染色体组分析法与小麦的合成

染色体组分析法与小麦的合成验证普通小麦的起源与演化主要内容•小麦的染色体数目统计与倍性分析•染色体组分析法与小麦的染色体组型•验证普通小麦的D染色体组来源：（1）柱穗山羊草与粗山羊草的染色体组分析（2）“人工合成六倍体小麦”与“木原小麦”•验证普通小麦的D染色体组来源：（1）5B“抑制因子”（2）染色体组分析法的局限性“地球的历史是写在它的岩层上，而有机体的历史则是刻在它的染色体上。

”——木原均（Hitoshi Kihara）•通过对小麦属（Triticum）和山羊草属（Aegilops）的研究确立了染色体组（Genome）的概念；•由于染色体组概念的确立，首创了染色体组分析的方法（Genome analysis method）；•由于染色体组分析方法的应用，阐明了普通小麦的起源；•用与小麦近缘的几个物种，通过远缘杂交和杂种染色体加倍人工合成普通小麦；小麦的染色体数目统计与倍性分析染色体标本的制备：根尖压片法1. 取材：把小麦种子预先浸泡6h，然后转入垫有湿润滤纸的培养皿中，置25℃温箱中发芽，幼根长至1~2cm，于上午9:00-10：00剪下根尖。

2. 预处理：将剪下的根尖置于0.02%秋水仙碱溶液中，浸泡处理4h。

3. 固定：用水洗净处理过的根尖，经甲醇-冰醋酸（3:1）固定6~12h，再经95%乙醇、85%乙醇各浸泡0.5h，最后转入70%乙醇中，4℃保存备用。

4. 解离和染色：取出根尖，用蒸馏水洗净，放入1mol/L HCl中60℃解离8~10min。

解离后的材料于45%冰醋酸中软化40~50min，之后用蒸馏水冲洗。

用改良苯酚品红染色12~24h后进行压片。

敲好的玻片在显微镜下观察，选择染色体分散好，形态清晰的标本，经冷冻脱片封片法制成永久制片。

染色体数目的统计与倍性分析对染色体标本进行仔细观察，每种麦类植物挑选30~100个分裂中期的细胞进行染色体数目统计，以此分析植物染色体的倍性。

Triticum L. 小麦属染色体组分析法与小麦的染色体组型染色体组分析法Genome analysis method所谓“染色体组分析”，就是将小麦属与其近缘种属进行杂交，根据杂种减数分裂中染色体是否配对作为染色体组之间异同的判断标准，配对（形成二价体），说明同源，属同一染色体组；不配对（形成单价体），说明不同源，则属不同染色体组。

1. 选定亲本，对母本进行人工去雄，套袋，2~3天后授以父本的花粉。

统计杂交的结实率，收获杂种种子后，干燥保存。

2. 将杂种种子在培养皿内于25℃的恒温下发芽，统计杂种发芽率，然后在移栽于盆内。

3. 杂种和亲本孕穗期取处于减数分裂盛期的幼穗用卡诺液II（乙醇：氯仿：醋酸=6:3:1）固定，以醋酸洋红染色压片，观察并统计杂种F1及亲本花粉母细胞减数分裂中期I染色体配对行为。

1. 如果在减数分裂中观察到正常的染色体配对或很高的染色体配对数——染色体同源（homology），则表示亲本种之间有非常近的亲缘关系；2. 如果染色体配对数较低而且染色体之间的联合状况较差——染色体部分同源（homoeology），则表明亲本种之间有一定的亲缘关系；3. 如果杂种中的染色体之间完全不发生联合配对——染色体完全不同源（non-homology），则亲本种之间的亲缘关系很远。

　同时，与染色体配对行为的分析相结合，对于杂种的育性，如：花粉育性、结实率等的观察统计，也作为估计亲本种之间亲缘关系的补充指标。

小麦的染色体组型一粒小麦(Triticum momococcum, 2n=2x=14)是同源二倍体，染色体组型可表示为AA；是最原始的小麦。

1. 圆锥小麦(T. trugidum, 2n=4x=28)与一粒小麦同源的为A染色体组，不同源的可表示为B染色体组，则染色体组型为AABB；2. 普通小麦(T. aestivum, 2n=6x=42)与一粒小麦同源的为A染色体组，与圆锥小麦同源的是B染色体组；与圆锥小麦不同源的可表示为D染色体组，则染色体组型为AABBDD。

验证普通小麦的D染色体组来源1926Cybindricu (Ae. cylindrica染色体组。

六倍体小麦和柱穗小麦的杂种通常可发现有体（或不能配对。

1944草DD的形成。

1. 小麦属的传统属界：限定于栽培小麦及其近缘的野生种。

2. 小麦属与山羊草属分别是沿着栽培与野生两个方向进化的。

一年生草本。

山羊草属的生育期与小麦属的接近，有些略早于小麦，有些略小于小麦，通过分期（晚秋、初冬、早春三期）播种即可使两者花期相遇。

如果以普通小麦做母本，山羊草属做父本，较容易获得杂种种子；如果以山羊草属做母本，普通小麦做父本时，则较难获得，但如果利用“桥梁种”或幼胚培养等方法，均不难克服。

柱穗山羊草与粗山羊草的染色体组分析普通小麦的D染色体组（1）柱穗山羊草（染色体数为2n=2x=28）的D 染色体组与普通小麦的D染色体组同源，而C染色体组的存在说明：柱穗山羊草不是普通小麦D染色体组的直接供体；似乎一定有一个二倍体种DD，参与柱穗山羊草和普通小麦的形成。

人工合成六倍体小麦1. 1937年，有人发现利用秋水仙碱处理植物，可以较容易地使其染色体加倍，加倍率高达40%，加倍后一般不会引起突变，而且几乎对各种植物都有效。

2. 1944年，木原均等以二粒小麦与粗山羊草杂交后先得到具有“ABD”三组单倍染色体的杂种，再用秋水仙碱药剂处理杂种幼苗，使其染色体加倍，即可获得具有“AABBDD”染色体组型的人工合成六倍体小麦。

圆锥小麦×粗山羊草1. 调整花期：通过分期（晚秋、初冬、早春三期）播种即可使两者花期相遇。

2. 杂交技术：在小麦开花前，人工去雄、套袋，待柱头成熟时采集粗山羊草花粉用镊子或毛笔进行授粉。

在受精的次日，在重复授粉一次，可有效地提高杂交结实率。

3. 杂种F1的种子一般比较瘦瘪，发芽顶土能力差。

为了提高种子发芽和出苗率，可以将种子预先在0.1%升汞水溶液中浸5分钟，杀死附在种子表面的霉菌，并采用营养土苗床育苗。

用秋水仙碱诱导杂种F1染色体加倍的规范流程：1. 杂种种子（染色体组型为ABD）萌发，培育出壮苗。

2. 处理进行期间，温度要控制在15℃以下。

3. 将分蘖苗自苗圃挖出，洗净，然后用刀片在苗的基部割一浅伤口。

（处理后，染色体加倍的植物，割伤的比不割伤的可提高8.8% 。

）4. 分蘖苗基部浸在0.04-0.05%秋水仙碱水溶液中经过4天，光线要充足，而又不直晒。

如果秋水仙碱溶液中加入1.5-2%二甲基亚砜（DMSO）助渗剂，可使分生组织更活跃，促进秋水仙碱溶液渗入分生组织，以提高染色体加倍的效果。

5. 处理完毕后，分蘖苗要充分洗净，然后移植于温室中。

温室必须保持高湿（每天可在苗子上洒水两次）、低温（一般不超过10℃），直至分蘖苗从秋水仙碱的毒害中恢复过来。

（处理后的幼苗的根几乎全部死亡，必须小心地控制湿度和温度，才能使90%以上经过处理的分蘖苗恢复生长。

）6. 出现新的分蘖表明新根已经发生，分蘖苗已经恢复生长，此后的管理工作就应转到使恢复苗多发分蘖并使之尽可能成穗。

“人工合成六倍体”≠普通小麦　人工合成六倍体小麦原始品系存在籽粒不饱满和结实率低的缺点，可通过品系间相互杂交和系统选择的方法，使问题逐步得到解决。

1. 利用各种不同二粒小麦品种粗山羊草杂交，制造大量各种性状不同的人工合成六倍体小麦品系；2. 选择较好的人工合成六倍体小麦品系做亲本，进行品系间杂交和杂种后代的选育。

木原小麦(T. Kiharae)•木原小麦(T. Kiharae)也是一个人工合成六倍体，其染色体组型为AAGGDD。

（亲本为提莫菲维小麦AAGG×粗山羊草DD）•从理论上说，二倍体小麦与四、六倍体小麦，小麦与近缘植物间，还可以合成其它许多人工种。

（八倍体小黑麦AABBDDVV）•小麦进化过程中的第二次远缘杂交这一段历史，就由人工合成六倍体小麦实验而得到重复性验证。

验证普通染色体组B染色体组来源普通小麦是在进化过程中由几种野生麦类植物远缘杂交的不育种通过染色体加倍而形成的，自或其近似种羊草（1. A基因组从一粒小麦进化为二粒小麦，然后再进一步进化到现在普通小麦的分化率为0，而B基因组从二粒小麦进化到现在普通小麦就出现了0.61%的分化。

即A、B、D基因组在进化中DNA 序列的演化速度存在明显的差异，B基因组要快于A和D基因组，这可能是目前难以确定B基因组供体物种的症结所在。

2. 通过形态学、染色体配对、分子标记的研究，证明了拟斯卑尔托山羊草最有可能是B基因的供体，只是在进化过程中发生了部分改变。

染色体组分析法的局限性•染色体组分析是否能够成功进行，这在很大程度上决定于物种之间是否能够进行杂交、产生正常生长的杂种植物和该杂种是否能够进行减数分裂，缺乏这三个步骤的任何一环，染色体组分析均不能进行；•在减数分裂中期I所观察到的染色体密切配对，并不一定完全代表染色体上的每一基因位点核苷酸顺序的一致性；•染色体配对本身并不总是反映了物种间遗传上的相似性；即使染色体配对可以反映物种间染色体组的相似性，但染色体不配对并不就意味着物种间的非相似性；•由于染色体配对促进因子或抑制因子造成的染色体组间配对上的遗传变异将会歪曲不同的物种间染色体组配对的模式，进而造成对物种之间亲缘关系的错误估计。

•要做到尽可能客观、真实地解开小麦的起源和演化之谜，单靠染色体组分析法是不够的；•应该尽可能全面地利用不同的研究手段，综合分析尽可能多的研究结果和来源不同的信息（地理分布、细胞学资料以及分子水平的研究结果等）。

除普通小麦外，已有人通过实验证明胜利油菜(Brassica rapas)、陆地棉(Gossoypium hirstutum)和普通烟草(Nicotiana tabacum)，也是通过不同种植物的远缘杂交形成的。

这些作物形成过程的基本原理与普通小麦进化过程一样。

参考文献•李振声. 《小麦远缘杂交》（1985）.•卢宝荣, and 刘继红. "染色体组分析及小麦族的系统学." 植物学通报 9.1 (1992): 26-31.•余波澜, et al. "小麦 A, B 和 D 基因组同源DNA 序列在进化过程中的演变研究."遗传学报 28.7 (2001): 635-639.•崔娜欣, et al. "几种菊属植物及其种间杂种减数分裂行为观察." 园艺学报 33.5 (2006): 1033-1038.The End。