一個(gè)八倍體小偃麥育種材料的核型分析

楊夢(mèng)涵， 姚 銳， 李明昊， 任學(xué)軍， 高 慧， 林小虎

(河北科技師范學(xué)院農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院， 河北 秦皇島 066004)

中間偃麥草(Elytrigiaintermedium)、普通小麥(T.aestivum)和八倍體小偃麥(OctoploidTrititrigia)同屬禾本科(Grammineae)小麥族(Triticeae)。中間偃麥草是普通小麥遺傳改良的重要優(yōu)良基因源，是小麥的野生近緣物種，是一種再生能力強(qiáng)，具有極強(qiáng)抗逆性的優(yōu)良牧草[1-2]，對(duì)小麥的稈銹、葉銹、條銹、白粉病免疫，對(duì)小麥黃矮、根腐、黑穗和葉枯病具有明顯的抗性[3-6]。中間偃麥草是偃麥草屬中最先同小麥雜交成功的小麥遺傳改良中應(yīng)用較多的野生物種之一，為小麥育種提供了大量的優(yōu)良基因[7-9]。八倍體小偃麥?zhǔn)抢觅塞湶?Elytrigia)和普通小麥人工合成的屬間雜種，是一種人工創(chuàng)造的麥類作物，它是在普通小麥的遺傳背景中導(dǎo)入了偃麥草的部分染色體組而形成的新物種[6]。八倍體小偃麥兼具其親本偃麥草和普通小麥的優(yōu)良性狀，不僅保持了偃麥草的抗病、穗大多花、耐寒、耐旱等優(yōu)良特點(diǎn)，而且它更容易與普通小麥雜交成功。利用八倍體小偃麥做為中間材料與普通小麥雜交在小麥遺傳改良研究中具有重要意義，是將偃麥草的優(yōu)良基因快速導(dǎo)入普通小麥的一條行之有效的途徑[10-11]。自1954年前蘇聯(lián)的齊津(音譯)院士首次利用中間偃麥草與普通小麥人工雜交選育了八倍體小偃麥以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者[6、12-13]均利用普通小麥與中間偃麥草人工雜交、回交，經(jīng)不斷的選擇而培育出一批含中間偃麥草不同優(yōu)良基因的八倍體小偃麥，為利用中間偃麥草優(yōu)良基因提供了有價(jià)值的橋梁材料。

目前，禾本科小麥族中許多物種的核型已有相關(guān)報(bào)道[14-16]，但尚未見(jiàn)有關(guān)八倍體小偃麥的核型報(bào)道，本文首次報(bào)道了八倍體小偃麥的核型，并初步對(duì)八倍體小偃麥的核型與進(jìn)化趨勢(shì)進(jìn)行分析，旨在為研究八倍體小偃麥的染色體組學(xué)提供細(xì)胞學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材 料

本研究利用的八倍體小偃麥株系山農(nóng)TE 0537(OctoploidTrititrigiashannong TE 0537)是山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院王洪剛教授課題組利用中間偃麥草與普通小麥品種煙農(nóng)15(T.aestivumyannong 15)雜交、回交后從一系列八倍體小偃麥株系中選出，本課題組引入，并在秦皇島地區(qū)連續(xù)多年種植栽培馴化。

1.2 方 法

八倍體小偃麥種子在室溫下浸泡至露白，后于4 ℃冰箱低溫處理24 h，然后于25 ℃下培養(yǎng)使其萌發(fā)，根長(zhǎng)1.5～2 cm取根尖置冰水混合物處理24 h；法氏固定液(冰醋酸∶無(wú)水乙醇=1∶3)固定24 h；后放入1 mol·L-1鹽酸中恒溫水浴60 ℃解離8～10 min； 以改良卡寶品紅法染色、壓片，OLYMPUSBX 60型顯微鏡下鏡檢、觀察并統(tǒng)計(jì)染色體數(shù)目，然后選取染色體形態(tài)和分散好的細(xì)胞用CCD采集圖像，分析圖像與處理數(shù)據(jù)采用Leica Chantal(Human G-B)分析軟件。選擇5個(gè)染色體分散良好的細(xì)胞，采用李懋學(xué)[17]、陳瑞陽(yáng)[18]等的方法計(jì)算核型平均值，按Stebbins[19]提出的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行核型分類，核型不對(duì)稱系數(shù)等采用分支系統(tǒng)學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算。

圖3 八倍體小偃麥染色體核型圖

2 結(jié)果與分析

2.1 八倍體小偃麥山農(nóng)TE 0537染色體數(shù)目及形態(tài)

對(duì)八倍體小偃麥株系山農(nóng)TE 0537觀察80個(gè)染色體分散良好的細(xì)胞，其中有76個(gè)細(xì)胞染色體數(shù)目為56， 3個(gè)細(xì)胞染色體數(shù)目為55，1個(gè)細(xì)胞染色體數(shù)目為54。經(jīng)統(tǒng)計(jì)95%(大于85%)的細(xì)胞具有相同的染色體數(shù)，即認(rèn)定為該物種的染色體數(shù)目(如圖1)， 結(jié)果表明：八倍體小偃麥山農(nóng)TE 0537的染色體數(shù)目為56。八倍體小偃麥山農(nóng)TE 0537染色體形態(tài)如圖2所示。

圖1 八倍體小偃麥山農(nóng)TE 0537染色體數(shù)目計(jì)數(shù)

圖2 八倍體小偃麥根尖染色體形態(tài)(2 n=56)

2.2 八倍體小偃麥山農(nóng)TE 0537染色體的核型圖

對(duì)八倍體小偃麥山農(nóng)TE 0537染色體中具代表性的染色體照片中的各條染色體采用Leica Chantal(Human G-B)分析軟件分析圖像并處理數(shù)據(jù)，選擇形態(tài)、著絲點(diǎn)位置、長(zhǎng)短臂比相當(dāng)?shù)娜旧w配對(duì)，按照染色體長(zhǎng)度由長(zhǎng)到短的順序，短臂在上，長(zhǎng)臂在下排列，形成染色體核型圖(圖3)。

2.3 八倍體小偃麥山農(nóng)TE 0537染色體參數(shù)及核型參數(shù)

按李懋學(xué)等[17]、陳瑞陽(yáng)等[18]的方法計(jì)算八倍體小偃麥山農(nóng)TE 0537的染色體參數(shù)、核型參數(shù)，結(jié)果如表1、表2所示。

表1 八倍體小偃麥(山農(nóng)TE 0537)的染色體參數(shù)

編號(hào)相對(duì)長(zhǎng)度/%臂比類型12.903+1.871=4.7741.552m22.645+1.871=4.5161.414m32.968+1.484=4.4522.000sm42.516+1.871=4.3871.345m52.378+1.880=4.2581.265m62.386+1.870=4.2561.273m72.710+1.355=4.0652.000sm82.516+1.548=4.0641.625m92.516+1.484=4.0001.695m102.645+1.290=3.9352.050sm*112.515+1.419=3.9341.773sm122.129+1.742=3.8711.222m132.065+1.613=3.6781.280m142.258+1.355=3.6131.666m151.871+1.613=3.4841.160m*162.064+1.548=3.4271.455m172.129+1.226=3.3591.737sm182.000+1.290=3.2901.550m191.870+1.419=3.2221.319m201.935+1.226=3.1531.578m211.871+1.226=3.0851.526m221.790+1.294=3.0161.309m232.258+0.710=2.8783.180sm241.548+1.355=2.8101.142m251.419+1.290=2.7411.100m261.419+1.161=2.6731.222m271.630+0.903=2.6051.786sm281.419+0.839=2.3391.781sm

注：“*”表示隨體染色體，隨體長(zhǎng)度未計(jì)在內(nèi)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表1表2)表明：八倍體小偃麥山農(nóng)TE 0537的染色體數(shù)目2 n=56條，包括20對(duì)中部著絲粒染色體(m)和8對(duì)近中部著絲粒染色體(sm)，其中有2對(duì)隨體，分別位于第10號(hào)和第15號(hào)染色體上。八倍體小偃麥山農(nóng)TE 0537的染色體相對(duì)長(zhǎng)度分布在2.339～4.774，臂比大于2的染色體為4對(duì)。八倍體小偃麥山農(nóng)TE 0537核型公式為2 n=8 x=56=40 m(2SAT)+16 sm(2 SAT)，染色體長(zhǎng)度比為2.114，平均臂比1.572，不對(duì)稱系數(shù)61.01%，臂比大于1.7的比例為28.6%，屬于2 B型。

表2 八倍體小偃麥山農(nóng)TE 0537的染色體重要性狀數(shù)值

種名核型公式染色體長(zhǎng)度比平均臂比不對(duì)稱系數(shù)/%臂比大于1.7的比例/%核型八倍體小偃麥(Octoploid trititrigia)2n=8x=56=40m(2SAT)+16sm(2SAT)2.1141.57261.0128.62B

3 討 論

Stebbins[19]的核型進(jìn)化理論提出，高等植物在自然進(jìn)化的過(guò)程中，核型進(jìn)化是由對(duì)稱向不對(duì)稱方向發(fā)展的，染色體參數(shù)可反映出每個(gè)物種發(fā)育的進(jìn)化程度，并可以反映出各自的進(jìn)化水平。已經(jīng)有很多關(guān)于普通小麥[18,20-21]和中間偃麥草[22]的核型報(bào)道，而本文首次報(bào)道了普通小麥和中間偃麥草遠(yuǎn)緣雜交后代八倍體小偃麥山農(nóng)TE 0537的核型。本研究的八倍體小偃麥山農(nóng)TE 0537核型公式為2 n=8 x=56=40 m(2 SAT)+16 sm(2 SAT)，屬于2 B型，有40條中部著絲粒染色體，16條近中部著絲粒染色體，其中有4條染色體帶有隨體。

林小虎等研究表明，中間偃麥草的核型類型為3 B[22]；楊培浩研究表明，13份小麥品種大多數(shù)供試材料的核型類型為1 B[20]。根據(jù)Stebbins[19]提出的核型進(jìn)化理論，八倍體小偃麥核型(2 B型)介于2個(gè)原始親本之間，說(shuō)明它的進(jìn)化程度介于2個(gè)原始親本之間，這與育種工作中的實(shí)際情況是相吻合的，如它的農(nóng)藝性狀(結(jié)實(shí)性等)較普通小麥差，但抗逆性能(抗病蟲(chóng)性等)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通小麥[23]；它的農(nóng)藝性狀優(yōu)于中間偃麥草，但抗逆性能又不如中間偃麥草等[24]。關(guān)婧竹等[25]在百合科植物遠(yuǎn)緣雜交研究中也得到了類似的結(jié)果。

從進(jìn)化上講，多倍體的產(chǎn)生是生物進(jìn)化的一個(gè)重要方式，人工創(chuàng)造多倍體也是現(xiàn)代育種的一個(gè)重要手段。在自然進(jìn)化狀態(tài)下產(chǎn)生的新物種為了適應(yīng)自然界，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的選擇、進(jìn)化后，其進(jìn)化程度要高于或遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其2個(gè)原始親本，從而更好的適應(yīng)自然環(huán)境，更好的生存。本研究中，人工創(chuàng)造的新物種八倍體小偃麥尚未經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的自然選擇和進(jìn)化，同時(shí)人工創(chuàng)造的八倍體小偃麥在有限的進(jìn)化過(guò)程中，在人為和自然界的雙重作用下，歷經(jīng)了染色體倍性、數(shù)目、結(jié)構(gòu)變異以及基因突變、遺傳重組等不同水平上的變化，這些變化在某種程度上都能或多或少的影響到其核型的變化。