小麦花药培养中染色体加倍技术

小麦花药培养中染色体加倍技术李志武，徐惠君，叶兴国（中国农业科学院作物育种栽培研究所北京１０００８ｌ）小麦花培主要包括离体培养产生单倍体和单倍体植株的纯合加倍两大技术，对花培产生单倍体植株的技术已进行了大量的研究，并取得了显著的成效（朱至清等，１９７...     

半浸根法加倍小麦远缘杂交幼胚再生植株染色体

染色体加倍是小麦单倍体育种和克服远缘杂种不育的重要技术之一.多年来,应用秋水仙素对花培产生的单倍体植株的染色体加倍进行了大量研究[1～4],但对小麦远缘杂交幼胚再生植株的染色体加倍技术研究很少.传统的全浸根法染色体加倍技术成功率低,而且死苗严重.和现昌等[5]用半浸根法就地挖坑加倍小麦花粉植株,加倍率达80%以上,幼     

染色体加倍新技术

染色体加倍新技术小麦染色体加倍技术是小麦单倍体育种和远缘杂交的重要技术措施。单倍体植株染色体加倍后可获得纯合二倍体,用作遗传研究或筛选优良品种。远缘杂交F1染色体加倍后,可获得异源双二倍体,创造新物种或用农艺性状好的亲本回交,选育具外缘优良基因的新种……     

小麦与玉米杂交产生小麦单倍体与双单倍体的稳定性

小麦与玉米杂交是诱导小麦单倍体最有效的途径之一, 但单倍体和双单倍体产生频率不稳定影响了该技术的应用。选用13个小麦杂种F₁代单交组合与玉米杂交, 研究了不同小麦生长环境、生长素处理、培养基和壮苗处理对单倍体及双单倍体产生频率的影响。小麦生长在大田, 去雄后割穗培养与玉米杂交平均得胚率为23.9%, 每个杂交穗平均得胚数6.8个, 均是返青后从大田移回冷温室盆栽的3倍以上;不同小麦杂交组合间胚产生频率存在明显差异。生长素Dicamba蘸穗处理平均得胚率是21.5%, 与2,4-D处理得胚率(21.1%)无显著差异, 但不同杂交组合间差异显著。B5培养基幼胚萌发率为70.9%~88.3%, 平均82.0%;1/2 MS培养基胚萌发率为70.0%~86.0%, 平均76.6%;两种培养基平均胚萌发率无显著差异。试管苗经壮苗培养基壮苗处理与试管苗经移栽壮苗处理后加倍效率分别是67.6%和8.6%。移栽壮苗处理的苗分蘖少, 生长较弱, 加倍处理后存活率低和加倍率低是其单倍体加倍效率低的原因。     

球茎大麦在大麦育种上的应用——Ⅰ.大麦单倍体的诱导与加倍单倍体的产生

以三种栽培大麦品种为母本,三种球茎大麦为父本进行杂交。诱导栽培大麦单倍体,结果杂交成胚率平均为47.9％,幼胚离体培养成苗率平均为54.0％。这些胚培苗的根尖细胞染色体数目分别含有7,14,21条,不同组合杂交后代含有的染色体数目不同,所有含有7条染色体的后代,其染色体C-带带型显示为父本栽培大麦的染色体,表明该后代为栽培大麦单倍体,用滴加0.04％秋水仙素的Knop溶液进行单倍体植株的染色体加倍,结果加倍率达90％以上,另外,我们还讨论了染色体消失法诱导单倍体的优越性及其机理。     

玉米单倍体在育种中的应用进展

介绍了玉米单倍体的研究概况,单倍体的染色体加倍问题以及双单倍体在玉米育种中的应用。     

普通小麦—顶芒山羊草异源附加系的创建和鉴定——Ⅰ. 小麦花药培养对创建普通小麦—顶芒山羊草异源附加系的作用

通过顶芒山羊草(Aegilops comosa 2n=2x=14,MM)与波斯小麦(Triticumpersicum 2n=4x=28,AABB)杂交,人工合成遗传上相对稳定的双二倍体(2n=6x=42,AABBMM),以此为桥梁,与普通小麦(Triticum aestivum)品种“欧柔”进行正反杂(回)交,借助花药培养过程中能产生非整倍单倍体和非整倍双倍体的特点,在改良C_(17)固体培养基上接种花药,诱导愈伤组织,获得145株绿色花粉植株,从中选择6株2n=44的双倍体和9株n=22的单倍体,用0.1％秋水仙素加倍处理n=22的单倍体,于花粉母细胞减数分裂时期进一步检查染色体构型,选择出6份21对染色体并附加有1对落后染色体的材料。     

小麦未减数配子基因的连锁标记及染色体区段检测

六倍体普通小麦(Triticumaestivum L., AABBDD, 2n=42)由四倍体小麦(T. turgidum, AABB, 2n=28)与节节麦(Aegilops tauschii Cosson, DD, 2n=14)天然杂交,然后通过染色体自动加倍形成。加倍过程主要受四倍体小麦未减数配子基因控制,且不同四倍体小麦存在不同的遗传效应。本研究利用位于3B染色体上未减数配子基因QTug.sau-3B的连锁SSR标记Xgpw1146和高通量DArTseq分子标记,筛选出可能转入四倍体小麦未减数配子基因的人工合成小麦改良后代。在105份改良材料中检测出17份具有四倍体小麦的Xgpw1146等位位点,表明四倍体小麦的未减数配子基因可能转入了这17份材料。利用DArTseq高通量标记技术分析人工合成小麦SHW-L1的88份改良后代,发现含四倍体小麦Xgpw1146等位位点的材料均具有来自SHW-L1、且可能包含Xgpw1146的一个染色体区段,表明未减数配子基因临近区域以一个区段传递到改良后代。这些人工合成小麦改良材料在加倍单倍体育种中有重要的应用潜力。     

利用远缘杂交和未减数配子基因创制小麦加倍单倍体

未减数配子的结合实现染色体自动加倍,是多倍体物种起源的重要途径,也是提高作物单倍体育种效率的重要手段。我们前期从四倍体小麦发掘出控制未减数配子形成的强效QTL位点QTug.sau-3B,并通过人工合成小麦为“桥梁”,将其导入到综合农艺性状优良的小麦新品系中。本实验使用5份含未减数配子基因的优良小麦新品系与不含未减数配子基因的小麦推广品种的F1杂种作母本与3份白茅(Imperata cylindrica)进行远缘杂交,共授粉4610朵小花,结实1965粒,经幼胚拯救获得244个幼胚,其中50个幼胚发育正常生长为50个小麦单倍体植株。由于小麦单倍体植株未减数配子基因的表达易受环境影响,因此,对单倍体植株在相同光周期(18 h光照/6 h黑暗)下进行了不同温度25℃/18℃、25℃/15℃和25℃/10℃处理,结果表明, 25℃/18℃和25℃/10℃条件下编号为H31单倍体植株能够结实,自交结实率分别为4.35%和2.41%。该研究结果为建立“基于小麦-白茅杂交实现染色体消除和未减数配子基因实现染色体自动加倍”的小麦单倍体育种技术提供了参考。     

小麦花药漂浮培养技术

小麦花药培养是单倍体育种中快速稳定育种材料的主要途径之一。对实验室小麦花药培养过程中运用的高效愈伤组织漂浮诱导培养基 W14-F、再生培养基 190-2Cu、花药培养操作方法及加倍技术等方面进行梳理,旨在为国内小麦花药培养研究和育种者提供一些参考。     

小麦–华山新麦草异代换系DH2322的分子细胞遗传学鉴定

利用分子标记、细胞学、基因组原位杂交(GISH)等技术,结合田间农艺性状调查,对小麦–华山新麦草七倍体材料H8911与硬粒小麦D4286杂交F4代分离群体中株系DH2322进行了综合鉴定。华山新麦草基因组特异SCAR标记鉴定表明,DH2322含有华山新麦草遗传物质;细胞遗传学观察显示,DH2322染色体构型为2n=42=21 II;有丝分裂和花粉母细胞减数分裂中期I基因组原位杂交(GISH)鉴定表明,DH2322的染色体由40条小麦染色体和2条华山新麦草Ns染色体构成,且2条Ns染色体能完全配对为一个二价体;SSR和STS分子标记分析表明,DH2322缺失小麦D基因组的2D染色体,而含有华山新麦草的2Ns染色体;农艺性状分析结果表明,DH2322具有双亲的形态学特征,结实性好,穗长和穗粒数显著大于亲本。     

Review of doubled haploid production in durum and common wheat through wheat × maize hybridization

Production of doubled haploids (DHs) is an important methodology to speed the process of breeding and development of mapping populations in crops. The procedure for DH production includes two major steps: haploid induction and chromosome doubling. In recent years, wide hybridization between wheat and maize has become a main approach for haploid production in wheat. In this method, the maize chromosomes are completely eliminated during the early development of the hybrid seeds after wheat spikes were pollinated with maize pollen. Numerous wheat cultivars and mapping populations have been developed using wheat–maize hybridization. In this study, we review the procedures of DH production of durum and common wheat via wide hybridization with maize, the factors which affect the efficiency of DH production, and the mechanism of selective elimination of the maize genome during the early development of the hybrid embryos. We also report a highly efficient protocol for DH production in durum and common wheat, which was established based on the optimal conditions for each of the factors that affect the efficiency of DH production.     

普通小麦–大赖草易位系T5AS-7LrL·7LrS分子细胞遗传学鉴定

大赖草对赤霉病具有较好的抗性,将大赖草赤霉病抗性基因转入普通小麦,对拓宽小麦赤霉病抗性基础有重要意义。本研究在获得抗赤霉病普通小麦–大赖草异附加系基础上,采用~(60)Co-γ射线(1200Rad,剂量率100Rad min~(-1))处理小麦–大赖草二体附加系DA7Lr,并用处理后的花粉授给去雄的普通小麦中国春,对其M_1代种子根尖细胞有丝分裂中期染色体进行GISH分析,获得1株具有一条普通小麦–大赖草易位染色体的植株,对其自交后代中具有2条易位染色体植株的花粉母细胞减数分裂中期I观察发现,2条易位染色体形成了稳定的环状二价体,表明该植株为纯合体。利用顺序GISH–双色FISH分析,结合C-分带、小麦D组专化探针Oligo-pAs1-2和B组专化探针Oligo-pSc119.2-2,进一步鉴定出该易位系为T5AS-7LrL·7LrS,同时筛选出可追踪该易位系的3个EST-STS分子标记,即BE591127、BQ168298和BE591737。该易位系的育成也为小麦赤霉病遗改良提供了新种质。     

Wheat x pearl millet hybridization: consequence and potential

Summary Eight grain pearl millet (2n=14) accessions were crossed as male to hexaploid spring wheat cv. Fukuho (2n=6x=42). An average of 80% wheat pistils showed pearl millet pollen tube entry in the ovules, compared to 56% in wheat x maize cv. Seneca 60 cross. Of the 15 embryos, obtained through in vitro immature seed culture from wheat x pearl millet crosses, 3 plantlets were produced and grown to maturity. These three were of the somatic chromosome constitution 2n=42, 21 and 22, respectively. Haploid wheat plant (2n=21) apparently originated from pearl millet chromosome elimination during embryogenesis. The 22 chromosome plant had retained a single pearl millet chromosome at tillering stage, but this chromosome was eliminated from pollen mother cells prior to and also during gamete formation. The significance and potential uses of this wide cross is discussed.     

厚轴茶雄性不育株花药败育的生物学特性和细胞学研究

为明确厚轴茶(Camellia crassocolumnaH. T. Chang)雄性不育株花器发育形态、花药和花粉败育时期及兵细胞学特征,利用体视显微镜、石蜡切片技术、染色体制片和DAPI染色法,对厚轴茶雄性不育株和可育株开花迚程、花器形态、花药发育过程、花粉母细胞减数分裂及小孢子发育过程比较观察。结果显示,厚轴茶花属于完全花,花药其四室、呈蝶形,花药壁发育为基本型,绒毡层细胞其双核,于四分体时期形成分泌型细胞,单核花粉期开始降解,花粉母细胞经过减数分裂Ⅰ、减数分裂Ⅱ和胞质分裂后形成四面体型四分体,小孢子呈三角形,成熟花粉为二细胞型花粉。花蕾发育早期,不育株雄蕊发育正常,与可育株无明显差异。花蕾发育后期,不育株花丝弯曲,花药粘连、干瘪、褐化、坏死,不裂药。不育株减数分裂期绒毡层细胞异常增生、排列混乱,单核至双核花粉期绒毡层延迟降解。不育株花粉母细胞减数分裂过程中存在环状单价体、滞后染色体、染色体桥、染色体缺失、不均等分离、微核和多分体等异常现象。不育株小孢子胞质紊乱,单核期花粉粒相互粘附,花粉壁皱缩变形,花粉细胞质和细胞核模糊不清,成熟花粉细胞空瘪凹陷。研究结果表明,厚轴茶雄性不育花器形态属雄蕊萎缩型和花药异常型,花药发育受阻于减数分裂至单核花粉期,存在花粉母细胞败育型和单核败育型。单核花粉期是兵花药败育的主要时期。花药绒毡层异常发育和延迟降解,花粉母细胞减数分裂染色体行为异常,小孢子和花粉粒发育异常可能是兵花药败育的主要原因。     

抗白粉病普通小麦-簇毛麦新种质的遗传学及生化鉴定

普通小麦-簇毛麦抗白粉病新种质94G22-1和94-G33-1都对白粉病免疫。其体细胞染色体数为42,花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ染色体构型为21个二价体。用感病小麦品种对其测交,F_1代全部对白粉病表现免疫,F_1代花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ染色体构型为20个二价体加2个单价体。测交F_2抗感比符合3:1的预期分离比例。体细胞快速荧光原位杂交表明94G22-1、94G33-1都带有两条簇毛麦染色体;染色体C-分带证明这两条簇毛麦染色体是一对6V;重双端体分析确认6V代换的普通小麦染色体是6D。在谷草转氨酶(GOT)同工酶电泳图潜的GOT-2活性区,94G22-1、94G33-1显示了3条酶带,其中1条来自簇毛麦,由6V上的基因编码,亚基组成分析亦确证94G22-1、94G33-1是6D(6V)异代换系。     

普通小麦-簇毛麦易位系T4VS·4VL-4AL的选育与鉴定

利用染色体C-分带和基因组原位杂交分析,从普通小麦-簇毛麦4V染色体二体异附加系（DA4V）与普通小麦农林26-离果山羊草3C染色体二体异附加系（DA3C）杂种后代中选育出小麦-簇毛麦纯合易位系T4VS·4VL-4AL。SSR和RFLP标记分析表明,该易位染色体包括4VS、4VL近着丝粒部分区段和4AL顶端区段;该易位系具有良好的细胞学稳定性,结实正常,为杀配子染色体诱发形成的补偿型易位;易位系T4VS·4VL-4AL高抗梭条花叶病,是小麦抗病育种新种质。     

栽培密度不同的春小麦小孢子发育的细胞学观察

本文对栽培密度不同的三个春小麦(Triticum aestivum L.)品种的小孢子和花粉发育进行了细胞学比较研究.结果表明:(1)在花粉母细胞时期.稀植小麦的小孢子发育略快于密植的.即当稀植小麦花粉母细胞开始减数分裂、药壁绒毡层开始解体时.密植小麦花粉母细胞刚形成.药壁完整;(2)到二、四分体时期、稀植小麦花粉母细胞发育加快.当其90%形成二、四分体时,密植小麦花粉母细胞才有50%将分裂成二分体.仅部分形成了二分体;(3)当小孢子发育到单核靠边期.稀植的主穗和分蘖穗发育越来越快.并有分蘖穗赶上主穗的趋势;而密植的分蘖穗发育减慢以至停止.     

十个八倍体小偃麦的细胞学鉴定和染色体构成分析

培育新的八倍体小偃麦,对于利用偃麦草遗传物质进行小麦的遗传改良具有重要意义。本研究利用细胞学和基因组原位杂交技术,对从中间偃麦草与小麦品种烟农15杂交后代选育出的10个八倍体小偃麦山农TE256、山农TE259、山农TE261、山农TE262、山农TE263、山农TE265、山农TE266、山农TE267-1、山农TE270和山农TE274进行了细胞学鉴定和染色体构成分析。结果表明,10个八倍体小偃麦绝大多数单株根尖细胞的染色体数目为2n=56,个别单株含有54或55条染色体;大多数2n=56单株的花粉母细胞在减数分裂中期I的染色体构型为2n=28II,少数花粉母细胞存在单价体、三价体或四价体,后期I染色体可均等分向两极,仅有极少数细胞出现染色单体提前分离等现象;10个八倍体小偃麦均含有普通小麦的全套染色体和中间偃麦草的1个混合染色体基组,其中间偃麦草染色体是由来自中间偃麦草3个不同染色体基组的染色体构成的混合染色体基组,其染色体构成分别为2St+8J~S+2J+2J-St、2St+8J~S+4J、2St+8J~S+2J+2J-St、2St+8J~S+2J+2J-St、2St+8J~S+2J+2J-St、6St+4J~S+2J+2J-St、4St+6J~S+2J+2J-St、2St+8J~S+4J、2St+8J~S+4J和4St+6J~S+4J,与目前已报道的八倍体小偃麦均有所不同。研究结果可为这些新型八倍体小偃麦的研究和有效利用提供参考依据。     

Screening <Emphasis Type="Italic">A. ventricosa</Emphasis> populations for 2n gametes

Sexual polyploidization via the formation of 2n gametes has been acknowledged as the most significant evolutionary mode of polyploidization among plant species. The present study was conducted in order to determine whether 2n gametes are present in the C-genome diploid Avena ventricosa Bal. ex Coss., a species that contributed to the evolution of the cultivated hexaploid species (Avena sativa L). Individual plants belonging to four different Cypriot populations, were screened for pollen grain size variation with the aim to distinguish 2n gametes. Avena ventricosa ARI00-845 was identified to produce large pollen grains at a low percentage (1.21%). Subsequent analysis using flow cytometry confirmed the presence of 2n gametes in the pollen. Cytogenetic analyses of pollen mother cells revealed cells with twice the typical chromosome number at metaphase I (i.e., 28 chromosomes). We postulate that irregularities in cell wall formation preceding meiosis could have contributed to the mode of chromosome doubling.