一个八倍体小偃麦育种材料的核型分析

杨梦涵， 姚 锐， 李明昊， 任学军， 高 慧， 林小虎

(河北科技师范学院农学与生物科技学院， 河北 秦皇岛 066004)

中间偃麦草(Elytrigiaintermedium)、普通小麦(T.aestivum)和八倍体小偃麦(OctoploidTrititrigia)同属禾本科(Grammineae)小麦族(Triticeae)。中间偃麦草是普通小麦遗传改良的重要优良基因源，是小麦的野生近缘物种，是一种再生能力强，具有极强抗逆性的优良牧草[1-2]，对小麦的秆锈、叶锈、条锈、白粉病免疫，对小麦黄矮、根腐、黑穗和叶枯病具有明显的抗性[3-6]。中间偃麦草是偃麦草属中最先同小麦杂交成功的小麦遗传改良中应用较多的野生物种之一，为小麦育种提供了大量的优良基因[7-9]。八倍体小偃麦是利用偃麦草(Elytrigia)和普通小麦人工合成的属间杂种，是一种人工创造的麦类作物，它是在普通小麦的遗传背景中导入了偃麦草的部分染色体组而形成的新物种[6]。八倍体小偃麦兼具其亲本偃麦草和普通小麦的优良性状，不仅保持了偃麦草的抗病、穗大多花、耐寒、耐旱等优良特点，而且它更容易与普通小麦杂交成功。利用八倍体小偃麦做为中间材料与普通小麦杂交在小麦遗传改良研究中具有重要意义，是将偃麦草的优良基因快速导入普通小麦的一条行之有效的途径[10-11]。自1954年前苏联的齐津(音译)院士首次利用中间偃麦草与普通小麦人工杂交选育了八倍体小偃麦以来，国内外学者[6、12-13]均利用普通小麦与中间偃麦草人工杂交、回交，经不断的选择而培育出一批含中间偃麦草不同优良基因的八倍体小偃麦，为利用中间偃麦草优良基因提供了有价值的桥梁材料。

目前，禾本科小麦族中许多物种的核型已有相关报道[14-16]，但尚未见有关八倍体小偃麦的核型报道，本文首次报道了八倍体小偃麦的核型，并初步对八倍体小偃麦的核型与进化趋势进行分析，旨在为研究八倍体小偃麦的染色体组学提供细胞学依据。

1 材料和方法

1.1 材 料

本研究利用的八倍体小偃麦株系山农TE 0537(OctoploidTrititrigiashannong TE 0537)是山东农业大学农学院王洪刚教授课题组利用中间偃麦草与普通小麦品种烟农15(T.aestivumyannong 15)杂交、回交后从一系列八倍体小偃麦株系中选出，本课题组引入，并在秦皇岛地区连续多年种植栽培驯化。

1.2 方 法

八倍体小偃麦种子在室温下浸泡至露白，后于4 ℃冰箱低温处理24 h，然后于25 ℃下培养使其萌发，根长1.5～2 cm取根尖置冰水混合物处理24 h；法氏固定液(冰醋酸∶无水乙醇=1∶3)固定24 h；后放入1 mol·L-1盐酸中恒温水浴60 ℃解离8～10 min； 以改良卡宝品红法染色、压片，OLYMPUSBX 60型显微镜下镜检、观察并统计染色体数目，然后选取染色体形态和分散好的细胞用CCD采集图像，分析图像与处理数据采用Leica Chantal(Human G-B)分析软件。选择5个染色体分散良好的细胞，采用李懋学[17]、陈瑞阳[18]等的方法计算核型平均值，按Stebbins[19]提出的标准进行核型分类，核型不对称系数等采用分支系统学方法进行计算。

图3 八倍体小偃麦染色体核型图

2 结果与分析

2.1 八倍体小偃麦山农TE 0537染色体数目及形态

对八倍体小偃麦株系山农TE 0537观察80个染色体分散良好的细胞，其中有76个细胞染色体数目为56， 3个细胞染色体数目为55，1个细胞染色体数目为54。经统计95%(大于85%)的细胞具有相同的染色体数，即认定为该物种的染色体数目(如图1)， 结果表明：八倍体小偃麦山农TE 0537的染色体数目为56。八倍体小偃麦山农TE 0537染色体形态如图2所示。

图1 八倍体小偃麦山农TE 0537染色体数目计数

图2 八倍体小偃麦根尖染色体形态(2 n=56)

2.2 八倍体小偃麦山农TE 0537染色体的核型图

对八倍体小偃麦山农TE 0537染色体中具代表性的染色体照片中的各条染色体采用Leica Chantal(Human G-B)分析软件分析图像并处理数据，选择形态、着丝点位置、长短臂比相当的染色体配对，按照染色体长度由长到短的顺序，短臂在上，长臂在下排列，形成染色体核型图(图3)。

2.3 八倍体小偃麦山农TE 0537染色体参数及核型参数

按李懋学等[17]、陈瑞阳等[18]的方法计算八倍体小偃麦山农TE 0537的染色体参数、核型参数，结果如表1、表2所示。

表1 八倍体小偃麦(山农TE 0537)的染色体参数

编号相对长度/%臂比类型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：“*”表示随体染色体，随体长度未计在内。

实验结果(表1表2)表明：八倍体小偃麦山农TE 0537的染色体数目2 n=56条，包括20对中部着丝粒染色体(m)和8对近中部着丝粒染色体(sm)，其中有2对随体，分别位于第10号和第15号染色体上。八倍体小偃麦山农TE 0537的染色体相对长度分布在2.339～4.774，臂比大于2的染色体为4对。八倍体小偃麦山农TE 0537核型公式为2 n=8 x=56=40 m(2SAT)+16 sm(2 SAT)，染色体长度比为2.114，平均臂比1.572，不对称系数61.01%，臂比大于1.7的比例为28.6%，属于2 B型。

表2 八倍体小偃麦山农TE 0537的染色体重要性状数值

种名核型公式染色体长度比平均臂比不对称系数/%臂比大于1.7的比例/%核型八倍体小偃麦(Octoploid trititrigia)2n=8x=56=40m(2SAT)+16sm(2SAT)2.1141.57261.0128.62B

3 讨 论

Stebbins[19]的核型进化理论提出，高等植物在自然进化的过程中，核型进化是由对称向不对称方向发展的，染色体参数可反映出每个物种发育的进化程度，并可以反映出各自的进化水平。已经有很多关于普通小麦[18,20-21]和中间偃麦草[22]的核型报道，而本文首次报道了普通小麦和中间偃麦草远缘杂交后代八倍体小偃麦山农TE 0537的核型。本研究的八倍体小偃麦山农TE 0537核型公式为2 n=8 x=56=40 m(2 SAT)+16 sm(2 SAT)，属于2 B型，有40条中部着丝粒染色体，16条近中部着丝粒染色体，其中有4条染色体带有随体。

林小虎等研究表明，中间偃麦草的核型类型为3 B[22]；杨培浩研究表明，13份小麦品种大多数供试材料的核型类型为1 B[20]。根据Stebbins[19]提出的核型进化理论，八倍体小偃麦核型(2 B型)介于2个原始亲本之间，说明它的进化程度介于2个原始亲本之间，这与育种工作中的实际情况是相吻合的，如它的农艺性状(结实性等)较普通小麦差，但抗逆性能(抗病虫性等)远远优于普通小麦[23]；它的农艺性状优于中间偃麦草，但抗逆性能又不如中间偃麦草等[24]。关婧竹等[25]在百合科植物远缘杂交研究中也得到了类似的结果。

从进化上讲，多倍体的产生是生物进化的一个重要方式，人工创造多倍体也是现代育种的一个重要手段。在自然进化状态下产生的新物种为了适应自然界，经过漫长的选择、进化后，其进化程度要高于或远远高于其2个原始亲本，从而更好的适应自然环境，更好的生存。本研究中，人工创造的新物种八倍体小偃麦尚未经过长期的自然选择和进化，同时人工创造的八倍体小偃麦在有限的进化过程中，在人为和自然界的双重作用下，历经了染色体倍性、数目、结构变异以及基因突变、遗传重组等不同水平上的变化，这些变化在某种程度上都能或多或少的影响到其核型的变化。