【摘要】 利用形态学和细胞学研究方法,对哈尔滨地区的纤毛鹅观草进行检测观察.结果表明,纤毛鹅观草为多年生植物,根茎发达,越冬性好,返青力强,植株抗病性和抗逆性表现突出.作为四倍体植物,染色体数目为2n=28.该研究为St染色体组在麦类作物和牧草遗传多样性的利用方面提供了理论基础.
【关键词】 纤毛鹅观草;细胞学;染色体
0引言
小麦是世界分布范围最广、种植面积最大、总产量最高的粮食作物,约有40%的人以小麦为主食.但在人工选择的条件下,栽培小麦正面临着遗传资源日益狭窄的问题,这严重影响了小麦的产量和品质的提高.而小麦野生近缘植物的基因组具有丰富的遗传多样性,共含有23个基因组[1], 其中分布在我国的小麦族植物就有19个.这种广泛的遗传多样性, 为小麦遗传改良提供广阔的种质资源,因此对其开发和利用具有极为重要的研究价值.
鹅观草属( Roegneria )是Koch于1848 年以高加索鹅观草R.caucasica 为模式种建立的, 是小麦族中最大的属, 全世界约130 余种, 主要分布在北半球的温寒地带, 我国约79个种,22个变种,分布于西北、西南和华北地区[2-3].鹅观草属物种都是含St与Y染色体组的异源多倍体植物.纤毛鹅观草(R.ciliaris,2n=4x=28)是鹅观草属中常见的一个种,为四倍体植物,染色体数目为28,染色体组为StStYY[4-5].原产欧洲北部,在我国广泛分布于东北、华北和西北各省.作为多年生物种,鹅观草属植物大多为中生或旱生禾草,可作为优良的牧草,具有较高的饲用价值.此外,已有研究表明纤毛鹅观草具有麦类作物抗病(如赤霉病、黄矮病、条纹花叶病等)和抗逆(耐寒、耐旱)的优良基因,可为小麦遗传改良提供新的途径[6-9].
该研究利用形态学和细胞学研究方法,对哈尔滨地区生长的纤毛鹅观草进行检测,为St染色体组在麦类作物和牧草遗传多样性的基因资源利用方面提供理论依据.
1材料与方法
1.1材料
纤毛鹅观草(Roegneria ciliaris, 2n=28 StStYY )取材自哈尔滨师范大学生命科学与技术学院农园实验区.
1.2方法
1.2.1形态学观察
依据《小麦野生近缘植物种质资源描述规范和数据标准》[10]观察植株的形态特征,如株高、穗长、小穗数、小花数、花药色、芒、根茎, 以及抗倒伏性、耐寒性、生长习性等.
1.2.2细胞学检测
(1)种子发芽:种子在21 ℃温度下培养24~36 h,种子已经全部或者大部分发芽.
(2)低温处理:将发芽的种子置于0~4 ℃温度条件下处理48 h.
(3)促芽生长:将低温处理的种子转入22.5~23.5 ℃条件下处理27.5 h.
(4)预处理:剪下根尖立即放入冰水混合物中,处理16~20 h.
(5)材料固定:根尖在卡诺固定液(无水乙醇/冰醋酸=3/1)中,固定16~24 h.
(6)根尖染色:醋酸洋红染色.
(7)切取材料:取经染色根尖的分生组织,置于载玻片上,加1滴45%的醋酸,加上盖玻片.
(8)敲片:用竹签轻敲盖玻片下的材料,使其完全分散开.
(9)烤片:将载玻片在酒精灯上轻烤.
(10)压片: 立即用大拇指用力压盖玻片,使染色体分散开.
(11)镜检:将制好的片子放在显微镜(OLYPUS BH2)下进行观察.
2结果与分析
2.1形态学观察结果
此外,纤毛鹅观草它携带大量抗病和抗逆基因[15 ,18,19].翁益群等[6]对小麦近缘植物6个属11个物种进行抗病鉴定,结果显示鹅观草和纤毛鹅观草对赤霉病抗性最强;万永芳等[7]对小麦近缘野生植物进行了抗赤霉病鉴定和分析,结果表明鹅观草属、猬草属、冰草属、披碱草属和仲彬草属的物种抗性较高,其中鹅观草属的物种既高抗侵入又高抗扩展,在田间自然感病和人工接种条件下均不发病或感病极轻,是小麦近缘植物中抗病最好的资源.另有研究表明纤毛鹅观草还对小麦和大麦的黄矮病以及小麦条纹花叶病等具有较高的抗性.如杨欣明等[9]对纤毛鹅观草抗黄矮病基因导入普通小麦进行了研究,表明纤毛鹅观草、杂种F1和BC1对黄矮病的抗性上是一致的,均表现免疫,将纤毛鹅观草抗黄矮病毒PAV 和RPV 株系基因导入普通小麦是可能的.同时,纤毛鹅冠草根系发达,返青力强,具有广泛的适应性, 耐寒耐旱亦较耐热,可有效的防止水土流失,作为优良牧草,具有营养体生长茂盛、粗蛋白含量高、遗传多样性丰富的特性,可防风固沙,在生态系统保持或重建方面可发挥积极作用[20,21].综上所述,包含纤毛鹅观草在内的鹅观草属正受到植物分类学家、小麦育种家和生态学家的广泛关注.
参考文献
[1]Dewey D R.The genome system of classification as a guide to intergenetic hybridization with the perennial Triticeae.In: Gustafson J Ped[A].Gene manipulation in plant improvement [M].Nem York: Plenum,1984.209-280.
[2]蔡联柄.鹅观草属的地理分布.西北植物学报[J], 2002, 22(4): 913-923.
[3]卢宝荣.小麦族遗传资源的多样性及其保护[J].生物多样性, 1995, 3(2) : 63- 68.
[4]蔡联炳,冯海生.鹅观草属5个类群的核型与进化[J].广西植物, 1998, 18(1): 35-40.
[5]卢宝荣,颜济,杨俊良.鹅观草属3个种的形态变异与核型的研究.云南植物研究, 1988, 10(2): 139-146.
[6]翁益群,刘大钧.鹅观草与普通小麦属间杂种F1的形态、赤霉病抗性和细胞遗传学研究[J].中国农业科学, 1989,22(50): 1-7.
[7]万永芳,颜济.小麦近缘野生植物的赤霉病抗性研究[ J].植物病理学报, 1997, 27(2): 107-111.
[8]王秀娥,陈佩度.同胞质普通小麦纤毛鹅观草附加系D和端体异附加系tBL的选育[J].遗传学报, 1997, 24(2): 137-140.
[9]杨欣明,李立会.向普通小麦导入纤毛鹅观草抗黄矮病基因的研究[J].遗传学报, 1999, 26 (4): 370-376.
[10]李立会,杨欣明.小麦野生近缘植物种质资源描述规范和数据标准.北京: 中国农业出版社, 2006.
[11]卢宝荣,颜济,杨俊良.鹅观草属三个种的染色体分析与同工酶分析[J].云南植物研究, 1988, 10(3): 261-270.
[12]周永红,孙根楼,杨俊良.鹅观草属5种植物的核型研究[J].广西植物, 1993, 13(3): 149-155.
[13]张素贞,闫贵兴,朱光华等.四种鹅观草核型分析与披碱草属核型比较[J].中国草地, 1991(4): 45-48.
[14]张新全,伍壁华,颜济,等.阿拉善鹅观草、大鹅观草和大丛鹅观草杂种的细胞学研究[J].草业学报, 1999, 16(4): 23-28.
[15]Love A.IOPB chromosome number reports LXVI Poaceae-Ttiticeae-Americauae[J] .Tax on ,1980,29 (1) :163 - 169.
[16]卢宝荣, Salomon B.种间杂交染色体配对所揭示的披碱草属植物StY 基因组分化及其演化意义[J].生物多样性, 2004, 12(2): 213-226.
[17]Rieseberg LH, Carney S.Plant hybridrization[J].New Phytologist,1998,140(2):599-624.
[18]Zhang Z Y,Xin Z Y,Larkin P J .Molecular characterization of a Thinopyrum intermedium group 2 chromosome(2Ai22) conferring resistance to barley yellow dwarf virus[J ] .Genome ,2001,44 (6) :1129-1135.
[19]Friebe B ,Mukai Y,Dhaliwal H S.Identification of alien chromatin specifying resistance to wheat st reak mosaic and greenbugin2 wheat germplasm by C2band and in situ hybridization[J] .Theor Appl Genet ,1991 ,81 (3) :381 - 389.
[20]孔令娜,陈卫平,冯金侠.纤毛鹅观草的研究与利用.生物学通报, 2009 , 44 (11): 4-6.
[21]周凯,陈仕勇,马啸,等.鹅观草属系统演化研究进展.草业科学, 29(9): 1457-1461.
Morphological and Cytological Observation of Roegneria Cilia
Yu Yang, Liu Yunhui, Mu Dandan, Gao Jidi, Zhang Yanming
(Harbin Normal University)
Abstract:In this study, Roegneria cilia growing in Harbin were detected by morphological and cytological research methods.The results showed that R.cilia as perennials has the developed rhizome, which cold hardiness was good, reviving was strong, plant disease resistance and stress tolerance were outstanding performance.As a tetraploid plant, the chromosome number was 2n = 28. A theoretical basis for the utilization St genome in the triticeae crops and genetic diversity of pasture is provided in this study.
Keywords: Roegneria cilia; Cytology; Chromosome(责任编辑:李家云)