17 0. 17
5075期　　　　　　　　　　　　张　静等: 特异同源三倍体水稻材料 SA R 23细胞学研究　　　　　　　　　　　　　　　　

2. 2. 2　后期É 染色体分离方式　　后期É 同源染
色体彼此分离, 分别趋向纺锤体两极。大多数情况
下同源染色体趋向于均等分离, 存在一定数量的不
均等分离, 有的情况下还伴随有落后染色体, 落后
染色体个数为1～ 9个, 有染色体桥形成。统计300
个分裂相, 染色体分离方式主要为: 18218、17219、
16220、1821217、1722217、1623217、1724215等 (图7
～ 9)。统计后期É 两极的染色体数目, 列于表2。从
表2可以看出: n= 16、17、18、19的染色体数占绝
大多数; 又形成有一定数量的 n= 12、13、14、15的
染色体数; n= 21、22、23、24的染色体数很少。
本试验观察到6个细胞有可能产生单倍性的配
子, 其产生方式依次为: 12224 (1个)、1224220 (2
个)、1226218 (2个)、1229215 (1个)。
2. 2. 3　减数第二次分裂　　减数第二次分裂时,
中期Ê 观察到染色单体排列于赤道板上 (图10)。后
期Ê 持续时间较短, 染色体分离方式不易计数, 但
有少数细胞观察到染色体明显落后 (图11)。每个花
粉母细胞均能形成四分体, 但每个四分体细胞的染
色体数及以后形成的小孢子生活力可能不同。
3　讨论
3. 1　特异同源三倍体水稻 SAR-3减数分裂与单倍
性配子的产生
对于同源三倍体 SA R 23, 如果减数分裂中染色
体随机分配, 所形成的配子应是: n% = (Cn- 1212 ö212)
×100% (n≥12为配子染色体数) , 其理论与实际分
布见表3和图1。从表3和图2中可以看出, 理论上所
形成的配子染色体数以n= 18为中心呈对称分布,
并且大且大量集中于 n= 15～ 21, 在此域之外的配
子染色体数分布很少, 而实际观察结果也与上述的
理论趋势基本相符, 理论与实际偏离不大。这表明
在 SA R 23减数分裂中所观察到的染色体落后等异
常现象基本未影响染色体的随机分配规律和最终形
成的配子类型的相对比例。
表3　　同源三倍体 SAR-3所产生的配子染色体数理论与实际分布
Table 3　　Theoretica l and observed distr ibution of gamete chromosomes in autotr iplo id SAR-3
n 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
理论值
Theoretical
values (% )
0. 02 0. 29 1. 61 5. 37 12. 1 19. 4 22. 6 19. 4 12. 1 5. 37 1. 61 0. 29 0. 02
实际值
O bserved
values (% )
1 1 2 2. 33 17. 2 22 21 17. 7 14. 8 0. 67 0 0. 17 0. 17
图1　　同源三倍体 SAR23所产生的配子理论与实际分布
F ig. 1　　Theoretical and observed distribution of gam ete chromosom es for SAR23
　　至于单倍性配子的产生, 无论在理论上还是实
际观察中出现的频率都很低, 本试验观察了600个
二分体细胞, 只有6个细胞有可能产生 n= 12的配
子, 其频率为1%。已有报道同源三倍体能产生单
倍性配子[ 4 ] , 但未涉及其产生方式。从本试验观察,
单倍性配子的产生似乎不存在某种固定的模式, 其
产生方式有染色体的不均等分离12224, 也有后期É 染色体落后形成单倍性配子的分离方式1224220、
1226218、1229215, 而以染色体落后所形成单倍性
配子的方式较多。三倍体水稻大孢子母细胞减数分
607　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作　　物 　　学　　报　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　28卷

裂形成单倍性的配子, 是其与二倍体杂交后出现二
倍体后代的基础, 但大孢子母细胞深埋于胚珠组织
中, 不易观察, 只能从花粉母细胞的情况进行推
断, 要解释早代稳定现象还需作深入细致的研究。
此外, SA R 23花粉母细胞减数分裂形成2n 配子的频
率为0. 17% , 理论上大孢子母细胞形成2n 配子的
几率更低, 通过假受精的无融合生殖方式来解释杂
交早代稳定也还需作进一步研究。
3. 2　特异同源三倍体水稻 SAR-3不同染色体数配
子育性
本试验观察到各种染色体数不同的配子 n =
12～ 24, 从表4和图2中可看出各种类型的配子以
n= 18为中心基本呈对称分布。如果所产生的配子
育性均正常, 那么按自由组合规律, 则自交后代植
株倍性分布为: Y% = ∑
36
i= 1
N i%N Y- i% (Y: 自交后代
倍性; N i: 染色体数为 i 的配子比率) , 表4和图2显
示了 SA R 23自交后代倍性的理论与实际分布, 由表
4和图2可以看出: SA R 23自交后代倍性理论曲线从
24～ 36呈上升趋势, 并且集中于30～ 36, 倍性为24
～ 29的植株仅占2. 1% ; 然而实际观察曲线显示自
交后代大多为2n= 25- 28的植株。这种倍性的理论
分布与实际分布偏离的现象说明: SA R 23不同染色
体数配子育性可能不同。
表4　　同源三倍体 SAR-3自交后代倍性的理论与实际分布
Table 4　　Theoretica l and observed distr ibution of SAR-3 self ing progen ies
2n 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24
理论值
Theoretical
values (% )
25. 7 23. 8 20 14. 2 8. 1 3. 6 2. 4 1. 3 0. 6 0. 1 0. 1 0 0
实际值
O bserved
values (% )
0 0 0 0 0 0 0 0 13. 3 26. 7 26. 7 33. 3 0
图2　　同源三倍体 SAR23自交后代倍性的理论与实际分布
F ig. 2　　Theoretical and observed distribution of auto trip lo id selfing p rogenies
　　多倍体不同染色体数配子育性不同的现象, 在
多倍体与二倍体杂交实验中也可以观察到。理论上
三倍体与二倍体杂交后代的倍性分布应为: Y% =
N Y212% (Y: 杂交后代倍性; N Y212; 染色体数为 Y212
的配子比率) , 是以30为中心的对称分布。而实际
上我们在历年的杂交中, 2n= 24、25、26、27、28的
植株占91. 4% (本实验室未发表资料) , 说明 n= 12
～ 16的配子育性较其它配子高。N oyes[ 5 ]报道了用
三倍体材料 E rig eron annuus (2n= 27) 和二倍体材料
E. strig osus (2n= 18) 的杂交后代倍性变化, 其结果
是后代植株倍性变化出现两个峰值, 即在靠近两个
亲本倍性的植株出现特别多。这说明了三倍体产生
的配子中, 可育配子所占比率如果绘制成曲线也应
是具双峰的曲线。
本研究结果表明: 不同染色体数的配子育性的
确存在差异。对于这种差异, 本文作者认为, 对于
单倍性配子, 多余的染色体是一种遗传负荷, 每增
加一条染色体, 配子的育性就减弱一分, 竞争力也
相应减弱一分; 而随着多余染色体的增加在接近二
倍性配子时, 配子的育性又增加, 竞争力也随之增
强, 这也说明了整倍性染色体组是保证配子正常受
精的完整单位。这与卢长明等[ 6 ]研究结果类似。因
7075期　　　　　　　　　　　　张　静等: 特异同源三倍体水稻材料 SA R 23细胞学研究　　　　　　　　　　　　　　　　

而配子染色体数 n= 12、24及其相近的配子虽然产
生较少, 但其育性较高, 一旦形成就容易正常受精
结实。而其它配子虽然产生较多, 但其育性较低,
难以进行正常的有性生殖。由于大量的非整倍性的
配子在受精结实的过程中已经被淘汰了, 所以在后
代中较少出现非整倍性的植株。在多倍体与二倍体
杂交后代中, 选择稳定二倍体, 可以大大的减少后
代倍性鉴定的工作量, 这对于利用特异水稻材料进
行早代稳定品系选育具有一定的指导意义。
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