全 文 ：第 28 卷 第 2 期 作　物　学　报 V ol. 28, N o. 2
2002 年 3 月　 170～ 174 页 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA pp. 170～ 174　M ar. , 2002
普通小麦与粗山羊草正反交育性机理的胚胎学研究Ξ
李常保　刘艳华　杜长青　孔令让
(山东农业大学农学系, 山东泰安, 271018)
摘　要　用石蜡切片和塑料切片法, 对中国春与粗山羊草正、反交授粉后不同时间固定的子房进行了胚胎学研究。结
果表明, 虽然正、反交均能受精发育, 但两者的受精率和成胚率相差极大。正交组合的平均受精率和成胚率分别为
23. 75% 和 4. 58% ; 而反交组合的平均受精率和成胚率分别为 87. 08% 和 82. 08%。尽管如此, 正交所形成的正常胚的
质量比反交形成的胚质量要好。在反交组合中, 受精发育过程较正常, 而在正交组合中受精过程延迟, 多数受精卵败
育。本文进一步证实了反交组合的成胚率高于正交组合; 而正交组合的幼胚拯救率高于反交组合的胚胎学原因。
关键词　普通小麦; 粗山羊草; 正交; 反交; 受精; 胚胎发育
中图分类号: Q 943　　　文献标识码: A
Embryolog ica l Studies on the Fertil ity of the Or ig ina l and Rec iproca l Crosses
between T. aest ivum and Ae. tausch ii
L I Chang2Bao　L IU Yan2H ua　DU Chang2Q ing　KON G L ing2R ang
(D epartm ent of A g ronom y , S hand ong A g ricultural U niversity , T aian 271018, China)
Abstract　O bservation w as m ade on the fertilization and em bryo developm en t in the o riginal and recip rocal
crosses betw een T. aestivum Ch inese Sp ring and A e. tausch ii w ith the paraffin and p lastic techn iques. In the
o riginal cross, the average ratio s of fertilization and em bryo fo rm ation w ere respectively 23. 75% and 4. 58% ;
How ever, in the recip rocal cross, the average ratio s of fertilization and em bryo fo rm ation w ere respectively
87. 08% and 82. 08%. T he em bryos can be obtained in bo th of crosses, but the quality of em bryos in the
o riginal w as better than that in the recip rocal. T he em bryo logical results co rrobo rated our p revious conclusions
that the ratio of em bryos obtained in the recip rocal w as h igher than that in the o riginal, w hereas the ratio of
em bryo revived in the o riginal w as h igher than that in the recip rocal.
Key words　T riticum aestivum ; A eg ilop s tausch ii; O riginal cross; R ecip rocal cross; Fertilization; Em bryo
developm en t
　　粗山羊草 (A eg ilop s tausch ii (Coss. ) Schm al. ,
Syn. A eg ilop s squarrosa L. , 2x, DD ) 属禾本科
(Poaceae) 小麦族 ( T riticeas) 山羊草属 (A eg ilop s
L. ) , 是普通小麦D 染色体组的供体[ 1, 2 ]。粗山羊草
中含有丰富的抗病[ 3 ]、抗虫[ 4 ]、抗逆[ 5 ]、优质[ 6 ]等优
异基因, 是改良普通小麦的宝贵遗传资源[ 7, 8 ]。
以普通小麦为母本, 粗山羊草为父本进行杂
交, 我们称之为正交, 通过这一途径可实现粗山羊
草有益性状, 如抗病性、抗虫性等, 向普通小麦的
转移, 从而改良普通小麦的某些不良性状。若以粗
山羊草为母本, 普通小麦为父本进行杂交, 我们称
之为反交, 利用这一途径, 通过连续核置换, 可获
得普通小麦—粗山羊草核质杂种。该核质杂种和其
相应的核供体亲本相比, 表现出生长势强、高产、
早熟、抗病、蛋白质和赖氨酸含量高等特点[ 9 ]。因
此, 通过普通小麦与粗山羊草杂交是实现粗山羊草Ξ 基金项目: 国家自然科学基金资助 (30070465) , 山东省自然科学基金资助项目 (Q 97D 06138)
本研究得到山东农业大学张恒悦先生、崔德才先生的大力协助, 谨此致谢。
作者简介: 李常保 (1972) , 男, 山东鄄城县人, 硕士, 讲师。主要从事作物育种学、遗传学教学和利用生物技术进行作物遗传改良的理
论和应用研究。
Received on (收稿日期) : 2000210216, A ccep ted on (接受日期) : 2001203226

有益基因向普通小麦转移或培育核质杂种, 从而实
现小麦育种产量水平突破的一条良好途径。
我们曾对普通小麦与粗山羊草正、反交的研究
结果做过报道[ 10, 11, 12 ]。反交组合的成胚率远高于正
交组合, 接近于品种间杂交结实率; 反交组合的成
苗率也高于正交; 但正交的幼胚拯救率高于反交。
本文从细胞胚胎学角度对普通小麦与粗山羊草正、
反交的授粉受精过程及杂种种子 (胚和胚乳)的发育
进行研究。
1　材料与方法
普通小麦中国春 (CS) 与粗山羊草均种植于山
东农业大学农学系网室中。中国春材料为本室保
存, 粗山羊草编号为A e34、A e38、Y128、Y218, 均
由中国农业科学院作物品种资源研究所提供。
本实验分别在1999年和2000年做了两次重复。
在小麦和粗山羊草开花前2天用常规方法去雄套袋
隔离, 去雄2天后, 收集自然开放的新鲜花粉, 进行
正、反杂交。于授粉后10分钟、30分钟、1小时、2小
时、6小时、8小时、12小时、24小时、2天、4天、5
天、8天、10天、12天、14天分15个时期分别剥取小
麦和粗山羊草的子房, 每期分别取30个子房, 戊二
醛固定, 爱氏苏木精整体染色, 石蜡切片和 JB 24塑
料切片, 观察并照相。
2　结果与分析
2. 1　普通小麦与粗山羊草正、反交的受精率和成
胚率
对普通小麦与粗山羊草正、反交不同组合的子
房进行切片观察, 统计其受精率和成胚率。从表1
和表 2 可以看出: 正交组合的平均受精率为
23. 75% , 平均成胚率为4. 58% ; 反交组合的平均
受精率和成胚率分别为87. 08% 和82. 08%。正交组
合的受精率和成胚率都远低于反交组合。
表1　普通小麦与粗山羊草正交的受精率和成胚率
Table 1　Frequency of fertil ization and embryo formation in
or ig inal cross between T. aest ivum Chinese Spr ing and Ae. tausch ii
杂交组合
Cross
com bination
观察子房数
No. of ovaries
exam ined
受精率
Rate of
fertilization (% )
成胚率
Rate of em bryo
form ation (% )
CS×A e34 60 18. 33 3. 33
CS×A e38 60 23. 33 1. 67
CS×Y128 60 31. 67 8. 33
CS×Y218 60 21. 67 5. 00
平均A verage 60 23. 75 4. 58
表2　普通小麦与粗山羊草反交的受精率和成胚率
Table 2　Frequency of fertil ization and embryo formation in
rec iprocal cross between T. aest ivum Chinese Spr ing and Ae. tausch ii
杂交组合
Cross
com bination
观察子房数
No. of ovaries
exam ined
受精率
Rate of
fertilization (% )
成胚率
Rate of em bryo
form ation (% )
A e34×CS 60 85. 00 78. 33
A e38×CS 60 88. 33 83. 33
Y128×CS 60 93. 33 90. 00
Y218×CS 60 81. 67 76. 67
平均A verage 60 87. 08 82. 08
2. 2　普通小麦与粗山羊草反交组合的受精过程和
胚胎发育
授粉后, 小麦花粉可在粗山羊草柱头上正常萌
发, 花粉管可顺利穿过花柱经珠孔进入胚囊。在授
粉后2小时的子房中, 尚未发现花粉管进入胚囊 (图
版É 21)。但授粉后6小时, 就观察到小麦精核已与
粗山羊草卵核融合, 并在卵核中出现两个核仁, 一
个来自卵核, 另一个来自精核, 分别称作雌性核和
雄性核 (图版É 22)。两个核融合起来形成合子, 从
而完成受精作用。
之后, 合子开始分裂。授粉后2天, 就观察到合
子分裂形成三细胞原胚 (图版É 23)。接着胚和胚乳
继续发育, 授粉后10天左右, 球状胚开始不均衡
发育 (图版É 25) , 到14天左右, 盾片长出, 原形成
表3　普通小麦与粗山羊草正、反交的受精过程和胚胎发育进程比较
Table 3　Compar ison of fertil ization and embryo development on the or ig inal and rec iprocal
crosses between T. aest ivum Chinese Spr ing and Ae. tausch ii
时间
T im e
6小时
6 hour
24小时
24 hour
2天
2 day
4天
4 day
10天
10 day
14天
14 day
反交
Recip rocal cross
受精
Fertilize
受精卵
zygote
原胚
Em bryo
球状胚
Spherical em bryo
盾片
Scutellum
原形成层束
P rovascular tissue
正交
O riginal cross
受精
Fertilize
受精卵
Zygote
胚
Em bryo
盾片
Scutellum
1712 期　　　　　　　　　　　李常保等: 普通小麦与粗山羊草正反交育性机理的胚胎学研究　　　　　　　　　　　　　　

图版É 说明: 粗山羊草×普通小麦 (反交)
1. 授粉后2小时的胚囊, 示卵细胞 (ec)、退化的助细胞 (sy) 及反足细胞 (at)。　2. 授粉后6小时的受精卵 (zy)。　3. 授粉后2天的三细胞原胚
(↑)。　4. 授粉后4天的球状胚 (胚细胞液泡化) , 胚乳发育滞后。　5. 授粉后10天, 球状胚开始不均衡发育。　6. 授粉后14天, 胚已发育出盾
片及原形成层束 (↑)。　 (1、426, ×90; 223, ×330)
注: ec: egg cell; sy: retrograde synergids; at: antipodal cells; zy: zygote。
PLATEÉ : Ae. tausch ii×T. aest ivum (rec iprocal cross)
1. The pollinated 2 hours m egaspore: egg cell(ec)、retrograde synergids ( sy)、antipodal cells (at)。　2. The pollinated 6 hours zygote (zy)。　3.
The pollinated 2 days three cell em bryo (↑)。　4. The pollinated 4 days spherical em bryo, em bryo cells started changing vacuoles and endosperm w as
stunted。　5. The pollinated 10 days spherical em bryo。　6. The pollinated 14 days em bryo, w hich grow scutellum and p rovascular tissue (↑)。　
(1、426, ×90; 223, ×330)
NO TE: ec: egg cell; sy: retrograde synergids; at: antipodal cells; zy: zygote。
层束细胞形成 (图版É 26)。
2. 3　普通小麦与粗山羊草正交组合的受精过程和
胚胎发育
在授粉后12小时的子房中, 未见受精现象, 说
明小麦与粗山羊草的杂交存在不亲和性, 受精过程
延迟 (图版Ê 21)。
在受精过程中, 粗山羊草的一个精核进入小麦
卵核, 结合后形成合子; 另一个精核先与小麦的一
个极核结合, 然后再与另一个极核结合, 从而完成
双受精作用 (图版Ê 22)。
极少数的胚 (4. 58% ) 正常发育, 授粉后10天就
能明显观察到盾片开始发育 (图版Ê 24)。
2. 4　中国春和粗山羊草正反交差异的胚胎学比较
正交组合的受精率 (23. 75% ) 远低于反交组合
的受精率 (87. 08% ) ; 同时, 正交组合的成胚率
(4. 58% ) 也远低于反交组合的成胚率 (82. 08% )。
这可能是正交组合受精延迟, 以及受精卵败育等原
因所导致。试验中我们还观察到 , 正交组合中
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图版Ê 说明: 普通小麦×粗山羊草 (正交)
1. 授粉后12小时胚囊, 示卵细胞 (ec)、极核 (pn)及反足细胞群 (at)。　2. 授粉后24小时, 示受精卵 (zy)、受精极核 (pn) 及反足细胞 (at)。　3.
授粉后4天, 受精卵细胞液泡化 (↑) , 有退化现象。　4. 授粉后10天, 胚已发育成棒状, 盾片开始发育。　 (1、4, ×90; 223, ×145)
PLATEÊ : T. aest ivum×Ae. tausch ii(or ig inal cross)
1. The pollinated 12 hours m egaspore: egg cell(ec)、polar nucleus(pn)、antipodal cells(at)。　2. The pollinated 24 hours m egaspore: zygote (zy)、
the fertilized polar nucleus(pn)、antipodal cells(at)。　3. The pollinated 4 days em bryo (↑) , started retrograding。　4. The pollinated 10 days claval
em bryo, w hich grow scutellum。　 (1、4, ×90; 223, ×145)
注: ec: egg cell、pn: po lar nucleus、at: antipodal cells、zy: zygote
相当数目的受精卵细胞在授粉后4天左右开始液泡
化, 并使幼胚逐渐败育, 从而导致正交组合成胚率
显著降低 (图版Ê 23)。
研究还发现, 就胚的质量而言, 反交组合所形
成的杂种胚比正交组合要差。一是反交组合杂种胚
发育不良, 部分胚细胞具有液泡化现象 (图版É 2
4) ; 再是与正交组合的正常杂种胚相比, 反交组合
的正常杂种胚以及胚细胞核都要小一些 (图版É 26;
图版Ê 24)。因此, 使得正交的幼胚拯救率高于反交
组合。
3　讨论
本试验利用石蜡切片和 JB24塑料切片两种方
法。石蜡切片法成本低, 简单可行, 切片连续成带,
但切片质量较粗糙; JB24塑料切片法成本高, 操作
复杂, 切片不连续, 但切片质量高。如果条件许可,
利用塑料切片为好。
普通小麦 ( 6x, AABBDD ) 与粗山羊草 ( 2x,
DD ) 杂交, 是染色体不同倍性的种间杂交, 这两个
种之间有一个共同的基因组D , 但二者的细胞质不
同, 普通小麦为B 型, 粗山羊草为D 型。虽然普通
小麦与粗山羊草正、反交都能受精结实, 但由于核
与质的不同必然造成正、反交之间有差异。相比而
言, 正交的受精过程比较复杂, 大致有三种情况:
①发生双受精作用, 但受精过程延迟; ②发生单受
精现象, 即精子与卵细胞结合或者精子与极核结
合; ③受精作用失败, 胚囊中的卵细胞和极核在一
定时期后解体退化。第三种情况较多。
3712 期　　　　　　　　　　　李常保等: 普通小麦与粗山羊草正反交育性机理的胚胎学研究　　　　　　　　　　　　　　

普通小麦与粗山羊草正、反交双受精形成的初
生胚乳核中, 一部分不能按正常的方式先于合子分
裂, 以致胚乳的发育明显落后于胚的发育, 造成两
者生理的不协调。这在正交组合中表现尤其明显。
普通小麦与粗山羊草正交时的成胚率远比反交
时低的原因可能很复杂, 除上述因素外, 还可考虑
如下原因: 在正交组合中, 雌配子体为三倍体
(ABD ) , 其花柱较长, 胚囊较大, 而雄配子体 (花
粉)为一倍体 (D ) , 生活力相对较弱, 多数花粉的花
粉管难以伸长到胚囊中与卵子受精结合为合子, 进
而发育成胚; 相反, 在反交组合中, 雌配子体 (胚
囊) 为一倍体 (D ) , 其花柱较短, 胚囊较小, 而雄配
子体则为三倍体 (ABD ) , 生活力强, 其花粉管极易
伸长到胚囊中与卵子结合形成胚。因此导致正交组
合比反交组合的成胚率低得多。另一方面, 在正交
组合中, 三倍体胚囊 (ABD ) 对一倍体雄配子体 (D )
的容忍性要比反交组合中一倍体的胚囊 (D ) 对三倍
体的雄配子体 (ABD ) 容忍性大的多, 因此, 正交组
合杂种胚的发育较好, 质量较高, 故使正交组合比
反交组合的幼胚拯救率高。
实现粗山羊草优异基因向普通小麦的遗传转移
可采取两个途径, 各有利弊。
直接途径: 即普通小麦与粗山羊草杂交并回交
的途径。有两个优点: 一是避免了A、B 染色体组
的干扰, 可以更有针对性地转移粗山羊草D 染色体
组的优异基因; 二是粗山羊草D 染色体组与普通小
麦D 染色体组完全同源, 二者无负遗传作用, 除了
便于在后代中对目标性状进行选择外, 还增加了对
由D 染色体组控制的其他性状进行选择的可能性。
其缺点是普通小麦与粗山羊草杂交需借助幼胚培养
方可获得杂种, 而且杂种成胚率、成苗率和杂种 F 1
回交结实率均很低。
间接途径: 即以四倍体小麦为桥梁亲本先与粗
山羊草杂交合成双二倍体 (AABBDD ) , 再以此双二
倍体与普通小麦杂交的途径。有如下三个优点: 一
是四倍体小麦—粗山羊草双二倍体与普通小麦杂交
无障碍; 二是普通小麦与双二倍体杂交后代变异类
型丰富; 三是如果用于合成双二倍体的两个亲本
(四倍体小麦和粗山羊草) 都含有某一优异基因, 在
其后代中有可能产生该基因的积累。其缺点是来自
四倍体小麦的A 和B 染色体组干扰了粗山羊草优
异基因向普通小麦的转移。
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