全 文 ：遗　传 HEREDITAS(Beijing)26(6):917～ 921, 2004 研究报告
收稿日期:2003 08 08;修回日期:2004 01 02
基金项目:浙江省教育厅资助项目和国家自然科学基金项目(39770467)[ Supported by the Foundat ion of Educat ion Off ice of Zhejiang Province
and Nat ional Natural Science Foundat ion of China(39770467)]
作者简介:吴建国(1971—),男 ,浙江人 ,讲师 ,专业方向:作物遗传育种。E-mail:jgwu@zju.edu.cn
通讯作者:吴建国 ,李再云
甘蓝型油菜与诸葛菜属间杂种后代亚倍体类型
及细胞遗传学研究
吴建国1 ,石春海1 ,蔺兴武1 ,李再云2 ,傅廷栋2
(1.浙江大学农业与生物技术学院农学系 ,杭州 310029;2.华中农业大学植物科学技术学院 ,武汉 430070)
摘　要:在甘蓝型油菜与诸葛菜属间五倍体杂种后代中 , 鉴定出多种亚倍体类型。在 P3 群体中 , 细胞学观察发现
诸葛菜染色体替代甘蓝型油菜的 1对染色体异代换植株 ,体细胞由 36～ 38条染色体的 3种类型组成 , 但具38条的
体细胞与花粉母细胞(PMC)占绝对优势 ,育性正常。在 P4 群体后代中鉴定出 3株具有 37条染色体的单体类型 , 形
态与结实率均不相同。其中 1株生长势很强 ,其体细胞与 PMC均由多种类型构成 , 但具37条的体细胞与花粉母细
胞占主要比例 ,未配对的染色体形态较小 , 对生长无明显影响。在染色体数为 44与 41的两种超倍体(P3 群体)后
代 ,鉴定出具有 29～ 32条染色体的 4种亚倍体 ,除染色体数为 29的植株外 , 其余均为混倍体 ,它们的减数分裂异
常 ,花粉育性低。本文对这些亚倍体的来源和应用的前景进行讨论。
关键词:甘蓝型油菜;诸葛菜;亚倍体;异代换系
中图分类号:S634.3;S336　　　文献标识码:A　　　 文章编号:0253-9772(2004)06-0917-05
Hypoploid Groups and Their Cytogenetic
Analysis in Progenies from hybrids between Brassica napus and
Orychophragmus violaceus
WUJian-Guo1 , SHI Chun-Hai1 , LIN Xing-Wu1 , LI Zai-Yun2 , FU Ting-Dong2
(1.Department of Agronomy , College of Agriculture and Biotechnology , Zhej iang University , Hangzhou 310029 , China ;
2.College of Plant Science and Technology , Huazhong Agricultural University , Wuhan 430070, China )
Abstract:Several groups of hypoploid were character ized in pentaploid(p)progenies of B.napus and O.violaceus
Cytological character ization of the P3 population revealed allosubstitution of one pair of B.napus chromosomes by O.
violaceus chromosomes.This population had normal fertil ity and had three kinds of somatic cells with 36～ 38 chromo-
somes.Its somatic cells and pollen mother cells(PMC)mainly had 38 chromosomes.From a P4 population, three
monosomic plants with 37 chromosomes were identified with differing morphology and fertility.One plant which grew
vigorously was composed of various types of somatic cell and PMC, in which the cel ls with 37 chromosomes were ob-
served mainly.The unpaired chromosome was small and with no negative effects on plant development.In the off-
springs of the aneuploids(P3)with 41～ 44 chromosomes , there were four types of plants with 29～ 32 chromosomes.
Except the plant with 29 chromosomes , others which showed abnormal meiosis behavior and poor pollen fertil ity were
mixoploid.The origin of these hypoploids and their prospects of application were discussed.
Key words:Brassica napus;Orychophragmus violaceus;hypoploid;monosomic;allosubstitution
DOI :10.16288/j.yczz.2004.06.028
　　异附加系的后代分析常用于剖析芸苔属的基因
组和在不同物种间转移有利的农艺性状 。在十字花
科芸苔属中 ,已成功地培育出白菜型油菜-甘蓝 、二
行芥-甘蓝型油菜和甘蓝型油菜-黑芥的单体附加
系[ 1 ～ 5] ,并在连锁图谱上定位了多个基因。这些附
加系也成功地用于鉴别基因的连锁群和探索物种间
的染色体同源性。在白菜-甘蓝附加系中检测到从
C基因组到 A基因组的基因渗入[ 1, 5] 。虽然对芸苔
属各个种的种间或属间附加系的培育较为广泛 ,但
对其亚倍体(缺体 、单体)的培育与研究则少有报道 。
芥菜型的 B基因组染色体经来自甘蓝型的 C基因
组染色体替代后提高了芥酸含量和抽苔的变异
性[ 6] 。
将甘蓝型油菜(Brassica napus , AACC , 2n =
38)与诸葛菜(Orychophragmus violaceus , OO , 2n
=24)进行属间杂交 ,应用胚挽救技术首次合成属间
杂种(2n =31 , ACO)[ 7～ 9] 。在杂种自交的第四代群
体里鉴定出一五倍体植株(2n =50 ,AACCO),自交
得到第二代与第三代植株 ,除染色体数 38 的类型 ,
其余则均是混倍体 ,附加的诸葛菜染色体在后代中
呈连续地丢失[ 10] 。本文将报道在这些后代群体中 ,
所鉴定出的亚倍体类型。
1　材料和方法
在甘蓝型油菜与诸葛菜属间杂种的第四代群体
中 ,鉴定出五倍体植株(2n =50 , AACCO)[ 7 , 10] 。将
五倍体(P1)自交后的种子播于大田 ,形态学上存在
变异的类型或经细胞学上鉴定为亚倍体(2n >38),
套袋自交得第一代(P2),将 P2播于大田 ,经同样的
方法收取第二代(P3)与第三代(P4)。
有丝分裂分析时 , 从植株上取幼小雌蕊 , 经
0.002mol/L 8-羟基喹啉在 22℃下处理5h ,然后用乙
醇∶冰醋酸(3∶1)固定液中固定过夜 ,换至 70%乙醇
于 4℃下保存。观察时 ,取雌蕊在 60℃、1mol/L HCl
水解 10min,置玻片上滴 1滴 10%改良的苯酚品红 ,
压片并置于油镜下观察计数。减数分裂观察时 ,取
花序顶端固定于卡诺固定液(乙醇∶冰醋酸为 3∶1)
固定 24h ,换至 70%乙醇 4℃下保存 ,从花蕾中取出
花药 ,在载片上解剖出花粉母细胞 ,滴 1 滴 10%改
良的苯酚品红 ,压片镜检。
2　结　果
2.1　甘蓝型油菜异代换材料(2n =38)和单体(2n
=37)的形态学及细胞遗传学
在 P3群体中 ,发现一植株体细胞由 36 ～ 38条
染色体的 3种细胞构成 ,其中染色体数目为 38的细
胞占大部分(79.2%),而后两种细胞占小部分(表
1)。具 38条染色体的花粉母细胞(PMC),在中期Ⅰ
均能以 19Ⅱ排列于赤道面上 ,而在后期/末期 Ⅰ以
1 9∶19 , 18∶20 , 18∶18(2)与18∶19(1)的4种主
表 1　异代换植株(2n=38)和单体(2n =37)的体细胞组成及花粉母细胞(PMC)出现频率
Table 1　Somatic constituent and frequency of PMC in the allosubstition(2n =38)and monosomic plant(2n=37)
染色体数
Chromosome number
38 37
36 35 34 Total
体细胞数 2n=38 76 12 8 96
No.of somatic cells 2n=37 92 7 3 1 103
主要分离方式
Main segregation
19∶19 18∶20 18∶18(2)a 18∶19(1)a 18∶19 (18+1/ 2)b∶(18+1/ 2) 18∶18 17∶18 17∶17
花粉母细胞数
No.of PMCs 2n=38 115 48 34 29 26 5 7 264
其他 Others 15 5 0 20
合计 Total 241 36 7 284
花粉母细胞数
No.of PMCs 2n=37 198 34 13 5 1 251
其他 Others 28 3 0 0 31
合计 Total 260 16 5 1 282
　　a.染色体在后期Ⅰ落后(Chromosomes lagged at anaphaseⅠ)
b.未配对的染色体在后期Ⅰ提早分离(Unpaired chromosomes pre-devided at anaphaseⅠ)
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要分离方式。与体细胞组成一样 ,其 PMC也是由 3
种染色体数目的不同类型构成。具 38条染色体的
PMC所占比例(84.9%),远高于其在体细胞中所占
的比例(表 1)。而染色体数为 37 与 36 的 PMC所
占比例却分别远小于其在体细胞中所占的比例 ,后
期至末期 Ⅰ的主要分离方式分别为 18∶19 与 18∶
18。尽管此植株形态上与甘蓝型油菜没有很大的差
别 ,但其体细胞及 PMC的组成中 ,最低染色体数为
36;且减数分裂中含 38条染色体的 PMC异常分离
18∶20 ,18∶18(2)与 18∶19(1),这表明:细胞中有两
条染色体是外来的。据此确定为甘蓝型油菜中 1对
染色体被诸葛菜的 2 条或 1对染色体所替代 ,属异
代换类型 。替代的两条诸葛菜染色体减数分裂时基
本上表现出与甘蓝型油菜的相一致 ,但也存在不协
调的现象。在后期至末期Ⅰ存在替代染色体的落后
现象 ,导致较高比例小孢子(11.7%)细胞质具落后
的染色体 。由于一些异常分离存在 ,其主要产生染
色体数为 19与 18的配子 ,而这条染色体的缺失 ,使
得花粉产生两种大小不同的花粉粒 。育性基本正
常 ,套袋自交也产生种子。
从 2n=41和 39的植株(P3)自交后代中 ,鉴定
出体细胞为具 37条染色体的 3 株单体类型 。两株
生长较弱小 ,其中仅一株自交结实;剩余一株则完全
相反 ,生长健壮 ,苗期就显出优势 ,育性正常 ,自交得
大量种子 ,形态与亲本甘蓝型油菜相似(图 1 ,a)。
图 1　亚倍体的形态学和细胞学观察
a为单体植株(2n=37);b未配对染色体在
后期 I提早分离;c后期 I18(左):19(右)的分离方式;
d体细胞数目为 32(e)的亚倍体苗期形态学。
Fig.1　Morphology and cytology of the hypoploids
a.monosomic plant(2n=37);b.unpaired chromosome
pre-divided at anaphase I(arrow showed);c.18(right):
19(left), segregat ion pattern at anaphase/telophase I;
d.seedling morphology of aneuploid plant with 32
chromosomes of somatic cells(e).
　　这株生长正常的单体植株中 ,其幼小雌蕊体细
胞染色体数由 34 ～ 37四种类型组成 ,其中具 37 条
染色体的细胞占比例为最高(89.3%),其次为具 36
条(6.8%), 而后两种所占比例相当低(表1)。这说
明 ,该单体细胞中染色体不稳定 ,存在落后与消除 。
且减数分裂中具 37 条染色体的 PMC占绝对优势
(92.20%),而后 3种类型都相当稀少(表 1)。这 37
条染色体在中期 Ⅰ主要呈 18Ⅱ+1Ⅰ配对 ,而未配
对的染色体形态较小。这条染色体在后期 Ⅰ也随着
进入一极产生 18∶19 的分离(图 1 , c), 绝大部分
PMC的此种方式分离;而如在后期 Ⅰ提前分离(图
1 , b),末期则产生(18+1/2)∶(18+1/2)的分离 ,此
919　6期　　　　　　　　　吴建国等:甘蓝型油菜与诸葛菜属间杂种后代亚倍体类型及细胞遗传学研究
类分离方式所占比例较小(表 1)。雌蕊中染色体数
为36 ,35与 34的体细胞所占比例略高于相应染色
体数的 PMC。这一单体不仅对植株生长无影响 ,而
且花粉粒的大小也无明显地改变。单核期花粉胞质
中存在落后的染色体片段 , 这说明了未配对的染色
体由于落后而被消除掉。缺少的这条染色体对植株
生长发育无负影响 ,其自交可得到缺体类型。
2.2　亚倍体(2n<38)的形态学及细胞遗传学
一具 44条染色体的超倍体植株(P3),叶形为卵
圆形 ,边缘缺刻明显而又规则 , 显示了诸葛菜的特
性。该材料的后代中 ,非常容易地筛选出了 5 株亚
倍体类型 。这些植株生长发育稍晚 ,但植株健壮 ,其
叶形也展示出与亲本类似的形态 ,能正常开花 ,并产
生大量的花粉。幼小雌蕊体细胞观察表明 , 3 株最
高染色体数为 32(图 1 , e), 2株的最高染色体数目
分别为 31 与 30。而在另一具 41条染色体的超倍
体自由授粉后代也鉴定出最高染色体数目为 31 与
29的两株亚倍体植株。由其体细胞组成及比例可
知 ,除染色体数为 29之外所有观察植株均为混倍体
(表 2)。这表明体细胞中存在染色体的落后与丢
失 ,每种类型均由其最高染色体数至 29组成 ,个别
植株中还观察到染色体数为 28 的细胞 。每种类型
中最高染色体数目的细胞仍占绝大部分。
一亚倍体植株(2n=32)减数分裂观察(表 2)表
明 ,其 PMC染色体数为 28～ 32的 5种细胞组成 ,其
中具有染色体数目最高 PMC约占一半 ,而染色体数
为 31与 30的 PMC却有相当高的比例 ,染色体数为
28的 PMC却相当稀少(1.02%)。虽然每种 PMC
均存在主要分离方式(表 2),但其他类型也是多种
多样的 ,染色体的落后及丢失相当严重 ,在 MⅡ阶
段 ,其分裂也是异常的 ,除产生四分体外 ,有的还产
生五分体 。由于减数分裂的异常 , 导致了各种形态
的花粉产生 ,有的甚至产生花粉块。花粉粒的形态 ,
以及可染性表明 ,其育性是相当低的 。
表 2　亚倍体(2n<38)的体细胞和花粉母细胞(PMC)的组成及频率
Table 2　Constituent and rat io of different types of somatic cells and PMC in hypoploids(2n <38)
染色体数
Chromosome number
32 31 30 29 28 Total
体细胞数 2n=32 101 64 56 28 4 253
No.of somatic cell 2n=31 39 22 18 2 81
2n=30 29 8 2 39
2n=29 32 0 32
主要分离方式
Main segregation 2n=32 16∶16 15∶17 15∶16 14∶17 14∶16 15∶15 14∶15 12∶16
花粉母细胞数No.Of PMC 37 33 25 13 14 12 6 2 142
其他 Others 26 12 11 5 0 54
合计 Total 96 50 37 11 2 196
3　讨　论
在多倍体物种中 ,由于丢失的染色体可以由其
同源的伙伴来补偿 ,故可以普遍地发现单体类型 。
单体系统的研究在小麦 、燕麦及烟草中均有详细的
报道[ 11] 。根据“禹氏三角”[ 12] ,甘蓝型油菜(Brassi-
ca napus ,2n =38 ,AACC)是一异源四倍体种 ,其 A 、
C基因组分别来自基本种白菜(B.campestris , 2n
=20 , AA)与甘蓝(B.oleracea , 2n =18 , CC)。经
典的细胞遗传学 ,以及近代的分子生物学研究表明 ,
A与C 基因组之间存在高度的同源性[ 1 ,13, 14] 。因
此在甘蓝型油菜中是可以耐受单体的存在 ,单体中
缺失的染色体可以由来自其他基因组的功能相关染
色体所补尝。Fan等(1985)报道了在甘蓝型油菜与
墙生二行芥(Diplotaxis muralis L.)及芥菜型油菜
(B.juncea)远缘杂交后代回交中得两种单体类
型[ 15] ,然而 ,单体究竞是如何产生的却未作详细报
道 。而在甘蓝型油菜与诸葛菜(O.violaceus)属间
五倍体杂种(2n =50 , AACCO)后代中 ,由于诸葛菜
染色体的连续消除引起了甘蓝型油菜染色体的丢
失[ 1, 9, 10] ,故而可产生缺少 1 ～ 2条染色体的配子。
在 P3两单株后代鉴定出的 3株单体类型 ,均表现出
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不同形态特征 ,可能此三单体为不同类型的单体 。
其中一单体 ,表现出比亲本更强的生长势。其缺失
的一条染色体上可能携带了某些不利的显性基因 ,
随着单体的产生而丢失 。育性正常 ,大量结实这与
Fan等于 1985 年的报道是一致的。但其体细胞存
在较高比例的其他类型细胞 ,可能是由于基因组的
不完整性 ,或者是产生诸葛菜染色体片段的易位 ,从
而干扰了正常的细胞分裂 。由于这条缺失的染色体
似乎对植株生长发育无明显地影响 ,并且在减数分
裂时呈现丢失 ,故推测其自交后代中可得到相当高
比例的缺体 。该材料可以直接应用于育种实践 ,以
获得替换新类型 。
根据体细胞组成以及减数分裂的观察 ,确定了
一株形态上类似于甘蓝型油菜异代换植株。但要准
确鉴定该换类型 ,必须采用其他细胞学技术如染色
体分带技术[ 16 ]以及分子生物学技术[ 14]来作进一步
的鉴定和分析 。该属间杂种虽然经过长世代的自
交 ,诸葛菜染色体仍表现出不协调性。这也说明了
两个属的亲缘关系较远[ 9, 10 ,17, 18] 。而在染色体的
代换系中 ,有丝分裂与减数分裂也表现出与其在超
倍体的行为一样 ,出现落后与丢失 ,但从其所占的比
例来看 ,影响似乎不大。替代的染色体可能为 1 对
或者是 2条具有同源性的染色体。代换系的异源染
色体不稳性为更换成别的异源替代系提供了良好的
条件 。
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