全 文 ：第30卷第 12期　　　　　　　 　西 南 大学 学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　2008年1 2月
Vol.30　No.12 Journal of Southw est Unive rsity (N atural Science Edi tion) Dec.　2008
文章编号:1673-9868(2008)12-0079-06
不同倍性白魔芋植株的
细胞学形态观察与核型分析＊
牛　义1 , 2 , 　张盛林1 , 2 , 　刘好霞1 , 2 , 3 ,
王启军1 , 2 , 　刘海利1 , 2
1.重庆高校魔芋资源利用工程研究中心 , 西南大学 园艺园林学院 , 重庆 400716;
2.重庆市蔬菜学重点实验室 , 重庆 400716;3.江苏省宿迁市宿城区区委办公室 , 江苏 宿迁 223800
摘要:采用种子浸泡法 、根状茎生长点滴液法和离体不定芽混培法 3 种途径诱导白魔芋四倍体植株 , 并对二倍体
和四倍体植株外部形态 、叶片气孔特征和核型进行分析比较.结果表明 , 与二倍体植株相比 , 四倍体植株叶片明显
变宽 、叶形指数变小 , 叶柄粗短 , 叶片下表皮气孔及其保卫细胞体积变大 、密度减小.植株外部形态特征变异和叶
片下表皮气孔密度变小等特征可作为鉴定变异材料的间接方法 , 四倍体和二倍体均为“ 2B”核型 , 可认为四倍体是
由二倍体经秋水仙素诱导直接加倍产生的同源四倍体.
关　键　词:白魔芋;多倍体;变异;形态;核型
中图分类号:S632.9;S335.1 文献标识码:A
白魔芋(Amorphophal lus albus Liu e t Chen)是刘佩瑛 、陈劲枫 1984年发现并命名的新种[ 1] , 为中国
的主栽种 , 它是葡甘聚糖型魔芋的品质最佳种 , 因此被广泛应用于食品 、医药 、化工 、印染等领域而成为我
国新兴的特种经济作物.遗憾的是白魔芋球茎生长个头小 , 单株产量不高[ 2-5] , 因此培育块茎大而重的新品
种就成为白魔芋育种的主要目标之一.根据同源多倍体的巨型性可以增加作物产量的特征 , 我们利用秋水
仙素对白魔芋进行多倍体诱导研究 , 首次获得了同源四倍体白魔芋植株[ 6] .在此基础上对白魔芋的二倍体
和四倍体植株的细胞形态与染色体核型进行分析比较 , 以期为魔芋多倍体育种奠定基础.
1　材料与方法
1.1　试验材料
以白魔芋种子 、根状茎和离体培养中 0.5 ～ 1.0 cm 长的健壮不定芽为供试材料.
1.2　试验方法
1.2.1　多倍体植株的诱导
活体条件下 , 采用0.2%～ 0.4%的秋水仙素溶液浸泡处理萌动种子 1 ～ 2 d , 滴液法处理根状茎顶芽
3 ～ 5 d , 处理结束后 , 播至蛭石中栽植.离体条件下 , 选取 0.5 ～ 1.0 cm 长的健壮不定芽 , 转入含 50 ～
100 mg/ L 秋水仙素的固体分化培养基中 , 混培处理 5 ～ 7 d , 然后转入不含秋水仙素的培养基中培养.对
3个处理群体中植株外部形态表现出变异的植株进行常规压片法根尖染色体鉴定 , 未经秋水仙素处理的对
照植株染色体数目为 2n=2x =26 , 四倍体植株的染色体数目为 2n=4x=52.
1.2.2　植株外部形态指标的测定
待植株完全展叶后 , 随机选取二倍体和四倍体植株 , 测定相同发育时期的小裂片长宽比 、叶柄长度和
粗度 , 并参照李雁鸣等[ 7] 的方法计算叶面积 , 以比较两者生长状况和形态发育的差异.具体做法是:每种
＊ 收稿日期:2008-06-17
基金项目:国家科技支撑计划资助项目(2007BAD73B04).
作者简介:牛　义(1974-), 男 , 山西大同人 , 助理研究员 , 博士研究生 , 主要从事魔芋生理生化与育种研究.
通讯作者:张盛林 , 研究员.
DOI :10.13718/j.cnki.xdzk.2008.12.022
类型随机选取 5株 , 用刻度尺测定所有小裂片的叶长 、叶宽和叶柄长度 , 叶柄长度为出土部位到叶片分叉
处的长度;用游标卡尺测量出土部位的叶柄粗度.
1.2.3　叶片气孔特征观察
在植株完全展叶时 , 分别从二倍体 、四倍体植株叶片上撕取下表皮 , 置于载玻片上 , 经蒸馏水铺平后 ,
加盖玻片 , 在目镜带测微尺(每小格 1.25μm)的普通显微镜下选 10个视野测定 10个气孔以及保卫细胞的
长度 、宽度(10x ×40x), 取 3个视野统计气孔密度(10x ×10x), 每个叶片重复 3 ～ 4次 , 对照和变异植株均
随机选取 3株 , 计算平均值.
1.2.4　细胞染色体观察
取二倍体和四倍体植株的幼嫩根尖 , 采用常规压片法制片 , 卡宝品红染色 , 加拿大树胶封片 , 观察细
胞形态结构.选取染色体分散良好 、着丝点清晰的细胞中期分裂相进行显微摄影 , 依据李懋学[ 8] 的植物核
型分析操作过程进行核型分析.染色体类型和核型分类分别按照 Levan 、 Stebbins的分类系统进行[ 9] .
2　结果与分析
2.1　植株外部形态特征的观察比较
与经秋水仙素处理后的植株二倍体植株相比 , 处理后的植株外部形态特征方面表现出一定程度的变
异 , 具体表现为出苗时间延后 、生长缓慢 、植株矮小 、叶片卷曲皱缩甚至严重畸形.与正常二倍体植株相比
较 , 四倍体植株最显著的形态特征为生长缓慢 、叶片增厚肥大 、叶柄粗壮.
表 1　白魔芋二倍体和四倍体植株外部形态特征比较
植株类型 倍性 叶长/cm
叶宽
/cm 叶形指数
叶面积
/ cm2
叶柄长度
/ cm
叶柄粗度
/ cm
种子形成
2x 2.67 0.99 2.71 8.40 8.90 0.220
4x 2.64 1.43 1.84 12.88 6.29 0.258
4x/2x 0.99 1.44 0.68 1.53 0.71 1.17
根状茎形成
2x 5.11 1.82 2.81 43.84 18.70 0.402
4x 6.20 2.98 2.08 77.64 17.40 0.426
4x/2x 1.21 1.64 0.74 1.77 0.93 1.06
组培苗不定芽
2x 2.02 0.80 2.52 5.28 6.53 0.202
4x 2.00 0.93 2.16 1.53 2.83 0.344
4x/2x 0.99 1.16 0.86 0.29 0.43 1.70
　　注:叶形指数为所有小裂片叶长 、 叶宽之比的平均值.
表 2　白魔芋二倍体和四倍体植株外部形态特征的差异显著性比较
项　　目
植　株　类　型
种子形成
倍性
2x 4x
根状茎形成
倍性
2x 4x
组培苗不定芽
倍性
2x 4x
叶长
/ cm 显著性
0.05 a b a b a a
0.01 A A A B A A
叶宽
/ cm 显著性
0.05 a b a b a b
0.01 A B A B A B
叶形指数 显著性 0.05 a b a b a b
0.01 A B A B A B
叶面积
/ cm2 显著性
0.05 a b a b a b
0.01 A B A B A B
叶柄长度
/ cm 显著性
0.05 a b a b a b
0.01 A B A B A B
叶柄粗度
/ cm 显著性
0.05 a b a b a b
0.01 A B A B A B
80 西南大学学报(自然科学版)　　　　　投稿网址 http://xbg jx t.sw u.cn　　　　　第 30卷
　　从表 1 、表 2可以看出 , 根状茎形成的四倍体植株叶片变长 , 与二倍体比较 , 差异达到极显著水平 , 种
子和不定芽形成的四倍体植株的叶长与二倍体植株的叶长接近 , 无明显区别 , 方差分析也说明 , 由种子形
成的四倍体植株的叶长与二倍体植株的叶长在 p=0.05水平上差异显著 , 在 p=0.01 水平上差异不显著.
组培苗不定芽形成的四倍体植株的叶长与二倍体植株的叶长相比均不显著.但所有四倍体植株的叶片均变
宽 , 种子 、根状茎和不定芽形成的四倍体叶片宽度分别为相应二倍体的 1.44 、1.64和1.16倍 , 而且差异极
显著 , 导致四倍体叶形指数 , 即长宽比均变小 , 分别为二倍体的 68%、 74%和 86%, 这种变化使得四倍体
叶形更趋近于圆形.活体条件下诱导形成的四倍体植株叶面积较二倍体明显增大 , 分别为二倍体的 1.53和
1.77倍 , 差异极显著;但离体条件下获得的四倍体植株叶面积变小 , 仅为二倍体的 29%, 这种变化的原因
可能是不定芽生长势较弱 , 受秋水仙素的毒害作用大 , 从而显著抑制叶片细胞数目的增多和体积的增
大 , 而植株恢复生长所需时间相对较长 , 因此叶片明显变小.同样 , 所有四倍体植株叶柄明显变短 、变
粗 , 差异极显著 , 尤以离体条件下获得的四倍体与二倍体的差异最为显著 , 叶柄长度和粗度分别为二倍
体的 43%和 170%.
2.2　叶片气孔特征观察
表 3　白魔芋二倍体和四倍体叶片气孔特征比较
倍性 保卫细胞长度/μm 宽度/μm 长度/宽度
气　　孔
长度/μm 宽度/μm 长度/宽度 气孔数/个
4x 33.57 13.50 2.49 16.43 6.79 2.42 41.14
2x 27.29 9.29 2.94 12.00 5.21 2.30 65.57
4x/2x 1.23 1.45 0.85 1.37 1.30 1.10 0.68
表 4　白魔芋二倍体和四倍体叶片气孔特征差异性比较
项　　目
倍　　　　性
保卫细胞长度
显著性
0.05 0.01
保卫细胞宽度
显著性
0.05 0.01
气孔长度
显著性
0.05 0.01
气孔宽度
显著性
0.05 0.01
气孔数(个)
显著性
0.05 0.01
2x a A a A a A a A a A
4x b B b B b B a A b B
　　由表 3可见 , 四倍体保卫细胞长度和宽度为 33.57 μm 、 13.50 μm , 分别为二倍体的 1.23和 1.45倍;
同样 , 四倍体植株气孔长度和宽度分别为 16.43μm和 6.79 μm , 分别为二倍体的 1.37和 1.30倍.在显微
镜中 10x×10x视野下可观察到 , 二倍体平均每个视野内有 65.57个气孔 , 而四倍体仅有 41.14个 , 四倍体
气孔密度仅为二倍体的 68%.表 4的结果说明 , 四倍体和二倍体在保卫细胞长度 、宽度和气孔长度 、密度
方面均达到了极显著差异 , 在气孔宽度方面则无显著差异.这些数据表明 , 二倍体白魔芋加倍后 , 单位叶
片上气孔密度大大降低 , 而气孔及保卫细胞表面积和体积都增大.从表 3与图 1 、 2可看出 , 四倍体与二倍
体相比 , 四倍体的气孔及其保卫细胞呈偏圆形 , 表现为长宽比变小 , 四倍体保卫细胞长宽比为 2.49 , 而二
倍体为 2.94;四倍体气孔长宽比为 2.42 , 二倍体为 2.30.在实验中还发现 , 白魔芋经加倍后保卫细胞内叶
绿体数目明显增加 , 这对于提高光合效率 , 降低光呼吸强度 , 进而提高光合产物的积累是大有帮助的.这
很好地解释了多倍体普遍表现出叶色变深的形态变异的原因.
图 1　二倍体(左)和四倍体(右)植株的气孔密度比较(放大倍数 10×40)
81第 12期　　　　　 　牛　义 , 等:不同倍性白魔芋植株的细胞学形态观察与核型分析
图 2　二倍体(左)和四倍体(右)植株的气孔及保卫细胞大小比较(放大倍数 10×100)
2.3　染色体核型分析
根尖染色体鉴定结果表明 , 二倍体根尖染色体数目为 2n=2x=26 , 四倍体为 2n=4x=52.对体细胞有
丝分裂中期染色体观察分析 , 得到染色体的各类参数见表 5和 6 , 染色体形态与核型见图 3和 4 , 核型模式
见图 5.由表 5和 6可见 , 白魔芋染色体类型由中部着丝点(m)、近中部着丝点(sm)和近端部着丝点(st)组
成.最长染色体与最短染色体的比值:二倍体为 2.29 , 四倍体为 2.36 , 均在 2 ～ 4之间;平均臂比值:二倍
体为 1.71 , 四倍体为 1.62 , 臂比值大于 2的染色体均占染色体组的 23.08%, 均属“2B”核型.虽然二倍体
和四倍体在核型参数上稍有差异 , 但都在核型分类范围内 , 这种差异可能是由于染色体测量过程中的误差
造成的.从核型公式看 , 可认为白魔芋经秋水仙素诱导产生的四倍体是由二倍体直接加倍所产生的同源四
倍体.
表 5　白魔芋二倍体和四倍体染色体长度 、 臂比和类型
序号 二倍体相对长度(长臂+断臂)% 臂比 类型
四倍体
相对长度(长臂+断臂)% 臂比 类型
1 6.07+4.91=10.98 1.24 M 6.15+5.61=11.86 1.10 m
2 5.95+4.67=10.62 1.28 M 5.52+4.86=10.38 1.14 m
3 5.12+4.23=9.35 1.22 M 4.94+4.07=9.01 1.22 m
4 5.02+3.53=8.55 1.43 M 4.86+3.85=8.71 1.26 m
5 4.99+3.37=8.36 1.48 M 4.60+3.53=8.13 1.31 m
6 4.43+3.62=8.05 1.23 M 4.20+3.53=7.73 1.19 m
7 5.18+2.82=8.00 1.84 Sm 5.02+2.67=7.69 1.88 sm
8 5.04+2.44=7.48 2.07 Sm 4.74+2.28=7.02 2.08 sm
9 4.10+2.22=6.32 1.84 Sm 4.31+2.40=6.71 1.79 sm
10 3.55+2.40=5.95 1.48 M 3.61+2.42=6.03 1.49 m
11 4.12+1.66=5.78 2.49 Sm 4.20+1.79=5.99 2.35 sm
12 3.35+2.40=5.75 1.39 M 3.16+2.55=5.71 1.24 m
13 3.65+1.14=4.79 3.19 St 3.78+1.24=5.02 3.04 st
表 6　二倍体和四倍体白魔芋的核型参数
倍性 相对长度范围 染色体长度比 平均臂比值 核型公式 核型类型
2x 4.79～ 10.98 2.29 1.71 2n=2x=26=16m+8sm+2st 2B
4x 5.02～ 11.86 2.36 1.62 2n=4x=52=32m+16sm+4st 2B
　　注:染色体长度比=最长染色体长度/最短染色体长度.
82 西南大学学报(自然科学版)　　　　　投稿网址 http://xbg jx t.sw u.cn　　　　　第 30卷
图 3　白魔芋二倍体(2n=2x=26)(左)和四倍体(2n=4x=52)(右)体细胞分裂中期染色体
图 4　白魔芋二倍体(2n=2x=26)(左)和四倍体(2n=4x=52)(右)染色体核型图
图 5　白魔芋的染色体核型模式图
3　讨　　论
大量研究结果表明 , 多倍体植株在其生长发育过程中一般呈现出巨大性 , 即植株体中细胞 、组织和器
官通常比其二倍体亲本更大[ 10] .本实验中对 3种来源的白魔芋四倍体植株外部形态特征测量结果表明 , 四
倍体植株表现出明显的形态变异 , 叶片增厚肥大 、叶色浓绿 、植株矮小 、叶柄粗壮.叶片下表皮气孔特征表
明 , 与二倍体相比 , 四倍体的气孔及其保卫细胞密度变小 , 体积变大.本实验结果进一步表明外部形态特
征和叶片下表皮气孔密度变小等气孔特征可作为鉴定变异材料的间接方法.
近几年研究发现 , 秋水仙素不仅有促进细胞内染色体数目增加的作用 , 还存在诱导染色体结构变异
的作用 , 即对部分染色体的臂长 、臂比 、着丝点位置可能产生变异作用.本试验中发现白魔芋二倍体和
四倍体植株在核型参数上略有差异 , 但染色体长度比均在 2 ～ 4 之间 , 平均臂比值大于 2 的染色体均占
染色体组的 23.08%, 故均属“2B”核型.因此 , 可以认为所获得的四倍体是由二倍体直接加倍所产生的
同源四倍体.
参考文献:
[ 1] 刘佩瑛 , 刘劲枫.魔芋属一新种 [ J] .西南农学院学报 , 1984 , 6(1):67-69.
[ 2] 　刘佩瑛.魔芋学 [ M] .北京:中国农业出版社 , 2004:177-178.
[ 3] 　庞　杰 , 张盛林 , 刘佩瑛 , 等.中国魔芋资源的研究 [ J] .资源科学 , 2001 , 23(5):87-89.
83第 12期　　　　　 　牛　义 , 等:不同倍性白魔芋植株的细胞学形态观察与核型分析
[ 4] 　牛　义 , 张盛林 , 王志敏 , 等.中国的魔芋资源 [ J] .西南园艺 , 2005 , 33(2):22-24.
[ 5] 　王平华 , 谢庆华.白魔芋不同外植体组培分化条件研究 [ J] .西南农业大学学报 , 2001 , 23(1):63-65.
[ 6] 　刘好霞 , 高启国 , 夏永久 , 等.白魔芋多倍体诱导研究初报 [ J] .中国农学通报 , 2006 , 22(11):83-85.
[ 7] 　李雁鸣 , 胡寅华 , 张建平 , 等.魔芋叶面积测定方法的初步研究 [ J] .河北农业大学学报 , 2000 , 23(4):23-25.
[ 8] 　李懋学.植物染色体技术 [ M] .哈尔滨:东北农业大学出版社 , 1991:149-173.
[ 9] 　Stebbins G L.Chromosomal Evo lution in H ighe r Plants [ M] .London:Addison-Wesley , 1971:112-116.
[ 10] 黄群策 , 孙敬三.植物多倍性在作物育种中的展望 [ J] .科技导报 , 1997 , 14(7):53-55.
Cytomorphological Observation and Karyotype Analysis of
Amorphophallus albus Plants with Different Polyploidy
NIU 　Yi1 , 2 , 　ZHANG Sheng-lin1 , 2 , 　LIU Hao-xia1 , 2 , 3 ,
WANG Qi-jun1 , 2 , 　LIU Hai-li1 , 2
1.Konjac Resource Utilization Research Center of Insti tutions of Higher Education in Chongqing , School of Horticulture
　 and Landscape Archi tecture , Southwest University , Chongqing 400716 , China;
2.Chongqing Key Laboratory of Olericulture , Chongqing 400716 , China;
3.SuchengDistrict Commi ttee Office of the CPC , Suqian Jiangsu 223800 , China
Abstract:Three methods , i.e.seed soaking , liquid-dropping on apical buds of rhizomes and shoot co-cul-
turing in vit ro , were adopted to induce tet raploidy in Amorphophal lus albus , and the mo rpholog y , leaf
stoma characteristics and karyo types of the diploid and tet raploid plants of A.albus we re analyzed and
compared.The results show ed that compared w ith thei r diploid counterparts , the tet raploid plants had leaf
bro ader and thicker leaves , smaller leaf index , shorter but thicker pet ioles bigge r and less dense and bigger
stomata and guard-cells on the epidermis.Both morphological characteristics and stoma densi ty can be used
as impo rtant ondicato rs in the identif icat ion of po lyploids in variant population.Bo th diploids and tet ra-
ploids w ere found to be of Type 2B , thus suggesting that the tet raploid plants induced by colchicine w ere
the autotet raploids derived directly f rom the diploids of A.albus.
Key words:Amorphophal lus albus;po lyploid;variation;morpholo gy;kary o type
责任编辑　欧　宾　　　　
84 西南大学学报(自然科学版)　　　　　投稿网址 http://xbg jx t.sw u.cn　　　　　第 30卷