小黑麦-长穗偃麦草杂种后代染色体组成鉴定

何 敏，杨友伟

（湖南文理学院，湖南 常德 415000）

赤霉病是一种典型的气候型病害，严重危害着禾谷类作物的生产，它不仅可以造成作物产量严重降低，而且该病害发生后分泌的脱氧雪腐镰刀菌烯醇等毒素会导致人畜中毒[1]。由四倍体小麦（2n=4x=28，AABB）和普通黑麦（2n=2x=14，RR）杂交得到的杂种加倍而成的六倍体小黑麦是世界上第一种人工合成作物，具有良好的耐瘠薄性，分蘖能力强，既可作粮食作物亦可作饲草，因而具有较大的推广应用价值。然而，小黑麦对赤霉病的抗性不强是制约其推广应用的主要障碍。偃麦草属（Thinopyrum(Host)A.L ve）具有优良的赤霉病抗性基因，已在小麦抗病育种中被广泛应用。已经有研究发现，在长穗偃麦草的1号和7号染色体上携带有抗赤霉病基因，用圆锥小麦和二倍体长穗偃麦草杂种加倍育成的双二倍体（AABBEE）材料对赤霉病表现出较好的抗性。通常，小麦-偃麦草双二倍体只是转移目标基因的桥梁材料，以该桥梁材料与小黑麦进行杂交，有望以形成三属杂种的方式将优良基因导入到小黑麦中从而达到改良小黑麦抗性的目的。

本研究以前期获得的高抗赤霉病的双二倍体材料为父本，栽培六倍体小黑麦品种为母本进行杂交。利用核型分析、多色基因组原位杂交等方法对杂种后代植株染色体组成等情况进行研究，研究的开展可为小麦遗传改良提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本研究的研究材料是六倍体小黑麦与携带二倍体长穗偃麦草整套染色体的双二倍体材料的杂种后代6个株系的F4植株，在每个株系中随机选择10个植株（共计60株）进行细胞遗传学研究。

1.2 试验方法

核型分析采用常规压片技术，拍照用Leica DM2500显微镜。多色基因组原位杂交，多色基因组原位杂交方法参考美国堪萨斯州立大学提供的操作程序（protocol ofgenomic in situ hybridization），略有改动。

2 结果与分析

利用常规压片技术和多色基因组原位杂交方法对杂种后代6个株系的部分F4植株进行了染色体数目和组成进行了鉴定。结果发现，在鉴定的植株中，其染色体的数目与组成的差异较大（见表1）。株系1的10个植株中，总的染色体的数目在39-44中波动，变异幅度较大。从原位杂交的结果来看，部分植株含有少量E/R易位染色体（1-3），除此之外，这些植株还含有数目不等的R（2-5）和E（1-4）染色体。株系2的10个植株中，核型分析结果发现这10个植株的染色体的数目在37-41变化。原位杂交结果发现，所有10个植株每株都携带有2条E/R易位染色体。在株系3的10个植株中，染色体数目变异范围很大，为31-43。原位杂交的结果表明，其中有3株分别含有1条或2条E/R易位染色体，另外7株都没有易位染色体存在，所有研究的植株所含的R和E染色体的变异幅度都比较大，分别为1-10以及2-10。有1个植株的染色体由2条E/R易位染色体加10条E染色体和7条R染色体以及24条圆锥小麦的染色体，见图1A，总的染色体数目为43。在株系中，研究的10个植株的染色体数目为40-43，原位杂交的结果表明，在鉴定的该株系植株中没有E/R易位染色体的存在，这些植株均含有较多数量的R染色体（9-12条），而E染色体的数目则为0～3条，相对于R染色体来说，比较少。在株系5中，10个鉴定植株的总染色体数目为27～39条，变异范围较大。原位杂交的结果表明鉴定的全部10个植株都携带有1条E/R易位染色体，R及E染色体的数目变异范围为2～8和2～10。而在株系6中，选择的全部植株的染色体数目仅为28或29条，其中绝大部分为小麦的染色体。此株系中，染色体数为28和29的植株分别为6和4株，比例分别为60%和40%。29条染色体的植株中，全部都有1条E/R易位染色体存在，见图1B；而在染色体数为28的植株中，有1个植株的染色体组成为1条R染色体加上27条小麦染色体，见图1C，除此之外，此株系其余植株的染色体全部为小麦染色体。

表1 F4植株的染色体数目统计Tab.1 Chromosome number statistics of F4 plants

3 结论与讨论

多色基因组原位杂交可同时鉴定多基因组染色体组成情况，结果直观，效率较高。总的来看，本研究中，鉴定植株的总染色体数目、以及E和R染色体的数目变异幅度均较大。此外，鉴定的所有植株中E/R易位染色体的数目均不超过2条，且株系d中没有植株含有易位染色体，表明在杂交过程中E染色体和R染色体发生易位形成E/R易位染色体的概率较小，易位纯合体的概率更小。在研究的60个植株中，从数量来看，R染色体的平均数目高于E染色体，表明R染色体组染色体和E染色体组染色体在竞争力方面存在差异，R染色体组染色体的竞争力更强。

株系f中植株染色体数目较少，且所有植株不同时含有E、R和E/R易位染色体，表明该株系植株在自交过程中发生了染色体消减，而这种现象可能是由差异较大的染色体组间在形成配子过程中染色体复制行为不同步所造成的。

本研究未进行植株赤霉病抗性鉴定，在后续的研究中，结合抗性鉴定，具有赤霉病抗性的易染色体系材料有望被筛选出来。