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广 百 植 物 Guihala 12(3)：船2_228．Aug．1992
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纤毛鹅观草与本田鹅观草的生物系统学研究
担搂 型 羞 √颜 济 杨俊良
(四川农业大学小麦研究所，都江堰市 611830)
．& 辑 -
本文通过对鹅观草属的两个种：本田鹅观草 (Roegnerla hondai Kitagawa)和纤毛鹅观
草( ．ciliaris(Trin)Nevsl【i)及其种同杂种的形态变异、染色体配对行为和同工酶电泳酶谱的
分析，研究了这两个种问的亲缘关系，杂种 Fl减数分裂染色体配对效很高，Fl自然条件下具有低的
结实率。R．ciliaris根部和幼叶的酯酶、过氧化物酯同工酶谱与 R．hondai的酶谱问存在差异。
上述结果表明． ．ci舳ris和 R．hondai亲缘关系很近．享有两十共同的基本染色体组．可拟定
． hondai的染色体组为SIy h。 ．ciliaris同 R．hondai问的亲缘关系较 R．oiliarls同 ．
taendulina和 ．pendulina同 ．hondal问更近。
同工酶分析生嗍 班
纤毛鹅观草 (Roegneria ciliaris(Tri n)Nevski)和本田鹅观草 ．hondai Kitagawa)
均为四倍体种(2Ⅱ=28)。纤毛鹅观草是小麦族野生植物在我国分布 最为广泛的种之一，苏
联远东地区及13本，朝鲜也有分布。本田鹅观草分布于我国华北、西北、东北、四川省西北
部、日本及苏联远东地区。根据Dewey( 的研究，证明 R-ciliaris含有 SY两个基本染
色体组。卢宝荣等[ ]以它为SY染色体组的标准染色体组型，测定出 月．japonensis【I 和
月．pendulina_2 的染 色体组分别为 8Y和 fivy 。孙根楼等 ㈨ 对月。hondai和 月。pendu-
Iina的细胞遗传学研究资料 表 明，R。hondai的染色体蛆与R．pendulina的 8 Y 染色
母组基本相同仅稍有整异，亦应属 SY染色体组。至于月．hondal和具有标准 Y染色体组
的月·eiliaris这两个种间的亲缘关系如何，未见报道。本文通过形态学 比较，染色体组分
析和以分子水平的标记——同工酶分析来探讨这两种植物的生物系统学关系
材 料 和 方 法
供试材料产地见表 1，并 1种栽培于四川农业大学小麦研究所。
对本田鹅观草进行人工去雄，取纤毛鹅观草花粉给其授粉，进行种问杂交，统计杂交结
实率。收获杂种千燥保存。播期将杂种在培养皿内于25℃的恒温下发芽，统计杂种发芽率，
并移栽于盆内。杂种及亲本孕穗期取处于减数分裂盛期的幼穗固定，醋酸洋红染色压片、观
察统计杂种F 及亲本花粉母细胞减数分裂中期I，染色体配对 行为。对染种F-和双亲13个
形态特征进行了比较，统计杂种F 自然状态下结实情况。
选用的同工酶标记为酯酶和过氧化物酶。取幼叶，幼根0．5g，按样品 蒸馏水为 1 8
(g／m1)的比倒加入蒸馏水。冰治研唐，离 bz5分钟(3500转／分) 置冰箱中待甩。样本
量每槽点样6oral，点样后上面覆盖一层40 蔗糖液。
采用聚 内烯酰胺凝胶垂直板电泳技术。电泳过程参照胡能 书 等 所介绍的方法。凝胶
奉项研究由国家自然币；学基盎会与 F 0 的 IBPGR 资助
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3期 孙根楼等：纤毛捂观草与本田鹅观草的生物系统学研究 223
缓冲系统为T ris—Hcl缓冲液，pVi8．9，分离胶浓度为7．5 ，浓缩胶 浓 度为 4 ，电极缓
冲系统为 Tris一甘氮酸，pH8．3。酯酶电泳胶染色根据胡能书等 略有改 动，过 氧化物酶
采用醋酸联苯胺法染色。染色后制成千板，让其自然风干用于分析。
表 I 供 试 材 科
Table 1．The experimetxtal materials
结 果 与 讨 论
一
， 种问杂 交结果
以人工去雄，填药授粉方式进行本田鹅观草和纤毛鹅观草间杂交，它们间杂交亲和性较
好，结实率为20．45％。播期将杂种种子在培 养 皿 内于25℃恒温下发芽。发芽率很高，达
Ioo (炭 2 )。杂种 生长良好，所有发芽的杂种都生长发育为健壮的植株。
表 2 种 问 杂 交 结 果
Table 2． Results：of iater~pecific c1osses
二，杂种FI的形态特征理与亲本的此较
杂种 Fl及双亲的穗部形态特征 (见困1：1—8)13个性状观测统计的平均值见表 3
F 植株第一颖和第=颖长度超过双亲，每穗小穗数低于双亲，小穗长、下部 两个小穗
间距离长，小花数、内稃长和第一外稃等长表现为双亲的中间型， 外稃长同 R· ciliaris
相似。从形态上看，R．ciliaris和 R． hondai问明显地差异 在 于 R．hondal的小穗小花
数明显地少于 R．cillarls的小花数，R．hondai外稃边缘无毛，基盘被毛 (图1}8)，
R．ciliaris外稃密被柔毛，基盘无毛，杂种Fz则表现为外稃边缘及基盘均无毛(图 1：8)
形态学比较看出，本田鹅观草和纤毛鹅观草两个种是非常接近的。
三、杂种厦亲本花粉母细胞战数分裂行 为
亲本及杂种F-花粉母 细胞 减数分裂中期 I，染色休配对行为及图像见表 4和图 1：4—
9 。
双亲花粉母细胞减数分裂 过程中期I，染色体配对频率极高，主要以环形二价体形式出现。
R．ciliari~的环形二价体数为12．38，R．hondai出现的环形二价体数为 8．65。偶尔在 ．
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广 西 植 物 12卷
表 3 双 亲 及 杂 种 FI蒋 部 特 征
Table 3 Mean spike characteristics of parents and their F1 hybrid
+l示有毛
4-I hair
—t示无毛
一{h irless
eiliaris花粉母细胞中观察至 l一2条单价体，出现的频率仅为0．04。在双亲中未发现多价体。
杂种 F 体细胞数为28，花粉母细胞减数分裂中期 I，出现1．55个单价体，13．09个二价休，
0．04个三价体和0．02个四价体。每个细胞单价体变化范围为 0—1O，二价体为 9-14，三价
体和四价休均为 0— 1 每个细胞平均交叉频率为21．93。观察的 53个 PMCs中 期 I细 胞
中，有21个细胞染色体完全配对 (图 1 8)占观察总数的 39．62 。减 数 分 裂 后 期 I，
1 0．87％的细胞出现 l～ 2个落后染色体 (图 8)。杂种F 自然情况下结实率 为8．96 。表
明纤毛鹅观草和本田鹅观草染色体组 同源程度很高，存在着不完全生殖隔离。杂种F 自然 状
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3期 孙根楼等：纤毛鹅观草与本田鹅观草的生物系统学研究
态上虽能结实，但结实率较低，仍可处理为生物学上独立的种
四：圊工酶 电泳 分析
对 R．hondai和 R．ciliaris的幼叶、幼根进行了酯酶同工酶和过氧化物酶同工酶分析，
结果见图 l。
酯酶周工酶，在幼叶部，R·ciIiaris具10条酶带(图 2 ：1)，R．hondai具 9条带(图
2：2)，比 R·ciIiaris少一条日一1带，R．ciIiaris的E‘一7带比R．hondai E 一7着色程度
强。根部R．ciIiaris具12条酶带(图 2 l 3)，R．hondai具l1条 酶带 (图 2 ：4)，Es
一 4为R．hondai特有的酶带 ，Es一7和Es-13为 R．ciIiaris特有 的酶带，Es一8和 l 一10在 月．
ciIiarls和月·hondai中，带的宽度和着色程度存在差异。至于过氧化物酶同工酶，幼叶部，月．
ciIiaris比 R．hondal少一条 pod一7酶带 (图 2：6>，但 R．ciIiaris的 Pod一8比 R．bondai
着色程 度 深。幼根部 同工酶酶谱差异较大，R．ciIiaris具14条带 (图 2：7>比R．hondai
少一带(图 2 l 8)。Pod一3、9、13和15为 R．hondai特有，Pod一1 4、17和18为 R．ciIiaris
特有，且Pod-lfi在 R．eiIiaris中的宽度和着色程度均有异于 R．hondai。从不同部位酯酶和
过氧化物酶同工酶分析结果看，R·ciliaris和 R．hondai的酶谱在带数、位置、宽度和强度上
均表现出一定的差异，但具更多的相似性。根据试验结果看，同工酶作为基因产物，既能反映生
物“种 的特点，而且有敏感的生化特性，较稳定而细致地反映了纤毛鹅观草和本田鹅观草间
的异 同。同时，在应用同工酶分析植物的类群差异时，应注意选用合适的时期 和器官。
从形态、细胞和分子林记这三个不同的水平对纤毛鹅观草和率田鹅观草这两个种的研究，
都得出了一致的结论。R·hondai和 R·ci|iaris所具有的染色体组具很高的同源性，亲缘关
系很近。按 Dewey 3对 R．ciIiaris的标记，R．hondai也应具有sY染色体组。R．hondai
xR·ciI~aris杂种FJ减数分裂中期 I平均每个细胞有1．55个单价体，表明 R．hondai染色
体组同 R·ciliaris染 色休组在8或Y上存在结构变异。因此，R．bondai染色体组可拟定为
8^Y 。 根据卢宝荣等 [。 对 只。penduIina×R．ciIiaris和孙根楼等 对 R．bondai×
R．pendulina 的 研究及本试验结果，可以认为鹅 观 草属的 R．ciIiaris、R．hondai和
R．pendulina这三个种的亲缘关系是，R．ciIiaris同 R．hondai间的亲缘关系较 R．ciIi-
a~-is同 R·ponduIina和 R·hondai同 R·iJenduIin口问的亲缘关系更近。根 据 它们间相互
杂交种Ft花粉母细胞减数分裂过程中，染色体交叉频率的高低，它们间 的亲 缘 关 系 可图
示如下：
21．93 R
． hondai
R ．pondulina
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226 广 西 植 物 12卷
图1 Fig．1
1．亲本和杂种F 穗部形态：(左，车田鹅观草J中-杂种F-，右-纤毛鹅观草)
2．亲本和杂种F 小穗形态t (左t车田鹅观草，中一杂种FlI右-纤毛■观草 )
3．亲车和杂种F 外稃和基盘特征 (左·车田鹅观草l中一杂种F，l右·纤毛鹅观草)
4，5．亲车花罄}母细胞减数分裂中期 I染色体配对行为t (《．纤毛鹅观草 5．奉田搏观革 )
g，8和9．杂种Fl花糌母细胞减数分裂中期 I染色体配对行为1 (6． 2I+4Ⅱ (棒 )+9Ⅱ (环 )l
8．2Ⅱ (榉 )+lOⅡ(环 )+1IVJ 9．8 I+l1Ⅱ) 7．后期 Ⅱ落后染色体
1．Spikes of parents and幢elf F1[yhrid (Leftl R．bondall Middiel FlI Right,R．ciHarls，
2．Spikelets of parents and their FI hybrid． (Leftl R．honda Middle*FIl Rightl R．cilisris)
3．Characterjstics of Laroma and baaal plaoenta 0f parents and their n hybrid (Leftl R． Eondai~
(Middlel Fi J R ci R．Ci]iaris) 4．5 Chromosome pair ing of two patents at MI in PM Cs
(4、R． ciliarist 5，R
．
hoadai)6．g、 MI in PMC melosi s of F1( g， 21+4Ⅱrods+9Ⅱringsj e，2Ⅱ
rods+10Ⅱtinge+4Ⅳ 。 9．M Iin PMC meosis of F1I GI+lIII 7．Laggard chromosomes at A n
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3期 孙根楼等：纾毛鹅观草与本田鹅观草的生物系统学研究 227
l 2
一 强
l一{ 酯酶
3 4
田 中
5 6 7 8
⋯ 弱
图 2 两个种的酯酶和过氧化物酶酶谱模式图
1、纤毛鹅观草幼叶部崩酶 2、本 田鹅观草幼叶部醋酶
3、纤毛鹅观草根部酯酶 4、末田鹅观草根部酯酶
5—8、过氧化物障 一5、纤毛鹅现草幼叶龆 6、奉田鹅观草幼州部
、 纤毛鹅观草报 8、本田鹅现草根部
F ·2 Zym ogram pa~terns of e8te工age and peroxidaso in two sps0i。8
I．一4-esterase 1．R．ciliaris in young leaves 2．R．hondai in young leaves
3．R·ciliaris in young root 4
． R．hondai in young root
5一B．peroxidase 5．R．ciliaris in young leaves 6．R．hondai in young leaves
7．R·ciliaris in young root 8
． R．hondai in young ro t
表 4． 亲本和杂种 Fl花粉母细胞减数分裂中期 I染色体配对行为
Table 4．Chromosome pairing at M I of PMCs in two parents
species and their FI hybrid
2 3 ．4 5 6 7 8
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228 广 西 植 物 l2卷
参 考 文 献
【i 1卢宝荣，颜 济，杨俊良．1988：鹅观草属三个种的染色体组分析与同工酶分析。云南植托研究，lO
(3)：261—270。
[2]卢宝荣．颤 济，杨俊良、1990：小麦族鹅观草 属三种植物的生物系统学研究。云南植 物研究．12
(2) 161—171。
[3】孙根楼．颜 济．杨俊良，I991：本田鹅观草和缘毛鹅明草杂种的细胞遗传学研究。云南植物研究，
13(t)：47—50
[4]李国珍，粱彦生、李国风、江洪如，1986：一粒小麦的染色体和同工酶分折。作物学报，12(4)：
249- 253．
[5]胡能书．万国贤编，同工酶技术及其应用。湖南科技出版社．
[6]Dewey D．R．Gene，1984 Manipulation in plant Improvement 209-279。plenum ’
Pabfishing Corp．N w York．
BIOSYSTEMAT{C STUDY BETW EEN R0EGNERIA HONDAI
AND R．CILIARIS OF THE TRIBE TRITICEAE
Sun Genlou Liu Fang Yen Chi and Y ang Junliang
(Triticeae Research Institute，Sichuan Agricultural
University，Dujiangyan 611830)
hbztract The biosystematic relationships betweeen Roegneria ho．dai Kitagawa
and R．cHiaris(Trin)NeVSld in the tribe Triticeae Dum． were studied by：the
means of morphology，genome analysis and electropherogram analysis esterase and
peroxidase isozyrues． The FI hybrid showed a comparatively high chromosome
pairing in m eiosis，and very low seed set in nature． The zymograms of esterase ．
and peroxidase of R．citiaris were different from those of R．hondal in young root
and young leaves．These results indicate that R．cttiaris and R． hondai share two
same basie genomes(SY)and they are very closely related． The geaomes of R． ·
hondai could be designated as SbY▲．The genomes of R．citiaris and R。 hondo~ are
more similar to R．hondai and R．pendutina。and R．ciliarls and R．penduRna．
Key word s：Roegneria cillaris； Roegneria hondai； Genome analysis； Isozyme
electrophoresis
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