植物多倍体的人工诱导

植物多倍体的人工诱导

一、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，这是物种的重要遗传学特征。

n：配子中的染色体数目，也指一个配子带有的全部基因，所以在不同的场合也称作基因组。

x：单倍体染色体数目；

单倍体：细胞核内含有一套完整染色体组；

染色体数目变化的途径有两种：基本染色体组（X）整倍的增减——整倍体；染色体组内个别染色体的增减——非整倍体。

在植物中，多倍化是形成物种的一种重要方式（二倍体在自然界中较普遍，几乎全部的动物和过半数的高等植物均是二倍体，多倍体在植物中广泛存在，在动物中较少见），新种可以通过同源多倍体的方式产生，也可通过异源多倍体的方式形成。

多倍体是 生物 以染色体组为单位成倍地增加或减少。如蜜蜂中的工蜂和蜂王的体细胞中有32条染色体，而雄蜂是由卵细胞直接发育而成，因此，雄蜂体细胞中的染色体是16。

对于二倍体生物来说，x＝n，对于多倍体生物来说，x≠n。

普通小麦的起源推测：两种野生二倍体小麦的杂种（AB）偶然经过自发地染色体加倍，形成了野生的四倍体小麦（AABB），经长期载培驯化形成了二粒小麦。二粒小麦和另一种野生的二倍体小麦杂交，杂种后代经偶然加倍形成了现代的6倍体普通小麦。

多倍体植物在形态上比二倍体植物个体大，叶片上的气孔也很大，容易辨认。多倍体的研究在育种中非常重要，可以改良作物的某些经济性状，还可利用多倍体克服远缘杂交过程中的障碍。

利用一些诱发因素可以人工诱导植物产生多倍体，包括物理因素，如温度的剧变，射线处理，嫁接和切断等，还有化学因素，如植物碱，植物生长激素，秋水仙素、茶嵌戊烷、异生长素、富民农等等。

秋水仙素作用是抑制细胞分裂(cell division)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，染色体数目加倍。如果用秋水仙素处理根尖，则在根尖分生区内可以检测到大量染色体加倍的细胞，如处理植物幼苗的芽，则可以得到染色体加倍的植株。

二、实验内容：

1、 大蒜幼根的培养：提前3~5天进行培养，将大蒜瓣剥去外边膜质枯皮，下端可见许多微微凸起的根原体，将蒜瓣架在烧杯（大小与蒜瓣适宜）口上，杯中盛满清水，使蒜瓣的下部浸入水中，置温暖处，注意每天换水，经3~5天后，即可长出嫩根。

2、 秋水仙素处理：根长2-3cm时，剪下根尖约1cm，用水洗净。吸干水，浸入0.02％的秋水仙素中，25℃处理24h。

3、 根尖的观察及固定： 取膨大如鼓棰的根尖，用甲醛：冰醋酸（3：1）固定液固定6h后弃去固定液；

4、 根尖处理及压片：弃去固定液，用清水漂洗2-3次，加入60℃预热的1M盐酸，于60℃ 水浴 锅中解离10min，弃去盐酸，漂洗根尖2-3次，彻底洗净盐酸。

置载玻片上用解剖针压散根尖组织，用石炭酸品红染色5分钟后盖上盖玻片，用橡皮擦在盖玻片上轻轻压一下，使细胞均匀散开成一单细胞薄层，用吸水纸吸去溢出的染液，即可放在显微镜下观察。

三、理论补充：

1、 自然界中，多倍体在裸子植物中占物种的13%，在单子叶植物中占42.8%,在双子叶植物中占68.6%,即显花植物中约有一半的物种是通过多倍体途径形成的次生种。

2、 秋水仙素处理后，看到根尖膨大如鼓棰，即可判断洋葱根尖分生区的细胞中染色体可能加倍；

3、 固定是借助于物理方法或化学药物的作用，迅速渗入组织和细胞将之杀死，使其形态结构和内含物尽可能保持生活时的完整和真实状态。

4、 视野中大量细胞为有丝分裂间期细胞，其特点为核膜核仁明显，核质呈均匀状态。移动载玻片，先低倍后高倍，可观察到有丝分裂各个时期的细胞，尤其是中期和后期的细胞，染色体的形态和数目清晰可见。

5、 ①秋水仙素为剧毒，使用时要特别小心，切勿使药液进入眼内或口中。②该药品价格昂贵，要节约使用，可将用过的秋水仙素溶液收集在棕色的瓶中密封，低温保存，以备再用。③由于秋水仙素是剧毒，使用时，秋水仙素溶液浓度不能过大，否则会杀死细胞，0.2%左右的浓度诱导效果最好。

6、 有丝分裂各个时期总结为：“间期复制，前期三体，中期上道，后期加倍，末期反前”。

“间期 复制 ”是指，间期的染色体要进行复制，包括DNA的复制和相关蛋白质的合成。但此时的染色体是丝状的，又叫染色质。间期也可叫染色单体产生的时期。染色体复制后的二条染色体，因为共一个着丝点，只能叫包含有二条染色单体的一条染色体，间期的细胞核明显，有核膜和核仁。

“前期 三体 ”是指，出现染色体，出现纺锤体，核膜核仁解体。出现染色体是细胞中最明显的变化，这里的出现染色体是指染色体由染色质形态变成染色体形态（高度螺旋化，缩短变粗），而在光学显微镜下可见。

前期的这些变化有利于染色体的平均分配。纺锤丝的出现，有利于将染色体拉向两极。核膜核仁的解体，也是与母细胞内物质的分配以及整体分开和新细胞结构的重建相适应的。

“中期 上道 ”是指，细胞中染色体的着丝点在纺锤丝的牵引下有规律地排列在赤道板上。此期细胞中染色体在光镜下最清晰。纺锤丝也最明显，是染色体计数的最佳时期。

“后期 加倍 ”是指，染色体的着丝点分裂，连在一起的姐妹染色单体分开，在纺锤丝的牵引下移到细胞的两极，使两极获得形态和数目相同的染色体。此时细胞内染色体的数目倍增。

“末期反前”是指，末期细胞中的许多变化与前期相反。例如，末期染色体形态重新变成染色质形态，末期纺锤体消失，末期重新出现核膜、核仁。当然，也不能完全理解为相反。对植物细胞来说，末期在赤道板位置会出现细胞板，进一步出现细胞壁(cell wall)等。

7、 秋水仙素的作用是抑制纺锤丝的形成，使细胞有丝分裂中期纺锤丝断裂或纺锤体的形成受到抑制，在有丝分裂后期染色体不能移向两极，细胞加大而不分裂，着丝粒分裂后的染色体仍在一个细胞中，故细胞中的染色体数目加倍。

8、 基因突变通常是DNA复制过程中发生差错所致。而DNA的复制发生在间期，所以秋水仙素诱发基因突变作用于间期。顺便指出：还有二个例子需要记住，一是用化学药剂抑制癌细胞分裂(cell division)所作用的也是间期。因为DNA复制被抑制意味着细胞也不能分裂。

二是，对于同一细胞来说，由于间期大大长于分裂期，所以在光镜下，处在间期的细胞也最多。

9、 秋水仙素作用下，细胞中的染色体数目加倍，可以是增加一倍（2n＝4x＝32），也可以是增加三倍（2n＝8x＝64）。

10、细胞核内染色体组加倍以后，常带来一些形态和生理上的变化，如巨大性，抗逆性增强等。一般多倍体细胞的体积，气孔保卫细胞都比二倍体大，叶子、果实、花和种子的大小也随加倍而递增。

从内部代谢来看，由于基因剂量加大，一些生理生化过程也随之加强，某些代谢物的产量比二倍体增多，如大麦同源四倍体种子蛋白质含量比二倍体提高10-12%，玉米同源四倍体籽粒内拟胡萝卜素含量比二倍体原种增加43%，胡萝卜糖含量增加10—20%，欧洲巨型山杨生长量增加一倍等。

这些改变都与基因剂量有关。多倍体的产生多出现在分布区的一些边缘地带，多在气候条件恶劣的地区，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，而十四倍体生长在极地。由于多倍体植物带有巨大性，不育性、代谢物增多和抗递性加强等特点，给生产、生活带来了很大的经济价值。