摘要：利用壓片法對(duì)偏凸山羊草和柱穗山羊草及其雙二倍體SDAU18的細(xì)胞學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行了鑒定。結(jié)果表明：兩親本偏凸山羊草和柱穗山羊草的小孢子發(fā)生和花粉發(fā)育正常，二者結(jié)實(shí)率較高，分別為90.5％和93.2％。雙二倍體SDAU18的小孢子發(fā)生過(guò)程基本正常，花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂中期I(PMC M I)的染色體構(gòu)型基本上為28Ⅱ；減數(shù)分裂后期I，每個(gè)細(xì)胞落后染色體平均0.95條；四分體期，每個(gè)四分體微核數(shù)平均為0.58個(gè)。在SDAU18花粉發(fā)育的每個(gè)時(shí)期都產(chǎn)生了低頻率的敗育花粉。在三細(xì)胞成熟花粉期，SDAUl8可育花粉率為88％，結(jié)實(shí)率為71.2％，明顯低于雙親。

關(guān)鍵詞：偏凸山羊草；柱穗山羊草，J、麥；雙二倍體；鑒定

中圖分類號(hào)：$343.244 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001—4942(2010)09—0001—04

長(zhǎng)期的小麥品種間雜交選育，導(dǎo)致小麥的遺傳變異范圍越來(lái)越小，栽培小麥對(duì)病蟲、鹽堿等自然災(zāi)害的抗性越來(lái)越弱。為了豐富小麥的遺傳基礎(chǔ)，進(jìn)一步提高小麥的抗病性、抗逆性及適應(yīng)性，迫切需要從小麥近緣屬中導(dǎo)入優(yōu)良基因，以改良小麥性狀。

偏凸山羊草(Aegilops ventricosa，DDNN)和柱穗山羊草(Aegilops cylindrict，DDCC)屬于小麥族山羊草屬的粗山羊草組。二者均為四倍體且都含有與普通小麥(AABBDD)基因組高度同源的D基因組，且具有多種抗病、抗蟲、抗逆等優(yōu)良性狀，在小麥的遺傳改良中具有重要的研究和利用價(jià)值。但是，偏凸山羊草直接與小麥雜交親和性較差以及柱穗山羊草與普通小麥的雜種F₁代高度不育，限制了它們的有效利用。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)王洪剛等通過(guò)偏凸山羊草和柱穗山羊草雜交選育出雙二倍體SDAU18，利用其與小麥的雜交試驗(yàn)結(jié)果表明，它與小麥具有較高的雜交親和性，雜種育性較好，是通過(guò)雜交向小麥轉(zhuǎn)移偏凸山羊草和柱穗山羊草有益基因的優(yōu)良種質(zhì)材料。

本研究利用壓片法對(duì)SDAU18的主要細(xì)胞學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行了鑒定，以便為其進(jìn)一步研究和有效利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究利用的植物材料有偏凸山羊草、柱穗山羊草及其雙二倍體SDAU18，偏凸山羊草和柱穗山羊草引自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，SDAU18引自山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院。

1.2 方法

花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂染色體構(gòu)型分析及根尖染色體數(shù)目鑒定，參照林小虎等的方法，略有改動(dòng)。自交結(jié)實(shí)率統(tǒng)計(jì)，參照王玉海的方法進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 根尖染色體數(shù)目和PMC M I染色體構(gòu)型分析

利用改良卡寶品紅染色壓片技術(shù)對(duì)偏凸山羊草、柱穗山羊草和SDAUl8的PMC M I染色體構(gòu)型進(jìn)行了分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果列于表1?？梢钥闯?，偏凸山羊草的平均染色體構(gòu)型為：2n=10.92ⅡR+3.08ⅡO=28，柱穗山羊草的平均染色體構(gòu)型為：2n=12.73ⅡR+1.27ⅡO=28，即雙親的PMCM I染色體構(gòu)型均由二價(jià)體組成；SDAU18的平均染色體構(gòu)型為：2n=0.21 I 4-21.28ⅡR+6.50Ⅱ0+0.001Ⅲ+0.004ⅣR+0.001ⅣO=56，其根尖細(xì)胞染色體數(shù)目為56(圖1A)，這表明，SDAU18是一個(gè)偏凸山羊草和柱穗山羊草的完全雙二倍體。對(duì)SDAUl8的PMC M I的觀察結(jié)果還表明，雖然在PMC M I觀察到低頻率的多價(jià)體和單價(jià)體(圖1B、圖1c)，但大部分細(xì)胞的染色體構(gòu)型為28Ⅱ(圖lD)，這表明，SDAUl8在細(xì)胞學(xué)上已基本穩(wěn)定。

2.2 PMC A I落后染色體分析

對(duì)SDAUl8及其雙親花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂后期I(PMC A I)落后染色體出現(xiàn)的頻率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(表2)，由表2可以看出，在偏凸山羊草減數(shù)分裂的后期I，極少觀察到落后染色體；在柱穗山羊草中未觀察到落后染色體；而在SDAU18減數(shù)分裂后期I出現(xiàn)了一定頻率的落后染色體(圖2A)，每個(gè)細(xì)胞平均為0.95條，但多數(shù)PMC A I表現(xiàn)正常(圖2B)。

2.3 PMC四分體期微核出現(xiàn)的頻率

在花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂的四分體期，對(duì)雙二倍體SDAU18及其雙親的微核出現(xiàn)頻率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果(表3)表明，在偏凸山羊草和柱穗山羊草的四分體中未觀察到微核。在SDAUl8的四分體中則觀察到一定頻率的微核(圖3A)，每個(gè)四分體平均為0.58個(gè)，每個(gè)子細(xì)胞平均0.14個(gè)。但絕大多數(shù)四分體表現(xiàn)正常(圖3B)。

四分體形成后，由于胼胝質(zhì)的溶解，四個(gè)小孢子彼此分開。最初，小孢子細(xì)胞質(zhì)濃厚，細(xì)胞核較大，居中，無(wú)明顯的細(xì)胞壁，即單核居中期。隨著小孢子的進(jìn)一步發(fā)育，出現(xiàn)由小到大的液泡和外壁，小孢子體積迅速增大，細(xì)胞核逐漸被液泡擠到細(xì)胞一旁，即單核靠邊期。小孢子發(fā)生至此完成。

2.4 花粉的發(fā)育

偏凸山羊草和柱穗山羊草的花粉發(fā)育的各個(gè)時(shí)期基本相似。即：小孢子單核靠邊期之后，核分裂，形成二細(xì)胞花粉，它含有一個(gè)具有較多細(xì)胞質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞和一個(gè)具有極少細(xì)胞質(zhì)的生殖細(xì)胞，并且，前者的細(xì)胞核染色較淡，后者較深。繼后，生殖細(xì)胞分裂，形成兩個(gè)具有近圓形細(xì)胞核的精細(xì)胞，經(jīng)進(jìn)一步發(fā)育成為成熟的三細(xì)胞花粉，它含有一個(gè)營(yíng)養(yǎng)核和兩個(gè)含有極少細(xì)胞質(zhì)的精細(xì)胞，兩個(gè)精細(xì)胞通常具有一頭尖和一頭鈍的細(xì)胞核。

SDAUl8的花粉發(fā)育過(guò)程與其親本基本一致(圖4)，但與其雙親相比存在一定的敗育現(xiàn)象。在花粉發(fā)育的單核靠邊期、二細(xì)胞花粉期和成熟三細(xì)胞花粉期，分別統(tǒng)計(jì)了兩個(gè)親本及其雙二倍體SDAUl8的花粉敗育率。由表4可看出，在花粉發(fā)育的任何時(shí)期都可發(fā)生花粉敗育，在單核靠邊期，SDAU18花粉的敗育率為8％，明顯高于親本偏凸山羊草和柱穗山羊草1％和2％的敗育率。該時(shí)期SDAU18的花粉敗育有多種情況，譬如，有的單核靠邊花粉，細(xì)胞質(zhì)首先敗育，然后細(xì)胞核逐漸濃縮，并形成不同大小的團(tuán)塊，最終消失；有的單核靠邊花粉，細(xì)胞質(zhì)已經(jīng)敗育或幾乎敗育，隨后細(xì)胞核逐漸解體敗育。

在二細(xì)胞花粉期，SDAU18的花粉敗育率為11％，也明顯高于兩個(gè)親本(均為5％)；隨著花粉的發(fā)育，敗育花粉的數(shù)量基本不再增加，成熟三細(xì)胞花粉期，SDAUl8花粉敗育率為12％，即88％的花粉是可育的，而兩親本偏凸山羊草和柱穗山羊草的敗育率分別為4％和5％，即分別有96％和95％的花粉是可育的。由此可見，在成熟三細(xì)胞花粉期，SDAUl8的可育花粉率低于兩個(gè)親本。由表4還可看出，偏凸山羊草和柱穗山羊草自交結(jié)實(shí)率較高，分別為9005％和9302％，而SDAU18的結(jié)實(shí)率明顯低于其雙親，僅為7102％。

3 結(jié)論與討論

偏凸山羊草(DDNN)和柱穗山羊草(DDCC)皆為四倍體種，且都含有兩個(gè)D染色體組。從理論上講，由它們合成的完全雙二倍體，在PMC MI中可能聯(lián)會(huì)成較高頻率的四價(jià)體，但染色體構(gòu)型分析結(jié)果表明，在SDAUl8的PMC M I染色體構(gòu)型中四價(jià)體聯(lián)會(huì)頻率很低，幾乎全部是二價(jià)體。這可能是由于柱穗山羊草中含有部分同源染色體聯(lián)會(huì)的抑制基因——類PH1基因，也可能是由于偏凸山羊草和柱穗山羊草的D染色體組在各自進(jìn)化過(guò)程中，已發(fā)生了較大的遺傳分化，這有待于進(jìn)一步研究。

SDAUl8在減數(shù)分裂后期出現(xiàn)的落后染色體數(shù)(0.95條／細(xì)胞)及四分體期微核出現(xiàn)頻率(0.56個(gè)／四分體)均高于兩個(gè)親本。這說(shuō)明SDAUl8的小孢子發(fā)生過(guò)程還存在一定的紊亂。盡管如此，在成熟三細(xì)胞花粉期，SDAU18的可育花粉率仍高達(dá)88％，與兩親本偏凸三羊草和柱穗三羊草的可育花粉率(分別為96％和95％)的相對(duì)差異并不是太大。因?yàn)槊慷湫』ㄖ杏?枚花藥，每個(gè)花藥有成千上萬(wàn)?；ǚ郏詮目捎ǚ鄣臄?shù)量上來(lái)說(shuō)，SDAU18 88％的可育花粉完全能夠?yàn)榇迫锾峁┳銐虻目晒┻x擇的正常花粉，滿足傳粉受精的需要。但實(shí)際上，SDAU18植株結(jié)實(shí)率只有71.2％，明顯低于兩個(gè)親本，這表明雜種SDAU18花粉的敗育不是導(dǎo)致其植株結(jié)實(shí)率偏低的主要因素。至于其雌配子的發(fā)生、發(fā)育和受精過(guò)程以及胚胎發(fā)育是否正常有待于進(jìn)一步研究明確。