植物多倍体细胞的诱发实验及多倍体细胞观察

一、教学目的

1．了解人工诱导多倍体的原理，初步掌握用秋水仙素诱发多倍体的方法。

2．了解植物多倍体细胞染色体加倍的特点。

二、实验原理

自然界各种 生物 的染色体数目是相对恒定的，这是物种的重要特征。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。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，这类生物细胞内染色体数目的变化是以染色体组为单位进行增减的，所以称作整倍体。

多倍体普遍存在于植物界，目前已知道被子植物中约有l／3或更多的物种是多倍体，除了自然发生的多倍体物种之外，还可采用高温、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、异生长素，富民农等，都可以诱发多倍体，其中以秋水仙素溶液效果最好，使用最为广泛。

秋水仙素溶液的主要作用是抑制细胞分裂时纺锤体的形成，使染色体向两极的移动被阻止，而停留在分裂中期的分布，这样细胞不能继续分裂，从而产生染色体数目加倍的核。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得到广泛的应用。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，制备根尖压片，然后检查细胞内的染色体数目，只有染色体数目加倍了，才能证明植株已诱变成为多倍体。

三、实验材料

玉米(2n＝20)，大麦(2n＝18)、水稻（2n＝24）的种子，或洋葱的鳞茎。

四、实验器具和药品

l．用具：

显微镜、载玻片、盖玻片、培养皿、镊子、刀片、滴管，吸水纸和测微尺。

2．药品：

0.1％和0.025％秋水仙素溶液，1mol／L HCl溶液 、改良苯酚品红溶液。

五．实验步骤

1． 先剪去洋葱的老根，然后置于盛满水的 烧杯 口上，等新长出的不定根长约1.5－2mm左右时，移到盛有0.01－0.1％浓度的秋水仙素中，直到根尖膨大为止。诱导后细胞为多倍体细胞。

也可以采用种子浸渍法。处理种子时，可先在—定浓度秋水仙素溶液中浸种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l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。所诱导种子长成的植株为多倍体植株。

蚕豆根尖端处理时，秋水仙素浓度比洋葱根尖高，在1％以上。

也可在植株的芽原基处进行处理，诱导芽变，形成多倍体枝条，再将其进行扦插以获得多倍体植株。

2．取下已膨大的根尖或幼芽，水洗后进行常规制片（固定，保存，水洗，酸解，水洗，制片，染色，压片等过程），染色时滴上一、二滴改良苯酚品红染液，10－15分钟以后压片。

3．观察多倍体细胞染色体的形态并统计其染色体数目。

六、注意事项

1. 秋水仙素处理时间应根据供试材料的细胞周期而定，当处理时间介于供试材料细胞周期的一倍到两倍之间时，可观察到细胞由二倍体变为四倍体，当处理时间多于供试材料细胞周期的两倍以上时，供试材料的细胞可从四倍体变为八倍体，因此，在培养多倍体细胞时，应注意用秋水仙素的处理时间；此外，秋水仙素的浓度对处理效果也有影响，应注意掌握。

2. 多倍体细胞中染色体的形态有两种，一种为一条染色体含有一条单体，另一种为一条染色体含有两条单体，应注意观察，并思考其形成原因。