现代生物技术与应用

染色体工程技术

在小麦品质改良中的应用及社会意义

摘要：本文报告了染色体工程在小麦品质改良中的方法，在理论研究与育种实践上的应用。论述了染色体工程在小麦品质改良和生产实践中所体现出来的社会意义。

关键词：染色体工程，小麦，类型变化，实践

正文：

染色体操作(chromosome manipulation)是按设计有计划削减、添加和代换同种或异种染色体的方法和技术。也称为染色体操作。染色体工程一词，虽然在20世纪70年代初才提出。其实早在30年代，美国西尔斯(E.R.Sears)及其学生就已开始研究，但当时局限于小麦，定义为：在小麦中利用缺体或单体材料，对个别染色体或染色体片断进行替代或转移的工程谓之“染色体工程”。

植物染色体工程从50年代的兴起迄今约30余年的历史，但运用这一技术在改造

植物的遗传性方面却显示了它强大的力量，表现在创造崭新的遗传资源，培育突破性新

品种和合成新物种等方面取得的重大进展。

目前对基因操作的主要方法有：有性杂交、染色体代换、易位、添加、染色体显微切割和微克隆、PCR扩增等。

现代小麦育种十分注意栽培品种的类型变化，期望它们优质、高产、抗病、矮秆。我们知道，在小麦近缘种属中，存在着小麦栽培品种所没有的优质、抗病基因。在常规的杂交程序中，栽培品种与野生种之间，因染色体组不同，在多数情况下染色体不能配对，其基因很难进行重。细胞遗传学家已经研究出一套方法，将异种变异性应用于小麦育种实践。这些方法包括染色体附加、染色体代换、染色体易位等。用这些方法实现了小麦染色体附加、代换、易位和部分同源染色体间的重组。

(一)麦外源染色体的添加

普通小麦附加系的系统研究工作开始于1940年，07mara把3个不同的黑麦染色体分别附加到小麦中。1960年Evans～Jenkins得到了所有7个黑麦染色体的双体附加系。之后，Sears把小伞山羊草的染色体附加到小麦中；Joppa等(1978)用一种新方法得到了具有15对染色俸的硬粒小麦双单体(3D，4D，5D)附加系；Islam(1978)把6个大麦染色体分烈跗加到小麦中。有人还把顶芒山羊草和冰草的一些种的染色体附加到小麦中。

小麦附加系在抗病性、越冬性和一些农艺性状方面比受体品种好，但由于没有稳定的细胞学控制，附加的染色体容易丢失。在育性和生产能力方面，附加系多半不如六倍体普通小麦。因此，单体和双体跗加系一般没有直接韵生产价值，但在产生代换系中有重要的价值。

(二)小麦外源染色体代换

异代换系在细胞学上通常是稳定的，它们中的一些育性是正常的。代换成功与否，通常依赖于供体染色体能够补偿小麦所丢失染色体的程度。例如被叫做部分同源，在遗传上与小麦有亲缘关系的染色体代换容易成功。

一个异代换系要作为一个推广品种，必须满足下：歹条件：减数分裂的稳定性合乎要求；供体染色体对被代换掉的染色体有补偿作用；异代换系有一个来自供体的所需要的性状，例如抗病性等事不良的和不需要的憾状不传递给受体种。抗锈小麦栽培品种weigue基本上符合这些条件。

(三)小麦品种间染色体代换

所谓品种间染色体代换，就是受体品种的一个或多个染色体被供体品种的染色体所代换。进行品种间染色体代换的目的，是为了研究个别染色俸或处于不同遗传背景下基因的作用。进行小麦品种间染色体代换，首要的条件是有一个可以利用的非整倍体系统，这个条件在中国春小麦上早已得到满足。

(四)染色体片段的易位

一个异种染色体通常携带有不良基因，而育种工作者希望只传递一个或几个控制有利性状的基因给栽培品种，即希望只发生一个异种染色体片段的转移。

Sears叙述的第一次染色体片段的成功转移，是用X射线诱导易位实现的。他把小伞山羊草的抗叶锈病基因转移到小麦染色体中。第一步是让二粒小麦与小伞山羊草杂交。第二步是用秋水仙碱处理得到的双二倍体，并与普通小麦杂交。第三步是在减数分裂前及时照射所得到的单体附加系，附加的单体包含有6Cu等臂染色体上抗锈基因，普通小麦开花时，用照射过的花粉授粉。用叶锈试验和细胞学检查，从抗锈后代中筛选出17个易位体，一个易位体抗叶锈，同时不包含不良基因。这个易位系被命名为"转移"，并用做育种材料。以后的细胞学检查证实，山羊草的一个染色体片段易位到小麦68染色体长臂韵末端部分。

Sears(1967)为了把长穗冰草的抗叶锈基因转移到小麦的3D染色体中，他首先把异代换系转育成一个58单体，然后让58单体代换系与缺体(5B)一四体(5D)复合体杂交。在杂种中，3D和3A9染色体由于58染色体的缺少而发生重组，用一个整倍体对其反复回交后，这个杂种变成了一个抗叶锈的小麦品系。

Bhowal(1979)设计了一种诱导部分同源染色体配对的简易程序：首先让受体品种给中国春小麦58单体授粉，从Fl代选出单体，并让其与异种(山羊草、冰草和黑麦等)杂交，再从后代选出缺少58的27条染色体的杂种，用受体品种对这个杂种至少回交三代，然后自交，从交后代选出2n=42条染色体的个体，这些具有42条染色体的个体中必然存在含有异种染色体片段的重组体。

(五)小麦染色体显微切割和微克隆技术

普通小麦染色体工程已有近80年的历史，国内外大量研究都表明，有目的添加、削减、代换和易位同种或异种染色体或染色体片段的方法，可以有效地将栽培和野生近缘种的外源种质资源中的优异基因转移到目标栽培作物中，创造出在遗传学和育种研究工作中有重要利用价值的新种质，并在生产实践中培育出有重要实用价值的农作物新品种。

小麦品质改良中的应用自从有小麦育种以来，人们一直在进行着以传统有性杂交为主要育种方法的品种改良，尽管这些传统的育种方法有多优点，在小麦品质育种中发挥着巨大作用。但因其固有的难以克服的不足，如时间长、劳动强度大、成功几率小等因素，使小麦品质育种进程受到很大限制，这已为越来越多的小麦品质育种工作者所共识。DNA重组技术的发展，使人们在基因水平对优良性状基因进行遗传操作成为可能。随着植物组织培养技术、目的基因整合、表达及对生命周期调控的研究不断发展，利用基因工程进行小麦品质遗传改良已进入一个新的历史时期。

参考文献：

1.李子先《植物染色体遗传工程的进展和展望》《大自然探索》1990年第03期；2．潘锋第 330次会议：学科交叉为植物染色体工程注入新活力《科学时报》 (2009-2-17 A4 生命科学) /sbhtmlnews/2009/2/215990；

3．孔青，等小麦外源DNA导入及转化的初步研究．遗传，1993，15(5)：19～22

4．王兰岚，等．利用激光微束穿刺法将外源DNA导人小麦的研究．遗传学报，1995，21(6)：463～467

5．陈梁鸿．小麦编码高分子量谷蛋白亚基基因的转纯，巾冒浓韭大学搏士学位论文，t997