植物多倍体的诱发及鉴定

龙源期刊网

浅谈植物多倍体鉴定方法

作者：鲁文英

来源：《科技视界》2016年第16期

【摘 要】多倍体育种作为一种重要的育种手段，目前已被广泛应用，其中倍性鉴定是多倍体育种的一个重要环节，快速、准确地进行倍性鉴定对加速育种进程有重要的意义。本文概括了目前最常用的几种多倍体鉴定方法，并对各自优缺点进行简要比较。

【关键词】植物；多倍体；鉴定

多倍体植物通常具有生物产量高、适应性强、抗逆性强、有效成分含量高等特征，然而仅靠染色体自然加倍很难满足现代植物育种的需要。为此，人为通过物理方法、化学方法、生物学方法等途径使植物细胞染色体组加倍，获得多倍体材料，用以选育符合人们需要的优良品种，是近年来植物育种研究的一个热点。目前，育种学家已在150属的若干种上进行了研究，并已诱导出许多多倍体。

一批二倍体材料经处理后，其中一些材料的染色体加倍成为多倍体，一些未能加倍依然为二倍体，还有一些为混倍体，因此，准确地辨认多倍体并将其挑选出来，是多倍体育种的一个重要环节。目前常用的鉴定方法主要有以下几种：

1 植株形态学鉴定

随着细胞染色体倍性的增加，植物细胞和各器官体积一般趋于增大，表现出茎杆粗壮，叶色变深，叶片变厚，生长缓慢，多倍体的花、果实一般均比二倍体的大，而且花瓣肥厚，花色较鲜艳。因此，巨型性是多倍体植物最为显著的外部形态特征。

苹果多倍体植株外观具有茎矮、粗壮、节间短、叶宽圆、叶片厚、叶色浓绿、叶脉突起等形态特征[1]。颖长可以作为水稻染色体倍数的又一指标，水稻单倍体与二倍体的颖长一般以5.6㎜为界，二倍体与三倍体的颖长以7.8㎜为界[2]。黄瓜单倍体与双单倍体雌、雄花花冠具有明显区别：单倍体花冠深裂，而双单倍体花冠浅裂，可以作为区别单倍体和双单倍体植株的标志，单倍体能结果，但果形多异常，无正常种子，多空瘪籽，双单倍体种子饱满[3]。

山东大学遗传学实验

多倍体诱发及细胞学鉴定

摘要

多倍体普遍存在于自然界，它们较之于一般二倍体有粒大，穗长、抗病性强等特点。如今多倍体巳成功地应用于植物育种中。其中最常见的人工诱导多倍体的方法是利用秋水仙素。本次实验我们要掌握人工诱导多倍体植物的方法和技术，并用苯酚品红对根尖细胞进行染色来分析染色体，观察多倍体的特点。

前言

生物体的细胞核中都有相对稳定的染色体数目，这是物种的基本特征之一 。这些染色体组成染色体组，或称基因组。用n表示。多倍体是指细胞中具有3个或3个以上染色体组的细胞或个体, 多倍体可以分为同源多倍体和异源多倍体。多倍体植物的特性有巨大性、可孕性低、适应性强、有机合成速率增加、克服远缘杂交的不结实性等。

秋水仙素是诱导多倍体的最有效的方法之一。它在细胞分裂时抑制纺锤体的形成，抑制细胞板的形成，并且无残效。染色体加倍的细胞继续分裂，就形成多倍性的组织．由多倍性组织分化产生的性细胞，可通过有性繁殖方法把多倍体繁殖下去。如果将种子用秋水仙素浸渍，也可诱导多倍体植株产生。

多倍体的鉴定方法有很多，这里用直接鉴定法，直接检查花粉母细胞或根尖细胞内的染色体数目。

材料与方法

材料

器具：显微镜、载玻片、盖玻片、离心管、镊子、刀片、吸水纸、记号笔、水浴锅、解剖针

试剂：1MHCl、苯酚品红、蒸馏水

方法

1. 取材：取大蒜（洋葱、蚕豆、小麦等）发根至0.5-1cm，然后转入盛有0.15%秋水仙素水溶液的培养皿中继续培养24小时，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。（一般植物生长周期17-18小时，）

2. 固定：在卡诺固定液中固定24小时，移至70%乙醇中保存或备用。

3.解离：植物的分生组织如根尖、茎尖等需要经过处理以便除去细胞之间的果胶层并使细胞壁软化，经解离的组织才能使压片步骤顺利进行。解离常用酸解法和酶解法。

酸解法：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。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。然后水洗3次。

实验二十一 多倍体的人工诱发和鉴定

【实验目的】

1、通过实验掌握诱导植物多倍体的方法和技术，观察多倍体的特点及染色体加倍后的细胞学表现；

2、学习植物材料的固定方法和常规压片技术；

3、利用染色体分析的方法对多倍体的细胞做出准确判断。

【实验原理】

各种生物细胞中的染色体数目一般是恒定的，在自然因素和人工诱变因素（物理的、化学的）作用下，生物体细胞中的染色体数目也会发生变异，从而导致生物性状、育性、生活力等一系列改变。

多倍体是指具有了三套或三套以上完整染色体组的个体，分为三类。

同源多倍体（autoploid）：是指增加的染色体组来自同一物种（如水稻的同源三倍体、同源四倍体等）。

异源多倍体：是指增加的染色体组来自不同的物种（如普通栽培小麦）。

同源异源多倍体；是指使异源多倍体的染色体数再加倍所得个体，如人工合成的八倍体小粒野生稻。

自然发生多倍体的概率很低，如水稻中发生同源三倍体的频率为1/50000~1/30000。利用一些诱发因素可以人工诱变植物产生多倍体，这些因素包括物理的温度剧变、机械损伤、各种射线处理等，还有化学因素，如植物碱、麻醉剂、植物生长激素等处理方法。其中，秋水仙素（colchicine）是诱导多倍体形成最为有效和常用的药品之一。它是从百合科植物秋水仙属秋水仙（Colchicum autumnale）的种子和鳞茎中提炼出来的一种植物碱，对植物种子、幼芽、花蕾、花粉、嫩枝等都可产生诱变作用，其分子式C22H25NO6。商品秋水仙素为淡黄色粉末，易溶于冷水、酒精、氯仿和甲醛，但在热水中溶解度较低，不易溶于苯和乙醚。毒性极强，可导致眼睛暂时失明及使中枢神经系统麻痹而导致呼吸困难。使用时要注意安全并需做好药品管理工作。

一般认为，秋水仙素的主要作用是抑制细胞分裂时纺锤体的形成，使染色体不能向两极移动而被阻止在中期，染色体数目加倍，当秋水仙素处理停止后，细胞继续分裂，就形成多倍体的组织。若多倍体组织分化产生的是性细胞，则所产生的配子也是多倍性的，因而可以通过有性生殖途径把多倍体特性遗传下去。例如植物育种中，人工诱导的三倍体西瓜、三倍体甜瓜、八倍体小黑麦等已在生产中应用。 多倍体主要存在于植物中，动物中多倍体极少，仅发现马蛔虫（Parascaris equorum）（2n=4）和金仓鼠（2n=4x=44）分别是同源多倍体和异源多倍体，这是动、植物的发育及繁殖方式不同所致。第一，动物不能进行营养繁殖，加倍的体细胞不能形成多倍体；器官分化及配子形成早，体细胞加倍后难以通过配子传给后代。第二，动物是雌雄异体，对染色体不平衡极为敏感，配子中染色体数目发生异常后，容易引起不育，因此多倍体物种在动物中十分罕见。

实验四 植物多倍体的人工诱发和鉴定（3学时）

一. 实验目的

1 了解人工诱导植物多倍体的原理、方法及其在植物育种上的意义.

2 鉴别诱导后染色体数目的变化.

二. 实验原理

自然界各种生物的染色体数目一般是相当稳定的,这是物种的重要特征.例如黑麦体细胞染色体为14条,配成7对.遗传学上把一个配子的染色体数,称为染色体组,用n表示.如黑麦体染色体组内包含7对染色体,它的基数Ｘ=7.一个染色体组内每个染色体的形态和功能各不相同,但又相互协调,共同控制生物的生长、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,亦用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则称为多倍体.如三倍体(3n)、四倍体(4n)、六倍体(6n)等,这类染色体数目的变化是以染色体组为单位的增减,所以称作整倍体.

按染色体组的来源,在整倍体中又可区分为同源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体物种之外,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.在诱发多倍体的方法中,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－秋水仙的种子及器官中提炼出来的一种生物碱,化学分子式为Ｃ22Ｈ25ＮＯ6,具有麻醉作用,对植物种子、幼芽、花蕾、划分和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,从而产生如同数目加倍的核.若染色体加倍的细胞继续分裂,就形成多倍性组织.有多倍性须知分化产生的性细胞,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.