最新实验五 人工诱发植物多倍体及热色体观察

最新实验五 人工诱发植物多倍体及热色体观察 实验五 人工诱发多倍体植物 一实验原理 自然界各种生物的染色体数目是相当恒定的，这是物种的重要特征。例如玉米体细胞染色体有20条，配成10对。遗传学上把一个配子的染色体数，称为染色体组(或称基因组)用n表示。如玉米染色体的组内包含10条染色体, 它的基数n=10。一个染色体组内每个染色体的形态和功能各不相同，但又互相协调，共同控制生物的生长和发育、遗传和变异。 由于各种生物的来源不同，细胞核内可能具有一个或一个以上的染色体组，凡是细胞核中含有一套完整染色体组的就叫做单倍体，也用n表示。具有两套染色体组的生物体称为二倍体，以2n表示。细胞内多于两套染色体组的生物体称为多倍体。例如三倍体(3n)、四倍体(4n)、六倍体(6n)等，这类染色体数的变化是以染色体组为单位的增减，所以称作整倍体。在整倍体中，又可按染色体组的来源，区分为同原多倍体和异源多倍体。凡增加的染色体组来自同一物种或者是原来的染色体组加倍的结果，称为同源多倍体。如果增加的染色体组来自不同的物种，则称为异源多倍体。 多倍体普遍存在于植物界，目前已知道被子植物中有1/3或更多的物种是多倍体，如小麦属(Triticum)染色体基数是7，属二倍体的有一粒小麦，四倍体的有二粒小麦，六倍体的有普通小麦。除了自然界存在的多倍物种之外，又可采用高温、低温、X射线照射、嫁接和切断等物理方法人工诱发多倍体植物。在诱发多倍体方法中，以应用化学药剂更为有效。如秋水仙素、萘嵌戊烷、异生长素、富民农等，都可诱发多倍体，其中以秋水仙素效果最好，使用最为广泛。 秋水仙素是由百合科植物秋种番红花——秋水仙(Colchicum autumnale)的种子及器官 11中提炼出来的一种生物碱。化学分子式为CHNO+HO。具有麻醉作用，对植物种子、2225622 幼芽、花蕾、嫩枝等可产生诱变作用。它的主要作用是抑制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，这样细胞不能继续分裂，从而产生染色体数目加倍的核。或染色体加倍的细胞继续分裂，就形成了多倍性的组织，由多倍性组织分化产生的性细胞，所产生的配子是多倍性的，因而也可通过有性繁殖方法把多倍体繁殖下去。 多倍体已成功地应用于植物育种，用人工方法诱导的多倍体，可以得到一般二倍体所 没有的优良经济性状，如粒大、穗长、抗病性强等。三倍体西瓜、三倍体甜菜、八倍体小黑麦已在生产上应用。 二、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.观察多倍体植物，鉴别植物染色体数目的变化及引起植物其它器官的变异。 三、实验材料 1. 玉米(2n=20)、水稻(2n=24)的种子。 2. 人工诱发的四倍体玉米和二倍体玉米的果穗、玉米粒、花粉、叶片。 3. 洋葱或大蒜球茎。 四、实验器具和药品 1.用具:显微镜，载玻片，盖玻片，培养皿，镊子，刀片，滴管，吸水纸，测微尺。 2.药品:0.1%和0.025%秋水仙素溶液，1mol/L HCL溶液，改良石碳酸品红溶液(也称改良酚红,配方如下: 配方I. 石碳酸品红(Carbol fuchsin),先配母液A和B。母液A: 将3g碱性品红溶解于100ml70%酒精中。母液B: 取母液A10ml加入90ml5%石碳酸水溶(2周内用完)。石碳酸品红染色液: 取母液B45ml, 加入6ml冰醋酸和6ml37%甲醛。配方?: 改良石碳酸品红: 取石碳酸品红染色液2-10ml, 加入90=89ml45%的醋酸和1.8g山梨醇(sorbitol)。 此液初配时颜色浅,放置二周后染色力显著增强,在室温下不沉淀且较稳定)。。 五、实验说明 本实验采用种子浸渍法。处理种子时，可先在一定浓度秋水仙素中浸种24小时左右，在铺有滤纸的器皿上浸渍种子，再注入0.1%—0.025%浓度的秋水仙素溶液，为避免蒸发宜加盖并置于暗处，放入20?培养箱中，保持适宜的发芽温度，干燥种子处理的天数应比浸 种多1天左右。一般发芽种子处理数小时至三天，或多至十天左右。对于种皮厚发芽慢的种子，应先催芽后再行处理。已发芽的种子宜用较低的浓度处理较短的时间，秋水仙素能阻碍根系的发育，因而最好能在发根以前处理完毕。处理后用清水冲洗，移栽于盆钵或田间。 染色体加倍后必须进行鉴别。同源多倍体主要是根据形态特性来判断，如叶色、叶形及气孔和花粉粒的大小。最为可靠的方法，是待收获大粒种子后，再将这些大粒种子萌发，制片根尖压片，然后检查细胞内的染色体数目，只有染色体数目加倍了，才能植株已诱变成四倍体。 六、实验步骤 (一)多倍体植物诱导 1. 把玉米2n=20(或大麦2n=18、水稻2n=24)种子浸在0.1%秋水仙素溶液24小时。 —3次。 2. 用自来水冲洗2 3. 将萌发种子移到盛有0.025%秋水仙素溶液润湿了吸水纸的培养皿里。 4. 置入20?培养箱，培养发芽。 5. 48小时后取出幼苗。 6. 用自来水缓缓冲洗幼苗。 7. 把处理后的幼苗栽种在大田或盆钵内。 8. 同期播种未经处理的玉米种子作为对照。 9. 田间给以良好管理。 (二).多倍体植物鉴定 1. 观察四倍体玉米、二倍体玉米表皮细胞气孔的大小 (1).在四倍体玉米叶的背面中部划一切口，用尖头镊子夹住切口部分，撕下一薄层下表 皮，放 载玻片的水滴里，铺平，盖上盖玻片，制成表皮装片。 (2).按上述同样方法制作一张二倍体玉米的表皮装片，作为对照。 (3).镜检比较四倍体与二倍体气孔和保卫细胞的大小，用测微尺测量记载其大小。 2. 观察比较四倍体玉米、二倍体玉米花粉粒的大小 (1).从四倍体、二倍体玉米植株上分别采集花粉。 (2).将采集到的花粉分别浸入45%冰醋酸。 (3).用滴管分另各取一滴花粉粒悬浮液，移到载玻片上。 (4).滴上磺化钾溶液，盖上盖片，制成花粉粒制片。 (5).镜检四倍体及二倍体玉米花粉粒大小。 (6).用测微尺测定并记载其大小。 (三). 洋葱或大蒜多倍体根的诱发 A. 在实验前4天将洋葱鳞茎如图5.1那样培养在溶液里，在25?温箱中它就会萌发出 根尖。不过，不同的洋葱鳞茎在适当萌发的条件下，生长状况会有所不同。市场上 购买的洋葱是经过处理不能发芽的，即使发芽，根也很少。最好的解决方法是小心 地撕掉洋葱鳞茎根部最外面的一层皮, 削去老根, 洋葱将好会萌发得更好。 B. 待根长到2.5cm左右时,从生长着的鳞茎根端部切下1cm并立刻放到对二氯苯饱和水 溶液，或0.2%秋水仙素溶液中浸泡处理3-4h。 图5.1 洋葱鳞茎用牙签架在放有水的烧杯上发根 C. 经过前处理的根尖,再放在Corney溶液(60%酒精，30%氯仿，10%冰醋酸)中固定24h。 取出后贮存在70%的酒精中4?保存备用。 (四). 洋葱或大蒜多倍体根的观察 1. 酸解: 从固定液中取出大蒜或洋葱根尖,用蒸馏水漂洗,再放入0.1mol/L HCl中,在60?水浴中解离8-10min, 用蒸馏水充分漂洗, 放在滤纸上吸干根上的水分。 2. 压片: 将根尖放在载玻片上,用解剖针将根冠和延长区截去,纵切成4-8块,取其中一块铺展成一薄层后染色, 适时染色后盖上盖片, 用大姆指压片,用毛边纸吸走多余的染液,用带橡皮头的铅笔敲片。 3. 镜检: 先用低倍镜(×10)找到分裂相再用高倍镜(×40)观察。 七、实验结果及作业 1. 你能通过图5.2指出有丝分裂的4个时期:前期、中期、后期、末期吗, 2. 你通过显微镜所观察的大部分细胞处于哪一个时期, 3. 那些未受损的细胞核内可能会发现有很清晰的液泡状物体。这些液泡状物体是什么, 4. 与未作诱变处理的根尖细胞相比，你是否发现有更多的细胞处于分裂期, 5. 如果是，解释原因, 6. 你能区别染色体形态学特征吗, 7. 举个例子，你发现一些染色体是2个染色单体组成的吗, 8. 你能描出任一个染色体的着丝粒部位吗, 9. 你能数出每一个细胞里的染色体数目吗,你发现多倍体细胞了吗, 图5. 2 植物细胞有丝分裂 10. 哪一时期是最普遍的, 11. 哪些时期是基本看不到的,为什么, 13. 描绘你所观察到的洋葱或大蒜根尖染色体图像, 指出是哪一个时期。 14. 将多倍体植物的镜检观察结果列成一表，并分析记载结果。 参考文献 1.刘祖洞，江绍慧，1979，《遗传学》，人民教育出版社。 2.常协恒一郎等，1982，《植物遗传学实验法(日)》，共立出版株式会社。 3. D.J. Van den Have, 1879-1979, Plant breeding perspectives, Agnicultural Publishing and Documentation Wageningen.