小麥與野燕麥遠緣雜交親本及后代核型研究

張素勤 劉利青 周海鵬 盛中飛 鄭會敏 耿廣東 張慶勤

摘 要：為了探索小麥與野燕麥遠緣雜交后代的核型特點，本試驗采用根尖壓片法對小麥、野燕麥及其遠緣雜交后代穩(wěn)定株系進行了核型分析。結果表明：母本小麥的染色體數目為28條，核型為1A或2A；父本野燕麥的染色體數目為14或42，核型為2A或2B；三個遠緣雜交組合后代的染色體數目為42，核型為2A或2B。雜交后代0878株系染色體相對長度分布在338～609，染色體長度比為180，核型公式為2n=6x=42=36m（2sat）+6sm（2sat）。T2W3株系的染色體相對長度分布在323～666，染色體長度比為206，核型公式為2n=6x=42=30m（2sat）+10sm+2st（2sat）。TP2株系染色體相對長度分布在259～719，染色體長度比為278，核型公式為2n=6x=42=6M+24m（2sat）+12sm（2sat）。小麥與野燕麥成功遠緣雜交獲得了進化程度高于其母本的普通小麥型小麥新種質。

關鍵詞：小麥；野燕麥；遠緣雜交；核型

中圖分類號：S512

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0457（2018）03-0001-06 國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2018.03.001

Karyotypes of the Parents and Progenies From Wide Cross Triticum×Avena Fatua L

ZHANG Suqin， LIU Liqing，ZHOU Haipeng， SHENG Zhongfei，ZHENG Huimin， GENG Guangdong， ZHANG Qingqin

（Agricultural College， Guizhou University， Guiyang， Guizhou 550025， China）

Abstract：The karyotypes of the parents and stable progeny from wide cross Triticum×Avena Fatua L were analyzed for understanding the progeny chromosomal characterization in the present study The results showed that the chromosome numbers of female parents were 28，which belonged to the type 1A or 2A The male parents contained 12 or 42 chromosomes， ascribed to the type 2A or 2B The progeny from three wide crosses included 42 chromosomes， assigned to the type 2A or 2B The chromosome relative lengths of the lines 0878， T2W3 and TP2 were in the ranges of 338-609， 323-666 and 259-719， respectively Their chromosome length ratios were 180， 206 and 278， respectively Their karyotypic formulas were 2n=6x=42=36m（2sat）+6sm（2sat）， 2n=6x=42=30m（2sat）+10sm+2st（2sat） and 2n=6x=42=6M+24m（2sat）+12sm（2sat）， respectively The new common wheat germplasm， more evolutive than their female parents， was achieved from the wide cross Triticum×Avena fatua L

Key words：Triticum； Avena Fatua L； wide cross； karyotype

通過遠緣雜交能有效地把外源有益遺傳物質轉移到普通小麥中，在創(chuàng)造育種材料中獲得了巨大的成功[1]。迄今為止，已有山羊草屬、黑麥屬、大麥屬、披堿草屬、賴草屬、偃麥草屬、冰草屬、簇毛麥屬、旱麥草屬、鵝觀草屬和新麥草屬等與小麥雜交成功的報道[2]。陳瑞陽等[3]對小麥屬9個六倍體種（AABBDD）， 8個四倍體種（AABB， AAGG）和3個二倍體種（AA， AuAu）的體細胞核型進行了分析，發(fā)現小麥屬的核型全部為2A，不對稱性隨倍性提高而有所增加，種間核型有一定差異。戴秀梅等[4]研究硬粒小麥和偏凸山羊草雜交后代硬偏麥六倍體類型的核型，發(fā)現在該雜交后代中含有與偏凸山羊草 Mv染色體組相似臂比和相似著絲粒位置的染色體，初步判斷硬偏麥六倍體類型的染色體組成是AABBMvMv。林小虎等[5]對從中間偃麥草與普通小麥煙農15雜交后代中選育的雙體異附加系山農Line15和八倍體小偃麥山農TE263的細胞學觀察結果表明，它們的根尖細胞染色體數目分別為2n=44和2n=56，花粉母細胞（PMC）中期Ⅰ染色體構型分別為2n=22Ⅱ和2n=28Ⅱ。王長有等[6]利用染色體計數和構型分析成功地確定了普通小麥與披堿草衍生后代中存在異附加系和異代換系。王晶等[7]對普通小麥濟南177與高冰草的體細胞雜種F5的高稈株系和矮稈株系進行了核型分析，結果顯示這兩個株系與親本濟南177的差別主要在2A、5A和6B染色體上，與親本相比染色體發(fā)生結構變異，這兩個雜種株系之間亦存在明顯的染色體形態(tài)差異。

以色列野生二粒小麥對白粉病、條銹病、葉銹病等病害都有良好的抗性，并且具有抗旱、耐鹽、對礦質養(yǎng)分利用率高等特性，因此以色列野生二粒小麥被廣泛應用于種質資源研究以及現代小麥品種的遺傳改良中[8-9]。提莫菲維小麥較耐濕，對銹病、散黑穗病、腥黑穗病和白粉病具有較強的抗性，對麥黑森癭蚊、椿象有較好的抗性，因而被廣泛作為小麥育種的重要抗病源[10-11]，Wan等[12]從提莫菲維小麥分離了3個新的編碼HMW麥谷蛋白亞基的基因。野燕麥對白粉病、銹病、赤霉病等有一定的抗性，同時具有抗旱、耐寒、耐貧瘠、早熟、高蛋白等優(yōu)良性狀，是現代栽培小麥遺傳改良的重要種質資源[13]。目前，國內外關于小麥與野燕麥遠緣雜交后代核型研究方面的文獻鮮見報道。本研究擬對小麥與野燕麥三個雜交組合親本及穩(wěn)定后代進行核型分析，以了解其遺傳組成和特點，為該新種質的遺傳研究和合理開發(fā)利用提供細胞學依據。

1 材料與方法

11 材料

試驗材料為貴州大學麥作中心保存的提莫菲維小麥（母本）、以色列野生二粒小麥（母本）、二倍體野燕麥（父本）、葡萄牙野燕麥（父本）、光稃野燕麥（父本）及以色列野生二粒小麥×光稃野燕麥、提莫菲維小麥×二倍體野燕麥、提莫菲維小麥×葡萄牙野燕麥遠緣雜交獲得的后代穩(wěn)定株系的種子。

12 方法

取籽粒飽滿的種子放在潔凈的墊有已滅菌濾紙的培養(yǎng)皿中發(fā)芽，待種子胚部微微露出白色時，放置于2℃冰箱中約20 h，第二天再放入25℃溫箱中3～4 h，如此反復幾次，待根從胚部長出少許后放入25℃溫箱中發(fā)芽24 h，剪取根尖冰水處理約27 h后，置于卡諾氏固定液（無水乙醇：乙酸=3：1）中37℃固定7 d，再用1%的醋酸洋紅染色2 h，進行常規(guī)壓片。制好的切片在顯微鏡（OLMPUS BX40）下觀察，選擇分裂相好的切片用數碼攝像系統(tǒng)拍攝染色體圖像，選擇50個染色體分散相好的有絲分裂中期細胞進行染色體計數，核型分析時取5個細胞的平均值。染色體分類按Levan等[14]的命名法，核型分析按李懋學[15]的統(tǒng)一標準進行，核型不對稱系數（As k% ）按Arano的方法進行[16]，核型分類按Stebbins[17]的方法進行。核型模式圖制作按照喬永剛等[18]所述方法進行繪制。

2 結果與分析

21 母本小麥材料的核型分析

以色列野生二粒小麥的染色體數目為28條（圖1），包括9對中著絲粒染色體（m）和5對近中著絲粒染色體（sm）（表1），其中第1號和第2號染色體短臂的末端有隨體，染色體相對長度分布在539～876，染色體長度比（最長染色體與最短染色體相對長度的比值）為163，臂比均小于2。

提莫菲維小麥的染色體數目為2n=28條，其中有2對隨體染色體。提莫菲維小麥的染色體相對長度分布在370～580，染色體長度比為157，臂比大于2的染色體數目為2對[19]。

22 父本野燕麥材料的核型分析

光稃野燕麥的染色體數目為42條（圖2），包括10對中著絲粒染色體（m）和11對近中著絲粒染色體（sm）（表2），在1號、11號和14號染色體短臂上發(fā)現了3對隨體，染色體相對長度分布在269～679，染色體長度比為252，臂比大于2的染色體為10對。

二倍體野燕麥的染色體數目2n=14條，其中有2對隨體，分別位于第5號和第7號染色體短臂上。二倍體野燕麥的染色體相對長度分布在1321～1563，染色體組包括5對中著絲點染色體（m）和2對近中著絲點染色體（sm），染色體長度比為118，臂比大于2的染色體為2對[20]。

葡萄牙野燕麥的染色體數目2n=42條，其中在第5號、第11號和第16號染色體短臂上各存在1對隨體。葡萄牙野燕麥的染色體相對長度分布在225～718，大于母本染色體相對長度的分布范圍；葡萄牙野燕麥的染色體長度比為319，遠大于母本提莫菲維小麥的長度比，臂比大于2的染色體為9對[21]。

23 小麥和野燕麥遠緣雜交后代的核型分析

以色列野生二粒小麥和光稃野燕麥雜交后代0878株系的染色體數目為42條（圖3），由11對中著絲粒染色體（m）和10對近中著絲粒染色體（sm）組成（表3），在第7號和第14號染色體短臂上發(fā)現兩對隨體，染色體相對長度分布在338～609，染色體長度比為180，介于兩親本染色體長度比之間。0878株系出現了4對臂比大于2的染色體，其中3號和5號染色體分別與光稃野燕麥的4號和10號染色體的相對長度和臂比一致。

提莫菲維小麥和二倍體野燕麥雜交后代T2W3株系的染色體數目2n=42，其中有2對隨體，分別位于第5號和第14號染色體上。T2W3株系的染色體相對長度分布在322 ～666，染色體長度比為207，染色體組包括15對中著絲點染色體（m） 、5對近中著絲點染色體（sm） 和1對近端著絲點染色體（st）。通過對親本和后代染色體的形狀、長度和臂比情況比較分析，T2W3株系中存在2對（9、13號）染色體是其母本所沒有的，而與其父本（4、6號）的染色體一致 [19]。

提莫菲維小麥和葡萄牙野燕麥雜交后代TP2株系的全套染色體長度相差較大，相對長度分布在259～719，TP2株系最長染色體長度遠大于母本最長染色體，和父本最長染色體基本保持一致；所以TP2株系染色體長度比（278）要遠大于母本的染色體長度比，而接近于父本的染色體長度比；正是由于TP2株系遺傳了父本的最長染色體，使得其染色體長度比較大[22]。

以色列野生二粒小麥和提莫菲維小麥的核型分別為1A和2A（表4），進化指數分別為4和5。二倍體野燕麥的核型為2A， 進化指數為4，光稃野燕麥和葡萄牙野燕麥的核型均為2B，進化指數分別為7和11。小麥與野燕麥遠緣雜交后代的核型分別為2A或2B，小麥與野燕麥成功遠緣雜交獲得了進化程度高于其母本的普通小麥型小麥新種質。

3 結論與討論

張慶勤等[23]用野生二粒小麥與通北野燕麥遠緣雜交成功，經對雜交獲得的斯卑爾脫型后代核型分析發(fā)現，雜種后代中有1對近端著絲點染色體來源于通北野燕麥，證明了該雜種后代的真實性。江龍等[24]對二粒小麥與光稃野燕麥雜交親本及雜種的核型分析得出與張慶勤等[11]相似的結果。徐如宏等[25]對中國春與光稃野燕麥遠緣雜交后代的核型分析，發(fā)現大部分為單體，僅看到極少數二體和缺體，其比例不到1%，雜種中有2對普通小麥所沒有的近端著絲點染色體。本試驗對小麥和野燕麥遠緣雜交獲得的普通小麥型后代的核型分析發(fā)現， 0878株系、T2W3株系和TP2株系中分別包含2對、2對和4對其母本所沒有，并且和父本一致的染色體，證明了該雜交后代的真實性。在提莫菲維小麥和葡萄牙野燕麥雜交后代核型分析時，也發(fā)現單體和雙單體存在。從小麥和野燕麥3個雜交組合后代的核型分析可見小麥和野燕麥具有一定的親緣關系，小麥屬和燕麥屬之間的可交配性；雜交后代中單體的出現說明小麥和野燕麥仍具有一定的遠緣性，它們只是部分同源關系。

以色列野生二粒小麥和提莫菲維小麥的核型分別為1A和2A，后者的進化程度高于前者。二倍體野燕麥、光稃野燕麥和葡萄牙野燕麥的核型分別為2A、2B和2B，光稃野燕麥和葡萄牙野燕麥的進化程度高于二倍體野燕麥、以色列野生二粒小麥和提莫菲維小麥。二倍體野燕麥為了適應自然環(huán)境而逐漸進化為出苗率高、生長勢強、抗病、抗逆的多倍體野燕麥。小麥與野燕麥遠緣雜交后代的核型分別為2A或2B[20，26]，雜交后代中出現了進化程度高于其母本的新核型。小麥與野燕麥遠緣雜交過程中由于父本野燕麥染色體（片段）滲入到雜交后代，獲得了進化程度高于其母本的普通小麥型小麥新種質，拓寬了小麥的遺傳背景，豐富了小麥遺傳資源。

具有42條染色體的普通小麥是生物進化過程中自然形成的六倍體，它來源于兩個不同的親緣屬——小麥屬和山羊草屬，并由這兩個屬內具有不同染色體的種，經兩次遠緣雜交、兩次染色體自然加倍，得到異源六倍體斯卑爾脫小麥，再由它進一步分化得到了現在的普通小麥[27]。陳瑞陽等[3]對小麥屬核型分析發(fā)現小麥屬全部為中部或次中部著絲點染色體，染色體長度比小于2，小麥屬的核型全部為2A。提莫菲維小麥與二倍體野燕麥、葡萄牙野燕麥遠緣雜交后代T2W3株系和TP2株系的染色體長度比分別為207和278，核型均是2B，出現了原來小麥屬所不存在的2B新核型；因此可以看出人工創(chuàng)造的六倍體普通小麥和自然形成的六倍體普通小麥存在一定的差異，且小麥與野燕麥遠緣雜交后代比自然形成的六倍體普通小麥在進化上存在先進性，在小麥進化史上向前邁進了一步。以色列野生二粒小麥和光稃野燕麥、提莫菲維小麥與野燕麥雜交后代具有高產、適應性強、抗病等優(yōu)點；小麥與野燕麥遠緣雜交后代材料與我國目前小麥主栽品種的遺傳距離較遠[28]，這些小麥新種質是小麥遺傳育種研究和新品種改良的寶貴資源。

致謝：貴州大學程劍平教授為本試驗提供了以色列野生二粒小麥材料，實驗過程中得到了徐如宏和任明見教授的幫助，在此表示衷心感謝！

參 考 文 獻：

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