全 文 ：＊通讯作者
收稿日期:2004-08-19;修回日期:2004-11-30
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30160056)
作者简介:张秀丽(1977—),女 ,硕士研究生 ,主要从事植物遗传育种研究工作.
山丹新麦草多倍体诱导的初步研究
张秀丽1 ,侯建华1 ,云锦凤2＊ ,米福贵2 ,张利军3
(1.内蒙古农业大学农学院 , 内蒙古　呼和浩特　010019;
2.内蒙古农业大学生态环境学院 ,内蒙古　呼和浩特　010019;
3.中国农业科学院草原研究所 , 内蒙古　呼和浩特　010010)
　　摘要:用 0.2%的秋水仙素分不同处理时间对二倍体新麦草萌动种子进行了染色体加倍 ,并对
加倍后的植株在幼苗分蘖期进行了细胞学和形态的研究。结果表明:在室温用 0.2%秋水仙素溶液
处理 3～ 5h ,诱导加倍的成功率最高 , 加倍植株均为二倍体和四倍体的混倍体;混倍体植株叶片气孔
保卫细胞的长度均高于未加倍的二倍体植株。
　　关键词:新麦草;秋水仙素;染色体加倍
　　中图分类号:S543　　文献标识码:A　　文章编号:1000-6311(2005)01-0034-05
Chromosome Doubling Induction of Psathyrostachys perennis Keng cv.Shandan.
ZHANG Xiu_li1 , HOU Jian_hua1 , YUN Jin_feng 2 , M I Fu_gui2 , Zhang Li_jun3(1.
Agronomy College , Inner Mongolia Agricultural University , Hohhot ,010019 , China;
2.College of Ecology and Env ironmental Science , Inner Mongolia Agricultural
Universi ty , Hohhot ,010019 , China;3.Grassland Research Insti tute of Chinese Academy
Agricultural Sciences , Hohhot ,010010 , China):Grassland of China , No.1 , 2005 , pp.
34 ～ 38.
Abstract:The chromosomes of Psathyrostachys perennis Keng.cv.Shandan(diploid)were
doubled using 0.2% colchicines t reatment w ith germinating seeds in dif ferent treatment
time.The chromosome doubled plants were studied on aspects of cy tology and morphology
at thei r tillering stage.The results were as follow s:most effective inducing w ay w as 3 ～ 5
hours to t reat wi th 0.2%colchicines solution at room temperature fo r 3 ～ 5 hours.All
seedling s w ith doubled chromosome numbers were mixoploids including diploids(2n=14)
and tetraploids(2n=28).The leaves stoma of defending cells of mixoploids w ere longer
than that of the diploids.
Key words:Psathyrostachys perennis ;Colchicines;Chromosome doubling
—34—
第 27卷　第 1期　　　　　　　　　　　　中　国　草　地　　　　　　　　　　　　2005 年 1 月
Vol.27　No.1 　 　　　　　　　　　　　Grassland of China　　　　　　　　 　　　　Jan .2005
　　普通二倍体的多年生牧草特别适合于用
诱导多倍体的方法改良 ,诱导成功的多倍体具
有茎粗 、植株高大 、叶片宽而厚的特点。而牧
草是以营养体为主要利用对象。再者 ,在自然
界多年生牧草多倍体存在的频率高 ,所以易于
诱导成 功。山丹新 麦草 (Psathyrostachys
perennis Keng.cv.shandan.)为小麦族多年生禾
草中唯一的二倍体(2n=14),属下繁草 ,耐践
踏 、耐牧 ,其营养生长期长 ,再生性也较强 ,是
良好的耐旱放牧型禾草 ,也是一种值得研究的
改良干旱草地和培育抗旱牧草品种的材料。
其不足之处为叶量少 ,种子较小。通过多倍体
育种可以提高其茎叶产量 ,增大种子体积 ,改
善品质和适口性。本实验的目的是探讨利用
秋水仙素人工加倍新麦草染色体的技术 ,为培
育新品种提供基础研究资料。
1　材料与方法
1.1　试验材料
供试山丹新麦草(2n=14)来源于中国农
业大学 。
1.2　试验方法
1.2.1　萌动种子的处理
首先将种子用 0.1%的氯化汞浸泡
15min ,用清水洗净后放入培养皿中 ,置 25℃
黑暗的发芽箱内发芽 ,经 2 ～ 3d种子刚刚萌发
(即胚根刚刚露出白尖)时取出 , 在浓度为
0.2%秋水仙素溶液中[ 1]分别浸渍 1h 、2h 、3h 、
4h 、5h 、6h 、7h 、8h ,以清水浸渍种子为对照。
1.2.2　幼苗培育
将处理后的种子用流水冲洗 4h ,种植在
育苗钵内进行沙基培养 ,待两叶一心时移栽
到沙土中 ,适量浇水 ,以保证幼苗的生长 ,同
时进行观察[ 2] 。
1.3　观测项目
1.3.1　变异率
从形态上仔细观察秋水仙素处理后种子的
胚根和胚芽的变异情况 ,然后计算其变异率。
某处理时间的平均变异率=
该处理时间下的形态变异种子总和
该处理时间下的供试种子总和 ×100%
1.3.2　成苗率
观察植株的成苗情况 ,计算其成苗率。
某处理时间的平均成苗率=
该处理时间下的成苗株数总和
该处理时间下的种植种子总和×100%
1.3.3　细胞学鉴定
当土培幼苗开始分孽时 ,取出整个植株 ,
将根系洗净。从根系中取出新鲜 、光滑 、白色
透明的长度约1.5cm的根尖 ,放入冰水中处理
24h ,然后用卡诺固定液固定 22 ～ 24h , 1NHCl
解离 8min后用石碳酸品红溶液染色 、压片 ,观
察统计不同根尖细胞的染色体数目 ,将分散相
好的片子用 Olympus显微镜照相[ 3～ 7] 。
1.3.4　幼苗形态及保卫细胞长度鉴定
当土培幼苗进入分孽期后 ,测量其株高
(绝对高度)、叶片长度 、叶片宽度。后将心叶
下第二叶叶片放在洁净的载玻片上 ,叶片的
下表皮向上 ,用刀片将叶片的下表皮和叶肉
细胞轻轻刮去 ,仅留下一层薄而透明的上表
皮 ,用装有目镜测微尺的 Olympus显微镜观
察 、测量 ,并计算气孔保卫细胞长度[ 8] 。
2　结果与分析
2.1　秋水仙素处理后种苗的变异表现
秋水仙素处理后幼苗的变异表现为胚芽
鞘膨大 ,呈棒状 ,幼根尖端肿大呈鼓锤状或圆
球状(见图 1)。
2.2　时间因素对诱导多倍体的影响
从表 1看出 ,在 0.2%的秋水仙素处理
下 ,随着处理时间的延长幼苗的变异率逐渐
增加 ,成苗率逐渐下降。在 3h 、4h 、5h 的处
理时间下 , 幼苗的变异率分别是 85.1%、
93.7%和 94.4%,成苗率也相对较高 ,分别
达到 68%、58.3%和 66.7%。这说明在 3 ～
5h的处理时间下诱导的成功率较高 ,同时对
幼苗的损伤率较小 。
—35—
张秀丽　侯建华　云锦凤　米福贵　张利军　山丹新麦草多倍体诱导的初步研究
图 1　秋水仙素处理后种苗的变异
表 1　秋水仙素处理后幼苗的变异率和成苗率
处理时间(h) 变异率(%) 成苗率(%)
　　0(ck) 0 74.7
1 56.6 71.7
2 82.7 70.8
3 85.1 68.0
4 93.7 58.3
5 94.4 56.7
6 97.2 50.0
7 98.0 40.0
8 100 29.8
2.3　染色体倍数鉴定
山丹新麦草根尖细胞染色体数目均为
14 ,即为二倍体 。0.2%的秋水仙素不同处理
时间下的根尖染色体数目的镜检结果表明 ,
处理后的植株在同一植株的根尖细胞中二倍
体与四倍体共存 ,均为混倍体植株(图 2 、图
3)。并且由于处理时间的不同 ,二倍体和四
倍体所占的比例也不一样 ,说明对于诱导新
麦草多倍体来说处理时间是非常重要的 。
图 2　二倍体新麦草体细胞有丝分裂中期(2n=14)
图 3　四倍体新麦草体细胞有丝分裂中期(2n=28)
2.4　气孔保卫细胞长度鉴定
诱变成功的多倍体 ,气孔保卫细胞长度
增大 ,特别是玉米比较明显 ,一般比普通二倍
体大出 50%到一倍左右[ 9] 。我们的实验结
果表明:不同时间处理后得到的加倍混倍体
—36—
中国草地　2005 年　第 27卷　第 1期
植株叶片气孔保卫细胞长度明显增大 , ck为
70×2.6μm , 1h 、2h 、3h 、4h 、5h 、6h 、7h 和 8h
分别为 76×2.6μm 、77 ×2.6μm 、82 ×2.6
μm 、86×2.6μm 、77×2.6μm 、82×2.6μm 、74
×2.6μm 和 77×2.6μm 。我们认为 ,利用叶
片气孔保卫细胞长度可以鉴别加倍植株 。
2.5　秋水仙素不同时间处理后种苗的生长
表现
从秋水仙素加倍处理后的株高 、叶片长
及叶片宽的指标看(表 2),叶长 、叶宽除 1h
处理外 ,其余的均大于未加倍的植株(ck);而
株高只有 1h处理的明显低于未加倍植株 ,其
余时间处理的株高都明显大于未加倍植株。
这与其他人的研究结果不相一致 ,这可能是
我们测定的株高 、叶片长和叶片宽是幼苗分
蘖期 ,反映的只是加倍的混倍体植株幼苗期
的生长情况。
表 2　秋水仙素处理后幼苗的生长状况
处理时间(h) 株高(cm) 叶片宽(mm)叶片宽(cm)
　　0(ck) 17.04 3.70 16.05
1 12.03 3.00 10.88
2 18.66 3.90 17.19
3 22.97 4.00 21.03
4 29.96 4.50 28.57
5 23.74 4.20 21.84
6 20.10 3.00 17.15
7 24.50 4.10 22.33
8 20.45 3.80 19.95
3　讨论与结论
3.1　植物自然突变成四倍体的频率极低 ,一
般用人工加倍获得最常用的是秋水仙素处理
生长点或种子 ,加倍效果只在 23%左右 ,且
易发生嵌合体的二倍体复原等 。我们的实验
结果表明:用秋水仙素处理山丹新麦草萌动
种子 ,获得加倍植株均为二倍体和四倍体的
混倍体。前人用秋水仙素处理菘蓝 、石刁柏 、
黑麦 、水稻 、葡萄 、辣椒 、当归等种子或愈伤组
织获得的也均为二倍体和四倍体的混倍体植
株[ 10 ～ 16] ,说明在加倍过程中只是部分细胞
得到了加倍。在嵌合体植株生长过程中 ,一
般二倍体细胞具有竞争优势 ,使四倍体细胞
被逐步淘汰 ,这可能是造成加倍不易成功的
主要原因。随着组织培养技术的发展 ,组织
培养加倍法使加倍效率大大提高 ,在水稻上
诱导率高达 50%以上[ 17] ,这为植物多倍体
的诱导提供了一条新的有效途径。
3.2　陈新民(1998)认为 ,加倍实验所采用的
秋水仙素浓度对植物材料并不存在阈值 ,而
处理时间是一个敏感因素[ 18] 。从本次实验
看 ,处理时间对秋水仙素诱导山丹新麦草加
倍有显著的影响。我们认为 ,在室温和0.2%
秋水仙素溶液下 ,其最适宜的处理时间为 3
～ 5h 。
3.3　植物经秋水仙素处理后 ,是否已变成多
倍体还需进行鉴定 。常用的方法主要有直接
法和间接法:直接法就是镜检染色体的倍数
法 ,该方法是鉴定诱变材料的最可靠方法 ,但
仍有一定的局限性 ,如剪根尖易影响植株的
成活率 ,使宝贵的加倍材料夭折 ,而且每粒种
子发芽后只能剪 1 ～ 2个根尖压片 ,由于制片
技术的限制 ,通过 1 ～ 2次压片观察往往不易
得到清晰可数的分裂相;间接法主要是通过
形态特征(如叶片变大变厚 ,叶色深绿 ,花器
增大 ,结实率降低等)、测验杂交(根据多倍体
与普通二倍体互相授粉不结实的特性进行鉴
定)及叶片气孔长度或气孔保卫细胞长度来
鉴定加倍植株 ,该法直观简便 ,且不影响加倍
植株的成活率 。我们的实验结果表明 , 秋水
仙素加倍后的混倍体植株叶片气孔保卫细胞
的长度明显大于未加倍的二倍体植株。由此
认为 ,利用新麦草叶片气孔保卫细胞的长度
可以鉴别染色体加倍植株 。
—37—
张秀丽　侯建华　云锦凤　米福贵　张利军　山丹新麦草多倍体诱导的初步研究
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《中国草地》获第四届全国优秀农业期刊奖
农业期刊是繁荣农业学术思想 、推动农业科技进步 、传播科技致富信息 、促进农村精神文明建设的生力
军。为了不断提高我国农业期刊的办刊水平 ,在全行业树立起质量意识和品牌意识 , 促进农业期刊从数量型
向质量效益型转变 ,鼓舞广大农业期刊工作者的士气 ,激发他们爱岗敬业的精神 , 由中国农学会和中国期刊协
会农业期刊分会组织的“第四届全国优秀农业期刊和优秀期刊工作者暨首届全国农业期刊主编金犁奖”评选
活动已告结束 ,结果揭晓。经专家评审委员会评审 , 全国共有 124 种期刊获得了“全国优秀农业期刊奖” , 其中
特等奖 2 种 ,一等奖 38 种 ,二等奖 62种 ,三等奖 22种;“第四届全国优秀农业期刊工作者奖”和“首届全国农
业期刊主编金犁奖”各有 79 位同志获得。全国优秀农业期刊奖是我国农业期刊界最高的行业奖项 ,《中国草
地》继 1996年 、2002 年先后获得“全国农口学会优秀期刊奖”和“第三届全国优秀农业期刊奖”后 , 此次又获得
了“第四届全国优秀农业期刊奖” ,刘天明同志则获得了“首届全国农业期刊主编金犁奖” 。这不仅是对本刊办
刊水平的肯定 ,更是对我们今后工作的一种鞭策与鼓励 ,我们将再接再厉 ,不断提高期刊质量 , 努力办成全国
的精品期刊 、名牌期刊 , 不断繁荣草业科学 ,发展我国的草学期刊事业 ,为我国草业和国民经济发展做出更大
贡献。 (刘天明)
—38—
中国草地　2005 年　第 27卷　第 1期