植物多倍体的诱导及其细胞学鉴定

植物多倍体的诱导及其细胞学鉴定

摘要多倍体诱发在植物乃至在动物中都已经有了很广泛的应用，此次实验通过对大蒜根尖细胞进行多倍体诱发，初步了解并掌握了仍诱导多倍体的方法和技术，并对诱导组织进行了染色和压迫观察，进行了细胞学鉴定，掌握了判断多倍体细胞的方法和技术。

1.引言

多倍体这个名词在人们的日常生活中也许并不多见，但在自然界中多倍体的分布却十分广泛，人们平时的饮食生活中，也有多倍体的身影。现已知自然界大约有30％~35％的被子植物，70％的禾本科植物属于多倍体，它们在植物进化中起了重要的作用，也是变异发生的主要途径。而我们平时吃的山药是四倍体，小麦是异源六倍体，大豆是异源四倍体，香葱也是四倍体。

自然形成的多倍体大多是植物对恶劣的自然环境的适应，而自从1937年美国学者布莱克斯利（A.F.Blakeslee）等，用秋水仙素加倍曼陀罗等植物的染色体数获得成功以后，秋水仙素就被广泛应用于细胞学、遗传学的研究和植物育种。

花卉方面：矮牵牛、金鱼草、鸡冠花等多倍体植物多表现为叶片肥厚、花色艳丽、花期长、花瓣多等特点，观赏价值得到了提高；药材方面，板蓝根四倍体有效成分含量比普通二倍体对照高出约40%；林木方面，四倍体桑树及刺槐在生长量及抗逆性方面都较之二倍体对照有了较大提高；经济作物方面，多倍体水稻的稻粒比普通水稻更加饱满、肥大。

另外，在倍性育种的过程中，育种家们还发现，植物多倍体除了适应性强、有机合成速率增加、果实大等优点外，还可克服远源杂交的不结实性和诱变率高的优点，由此可见，在人工诱导植物多倍体的基础上，如能结合其它育种手段，以培育出高质量的植物新品种，大有潜力可挖。

现在，动物多倍体诱变也逐渐发展起来，最显著的应用便是鲍的诱变。人们发现，鲍的多倍体个体具有生长速度快、抗病力强、个体大等优点，具有明显的增产效果，极具推广价值。而利用水压法、温度法等方法，也已经实现了工业化的批量生产。

总之，随着人们对多倍体诱导技术及其它相关育种技术研究的深入，在不久的将来，

定能形成越来越多的人工多倍体种群，使多倍体诱导成为最有效的育种手段之一。

2.实验材料及方法

2.1实验材料

2.1.1试验材料

大蒜根尖。

2.1.2实验器具

显微镜一台，双筒体视显微镜一台；

解剖针两根，眼科镊，载玻片，盖玻片（20mm×20mm），滤纸条，解剖刀片。

2.1.3实验试剂

改良苯酚品红，1mol/LHCl，蒸馏水，卡诺氏固定液，秋水仙素溶液，75%酒精。

2.2实验方法

2.2.1大蒜根尖细胞多倍体诱导

取材：取大蒜（选取可生根成熟未经农药处理的大蒜）发根至0.5~1cm（约24h），然后转入盛有0.15%秋水仙素水溶液的培养皿中继续培养约24h（一般植物生长周期17~18h），待观察到根部有膨大时取出固定。与在水中培养的材料做对照。

固定：根尖于卡诺固定液中，常温固定约24h，移至75%乙醇中,4℃保存或备用。

2.2.2材料的获取及处理

酸解法解离根尖：固定后的材料用清水洗涤后，用1MHCl在60℃水浴中恒温处理

5~10min（一般不要超过8min）。然后水洗3次。

染色：用小滤纸条吸去清水，切取根尖分生区组织，用改良苯酚品红染色10~15min。

2.2.3制片及观察

将染色后的材料盖上盖玻片，在盖玻片上盖上两层吸水纸，用一个双面刀片，插到盖片与载片之间的一角，用左手食指压紧盖片，防止滑动，用右手持解剖针，用针柄轻敲盖片，使材料均匀分散开。然后将刀片轻轻撤出，再用针柄重敲盖片，使细胞分散压平。

镜检时先用低倍镜进行观察，找到好的视野后再转用高倍镜观察。

3.结果

3.1实验结果图示

图1 大蒜根尖染色体（2n=16）

图2 多倍体大蒜根尖染色体（4n=32）

3.2实验结果解释

大蒜是二倍体生物，其2n=16。秋水仙素能抑制有丝分裂，破坏纺锤体，使细胞停滞在分裂中期，而一般植物生长周期约17~18h，所以，经过24h秋水仙素处理，理论上应形成四倍体的大蒜根尖细胞，即4n=32条染色体。

图1中的染色体数目为16条，说明此细胞是一个单倍体细胞，其中每一个染色体包含两条姐妹染色单体，推断此细胞正处于有丝分裂中期。对于这个细胞，将来若姐妹染色单体分离，但细胞并不分裂，则会发育呈多倍体细胞，若姐妹染色单体分离其细胞分裂，则会发育呈两个正常的二倍体细胞。但此细胞中染色体有些过于分散，但根据其周围隐约的细胞轮廓，仍可确定所有染色体都是同一细胞中的，没有丢失，也没有被外来染色体污染。

图2中染色体数目为32条，且不含有姐妹染色体单体，推断此细胞有丝分裂已经结束，且在秋水仙素的作用下，染色体数目加倍但细胞并未分裂，所以形成了四倍体的多倍体细胞。虽不影响计数，但细胞中染色体仍有一些重叠，没有完全分散开。

4.讨论

4.1实验分析

本次实验采用大蒜根尖作材料，大蒜容易获得，价格便宜，但应选择市场上未经农药处理过，可生根的大蒜，且大蒜根部生长迅速，根尖分生区细胞分裂快，可在短时间内获得较理想的材料。

本次实验大蒜根尖细胞的多倍体诱导较为成功，秋水仙素处理24h后，从外观上可明显看出根尖膨大入鼓槌状，初步判断其中大部分细胞已成为多倍体。若以绿豆为材料，采用种子浸渍法，使绿豆发芽，并对芽用秋水仙素处理，则可能得到多倍体的组织。

制片后，整体上看，大多数细胞处于分裂期，可以清楚的观察到染色体或包含两条姐妹染色单体的染色体，且视野内基本上为一层平展的细胞，视野内的细胞都在一个平面上，染色均匀，细胞质着色浅且染色体着色深，也可观察到包含4n=32条染色体的细胞，可以判断根尖已称为多倍体。

但分散良好、染色体不丢失且姐妹染色单体已经分离的细胞个数不多。可能原因有：

⒈秋水仙素处理时间长短掌握不好，有资料显示在上午9点到11点之间固定材料可获

得更好的效果；⒉压片时力度和时间不到位，导致大多数细胞中染色体交错聚集，无法计数；⒊解离时间过短，导致压片时染色体不易分离；⒋切取根尖时，切取范围太大，导致制片时其他组织的细胞进入，使分生区细胞比例下降，影响观察。

4.2 注意事项

1.在酸解过程中一定要掌握好温度和时间，若解离不够，则压片不易分散。若解离

太过，在下一步处理材料时由于材料过软而易丢失。

2.在准备实验材料时应考虑到材料的易得性、价格、准备周期等方面。