植物多倍体的诱发与鉴定

植物多倍体的细胞学鉴定 实验目的 1． 了解人工诱发多倍体植物的原理、方法及其在植物育种上的意义。 2． 初步掌握用秋水仙素诱发多倍体的实验技术和多倍体的鉴定方法。 实验原理 遗传学上将二倍体生物一个配子的染色体总和称为染色体组，也叫基因组，用n表示（主要是针对二倍体物种而言）。每一个染色体组的染色体数，称为染色体基数，用X表示。如普通小麦2n=6x=42（AABBDD），小麦是异源六倍体, 共有3个基本染色体组（ABD）, 染色体基数x=7。 多倍体是指细胞中具有3个或3个以上染色体组的生物体。多倍体在植物进化中有很重要的意义。随着植物自然演化地位的提高，多倍体所占比例增大。自然界中，多倍体在裸子植物中占物种的13%，在被子植物中占物种的30-35%，禾本科中多倍体约占70%左右。 多倍体分为同源多倍体和异源多倍体。 同源多倍体（autopolyploid）：指多倍体的几个染色体组来源于同一物种。异源多倍体（allopolyploid）：指来自不同种属的染色体组成的多倍体。如AAA--同源三倍体；AAAA--同源四倍体；AABB--异源四倍体。 多倍体的产生多出现在气候条件恶劣的地区，是植物适应恶劣环境的结果，这些地区多倍体的出现常伴随着抗逆性的相对提高，如报春花原产温带，我国云南很多，原始种为二倍体，而新生的异源四倍体分布在二倍体区域内的高山上，三倍体和八倍体分布在更北或更南的高山上，而十六倍体生长在极地。 多倍体广泛地存在于植物界，目前已知被子植物中有三分之一以上的物种是多倍体，如普通小麦是异源六倍体，棉花是四倍体，此外还有烟草等，这些部是自然界存在的多倍体。多倍体产生的途径除自然发生外。也可以采用高温、低温、嫁接、切断和射线处理等物理方法和化学药剂处理方法，在这些方法中以化学药剂处理最为有效，如秋水仙素，萘嵌戊烷、异生长素、植物激素、富民隆等，都可诱发多倍体，其中应用最广泛、效果最好的是秋水仙素。 秋水仙素是由百合科秋水仙属的秋种番红花一一秋水仙素(Colchicum autumnale)的种子和器官中提炼出来的一种生物碱。化学分子式为。它具有麻醉作用，对植物的种子、幼芽、花蕾、花粉、嫩枝等可产生诱变作用，它的作用机理是抑制细胞分裂时纺缍体的形成，使复制后的染色体不能拉向两极，细胞不能继续分裂形成两个子细胞，从而导致染色体加倍，形成多倍体细胞，在此基础上进一步发育成多倍体植物，多倍体植物可以通过有性繁殖进行繁殖下去。用人工方法诱导的多倍体，可以得到一般二倍体没有的优良性状，如大粒、大穗、内含物量增加、抗病性强等。人工培育的三倍体西瓜、三倍体甜菜、八倍体小黑麦已在生严上厂泛应用。 对多倍体的鉴定，除了检查染色体数目变化外，形态特征的变异也是一个重要方面。多倍体植物的气孔、花器、花粉粒、种子、果实等部分明显变大，气孔数目减少而密度变稀，同源多倍体育性有一定的降低，所以同源多倍体中有部分畸形的不育花粉粒。 多倍体的特点： 1.巨大性 一般表现在叶大；茎粗；花大，色浓；果实、种子、细胞、气孔、花粉都大。如三倍体、四倍体葡萄粒大；四倍体萝卜主根粗大。 2.育性低 一般同源多倍体结实率低。原因：同源多倍体由于在减数分裂时，染色体间配对不正常，易出现多价体，致使多数配子含有不正常染色体数，因而表现出育性差，结实率低。而异源多倍体，与远缘杂种相反，是高度可育的。来自父母本的染色体在减数分裂时自行配对，不出现多价体，表现为自交亲和，结实率较高。 3.适应性强 多倍体新陈代谢旺盛，适应环境能力强。表现为抗病、抗旱、耐寒，分布广。如多倍体从赤道到极地都有分布；高山上多倍体多；在炎热夏季的稻田里常发现多倍体花粉粒。 4.有机合成速率增加 碳水化合物、蛋白质、维生素、植物碱等表现偏高。如四倍体番茄Vc含量比二倍体高一倍。四倍体紫罗兰、桂竹香芳香性强、蜜腺多。 人工诱导多倍体产生最常用的方法是秋水仙素诱导法。秋水仙素的作用是细胞分裂时纺锤体的形成，使染色体不走向两极而被阻止在分裂中期，产生染色体数目加倍的核。 一般而言，用秋水仙素诱导成的多倍体植株往往是同源四倍体，如果将其与二倍体对照杂交，便可获得三倍体的植株，例如，人工获得的三倍体西瓜、香蕉等。无籽或少籽是它们的显著特征。另外，在倍性育种的过程中，育种家们发现：在一些远源杂交不亲合的组合中，如果将其中之一加倍、远源杂交往往变得容易进行，而且所获得的异源多倍体在生长量及抗逆性方面，往往有突出表现。 多倍体的鉴定： 间接鉴定：观察气孔的大小和花粉粒的体积，多倍体的气孔和花粉粒较二倍体大。 直接鉴定：检查花粉母细胞或根尖细胞中染色体的数目。 实验材料： 1、活体材料 大蒜根尖。 2、 实验器具 显微镜、剪刀、培养皿、载玻片、盖玻片、吸水纸、培养箱、镊子、解剖镜、解剖针等。 3、 药品 改良苯酚品红染液、固定液、1mol／L HCl、冰醋酸、无水乙醇等。 实验步骤： 1、植物根尖多倍体的诱发 将大蒜剥皮洗净后放入培养皿，放入培养箱中，用水浸泡根部1—2天，当根长到0.5cm时取出洗净，把水吸干后，倒入0.15％的秋水仙素溶液，使植物根部浸在药液中，根尖朝下，培养处理24小时，另外设加入清水的作为对照。处理完后，取出材料洗净，用卡诺氏固定液（醋酸：无水乙醇=3：1）固定24小时，固定好后洗净放入医用酒精，在4度冰箱中保存，以备镜检。 2、多倍体的鉴定 取处理过的大蒜根尖放入小离心管中，加入1M的盐酸，然后放入60摄氏度的水浴锅中水浴5分钟，水浴完后取出用水洗净，在解剖镜下用刀片切下根尖分生区，约0.5mm，用改良苯酚品红染液染色15-20分钟，然后盖上盖玻片，在盖玻片一端垫上很薄的刀片，盖上滤纸，用解剖针轻敲盖玻片，使染色体展开，展好后放到显微镜下观察，观察分裂中期的染色体数目。 实验结果： 。 加倍染色体 大蒜的染色体2n=16，在实验中我们观察到，部分处于分列中期的细胞染色体为32条（如上图），说明通过秋水仙素的处理，已经成功诱导大蒜根尖的染色体加倍。 注意事项： 1、 在准备材料时，我们同时选择了发芽比较快的绿豆进行实验，在绿豆发芽后，用一定浓度的秋水仙素处理生长点，观察其分生区细胞染色体的数目，在制片观察后发现，绿豆染色体极小，无法展开使其清晰观察结果。故绿豆对本实验来说不是很好的实验材料。 2、 用秋水仙素处理材料时，应注意其浓度及处理时间，时间过短，效果不明显，时间过长，染色体倍数增加不止一倍。 3、 压片时，应轻敲盖玻片，慢慢将染色体展开。