小麦与野燕麦远缘杂交亲本及后代核型研究

张素勤 刘利青 周海鹏 盛中飞 郑会敏 耿广东 张庆勤

摘 要：为了探索小麦与野燕麦远缘杂交后代的核型特点，本试验采用根尖压片法对小麦、野燕麦及其远缘杂交后代稳定株系进行了核型分析。结果表明：母本小麦的染色体数目为28条，核型为1A或2A；父本野燕麦的染色体数目为14或42，核型为2A或2B；三个远缘杂交组合后代的染色体数目为42，核型为2A或2B。杂交后代0878株系染色体相对长度分布在338～609，染色体长度比为180，核型公式为2n=6x=42=36m（2sat）+6sm（2sat）。T2W3株系的染色体相对长度分布在323～666，染色体长度比为206，核型公式为2n=6x=42=30m（2sat）+10sm+2st（2sat）。TP2株系染色体相对长度分布在259～719，染色体长度比为278，核型公式为2n=6x=42=6M+24m（2sat）+12sm（2sat）。小麦与野燕麦成功远缘杂交获得了进化程度高于其母本的普通小麦型小麦新种质。

关键词：小麦；野燕麦；远缘杂交；核型

中图分类号：S512

文献标识码：A

文章编号：1008-0457（2018）03-0001-06 国际DOI编码：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

通过远缘杂交能有效地把外源有益遗传物质转移到普通小麦中，在创造育种材料中获得了巨大的成功[1]。迄今为止，已有山羊草属、黑麦属、大麦属、披碱草属、赖草属、偃麦草属、冰草属、簇毛麦属、旱麦草属、鹅观草属和新麦草属等与小麦杂交成功的报道[2]。陈瑞阳等[3]对小麦属9个六倍体种（AABBDD）， 8个四倍体种（AABB， AAGG）和3个二倍体种（AA， AuAu）的体细胞核型进行了分析，发现小麦属的核型全部为2A，不对称性随倍性提高而有所增加，种间核型有一定差异。戴秀梅等[4]研究硬粒小麦和偏凸山羊草杂交后代硬偏麦六倍体类型的核型，发现在该杂交后代中含有与偏凸山羊草 Mv染色体组相似臂比和相似着丝粒位置的染色体，初步判断硬偏麦六倍体类型的染色体组成是AABBMvMv。林小虎等[5]对从中间偃麦草与普通小麦烟农15杂交后代中选育的双体异附加系山农Line15和八倍体小偃麦山农TE263的细胞学观察结果表明，它们的根尖细胞染色体数目分别为2n=44和2n=56，花粉母细胞（PMC）中期Ⅰ染色体构型分别为2n=22Ⅱ和2n=28Ⅱ。王长有等[6]利用染色体计数和构型分析成功地确定了普通小麦与披碱草衍生后代中存在异附加系和异代换系。王晶等[7]对普通小麦济南177与高冰草的体细胞杂种F5的高秆株系和矮秆株系进行了核型分析，结果显示这两个株系与亲本济南177的差别主要在2A、5A和6B染色体上，与亲本相比染色体发生结构变异，这两个杂种株系之间亦存在明显的染色体形态差异。

以色列野生二粒小麦对白粉病、条锈病、叶锈病等病害都有良好的抗性，并且具有抗旱、耐盐、对矿质养分利用率高等特性，因此以色列野生二粒小麦被广泛应用于种质资源研究以及现代小麦品种的遗传改良中[8-9]。提莫菲维小麦较耐湿，对锈病、散黑穗病、腥黑穗病和白粉病具有较强的抗性，对麦黑森瘿蚊、椿象有较好的抗性，因而被广泛作为小麦育种的重要抗病源[10-11]，Wan等[12]从提莫菲維小麦分离了3个新的编码HMW麦谷蛋白亚基的基因。野燕麦对白粉病、锈病、赤霉病等有一定的抗性，同时具有抗旱、耐寒、耐贫瘠、早熟、高蛋白等优良性状，是现代栽培小麦遗传改良的重要种质资源[13]。目前，国内外关于小麦与野燕麦远缘杂交后代核型研究方面的文献鲜见报道。本研究拟对小麦与野燕麦三个杂交组合亲本及稳定后代进行核型分析，以了解其遗传组成和特点，为该新种质的遗传研究和合理开发利用提供细胞学依据。

1 材料与方法

11 材料

试验材料为贵州大学麦作中心保存的提莫菲维小麦（母本）、以色列野生二粒小麦（母本）、二倍体野燕麦（父本）、葡萄牙野燕麦（父本）、光稃野燕麦（父本）及以色列野生二粒小麦×光稃野燕麦、提莫菲维小麦×二倍体野燕麦、提莫菲维小麦×葡萄牙野燕麦远缘杂交获得的后代稳定株系的种子。

12 方法

取籽粒饱满的种子放在洁净的垫有已灭菌滤纸的培养皿中发芽，待种子胚部微微露出白色时，放置于2℃冰箱中约20 h，第二天再放入25℃温箱中3～4 h，如此反复几次，待根从胚部长出少许后放入25℃温箱中发芽24 h，剪取根尖冰水处理约27 h后，置于卡诺氏固定液（无水乙醇：乙酸=3：1）中37℃固定7 d，再用1%的醋酸洋红染色2 h，进行常规压片。制好的切片在显微镜（OLMPUS BX40）下观察，选择分裂相好的切片用数码摄像系统拍摄染色体图像，选择50个染色体分散相好的有丝分裂中期细胞进行染色体计数，核型分析时取5个细胞的平均值。染色体分类按Levan等[14]的命名法，核型分析按李懋学[15]的统一标准进行，核型不对称系数（As k% ）按Arano的方法进行[16]，核型分类按Stebbins[17]的方法进行。核型模式图制作按照乔永刚等[18]所述方法进行绘制。

2 结果与分析

21 母本小麦材料的核型分析

以色列野生二粒小麦的染色体数目为28条（图1），包括9对中着丝粒染色体（m）和5对近中着丝粒染色体（sm）（表1），其中第1号和第2号染色体短臂的末端有随体，染色体相对长度分布在539～876，染色体长度比（最长染色体与最短染色体相对长度的比值）为163，臂比均小于2。

提莫菲维小麦的染色体数目为2n=28条，其中有2对随体染色体。提莫菲维小麦的染色体相对长度分布在370～580，染色体长度比为157，臂比大于2的染色体数目为2对[19]。

22 父本野燕麦材料的核型分析

光稃野燕麦的染色体数目为42条（图2），包括10对中着丝粒染色体（m）和11对近中着丝粒染色体（sm）（表2），在1号、11号和14号染色体短臂上发现了3对随体，染色体相对长度分布在269～679，染色体长度比为252，臂比大于2的染色体为10对。

二倍体野燕麦的染色体数目2n=14条，其中有2对随体，分别位于第5号和第7号染色体短臂上。二倍体野燕麦的染色体相对长度分布在1321～1563，染色体组包括5对中着丝点染色体（m）和2对近中着丝点染色体（sm），染色体长度比为118，臂比大于2的染色体为2对[20]。

葡萄牙野燕麦的染色体数目2n=42条，其中在第5号、第11号和第16号染色体短臂上各存在1对随体。葡萄牙野燕麦的染色体相对长度分布在225～718，大于母本染色体相对长度的分布范围；葡萄牙野燕麦的染色体长度比为319，远大于母本提莫菲维小麦的长度比，臂比大于2的染色体为9对[21]。

23 小麦和野燕麦远缘杂交后代的核型分析

以色列野生二粒小麦和光稃野燕麦杂交后代0878株系的染色体数目为42条（图3），由11对中着丝粒染色体（m）和10对近中着丝粒染色体（sm）组成（表3），在第7号和第14号染色体短臂上发现两对随体，染色体相对长度分布在338～609，染色体长度比为180，介于两亲本染色体长度比之間。0878株系出现了4对臂比大于2的染色体，其中3号和5号染色体分别与光稃野燕麦的4号和10号染色体的相对长度和臂比一致。

提莫菲维小麦和二倍体野燕麦杂交后代T2W3株系的染色体数目2n=42，其中有2对随体，分别位于第5号和第14号染色体上。T2W3株系的染色体相对长度分布在322 ～666，染色体长度比为207，染色体组包括15对中着丝点染色体（m） 、5对近中着丝点染色体（sm） 和1对近端着丝点染色体（st）。通过对亲本和后代染色体的形状、长度和臂比情况比较分析，T2W3株系中存在2对（9、13号）染色体是其母本所没有的，而与其父本（4、6号）的染色体一致 [19]。

提莫菲维小麦和葡萄牙野燕麦杂交后代TP2株系的全套染色体长度相差较大，相对长度分布在259～719，TP2株系最长染色体长度远大于母本最长染色体，和父本最长染色体基本保持一致；所以TP2株系染色体长度比（278）要远大于母本的染色体长度比，而接近于父本的染色体长度比；正是由于TP2株系遗传了父本的最长染色体，使得其染色体长度比较大[22]。

以色列野生二粒小麦和提莫菲维小麦的核型分别为1A和2A（表4），进化指数分别为4和5。二倍体野燕麦的核型为2A， 进化指数为4，光稃野燕麦和葡萄牙野燕麦的核型均为2B，进化指数分别为7和11。小麦与野燕麦远缘杂交后代的核型分别为2A或2B，小麦与野燕麦成功远缘杂交获得了进化程度高于其母本的普通小麦型小麦新种质。

3 结论与讨论

张庆勤等[23]用野生二粒小麦与通北野燕麦远缘杂交成功，经对杂交获得的斯卑尔脱型后代核型分析发现，杂种后代中有1对近端着丝点染色体来源于通北野燕麦，证明了该杂种后代的真实性。江龙等[24]对二粒小麦与光稃野燕麦杂交亲本及杂种的核型分析得出与张庆勤等[11]相似的结果。徐如宏等[25]对中国春与光稃野燕麦远缘杂交后代的核型分析，发现大部分为单体，仅看到极少数二体和缺体，其比例不到1%，杂种中有2对普通小麦所没有的近端着丝点染色体。本试验对小麦和野燕麦远缘杂交获得的普通小麦型后代的核型分析发现， 0878株系、T2W3株系和TP2株系中分别包含2对、2对和4对其母本所没有，并且和父本一致的染色体，证明了该杂交后代的真实性。在提莫菲维小麦和葡萄牙野燕麦杂交后代核型分析时，也发现单体和双单体存在。从小麦和野燕麦3个杂交组合后代的核型分析可见小麦和野燕麦具有一定的亲缘关系，小麦属和燕麦属之间的可交配性；杂交后代中单体的出现说明小麦和野燕麦仍具有一定的远缘性，它们只是部分同源关系。

以色列野生二粒小麦和提莫菲维小麦的核型分别为1A和2A，后者的进化程度高于前者。二倍体野燕麦、光稃野燕麦和葡萄牙野燕麦的核型分别为2A、2B和2B，光稃野燕麦和葡萄牙野燕麦的进化程度高于二倍体野燕麦、以色列野生二粒小麦和提莫菲维小麦。二倍体野燕麦为了适应自然环境而逐渐进化为出苗率高、生长势强、抗病、抗逆的多倍体野燕麦。小麦与野燕麦远缘杂交后代的核型分别为2A或2B[20，26]，杂交后代中出现了进化程度高于其母本的新核型。小麦与野燕麦远缘杂交过程中由于父本野燕麦染色体（片段）渗入到杂交后代，获得了进化程度高于其母本的普通小麦型小麦新种质，拓宽了小麦的遗传背景，丰富了小麦遗传资源。

具有42条染色体的普通小麦是生物进化过程中自然形成的六倍体，它来源于两个不同的亲缘属——小麦属和山羊草属，并由这两个属内具有不同染色体的种，经两次远缘杂交、两次染色体自然加倍，得到异源六倍体斯卑尔脱小麦，再由它进一步分化得到了现在的普通小麦[27]。陈瑞阳等[3]对小麦属核型分析发现小麦属全部为中部或次中部着丝点染色体，染色体长度比小于2，小麦属的核型全部为2A。提莫菲维小麦与二倍体野燕麦、葡萄牙野燕麦远缘杂交后代T2W3株系和TP2株系的染色体长度比分别为207和278，核型均是2B，出现了原来小麦属所不存在的2B新核型；因此可以看出人工创造的六倍体普通小麦和自然形成的六倍体普通小麦存在一定的差异，且小麦与野燕麦远缘杂交后代比自然形成的六倍体普通小麦在进化上存在先进性，在小麦进化史上向前迈进了一步。以色列野生二粒小麦和光稃野燕麦、提莫菲维小麦与野燕麦杂交后代具有高产、适应性强、抗病等优点；小麦与野燕麦远缘杂交后代材料与我国目前小麦主栽品种的遗传距离较远[28]，这些小麦新种质是小麦遗传育种研究和新品种改良的宝贵资源。

致谢：贵州大学程剑平教授为本试验提供了以色列野生二粒小麦材料，实验过程中得到了徐如宏和任明见教授的帮助，在此表示衷心感谢！

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