姚啟倫　姚強(qiáng)　方平等

摘要：基于植物細(xì)胞染色體制片技術(shù)，分別對(duì)25個(gè)玉米地方品種和25個(gè)自交系B染色體進(jìn)行鏡檢鑒定。玉米B染色體表現(xiàn)出與其他生物B染色體相似的特征，其大小略大于常染色體（第10號(hào)染色體）的一半，B染色體在細(xì)胞中的隨機(jī)分布和異常分離是其在細(xì)胞和植株個(gè)體間變化的主要原因。在2種玉米品種（系）類型的供試材料中，玉米地方品種B染色體數(shù)目在細(xì)胞中呈現(xiàn)0B～3B的變化，具B染色體的品種占同類地方品種數(shù)的36%，占供試材料總數(shù)的18%；玉米自交系中B染色體存在頻率明顯低于地方品種，具B染色體的自交系僅占供試材料的6%。結(jié)果表明，B染色體的偏向分布及選擇受精保證其在上下代間遺傳傳遞，然而生物的連續(xù)多代自交有可能破壞B染色體的選擇受精機(jī)制，造成B染色體丟失，降低其遺傳傳遞頻率。

關(guān)鍵詞：玉米；地方品種；自交系；B染色體；頻率；特征；細(xì)胞學(xué)鑒定；遺傳傳遞機(jī)制

中圖分類號(hào)： S513.032 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2015）03-0079-03

B染色體是存在于許多生物細(xì)胞內(nèi)，其形態(tài)特征、傳遞方式及其遺傳效應(yīng)與正常染色體不同的超數(shù)染色體[1]。自20世紀(jì)20年代在燕麥和玉米中最早發(fā)現(xiàn)B染色體以來(lái)，迄今已證實(shí)它存在于1 500余種植物中。近100年來(lái)，B染色體因其特殊的遺傳方式引起人們的極大關(guān)注，有不少?gòu)娜后w、個(gè)體、細(xì)胞和分子水平進(jìn)行B染色體相關(guān)研究的報(bào)道[2-3]。然而，對(duì)其本質(zhì)的認(rèn)識(shí)卻是未知大于已知，目前有關(guān)B染色體的起源與進(jìn)化眾說(shuō)紛紜，B染色體遺傳研究一直是細(xì)胞遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的一大熱點(diǎn)[3-4]。

玉米作為細(xì)胞遺傳學(xué)研究的模式生物，對(duì)其B染色體遺傳研究引起了人們的極大關(guān)注。前人以玉米自交系為試驗(yàn)材料開展了廣泛的細(xì)胞生物學(xué)研究，有關(guān)玉米地方品種B染色體的研究卻少有報(bào)道[5-6]。本研究以遺傳背景復(fù)雜的玉米地方品種和遺傳背景單一的玉米自交系為材料，通過(guò)B染色體細(xì)胞學(xué)鑒定，在細(xì)胞染色體水平分析B染色體在不同玉米品種（系）類群及同一品種（系）類群不同品種（系）間的分布頻率，探討玉米B染色體遺傳傳遞機(jī)制，同時(shí)為玉米B染色體細(xì)胞生物學(xué)研究奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

在長(zhǎng)江師范學(xué)院玉米種質(zhì)資源庫(kù)中分別選取玉米地方品種和自交系各25份作供試材料，各試驗(yàn)材料取30粒種子在人工培養(yǎng)箱中發(fā)根，以根尖為材料進(jìn)行染色體制片，1粒種子獲取1個(gè)根尖制片細(xì)胞，鑒定細(xì)胞B染色體。玉米地方品種和自交系名稱、來(lái)源及籽粒特性見(jiàn)表1。

1.2 細(xì)胞染色體制片

待人工培養(yǎng)箱中發(fā)芽種子根長(zhǎng)為0.5～1.0 cm時(shí)切取根尖，將根尖材料置于α-溴萘飽和水溶液中進(jìn)行3～4 h的預(yù)處理；用95%乙醇-冰醋酸（體積比3 ∶1）固定液固定預(yù)處理根尖材料；采用酶解法，將材料移入0.5%果膠酶和2%纖維素酶混合液中解離；切取根尖分生區(qū)組織于載玻片上，卡寶品紅染色制片。

1.3 鏡檢鑒定B染色體

在光學(xué)顯微鏡下尋找各根尖染色體制片中的最好有絲分裂相。先在（10×）或（40×） 倍鏡下尋找細(xì)胞有絲分裂中期分裂相視野，再用油鏡（100×）觀察、識(shí)別B染色體。參照羅鵬的方法[1]，如果在一個(gè)細(xì)胞有絲分裂相中出現(xiàn)1個(gè)超數(shù)染色體（B染色體），計(jì)為1B細(xì)胞，出現(xiàn)2個(gè)B染色體，則計(jì)為2B細(xì)胞，依次類推。在各供試材料的30個(gè)細(xì)胞中出現(xiàn)B染色體細(xì)胞，則視作具有B染色體品種（系）。

2 結(jié)果與分析

2.1 B染色體在玉米細(xì)胞有絲分裂相中的特征

玉米地方品種和自交系正常染色體，即常染色體（A染色體）均有10對(duì)（2n=20），其中3對(duì)中部著絲粒染色體，6對(duì)近中著絲粒染色體，1對(duì)近端著絲粒染色體。在有絲分裂過(guò)程中，B染色體表現(xiàn)出高度異染色質(zhì)化，多為近端著絲粒，少部分為中部著絲粒，極少部分B染色體呈點(diǎn)狀（圖1），且玉米B染色體略大于最小的常染色體（第10號(hào)染色體）的一半。在細(xì)胞有絲分裂中期，多數(shù)B染色體位于細(xì)胞中央赤道板，而少數(shù)B染色體則在細(xì)胞內(nèi)隨機(jī)分布，有絲分裂后期B染色體不分離或落后于正常染色體分離。光學(xué)顯微鏡下玉米B染色體表現(xiàn)出與其他生物B染色體相似的特征，B染色體在細(xì)胞中的隨機(jī)分布和異常分離是B染色體數(shù)目在細(xì)胞和植株個(gè)體間變化的主要原因。

2.2 玉米地方品種中的B染色體

由表2可見(jiàn)，玉米地方品種B染色體數(shù)目在細(xì)胞中呈現(xiàn)0B～3B的變化。就供試的25個(gè)玉米地方品種而言，9個(gè)地方品種的細(xì)胞有B染色體，而16個(gè)品種未發(fā)現(xiàn)B染色體，可見(jiàn)具有B染色體的品種占同類地方品種數(shù)的36%，占供試材料總數(shù)的18%。在鏡檢鑒定的30個(gè)細(xì)胞中，地方品種DP15和DP18各有2、1個(gè)細(xì)胞存在3B染色體，在3個(gè)地方品種DP6、DP7、DP13中發(fā)現(xiàn)有2B染色體，而1B染色體在具有B染色體的9個(gè)地方品種中均有存在。在鏡檢鑒定的25×30個(gè)細(xì)胞中，具有0B、1B、2B、3B染色體的細(xì)胞數(shù)目分別占細(xì)胞總數(shù)的95.63%、3.33%、0.67%、0.40%。

2.3 玉米自交系中的B染色體

玉米自交系中B染色體存在頻率極低，在供試的25個(gè)玉米自交系中僅在3個(gè)自交系B73、X7854、Scmc193中鏡檢發(fā)現(xiàn)B染色體，占同類自交系材料的12%，占供試材料總數(shù)的6%（表2）。就鏡檢鑒定的30個(gè)細(xì)胞而言，自交系B73分別有3、2、1個(gè)細(xì)胞存在1B、2B、3B染色體；在X7854中發(fā)現(xiàn)各有1個(gè)細(xì)胞存在1B、3B染色體；在Scmc193中僅在1個(gè)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)1B染色體。具有1B、2B、3B染色體的細(xì)胞分別占細(xì)胞總數(shù)（25 × 30）的0.67%、0.27%、0.27%，而98.79%的細(xì)胞未發(fā)現(xiàn)B染色體。由此可見(jiàn)，玉米自交系B染色體頻率較地方品種低。

3 結(jié)論與討論

3.1 玉米B染色體遺傳

B染色體在細(xì)胞有絲分裂過(guò)程中的異常分布，導(dǎo)致B染色體非正常地遺傳傳遞，從而產(chǎn)生同一物種的不同個(gè)體和不同的組織器官存在B染色體數(shù)目變化[7]。玉米B染色體遺傳具有多數(shù)生物B染色體遺傳的基本特征，本研究的50個(gè)玉米品種（系）供試材料1 500（50 × 30）個(gè)細(xì)胞鏡檢鑒定結(jié)果表明，不同類型的玉米品種（系）B染色體頻率差異極大，具有B染色體的玉米地方品種類型占供試材料總數(shù)的6.0%，而自交系類型僅占供試材料總數(shù)的1.5%；同一類型的不同玉米品種（系）材料間觀察的30個(gè)細(xì)胞B染色體數(shù)目呈現(xiàn) 0B～10B 變化，同一品種（系）的不同細(xì)胞間呈現(xiàn)0B～3B的數(shù)目變化。玉米B染色體表現(xiàn)出明顯的偏向分離和不均勻分布，同時(shí)B染色體的不分離、偏向分布及選擇性受精使其在世代間傳遞。

3.2 玉米B染色體的遺傳傳遞機(jī)制

現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)B染色體廣泛存在于不同物種（包括兩棲類、爬行類動(dòng)物和昆蟲）中。就植物而言，B染色體多存在于遺傳基礎(chǔ)復(fù)雜的異花授粉植物中，而極少存在于遺傳基礎(chǔ)簡(jiǎn)單的自花授粉植物中[8]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，B染色體在玉米地方品種中的分布頻率明顯高于自交系。玉米地方品種是經(jīng)自然授粉形成的遺傳基礎(chǔ)復(fù)雜的混合群體，而玉米自交系是經(jīng)人工多代自交產(chǎn)生的遺傳基礎(chǔ)簡(jiǎn)單的品種（系）類型。盡管B染色體的偏向分布及選擇受精保證其在上下代間遺傳傳遞，然而生物的連續(xù)多代自交有可能破壞B染色體的選擇受精機(jī)制，造成B染色體丟失，降低其遺傳傳遞頻率。此外，本供試材料B73有較高的B染色體頻率，說(shuō)明B染色體的遺傳背景，即B染色體與A染色體的寄生與互作關(guān)系也在較大程度上決定了B染色體的遺傳傳遞和命運(yùn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅 鵬. 植物細(xì)胞遺傳學(xué)[M]. 北京：高等教育出版社，1991：189-190.

[2]齊克森. 玉米B染色體的細(xì)胞遺傳研究[J]. 貴州農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，13（3）：1-5.

[3] Jones R N，Viegas W，Houben A. A century of B chromosomes in plants[J]. Annals of Botany，2008，101：767-775.

[4]王玉元. 染色體遺傳中的一個(gè)不解之謎——B染色體[J]. 武漢植物學(xué)研究，1997，15（1）：73-79.

[5]Ricci G L，Silva N，Pagliarini M S，et al. B chromosomes in popcorn（Zea mays L.）[J]. Genetics and Molecular Research，2007，6（1）：137-143.

[6]Lia V V，Confalonieri V A，Poggio L. B chromosome polymorphism in maize landraces：adaptive vs. demographic hypothesis of clinal variation[J]. Genetics，2007，177（2）：895-904.

[7]Lamb J，Kato A，Birchler J. Sequences associated with A chromosome centromeres are present throughout the maize B chromosome[J]. Chromosoma，2005，113（7）：337-349.

[8]Jones N. B chromosomes in plants[J]. Plant Biosystems，2012，146（3）：727-737.