玉米地方品種和自交系B染色體的比較分析

姚啟倫　姚強　方平等

摘要：基于植物細胞染色體制片技術，分別對25個玉米地方品種和25個自交系B染色體進行鏡檢鑒定。玉米B染色體表現出與其他生物B染色體相似的特征，其大小略大于常染色體（第10號染色體）的一半，B染色體在細胞中的隨機分布和異常分離是其在細胞和植株個體間變化的主要原因。在2種玉米品種（系）類型的供試材料中，玉米地方品種B染色體數目在細胞中呈現0B～3B的變化，具B染色體的品種占同類地方品種數的36%，占供試材料總數的18%；玉米自交系中B染色體存在頻率明顯低于地方品種，具B染色體的自交系僅占供試材料的6%。結果表明，B染色體的偏向分布及選擇受精保證其在上下代間遺傳傳遞，然而生物的連續多代自交有可能破壞B染色體的選擇受精機制，造成B染色體丟失，降低其遺傳傳遞頻率。

關鍵詞：玉米；地方品種；自交系；B染色體；頻率；特征；細胞學鑒定；遺傳傳遞機制

中圖分類號： S513.032 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）03-0079-03

B染色體是存在于許多生物細胞內，其形態特征、傳遞方式及其遺傳效應與正常染色體不同的超數染色體[1]。自20世紀20年代在燕麥和玉米中最早發現B染色體以來，迄今已證實它存在于1 500余種植物中。近100年來，B染色體因其特殊的遺傳方式引起人們的極大關注，有不少從群體、個體、細胞和分子水平進行B染色體相關研究的報道[2-3]。然而，對其本質的認識卻是未知大于已知，目前有關B染色體的起源與進化眾說紛紜，B染色體遺傳研究一直是細胞遺傳學和分子生物學的一大熱點[3-4]。

玉米作為細胞遺傳學研究的模式生物，對其B染色體遺傳研究引起了人們的極大關注。前人以玉米自交系為試驗材料開展了廣泛的細胞生物學研究，有關玉米地方品種B染色體的研究卻少有報道[5-6]。本研究以遺傳背景復雜的玉米地方品種和遺傳背景單一的玉米自交系為材料，通過B染色體細胞學鑒定，在細胞染色體水平分析B染色體在不同玉米品種（系）類群及同一品種（系）類群不同品種（系）間的分布頻率，探討玉米B染色體遺傳傳遞機制，同時為玉米B染色體細胞生物學研究奠定物質基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

在長江師范學院玉米種質資源庫中分別選取玉米地方品種和自交系各25份作供試材料，各試驗材料取30粒種子在人工培養箱中發根，以根尖為材料進行染色體制片，1粒種子獲取1個根尖制片細胞，鑒定細胞B染色體。玉米地方品種和自交系名稱、來源及籽粒特性見表1。

1.2 細胞染色體制片

待人工培養箱中發芽種子根長為0.5～1.0 cm時切取根尖，將根尖材料置于α-溴萘飽和水溶液中進行3～4 h的預處理；用95%乙醇-冰醋酸（體積比3 ∶1）固定液固定預處理根尖材料；采用酶解法，將材料移入0.5%果膠酶和2%纖維素酶混合液中解離；切取根尖分生區組織于載玻片上，卡寶品紅染色制片。

1.3 鏡檢鑒定B染色體

在光學顯微鏡下尋找各根尖染色體制片中的最好有絲分裂相。先在（10×）或（40×） 倍鏡下尋找細胞有絲分裂中期分裂相視野，再用油鏡（100×）觀察、識別B染色體。參照羅鵬的方法[1]，如果在一個細胞有絲分裂相中出現1個超數染色體（B染色體），計為1B細胞，出現2個B染色體，則計為2B細胞，依次類推。在各供試材料的30個細胞中出現B染色體細胞，則視作具有B染色體品種（系）。

2 結果與分析

2.1 B染色體在玉米細胞有絲分裂相中的特征

玉米地方品種和自交系正常染色體，即常染色體（A染色體）均有10對（2n=20），其中3對中部著絲粒染色體，6對近中著絲粒染色體，1對近端著絲粒染色體。在有絲分裂過程中，B染色體表現出高度異染色質化，多為近端著絲粒，少部分為中部著絲粒，極少部分B染色體呈點狀（圖1），且玉米B染色體略大于最小的常染色體（第10號染色體）的一半。在細胞有絲分裂中期，多數B染色體位于細胞中央赤道板，而少數B染色體則在細胞內隨機分布，有絲分裂后期B染色體不分離或落后于正常染色體分離。光學顯微鏡下玉米B染色體表現出與其他生物B染色體相似的特征，B染色體在細胞中的隨機分布和異常分離是B染色體數目在細胞和植株個體間變化的主要原因。

2.2 玉米地方品種中的B染色體

由表2可見，玉米地方品種B染色體數目在細胞中呈現0B～3B的變化。就供試的25個玉米地方品種而言，9個地方品種的細胞有B染色體，而16個品種未發現B染色體，可見具有B染色體的品種占同類地方品種數的36%，占供試材料總數的18%。在鏡檢鑒定的30個細胞中，地方品種DP15和DP18各有2、1個細胞存在3B染色體，在3個地方品種DP6、DP7、DP13中發現有2B染色體，而1B染色體在具有B染色體的9個地方品種中均有存在。在鏡檢鑒定的25×30個細胞中，具有0B、1B、2B、3B染色體的細胞數目分別占細胞總數的95.63%、3.33%、0.67%、0.40%。

2.3 玉米自交系中的B染色體

玉米自交系中B染色體存在頻率極低，在供試的25個玉米自交系中僅在3個自交系B73、X7854、Scmc193中鏡檢發現B染色體，占同類自交系材料的12%，占供試材料總數的6%（表2）。就鏡檢鑒定的30個細胞而言，自交系B73分別有3、2、1個細胞存在1B、2B、3B染色體；在X7854中發現各有1個細胞存在1B、3B染色體；在Scmc193中僅在1個細胞中發現1B染色體。具有1B、2B、3B染色體的細胞分別占細胞總數（25 × 30）的0.67%、0.27%、0.27%，而98.79%的細胞未發現B染色體。由此可見，玉米自交系B染色體頻率較地方品種低。

3 結論與討論

3.1 玉米B染色體遺傳

B染色體在細胞有絲分裂過程中的異常分布，導致B染色體非正常地遺傳傳遞，從而產生同一物種的不同個體和不同的組織器官存在B染色體數目變化[7]。玉米B染色體遺傳具有多數生物B染色體遺傳的基本特征，本研究的50個玉米品種（系）供試材料1 500（50 × 30）個細胞鏡檢鑒定結果表明，不同類型的玉米品種（系）B染色體頻率差異極大，具有B染色體的玉米地方品種類型占供試材料總數的6.0%，而自交系類型僅占供試材料總數的1.5%；同一類型的不同玉米品種（系）材料間觀察的30個細胞B染色體數目呈現 0B～10B 變化，同一品種（系）的不同細胞間呈現0B～3B的數目變化。玉米B染色體表現出明顯的偏向分離和不均勻分布，同時B染色體的不分離、偏向分布及選擇性受精使其在世代間傳遞。

3.2 玉米B染色體的遺傳傳遞機制

現已發現B染色體廣泛存在于不同物種（包括兩棲類、爬行類動物和昆蟲）中。就植物而言，B染色體多存在于遺傳基礎復雜的異花授粉植物中，而極少存在于遺傳基礎簡單的自花授粉植物中[8]。本試驗結果表明，B染色體在玉米地方品種中的分布頻率明顯高于自交系。玉米地方品種是經自然授粉形成的遺傳基礎復雜的混合群體，而玉米自交系是經人工多代自交產生的遺傳基礎簡單的品種（系）類型。盡管B染色體的偏向分布及選擇受精保證其在上下代間遺傳傳遞，然而生物的連續多代自交有可能破壞B染色體的選擇受精機制，造成B染色體丟失，降低其遺傳傳遞頻率。此外，本供試材料B73有較高的B染色體頻率，說明B染色體的遺傳背景，即B染色體與A染色體的寄生與互作關系也在較大程度上決定了B染色體的遺傳傳遞和命運。

參考文獻：

[1]羅 鵬. 植物細胞遺傳學[M]. 北京：高等教育出版社，1991：189-190.

[2]齊克森. 玉米B染色體的細胞遺傳研究[J]. 貴州農學院學報，1994，13（3）：1-5.

[3] Jones R N，Viegas W，Houben A. A century of B chromosomes in plants[J]. Annals of Botany，2008，101：767-775.

[4]王玉元. 染色體遺傳中的一個不解之謎——B染色體[J]. 武漢植物學研究，1997，15（1）：73-79.

[5]Ricci G L，Silva N，Pagliarini M S，et al. B chromosomes in popcorn（Zea mays L.）[J]. Genetics and Molecular Research，2007，6（1）：137-143.

[6]Lia V V，Confalonieri V A，Poggio L. B chromosome polymorphism in maize landraces：adaptive vs. demographic hypothesis of clinal variation[J]. Genetics，2007，177（2）：895-904.

[7]Lamb J，Kato A，Birchler J. Sequences associated with A chromosome centromeres are present throughout the maize B chromosome[J]. Chromosoma，2005，113（7）：337-349.

[8]Jones N. B chromosomes in plants[J]. Plant Biosystems，2012，146（3）：727-737.