作者：于恒秀　程祝寬　龔志云　顧銘洪

單位：揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)系， 江蘇揚(yáng)州 225009

關(guān)鍵詞：水稻,；聯(lián)會(huì)消失

摘要：從品種輪回422的群體中發(fā)現(xiàn)一不育單株,，經(jīng)細(xì)胞學(xué)觀察證明是發(fā)生了聯(lián)會(huì)消失突變，由于該植株的花粉母細(xì)胞在減數(shù)分裂終變期晚期平均有8.69個(gè)二價(jià)體發(fā)生了聯(lián)會(huì)消失,，占二價(jià)體總數(shù)的72.4%,，并且發(fā)生聯(lián)會(huì)消失的最多二價(jià)體數(shù)目為12，根據(jù)聯(lián)會(huì)消失的最多二價(jià)體數(shù)目
以及單位細(xì)胞的二價(jià)體頻率,，確定該聯(lián)會(huì)消失變異為完全聯(lián)會(huì)消失變異,。
中圖分類號(hào)：Q343 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0379-4172（2000）05-0418-05

Isolation and Cytological Identification of a Desynaptic
Variant in Rice

YU HengXiu, CHENG ZhuKuan, GONG ZhiYun, GU MingHong
(Agriculture College Yangzhou University, Yangzhou Jiangsu 225009, China)

Abstract: A sterile variant was found from the population of a japonica rice variety Lunhui 422. Cytological investigation was conducted in meiosis. It is showed that the sterility was caused by desynapsis. As there were 8.69 bivalents in average occurred to be desynaptic, moreover, the most number of the desynaptic bivalents reached 12 at post diakinsis. It can be considered that the desynaptic variation is a
complete desynapsis found in rice so far.
Key words: rice; desynapsis

　　生物體的減數(shù)分裂過程是一種規(guī)律性很強(qiáng)的過程，這種規(guī)律性既保證了物種染色體數(shù)目的恒定,，又使得來自父母本的染色體能夠最大限度地交換和重組,。同時(shí)減數(shù)分裂過程又是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，在該過程中往往會(huì)產(chǎn)生一些突變,，從而破壞其正常的規(guī)律性。在有關(guān)減數(shù)分裂過程異常的變異中,，聯(lián)會(huì)消失突變是主要的變異類型之一,。它在減數(shù)分裂粗線期可見有同源染色體的聯(lián)會(huì)，而在后期I之前,，這種聯(lián)會(huì)便已提前消失,，形成數(shù)目不等的單價(jià)體。根據(jù)單價(jià)體形成數(shù)目的多少,，可以將這類變異分為完全聯(lián)會(huì)消失和不完全聯(lián)會(huì)消失,。由于這類突變體在后期I之前形成大量單價(jià)體，從而導(dǎo)致減數(shù)分裂形成的配子染色體不平衡,，這在很大程度上降低了變異株的育性,。
聯(lián)會(huì)消失突變目前在大麥［1］、小麥［2］、黑麥［3］,、玉米［4］,、高粱［5］等許多作物上已有不少報(bào)道。在水稻上有關(guān)聯(lián)會(huì)消失的突變亦有報(bào)道［6～15］,，這些變異的產(chǎn)生一般都來自人工誘變或組織培養(yǎng)后代,，而在自然狀態(tài)下發(fā)生聯(lián)會(huì)消失還很少見報(bào)道。本研究在輪回422的群體植株中發(fā)現(xiàn)一不育株,，經(jīng)細(xì)胞學(xué)鑒定,，證明該植株發(fā)生了聯(lián)會(huì)消失突變。本文著重報(bào)道的是對該變異株的細(xì)胞學(xué)研究結(jié)果,。

1 材料和方法

　　取變異株及正常品種輪回422減數(shù)分裂期的幼穗,，以酒精冰醋酸為31的卡諾氏固定液（附加0.5% FeCl3）固定，醋酸洋紅染色,，研究它們在減數(shù)分裂期的染色體行為,，Opton超常規(guī)顯微鏡觀察攝影。

2 結(jié)果與分析

2.1 聯(lián)會(huì)消失突變植株的形態(tài)特性

　　比較品種輪回422正常株與聯(lián)會(huì)消失突變株的特性,，可以看出它們在生育期,、株高、葉片長度與寬度,、穗長,、每穗粒數(shù)等方面沒有明顯差異。它們之間差異主要表現(xiàn)在葉片的卷曲的程度上,，正常輪回422植株葉片向內(nèi)卷曲的程度高,，而突變株的葉片只是輕微向內(nèi)卷曲。因此,，根據(jù)葉片的卷曲程度,，可以明顯地區(qū)分正常株與聯(lián)會(huì)消失突變株。在花粉育性及結(jié)實(shí)率上,，兩植株的區(qū)別更為明顯,，以I2朘I 染色，突變株的花粉完全為典敗花粉（圖版I-A）,，可染花粉率為0,；而正常株可染花粉率為91.5%。在結(jié)實(shí)率上,，突變株完全敗育,，結(jié)實(shí)率為0；而正常株為81.2%,。突變株剪穎后,，授以正常輪回422的花粉,，仍不結(jié)實(shí)，說明在花粉發(fā)生敗育的同時(shí),，雌配子亦發(fā)生了敗育,。

2.2 聯(lián)會(huì)消失突變植株的減數(shù)分裂行為

　　對聯(lián)會(huì)消失突變植株的減數(shù)分裂過程進(jìn)行觀察，結(jié)果表明在粗線期,，同源染色體聯(lián)會(huì)正常,，形成12個(gè)二價(jià)體（圖I-B）。在粗線期過后的雙線期早期,，二價(jià)體出現(xiàn)正常的交叉,，同源染色體相互交叉，形成交叉結(jié)（圖版I-C）,，這說明在雙線期之前,，同源染色體在聯(lián)會(huì)的同時(shí)，已發(fā)生過非姊妹染色單體的交換,。這時(shí)尚未有單價(jià)體的形成,，因此，可以認(rèn)為此時(shí)同源染色體的聯(lián)會(huì)仍是正常的,。在雙線期晚期和終變期早期,，已可見數(shù)目不等的單價(jià)體出現(xiàn)，比較正常株和突變株在這一時(shí)期的染色體形態(tài)可以看出,，不僅突變株此時(shí)已形成數(shù)目不等的單價(jià)體,，即使尚存二價(jià)體的聯(lián)會(huì)亦不如正常株的二價(jià)體緊密（圖版I-D），說明聯(lián)會(huì)消失在終變期之前已經(jīng)發(fā)生,，在光學(xué)顯微鏡下,，這種變異已得以表現(xiàn)。
　　在終變期晚期,，聯(lián)會(huì)消失現(xiàn)象表現(xiàn)得更為明顯,，與正常株的花粉母細(xì)胞在此時(shí)的聯(lián)會(huì)相比（圖版I-F），不同花粉母細(xì)胞均有一定數(shù)目的二價(jià)體發(fā)生了聯(lián)會(huì)消失,。觀察表明,，此時(shí)二價(jià)體最多的為8個(gè)（圖版Ⅱ-G），最少的為0個(gè),，表現(xiàn)為所有二價(jià)體均解離成單價(jià)體（圖版Ⅱ-H）,。為了準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)發(fā)生聯(lián)會(huì)消失的二價(jià)體數(shù)目,，在終變期晚期調(diào)查了195個(gè)花粉母細(xì)胞,，結(jié)果見表1。

表1　聯(lián)會(huì)消失突變體在減數(shù)分裂終變期晚期具有不同聯(lián)會(huì)方式的花粉母細(xì)胞分布情況
Table 1 Distribution of the PMCs of the desynaptic variant with different synaptic configurations at late diakinesis in meiosis

類型
Configuration 細(xì)胞數(shù)
No.of cells 百分率
% 類型
Configuration 細(xì)胞數(shù)
No.of cells 百分率
%
8Ⅱ+8Ⅰ 6 3.08 3Ⅱ+18Ⅰ 41 21.03
7Ⅱ+10Ⅰ 8 4.10 2Ⅱ+20Ⅰ 38 19.49
6Ⅱ+12Ⅰ 11 5.64 1Ⅱ+22Ⅰ 26 13.33
5Ⅱ+14Ⅰ 22 11.28 24Ⅰ 8 4.10
4Ⅱ+16Ⅰ 35 17.95 總數(shù)(Total) 195 100

　　從表1可以看出,，所有花粉母細(xì)胞在終變期晚期均會(huì)有8個(gè)以上的單價(jià)體出現(xiàn),，而且76%左右的細(xì)胞在終變期晚期出現(xiàn)了16個(gè)以上的單價(jià)體,，單位細(xì)胞二價(jià)體的頻率為3.31，發(fā)生聯(lián)會(huì)消失的二價(jià)體占二價(jià)體總數(shù)的72.4%,，說明該植株發(fā)生聯(lián)會(huì)消失突變的頻率是相當(dāng)高的,。在中期，二價(jià)體排列在赤道板上,，這與正常株的二價(jià)體類似（圖版Ⅱ-I）,，而單價(jià)體則分散在赤道板兩側(cè)（圖版Ⅱ-J～L）。由于單價(jià)體在后期移向細(xì)胞兩極的任何一極是隨機(jī)的,，因此在中期如此多的單價(jià)體形成,，必然使得后期移向兩極的染色體不僅在數(shù)量上不平衡，在質(zhì)量上更難保證移向同一極的染色體為
一完整的染色體組,，從而導(dǎo)致花粉大量敗育,。由于該聯(lián)會(huì)消失突變在授以正常輪回422花粉的情況下仍不結(jié)實(shí)，說明在雄配子發(fā)生敗育的同時(shí),，雌配子亦發(fā)生了敗育,。
3 討論

　　聯(lián)會(huì)消失突變作為一種重要的遺傳研究材料，對于研究生物體同源染色體聯(lián)會(huì)的機(jī)理以及用它來產(chǎn)生非整倍體等,，有著很強(qiáng)的理論研究和應(yīng)用價(jià)值,。在水稻上有關(guān)聯(lián)會(huì)消失突變已有一些報(bào)道，并利用這些突變體育成了成套三體或部分三體系列［6～8］,。分析這些突變產(chǎn)生的途徑,，它們均來自人工誘變或組織培養(yǎng)后代。其中,， Kitada等利用化學(xué)誘變劑MUN處理獲得了11個(gè)聯(lián)會(huì)消失突變體［9］,； Yamguchi以及Ratho等利用輻射處理獲得了水稻聯(lián)會(huì)消失突變體［10，11］,； Wang等利用低溫處理誘發(fā)了水稻聯(lián)會(huì)消失突變體［12］,；凌定厚等則從組織培養(yǎng)后代中篩選出一株水稻聯(lián)會(huì)消失突變體［13］。與這些聯(lián)會(huì)突變產(chǎn)生途徑不同的是,，本研究則在完全自然狀態(tài)下篩選出了聯(lián)會(huì)消失突變體,。從聯(lián)會(huì)消失突變的性質(zhì)上分析，上述突變均為部分聯(lián)會(huì)消失,， Kitada等獲得的11個(gè)聯(lián)會(huì)消失突變體中,，有9個(gè)突變體最多只涉及1～4個(gè)二價(jià)體發(fā)生聯(lián)會(huì)消失，單位花粉母細(xì)胞中,，二價(jià)體的頻率從11.97～10.58,，說明這些變異體仍以形成二價(jià)體為主，只有少數(shù)花粉母細(xì)胞發(fā)生了聯(lián)會(huì)消失突變,。另外2個(gè)突變體最多只涉及6個(gè)和9個(gè)二價(jià)體發(fā)生聯(lián)會(huì)消失,，其單位細(xì)胞二價(jià)體頻率分別為9.34和6.13,。凌定厚等從組織培養(yǎng)后代中篩選出的聯(lián)會(huì)消失突變株，其發(fā)生聯(lián)會(huì)消失最多的二價(jià)體數(shù)目為5個(gè),，單位細(xì)胞二價(jià)體頻率為10.40,。從發(fā)生聯(lián)會(huì)消失最多的二價(jià)體數(shù)目以及單位細(xì)胞二價(jià)體的頻率分析，這些突變均屬部分聯(lián)會(huì)消失突變,。而本研究獲得的聯(lián)會(huì)消失突變體,，其發(fā)生聯(lián)會(huì)消失最多的二價(jià)體數(shù)目為12個(gè)，最少亦為4個(gè),，單位細(xì)胞二價(jià)體頻率為3.31,，發(fā)生聯(lián)會(huì)消失的二價(jià)體占全部二價(jià)體的72.4%，說明在該聯(lián)會(huì)消失突變中,，二價(jià)體聯(lián)會(huì)消失的頻率是相當(dāng)高的,，從數(shù)量上分析已接近完全聯(lián)會(huì)消失。在育性上,， Kitada等獲得的11個(gè)聯(lián)會(huì)消失突變體,，其單位細(xì)胞二價(jià)體頻率與結(jié)實(shí)率之間存在顯著的正相關(guān)。二價(jià)體頻率最高的為11.97,，結(jié)實(shí)率為82.5%,；二價(jià)體頻率最低的為6.13，結(jié)實(shí)率僅為1.7%,。凌定厚等從IR54中發(fā)現(xiàn)的突變體,，二價(jià)體頻率為10.40，結(jié)實(shí)率為2.01%,。而本研究發(fā)現(xiàn)的突變體,，由于有72.4%的二價(jià)體發(fā)生了聯(lián)會(huì)消失，單位細(xì)胞二價(jià)體頻率僅為3.31,，由于大量單價(jià)體的形成,，從而導(dǎo)致花粉完全敗育，結(jié)實(shí)率為0,。
　　到目前為止,，已有很多研究證明聯(lián)會(huì)消失突變是受隱性單基因控制的［14，15］,，那么本研究所獲得的聯(lián)會(huì)消失突變是否也受隱性單基因控制,，還有待進(jìn)一步證實(shí)。另外,，本突變株的所有二價(jià)體均能在一定程度上發(fā)生聯(lián)會(huì)消失,，從理論上推測，可以從它的有性后代中選出一整套三體系列，但由于該植株完全不育,，因此如何利用花藥培養(yǎng)等途徑使其獲得有性后代，是利用它合成全套三體的關(guān)鍵,。由于品種輪回422為廣親和品種,，一旦該三體能夠育成，必將改變現(xiàn)有秈稻三體或粳稻三體只能在亞種內(nèi)應(yīng)用的局限性,，使得無論是秈稻的基因定位還是粳稻的基因定位,，均可利用它作為工具材料得以完成。

圖 版 說 明
圖版I
A. 經(jīng)I2-KI染色后的突變株花粉,；B. 突變株的花粉母細(xì)胞在粗線期同源染色體配對正常,；C. 突變株的花粉母細(xì)胞二價(jià)體在雙線期早期出現(xiàn)正常的分叉；D. 正常株的花粉細(xì)胞在終變期早期二價(jià)體的形態(tài),；E. 突變株的花粉母細(xì)胞在終變期早期部分聯(lián)會(huì)消失形成單價(jià)體,；F. 正常株的花粉母細(xì)胞在終變期晚期二價(jià)體形態(tài)
圖版II
G. 突變株的花粉母細(xì)胞在終變期晚期部分聯(lián)會(huì)消失形成8II+8I；H. 突變株的花粉母細(xì)胞在終變期晚期聯(lián)會(huì)消失形成24I：I. 正常株的花粉母細(xì)胞在中期I形成12II,；J. 突變株的花粉母細(xì)胞在中期形成8II+8I,；K.突變株的花粉母細(xì)胞在中期形成1II+22I；L.突變株的花粉母細(xì)胞在中期I形成24個(gè)單價(jià)體
Explanation of Plates
Plate I
A. Pollens of the desynaptic variant stained with I2-KI; B. Pachytene chromosomes of the desynaptic variant; C. Chromosomes of the desynaptic variant at early diplotene; D. Chromosomes of the normal plant of LH422 at early diakinesis; E. Chromosomes of the desynaptic variant at early diakinesis; F. Chromosomes of the normal plant of LH422 at late diakinesis
PlateII
G. Chromosomes of the desynaptic variant at late diakinesis, 8II+8I; H. Chromosomes of the desynaptic variant at late diakinesis,24I：I; . Chromosomes of the normal plant of LH422 at metaphase ,12II; J. Chromosomes of the desynaptic variant at metaphase ,
8II+8I; K. Chromosomes of the desynaptic variant at metaphase , 1II+22I; L. Chromosomes of the desynaptic variant at metaphase I,24 I

國愛自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):39700076)

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