二倍体与四倍体金银花减数分裂观察
2014-11-15王惠利赵晓明
王惠利 赵晓明
摘要：通过观察二倍体与同源四倍体金银花花粉母细胞减数分裂过程发现：与二倍体相比，同源四倍体减数分裂过程较复杂，双线期各细胞母细胞中出现单价体、二价体、三价体、四价体和多价体等多种情况，但主要以四价体（Ⅳ）和2个二价体（Ⅱ+Ⅱ）的形式联会；中期Ⅰ、中期Ⅱ出现游离染色体；后期Ⅰ、后期Ⅱ出现落后染色体和不均等分离等现象，但同源四倍体的染色体分离主要是2/2式的均衡分离；末期Ⅱ出现四分体。
关键词：金银花；二倍体；同源四倍体；花粉母细胞；减数分裂
中图分类号： S567.7+90.1文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）09-0211-03
收稿日期：2013-12-10
作者简介：王惠利（1977—），女，山西运城人，硕士，讲师，主要从事作物遗传育种的研究工作。E-mail：wanghuili927@163.com。多倍体植物在自然界中是普遍存在的，由于其在生理上较二倍体有更强的适应性，在遗传上有较大的可塑性，使得育种学家自20世纪30年代开始就热衷于多倍体诱导育种的研究[1]。最近几年我国学者对多倍体药用植物也进行了研究报道[2-4]。多倍体药用植物含有更高的药用成分，从而其品质较高。此外，多倍体药用植物的抗逆性、适应性较其二倍体都大大增强，体现了药用植物育种的巨大意义。本试验从细胞学的角度来验证四倍体金银花的染色体数目较二倍体增加1倍，并且在减数分裂过程中出现四价体，即联会成2n=36=9Ⅳ，证明多倍体诱变成功。
1材料与方法
1.1试验材料
金银花二倍体（2n=2x=18）及其同源四倍体（2n=4x=36）。其同源四倍体由山西农业大学天然药用植物研究所用秋水仙素诱导二倍体经染色体加倍获得。
1.2试验方法
在盛花期，于晴天上午不同时间（09：00、09：30、10：00、10：30）摘取金银花花蕾（不同花蕾直径大小都作了尝试），将花蕾用卡诺固定液（无水乙醇 ∶冰乙酸=3 ∶1）固定24 h，转入70%乙醇中于4 ℃冰箱中保存待用。制片时，从70%乙醇中取出花蕾，用镊子掰开，夹取花药于载玻片上，同时滴1小滴70%乙醇于花药上，防止花药干瘪。用解剖针快速将花药纵向一分为二，再轻轻挤压出花粉母细胞，然后用镊子将载玻片上肉眼可见的花药残渣去除，操作时镊子必须直尖。用卡宝品红染色并压片[5]。火烤（以不沸腾为原则）以便分色良好，然后立即用滤纸卡住，用大拇指重压并用Olympus-BX51显微镜观察，将好的片子光学树胶封片并摄影。
2结果与分析
2.1减数分裂时期观察
经过多次尝试，于不同时间对不同花蕾大小取材、固定、制片，发现09：30—10：30之间取材最好。二倍体的减数分裂行为基本正常，而且表现出一定同步性，同一花蕾中基本以一个时期为主，部分细胞前后相差1～2个时期，且发现金银花花蕾直径大小与花粉母细胞减数分裂各期之间有一定关系（花蕾直径在2.0～4.5 mm时为减数分裂期）（表1）。
2.2二倍体金银花花粉母细胞减数分裂染色体行为观察
减数分裂包括2次连续发生的核分裂，分别称为减数分裂第1次分裂（减数分裂Ⅰ）和减数分裂第2次分裂（减数分裂Ⅱ）[6]。下面分别就每一个分裂相做出相应的解释与分析。
2.2.1减数分裂Ⅰ前期Ⅰ可分为以下5个时期：（1）细线期：这是减数分裂开始的时期，染色体由染色质状态浓缩为细而长的细线状，只在局部区段可见染色粒，可观察到花束状结构（图1-1）。
（2）偶线期：各对同源染色体开始配对，二价体形成。染色体増粗并松散开来，有时可见尚未联会的染色体片段（图1-2）。
（3）粗线期：染色体明显缩短变粗，染色较深。二价体逐渐缩短加粗，此时的二价体实际包含了4条染色单体，也称四合体。联会的2条同源染色体结合很紧密，以致界限不易分清，此期同源染色体非姊妹染色单体之间发生交换（图1-3）。
（4）双线期：配对的同源染色体分离，有交叉现象，有的形成麻花状，有些部位连在一起，染色体呈高度螺旋化（图1-4）。
（5）终变期：交叉向两端移动，二价体高度浓缩，中间交叉数目减少，核膜开始解体，染色体缩短呈点状，较均匀地分布在细胞内，可见二价体呈“X”、“O”、“V”形态，分散于核中（图1-5）。
中期Ⅰ：染色体整齐排列于赤道板上，每对同源染色体的2个着丝点分别向着相对的一极，细胞质里纺锤体形成（图1-6）。
后期Ⅰ：在纺锤丝的牵引下，同源染色体按9/9均等分开，移向两极。染色体的形态不规则，但更为浓缩，染色很深。每条染色体具有2个姐妹染色单体，染色体数目减半（图1-7）。
末期Ⅰ：染色体解螺旋，变成细丝状，染色变浅，核膜重新形成，胞质分裂为二分体（图1-8）。
2.2.2减数分裂Ⅱ中期Ⅱ：每个染色体的着丝点整齐地排列在赤道板上，着丝点开始分裂（图1-9）。
2.3金银花同源四倍体花粉孢母细胞减数分裂染色体行为观察
由图1可以看出，四倍体花粉母细胞减数分裂过程与其二倍体基本相同，但四倍体的减数分裂过程较复杂，具体有以下特点。
3讨论与结论
观察发现，二倍体金银花花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ都为9个二价体，而同源四倍体则表现复杂，有多价体、四价体、三价体、二价体和单价体多种形式。四倍体金银花这种复杂的配对构型势必比二倍体产生更多的落后染色体及染色体不均等分离等异常情况。落后染色体向两极的移动速度较慢，最终形成微核[7]或消失在细胞质中，其结果是导致四倍体金银花四分体时期各分体基本遗传物质的不平衡和丢失，使其不能发育为正常的花粉粒而败育。因此，四倍体金银花的遗传稳定性比二倍体金银花差，二倍体化是提高同源四倍体结实率的有效途径[8]。染色体次级联会经常在多倍体中观察到，次级联会形成多价体是多倍体的特点之一[9-10]。endprint
从形态上看，多倍体具有巨大性、抗旱性、耐寒冷和次生代谢物增加等特点[11]，具有很强的选择优势。同源多倍体在近期遗传效应来看，有使个体形态变化减少的趋势。但从长
远来看，多倍体使作物遗传储备资源增加，其另外增加的染色体组就像基因重复一样，具备了转变成新基因的潜在优势。对于金银花这种药用植物来说，四倍体金银花的选育成功对于提高产量和品质、满足市场需求、增加农民收入和扩大金银花的种质资源等都有重大意义。
参考文献：
[1]国信.“九丰一号”金银花通过鉴定[J]. 西南园艺，2005（6）：18.
[2]路易斯 W H. 多倍体在植物和动物中的地位[M]. 鲍文奎，译. 贵阳：贵州人民出版社，1984.
[3]陈素萍，王莉，宋清秀. 党参多倍体育种的研究[J]. 中草药，1991，22（5）：224-227.
[4]王 俐，郑思乡，顾志建.同源四倍体库拉索芦荟的离体培养[J]. 园艺学报，2002，29（2）：176-178.
[5]朱徵. 植物染色体及染色体技术[M]. 北京：科学出版社，1982：42-83.
[6]季道藩. 遗传学[M]. 2版，北京：中国农业出版社，1984.
[7]张仲鸣，苏都莫日根，李正理. 银杏小孢子中的微核形成及其在进化过程中的意义[J]. 植物学报，1997，39（2）：97-101.
[8]Ramsey J，Schemske D W. Neopolyploidy in flowering plants[J]. Annu Rev Ecol Syst，2002，33：589-639.
[9]蓝泽蘧，梁学礼. 遗传学实验原理和方法[M]. 成都：四川大学出版社，1990：183-184.
[10]庄东红. 石田雅士.柿树减数分裂和小孢子形成过程的观察[J]. 武汉植物学研究，2000，18（5）：356-358.
[11]艾建国，高山林. 丹参同源四倍体的诱导、鉴定及有效成分的含量测定[J]. 药物生物技术，2003，10（6）：372-376.何荆洲，卜朝阳，黄昌艳，等. 金线莲的结实特性和无菌播种培养[J]. 江苏农业科学，2014，42（9）：214-217.endprint
从形态上看，多倍体具有巨大性、抗旱性、耐寒冷和次生代谢物增加等特点[11]，具有很强的选择优势。同源多倍体在近期遗传效应来看，有使个体形态变化减少的趋势。但从长
远来看，多倍体使作物遗传储备资源增加，其另外增加的染色体组就像基因重复一样，具备了转变成新基因的潜在优势。对于金银花这种药用植物来说，四倍体金银花的选育成功对于提高产量和品质、满足市场需求、增加农民收入和扩大金银花的种质资源等都有重大意义。
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从形态上看，多倍体具有巨大性、抗旱性、耐寒冷和次生代谢物增加等特点[11]，具有很强的选择优势。同源多倍体在近期遗传效应来看，有使个体形态变化减少的趋势。但从长
远来看，多倍体使作物遗传储备资源增加，其另外增加的染色体组就像基因重复一样，具备了转变成新基因的潜在优势。对于金银花这种药用植物来说，四倍体金银花的选育成功对于提高产量和品质、满足市场需求、增加农民收入和扩大金银花的种质资源等都有重大意义。
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