核糖体DNA (rDNA)是具有重要功能的保守重复序列,成簇分布于一对或多对染色体上。在对3个黑麦草栽培种(二倍体’Accent’、四倍体’Top One’和’Bison’)中期染色体进行rDNA定位的基础上,利用反卷积图像处理技术分析了黑麦草中期染色体4’,6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)染色后荧光强度深浅不一形成的带纹,结合染色体的相对长度和臂比作为辅助参数,构建了黑麦草中期染色体的rDNA-DAPI带型核型图及模式图。从核型图中可知,着丝粒附近区域及rDNA位点侧翼均显示出DAPI深染。每对同源染色体上的荧光强弱带型基本一致,可准确进行配对,而不同染色体上的DAPI荧光的强弱分布则不同。45S rDNA在各基因组中的数目变化很大,二倍体’Accent’中为7个,两个四倍体’Top One’和’Bison’中分别为10个和11个；45S rDNA位点在染色体上的分布位置却很相似,多位于染色体长臂靠近着丝粒的部位。5S rDNA在3个黑麦草栽培种的染色体上数目相对保守,二倍体中有2个位点,四倍体中均有4个位点；但5S rDNA在染色体上的分布位置变化较大,倍体’Accent’的5S rDNA位于3号染色体短臂,而两个四倍体黑麦草中则有一对信号位于长臂,另一对信号位于短臂上。黑麦草中期染色体的rDNA-DAPI带型核型图及模式图的建立,将为黑麦草进一步的细胞遗传学研究、育种和资源的开发利用提供帮助。在黑麦草染色体rDNA-DAPI带型核型图的建立过程中,我们发现大多数染色体中期分裂相的染色体数目多于文献报道的14条(二倍体)或28条(四倍体),进一步对二倍体黑麦草’Player’的染色体数目作统计学分析,结果表明染色体数目多于14条的分裂相高达85%。同时,在45S rDNA荧光原位杂交实验中,我们发现黑麦草中部分染色体在45S rDNA位点发生断裂,因此推测黑麦草染色体数目多于14条是由于这种断裂导致一条染色体形成两条染色体片段,在光学显微镜下被计数为两条染色体。在其他三个栽培种中也观察到类似的现象。进一步的45S rDNA FISH分析表明,所有的断裂都只发生在45S rDNA位点上。我们将染色体在45S rDNA位点断裂的细胞学形态归纳为三种：一条姊妹染色单体断裂,另一条染色单体为正常形态；染色体并没有真正的断裂,染色体片段仍由纤细的DNA纤维相连；染色体完全断裂,即产生的相应染色体片段之间完全不存在DNA。这种细胞学形态和人类脆性位点的细胞学形态以及定义完全吻合。因此黑麦草45S rDNA位点是脆性位点,黑麦草高频率(86%)出现的染色体断裂是45S rDNA脆性位点在体外制片时的表现结果。染色体断裂可以发生在45S rDNA重复序列区域中的不同部位,说明黑麦草45S rDNA脆性位点具有异质性。黑麦草45S rDNA脆性位点在没有添加任何DNA复制抑制因子的正常生长条件下高频率白发的表现为断裂,暗示着染色体脆性是黑麦草45S rDNA特有的结构特性。黑麦草45S rDNA脆性位点的发现将加深对45S rDNA及染色体脆性位点的认识,也可能为人类染色体脆性位点的研究提供新的模型。对通过流式分拣得到的黑麦草G2期细胞核进行45S rDNA杂交,结果表明在超过90%的G2期细胞核中45S rDNA是高度去凝缩的。我们用AFM结合FISH技术研究和分析了黑麦草’Player’中期染色体45S rDNA断裂位点的超微结构。AFM扫描染色体rDNA位点得到的表面形貌图证实了在荧光显微镜下观察得到的结果,即部分染色体脆性位点表现为完全断裂,部分表现为由DNA纤维相连的不完全断裂。除此之外,AFM图像还显示在断裂位点处,没有45S rDNA重复序列的染色体片段断裂末端高度不均一、边缘锐利,表明该处染色质高度凝缩；相反,在含有45S rDNA重复序列的染色体片段末端,或者是连接染色体片段的45S rDNA染色质纤维处,染色质包装程度则较低。测量两个染色体片段之间的45S rDNA纤维高度可知,45SrDNA纤维的平均高度为55-65nm,可能包含了两条DNA 30 nm纤维。DNA纤维高度值不均一,说明DNA纤维在不同位置的凝缩程度有所不同。这些结果表明,黑麦草45S rDNA重复序列区域染色质纤维包装折叠的失败或不完全凝缩导致了中期染色体上该位点在光学显微镜下表现为断裂。