【doc】普通小麦-大麦杂交后代花粉母细胞减数分裂染色体行为的检测与分析

【doc】普通小麦-大麦杂交后代花粉母细胞减数分裂染色体行为的与分析 普通小麦-大麦杂交后代花粉母细胞减数分 裂染色体行为的检测与分析 第44卷第5期 2010年1O月 河南农业大学 JournalofHenanAgriculturalUniversity Vo1.44No.5 0ct.20lO 文章编号:1000,2340(2010)05—0504—04 普通小麦一大麦杂交后代花粉母细胞减数 分裂染色体行为的检测与分析 刘淑会.,蔡振虎,陈新宏,武军,赵继新,杨群慧.,徐蕾 (1.西北农林科技大学农学院,陕西省植物遗传与育种重点实验室,陕西杨凌712100; 2.杨凌职业技术学院,陕西杨凌712100;3.成阳市农业科学研究所,陕西成阳721000) 摘要:通过对普通小麦与大麦杂交后代的花粉母细胞减数分裂染色体行为进行检测及分析,明小麦一大麦远 缘杂交后代减数分裂行为存在一些异常现象.花粉母细胞减数分裂中期I(PMCMI)均具有一定数量的单价体, 普遍存在多个棒状二价体和多价体;后期I,后期?和末期出现落后染色体,染色体 ,四分孢子分裂异常 桥,微核 等.这些异常现象可能是由远缘杂交的2个亲本问染色体组存在差异造成,导致了杂种后代中的大麦染色体的 遗传不稳定性. 关键词:普通小麦;栽培大麦;远缘杂交;减数分裂;染色体行为 中图分类号:S512文献标志码:A Examinationsandanalysesonmeioticchromosomebehaviorin pollenmothercellsofthecrossprogeniesbetweencommon wheatandcultivatedbarley LIUShu—hui,CAIZhen—hu,CHENXin—hong,WUJun,ZHA0Ji— xin,YANGQun.hui,XULei (1.CollegeofAgronomy,NorthwestA&FUniversity,PlantGeneticEngineeringandBreedingLaboratoryof ShanxiProvince,Yangling712100,China;2.YanglingVocationTechnicalCollege,Yangling712100,China; 3.XianyangInstituteofAgricultureScience,Xianyang721000,China) Abstract:Distanthybridizationisanimportantwaytogaingenesandcharactersfromclosegenera. Cultivatedbarleycontainsalotofavailablegenessuchasearliness,drought,tolerancesalt,tolerance yellowdwarfvirus,highlysineproteinandSOon.Inthispaper,themeioticchromosomebehaviourof pollenmothercellofhybridsbetweencommonwheatandcultivatedbarleywasexaminedandanalyzed torevealsomeabnormalphenomenaofmeioticbehaviorofdistanthybridizationprogenies.Theresults showedthatcytokinesisinPMCmeiosishadunivalent,rodbivalentandmuhivalent.Alittlelagging chromosome,chromosomebridges,micronucleiandabnormaltetrasporewerefoundinanaphaseI,ana- phaseIIandtetradstage.Theseabnormalphenomenamightresultfromthedifferentgenomesofdistant hybridizationparent. Keywords:commonwheat;cultivatedbarley;distanthybridization;meiosis;chromosomebehavior 小麦的长期定向选择和品种的集约化选育推广,使其遗传基础日益变窄,极大地限 制了产量,抗 收稿日期:2010—03—17 基金项目:陕西省"13115"重大科技专项(2008ZDKG—O1) 作者简介:刘淑会,1968年生,女,陕两杨凌人,实验师,硕士,主要从事小麦遗传育种 研究 通讯作者:蔡振虎,1956年生,男,陕两丹风人,副教授,硕士生导师. 第5期刘淑会等:普通小麦一大麦杂交后代花粉母细胞减数分裂染色体行为的检 测与分析505 病性,品质等性状的提高和改善'.普通小麦通 过与近缘植物种间,属问远缘杂交,可以转移近缘 种属优良野生基因,从而拓宽小麦的遗传基础,丰 富小麦育种种质资源.大麦属栽培大麦(Hor— deumI)Ulgare)具有早熟,耐旱,耐盐碱,抗黄矮病和 赖氨酸含量高等许多优良性状,是普通小麦(Triti— cureaestivum)远缘杂交育种优良的亲本材料.西北 农林科技大学农学院陕西省遗传工程育种重点实 验室,开展了禾本科小麦属普通小麦和大麦属栽培 大麦的属问远缘杂交,意欲向普通小麦导入大麦外 源优良期望性状,现已获得了部分普通小麦一大麦 异附加系,异代换系,易位系等小麦新类型和具有 大麦某些性状或超亲性状的小麦新品系.本研 究通过对普通小麦一栽培大麦属间杂种后代早代, 高代花粉母细胞减数分裂异常行为进行详细检测, 分析小麦一大麦远缘杂交后代染色体行为规律,为 杂种后代中含大麦优良性状,但遗传性不稳定的新 种质在生产上的利用提供理论指导. 1材料与方法 1.1材料一 以普通小麦7182为母本,栽培大麦农家二棱, Bettes,萧山夏立黄等大麦花粉混合授粉获得的普 通小麦一大麦杂种后代WB4286,由陕西省植物遗 传工程育种重点实验室小麦远缘杂交课组选育. 1.2方法 2005--2009年,每年4月上旬,5月上旬,上 午7:30—9:3O,下午3:O0—4:o0于田间选择旗叶 抽出2,3cm,苞略突起的适龄幼穗,上午ll:00, 下午5:00之前用卡诺固定液[V(无水乙醇):V(冰 醋酸):V(氯仿)=6:3:1]固定,2,7d后转至体积 分数为70%乙醇保存.观察时用镍子挑取含有中 期的花药,挤出花粉粒,用醋酸洋红染色压片.改良 苯酸品红复染.OLYMPUSBH一2显微镜下放大20 000倍观察,并照相. 2结果与分析 2.1普通小麦和大麦杂交后代花粉母细胞减数分 裂中期I检测 普通小麦和大麦杂交产生的杂种及后代花粉母 细胞染色体减数分裂经过间期的一系列变化,终变 期进一步收缩,中期I相互配对排列在赤道板上,配 对染色体出现各种构型,如环状二价体,棒状二价 体,三价体和四价体(网1一a,b,C,d);不能配对的 染色体散落在二价体外,出现大量单价体(图1, e);二价体数量随杂种回交世代增加而逐渐增加并 稳定下来,单价体随杂种回交世代增加而逐渐减少, 高代一般出现1,2个单价体(图1一f). 2.2普通小麦和大麦杂交后代花粉母细胞减数分 裂后期检测 远缘杂交不同种属间远缘亲本染色体组来源 不同,因此其分裂周期不同.普通小麦和栽培大 a.环状二价体;b.棒状二价体;c.价体;d.四价体;e.大量价体;f.杂种高代单价体 a?Ringbivalent;b.Rodbivalent;('Trivalent;d.Q?(1rivalent;e.Manyunivalent;f.Univalentofhighhybridgeneration 图1普通小麦一大麦杂交后代花粉母细胞减数分裂中期I染色体构型 Fig?1Thebehaviourofcommonwheat-barleycrossprogeniesinPMCMI 506河南农业大学第44卷 麦分属禾本科不同属,其杂种和后代花粉母细胞减 数分裂后期I染色体移向细胞两极时部分花粉母细 胞染色体分离不同步或表现粘连(图2一a);致使后 期I,?出现落后染色体,染色体桥(图2一b,c). a染色体粘连;b.落后染色体;c.染色体桥 a.Chromosomeadhesion;b.Laggingchromosome;e.Chromosomebridge 图2普通小麦一大麦杂交后代花粉母细胞减数分裂后期染色体异常行为 Fig.2Theabnormalphenomenaofcommonwheat-barleycrossprogenies meioticbehaviourinPMCanaphaseI.anaphaselI 2.3普通小麦和大麦杂交后代花粉母细胞减数分 裂末期检测 普通小麦一大麦杂种及后代花粉母细胞染色 体减数分裂末期?分裂时产生较多的染色体多极 多态不正常现象.出现微核,不均等分裂四分体,非 四分分裂体和大小不同花粉细胞.微核数目不等, 一 般1,3个(图3一a,b);不均等分裂使染色体分 配到四分体每个细胞中的数目不同,导致花粉细胞 大小,育性不同…(图3一c,d,e);非四分分裂体有 十分体,七分体,五分体,三分体等(图3一f,g,h,i). 花粉母细胞减数分裂异常现象推测是由于中期I 不规则配对,后期I第1次分裂形成二分体时异常 a.2个微核;b.3个微核;c.染色体不均等分配;d.可育花粉粒;e.败育花粉粒;f.十分体;g.七分体;h.五分体;i.三分体. a.Twomicronuclei;b.Threemicronuclei;e.Chromosomedisparitydistribute;d.Fertilitypol len;e.Abortivepollens;f.Tendivisionsporophy;g Sevendivisionsporophy;h.Fivedivisionsporophy;i.Threedivisionsporophy. 图3普通小麦一大麦杂交后代花粉母细胞减数分裂末期的异常行为 Fig.3Thecommonwheat-barleycrossprogeniespollenmothercellsabnormal phenomenaofmeioticbehaviourinlaststagelIortetradstage 第5期刘淑会等:普通小麦一大麦杂交后代花粉母细胞减数分裂染色体行为的检测与分析507 分裂继续发展的结果:中期单价体落后形成后 期落后染色体,落后染色体滞留在细胞质常形成微 核,. 3讨论 普通小麦一大麦属间杂交,母本普通小麦体细 胞染色体组成为AABBCC(2n=42),父本栽培大麦 体细胞染色体组成为HH(2n=14),染色体组A,B, c,H来源不同,具有不同的同源性和分裂周期.观察 杂种及后代花粉母细胞减数分裂染色体行为,检测 到中期I出现环状二价体,棒状二价体,三价体和四 价体等染色体构型;杂种Fl有大量游离单价体,高 代多为1,2个;后期I染色体分离不同步,出现粘连 染色体,后期桥,落后染色体;末期?出现不均等分裂 四分体,非四分分裂体,微核等染色体异常行为,充 分说明异源染色体导入后影响小麦同源染色体,部 分同源染色体的配对和分裂. 普通小麦一大麦远缘杂交属问杂种及后代减 数分裂过程中中期I单价体多为与小麦染色体不 能配对的非同源大麦染色体,其与小麦染色体分裂 周期不同,在分裂过程中形成后期落后染色体,落 后染色体滞留在细胞质进一步形成微核,因此微核 中染色体大多为外源染色体.这些外源大麦染 色体在杂种胚的发育过程中会逐代消除,其所 携带外源有益基因随之消失.外源大麦染色体消除 影响了大麦有益性状进入普通小麦后的遗传稳定 性,限制了大麦部分有益性状向普通小麦导人,进 而影响了大麦有益性状在小麦生产上的进一步利 用.为了克服这一困难,我们常采用综合农艺性状 好的普通小麦品种(系)对杂种及后代进行连续回 交,来增强大麦有益性状的遗传稳定性和在生产上 的可利用性. 参考文献 LIYW,LIZS,XUJ.Meiotiebehaviorof1BL/1RS translocationchromosonleandalienchromosomeintwo tri?generahybrids[J].ActaBotanicaSinica,2002,44 (7):821—826. 张海涛,李集I临.普通小麦与中间偃麦草杂交后代花 粉母细胞减数分裂行为的研究[J].哈尔滨师范大 学:自然科学版,2008,24(1):79—82. 李振声,容珊,陈漱阳,等.小麦远缘杂交[M].北 京:科学出版社,1985:52—57. 刘翠云,李璋,闰正禄.普通小麦×栽培二棱大麦 属问杂种及回交后代选育和染色体的稳定性[J].西 北植物,1991,11(1):8—14. [5]张维瑞,纪利坤,袁王俊,等.黄淮麦区小麦新品种 (系)高分子量符蛋白亚基组成分析[J].河南农业大 学,2008,42(1):6—10. [6]刘淑惠,李璋,闫正禄.利用普通小麦与大麦杂交 培育小麦新品种[J].西北农业,1999,8(3): 1l1一ll4, [7]刘淑会,陈新宏,赵继新,等.抗穗发芽2D/2H小大麦 易位系的鉴定和应用研究[J].华北农,2005,20 (1):71—74. [8]刘淑会,陈新宏,李璋,等.小麦一大麦异代换系的 创制及鉴定研究[J].西北植物,2008,28(8): 1554—1558. [9]朱利霞,牛吉山,赵双锁.部分小麦新品种(系)的醇 溶蛋白遗传的多样性分析[J].河南农业大学, 2008,42(6):602—608. [1O]李冉云,华玉伟.植物远缘杂交巾的染色体行为及其 遗传与进化意义[J].遗传,2005,27(2):315—324. [11]赵蕾,李集临.普通小麦与六倍体小偃麦杂交后代 的形态学与细胞遗传学研究[J].哈尔滨师范大学学 报:自然科学版,2008,24(6):70—73. [12]沈光平,周址祯.微核与染色体畸变的相关性[J].遗 传,1985(1):6—9. [13]徐英博,丁海燕,邢璐璐,等.小麦一黑麦代换系高代 的减数分裂行为观察和分析[J].哈尔滨师范大学学 报:自然科学版,2008,24(2):81—83. [14]李集临,徐香玲.细胞遗传学[M].北京:科学出版 社,2006:75—85. [15J张文俊,张晓勤,景建康,等.黑麦6R染色体在小麦 背景中的减数分裂行为[J].遗传,1998,25(1): 54—58. [16]李文义,唐顺学,赵铁汉,等.利用两个小麦异源二体 代换系杂交创造易位系[J].科学通报,1999.44 (10):1052—1055. [17]刘伟华,王同昌,何聪芬,等.异细胞质小麦与黑麦, 小黑麦杂交对性状和减数分裂行为的影响[J].植物 研究,2001,21(2):222—226. [18]KAMSTRASA,JONGdeJH,JACOBSENE.Meiotic behaviourofindividualchromosomesinallotriploidal— stroemeriahybrids[J].Heredity,2004,93:15—21. [19]何方,刘海燕,王洪刚,等.小麦族三属杂种F1小 孢子发生过程中染色体的行为[J].分子细胞生物学 报,2008,41(4):335—339. [2O]樊路,韩敬花,任贤,等.小麦远缘杂交中的染色 体消除[J].北京农业科学,1995,13(2):16—17. (责任编辑:丁丽) ]j]1』]j 1234 rl[r?Lrl