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个，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。如玉米染色体组内包含10个染色体，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（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（Colchicumautumnale）的种子及器官中提炼出来的一种生物碱。化学分子式为C22H25NO6 H2O。具有麻醉作用，对植物种子、幼芽、花蕾、花粉、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。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，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
玉米（2n=20），或大麦（2n=18）、水稻（2n=24）的种子。
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。
四、实验器具和药品

2.药品：0.1％和0.025％秋水仙素溶液，1mol/LHCl溶液，改良石碳酸品红溶液（配方见实验二十八），碘化钾溶液。

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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，才能证明植株已诱变成四倍体。
六、实验步骤
（一）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。
（二）用自来水冲洗2—3次。
（三）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。
（四）置入20℃培养箱，培养发芽。
（五）48小时后取出幼苗。
（六）用自来水缓缓冲洗幼苗。
（七）把处理后的幼苗栽种在大田或盆钵内。
（八）同期播种未经处理的玉米种子作为对照。
（九）田间给以良好管理。
七、实验结果
鉴定多倍体植物
1.制作四倍体玉米、二倍体玉米根尖细胞压片，检查染色体数目（见实验二十八）。
2.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，放在载玻片的水滴里，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。
3.观察比较花粉粒的大小
（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）用滴管分别各取一滴花粉粒悬浮液，移到载玻片上。
（4）滴上碘化钾溶液，盖上盖玻片，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。
4.作业
（1）描绘四倍体玉米中期染色体图像。
（2）将镜检观察结果列成一表，并分析记载结果。