染色体工程chromosome engineering

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，但早在30年代，美国西尔斯(E.R.Sears)及其学生就已开始研究。它不仅在改良植物的遗传基础培育新品种上受到重视，而且也是基因定位，和染色体转移等基础研究的有效手段。
原理和方法 植物染色体工程的基本程序是人工杂交，细胞学鉴定，在杂种或杂种后代中筛选所需要的材料。以普通小麦为例，常用的材料如下：
单体与缺体系统 要从小麦细胞中消除一条染色体，获得2n=41的单体小麦，可用单倍体小麦(n=3x=21)与二倍体普通小麦(2n=6x=42)杂交。单倍体小麦减数分裂时，基本上不形成二价体，可形成具有不同染色体数目的配子，其中只有具21条或20条染色体的配子有受精能力。故单倍体小麦与二倍体小麦杂交后，在杂种中就会出现正常小麦和单体小麦。通过细胞学鉴定（染色体观察），选出单体小麦，单体小麦有21种不同类型，称小麦的单体系统。单体小麦自交后可产生2n=40的缺体小麦，其频率约3%。用花药培养方法（离体）诱导普通小麦产生单倍体，经过受精，可以直接获得缺体和单体，单体系统和缺体系统是研究多倍体植物基因定位的基础材料，也是创制代换系的基础材料。
三体系统 用三倍体植物与二倍体杂交，从其杂种中可望得到三体植物。三倍体植物产生的雌配子中应有染色体数为n+1的类型，与二倍体植物的雄配子(n)受精，产生的合子染色体数为2n+1，发育成为三体植物。现在曼陀罗、玉米、大麦、黑麦、水稻、棉花、番茄、金鱼草等植物都已得到三体系统。三体系统是二倍体植物基因定位的基础材料。
异附加系 细胞中添加异种染色体的系统称异附加系。为了获得小麦-黑麦附加系，将黑麦与小麦杂交，使杂种染色体加倍，得八倍体小黑麦 (2n=56)，小黑麦与小麦回交两次，第一次回交的杂种染色体组型为AABBDDR，第二次回交的杂种中将出现正常小麦和附加有一条乃至七条黑麦染色体的类型。通过细胞学观察选出21Ⅱ+1Ⅰ的类型。多出的一条是黑麦染色体。这种材料自交，可以获得异附加系，程序如下：

上述程序中，R为黑麦染色体组，1r为一条黑麦染色体，2r为两条黑麦染色体等。小麦的黑麦异附加系有七种类型。目前小麦中除附加黑麦的异附加系外，还有附加簇毛麦、天蓝冰草、大麦等的异附加系。
异代换系 一种植物的一对染色体被他种植物的一对染色体所代换而成的新类型。创造异代换系的基本材料是缺体植物和异附加系。如用黑麦的2R染色体代换小麦的2A染色体时，需用小麦缺体2A(2n=42-2A₂)与小麦附加黑麦2R的附加系(2n=42+2R₂)杂交。杂种F1的染色体数应为2n=42，其中有一条2A和一条2R染色体。减数分裂时染色体构型为20Ⅱ+2Ⅰ，两个一价体是2A和2R。减数分裂后产生的配子应有4种类型：n=20+2A+2R; n=20+0;n=20+2A和n=20+2R。因此杂种F1自交时，下代可望出现除20对小麦染色体外加一对2R黑麦染色体的类型。即2n=40+2R₂(2n=42=21Ⅱ)。F₁自交后代用正常的小麦测交，测交子代的减数分裂染色体构型若是20Ⅱ+2Ⅰ，即为异代换系。
易位系 通过代换或附加异源染色体，虽然可以把有利基因引入小麦等栽培植物，但引入的染色体还常带有不利基因。建立异源易位系可能将异源染色体上的有利基因转入栽培植物中，而减少或避免不利基因的作用。
创制小麦异源易位系的方法是，对带有目的基因的单体异附加系进行辐射处理，以这种基因的表型性状为标记，在后代中选择带有这种基因性状而染色体数为2n=42的个体。这种个体就是易位系。选用八倍体小黑麦等与普通小麦杂交，其七倍体杂种可产生具有21～28不同染色体数的八种配子类型。通过花粉培养获得的花粉单倍体植株，八种不同染色体组成的配子重组体都能保存下来，其中包括异代换系和异附加系。这是常规杂交法难以获得的材料。此外，花药培养过程中，常常发生染色体断裂、融合和重排等现象，可直接获得易位系。
实践意义 用染色体工程获得的小麦附加天蓝冰草的异附加系抗秆锈和叶锈病； 冰草染色体替代的小麦染色体3D的异代换系能抗15种秆锈病生理小种；有黑麦6R的小麦异代换系抗白粉病； 还有小偃6号是具有两个偃麦草染色体的小麦易位系，能抗各种锈病、耐干热风、丰产，已在生产上大面积推广应用。表明染色体工程在培育抗病新品种上有重要意义。

染色体工程chromosome engineering

将一个物种的一条、数条或一组染色体有目的地添加、消除或置换到另一物种细胞中的技术。遗传工程及细胞工程的组成部分。广义的还包括染色体各种结构变异的诱发和应用。可直接或间接引发产生各种非整倍体类型，或作为整倍性育种的基础。由于置换或添加了亲缘植物有害或有利基因所在的染色体所形成的非整倍体(异代换系、异添加系及易位系等)，可作为育种的中间材料，再通过进一步选择，将可育成具有特殊有利性状的植物优良新品种。(见“非整倍体”、“单倍体”、“多倍体”)