全 文 ：第 37卷 第 3期 东　北　林　业　大　学　学　报 Vol.37No.3
2009年 3月 JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITY Mar.2009
大青杨花粉母细胞减数分裂及其发育 1)
祁传磊　李开隆　肖　静　李志新　靳春莲　滕文华
(林木遗传育种与生物技术教育部重点实验室(东北林业大学),哈尔滨 , 150040)
　　摘　要　在温室(10 ～ 20℃)水培条件下 , 对大青杨花粉母细胞减数分裂及花粉发育过程进行了研究 , 结果表
明:大青杨完成孢母细胞到四分体发育大约需要 120h;减数分裂过程中最关键而复杂的前期Ⅰ大约占整个减数分
裂进程 60%的时间;当染色体从中期Ⅰ向两极迁移时 , 有明显落后的染色体 , 中期Ⅱ分裂相具有大量平行纺锤体
和垂直纺锤体;大青杨花粉母细胞减数分裂与其雄花芽和花药形态有着密切关系 , 可从花芽外部形态变化判断花
粉母细胞减数分裂进程。
关键词　大青杨;花粉母细胞;减数分裂
分类号　S792.113:S72.35MeiosisofPollenMotherCelsandPolenDevelopmentofPopulusussuriensis/QiChuanlei, LiKailong, XiaoJing,
LiZhixin, JinChunlian, TengWenhua(KeyLaboratoryofForestTreeGeneticImprovementandBiotechnology, Ministry
ofEducation(NortheastForestryUniversity), Harbin150040, P.R.China)//JournalofNortheastForestryUniversity.-
2009, 37(3).-72 ～ 75AnexperimentwasconductedtostudythemeiosisofpollenmothercellsandpolendevelopmentofPopulususuriensis
undertheconditionofwatercultureingreenhouse.ResultsindicatethatthemeiosisofpollenmothercellsofP.usuriensis
takesapproximately120 hoursfromsporoblasttotetradattemperaturesrangingfrom10to20degreesC.TheprophaseⅠ is
themostcriticalandcomplexstageofmeiosis, whichaccountsfor60% ofthecellcycle.Thelaggedchromosomeswere
observedatmetaphaseⅠ , andtheparaleledandverticalspindleswereobservedatmetaphaseⅡ.Itsuggeststhatthereisacloserelationshipbetweenmeiosisstageandmorphologyofmaleflowerbudandanther, thusflower-budmorphology
couldbeusedtodeterminethemeiosisstage.
Keywords　Populususuriensis;Polenmothercels;Meiosis
　　减数分裂是生物有性生殖中性状遗传和基因重组的基础 ,
在物种适应和进化过程中发挥重要作用。通过对减数分裂过
程染色体行为变化的了解 ,可掌握减数分裂进程的规律。很多
树种(白桦 、毛白杨 、响叶杨 、通辽杨 、小叶锦鸡儿 、杉木 、华北落
叶松等)的减数分裂进程及染色体形态变化已有报道 [ 1-7] 。
大青杨(PopulusussuriensisKom.)是我国东北林区的乡土树
种 ,具有耐寒性强 、生长较快 、易繁殖的特点 ,是营造速生丰产
林的主栽品种之一。目前大青杨的遗传改良程度仍较低 , 只处
于不同种源杂交阶段 , 选育出的杂种虽适应性较强 , 但其生长
速度并没有显著提高 [ 8] ,因而未能在生产中推广应用。随着毛
白杨三倍体育种的成功 [ 9] , 其方法在大青杨上也进行了尝
试 [ 10] ,但由于缺乏大青杨细胞学方面的基础研究 ,进展缓慢。
笔者对水培条件下大青杨花粉母细胞减数分裂进程及其花粉
发育进行的研究 , 旨在为大青杨诱变育种 、倍性育种 、原位杂
交 、染色体微切割 、人工染色体等现代新技术提供细胞学基础 ,
以选育出速生 、优质 、抗逆 、稳定的大青杨新品种 , 使其在维系
我国东部地区生态环境和全国木材生产基地中发挥重要作用。
1　试验材料
大青杨雄花枝于 2006年 3月初采自于黑龙江省带岭林
1)黑龙江省 “十一五 ”重大攻关项目(GA06B301-2)和科技部
基础性工作专项(2007FY110400-3)。
第一作者简介:祁传磊 ,男 , 1983年 3月生 ,林木遗传育种与生物
技术教育部重点实验室(东北林业大学),硕士研究生。
通信作者:李开隆 ,林木遗传育种与生物技术教育部重点实验室
(东北林业大学),教授。
收稿日期:2008年 5月 19日。
责任编辑:张建华。
业局天然林 ,树龄约 30a。选择树干通直 、圆满 , 树木健壮 ,无
病虫害的母树, 从树冠中上部剪取长 150 ～ 200cm带有花芽的
枝条。用塑料膜包裹,保持潮湿,运回后保存于低温的苗木窖中。
2　试验方法
将采集的大青杨雄花枝于温室内进行水培 , 温度为 10 ～
20℃。水培后不定期取花芽 , 初期间隔 6h或 12h取一次 , 36
h后每隔 3h取一次 ,直至四分体形成。每次取花芽 2 ～ 4个 ,
并用卡诺固定液固定保存 ,同时记录花芽外部形态特征。
花粉母细胞减数分裂观察采用改良苯酚品红染色法 [ 11]
压片:涂片时 , 用镊子夹取一个花药置于清洁的载玻片上 , 加
一滴改良苯酚品红染液;用刀片切开花药 , 再用针尖轻轻挤压
花药的两端 , 使花粉母细胞从切口逸出 , 或者用镊子分别夹住
花药的两端在载玻片上涂抹 ,然后把药壁的碎渣抛弃 , 以有利
于压平并便于观察和制成永久涂片;染色 3 ～ 5min后 , 再滴 1
滴体积分数为 45%的醋酸于加盖玻片上 , 可用滤纸条吸除多
余的染色液 ,置于 OlympusC5060WideZoom型数码相机显微
镜下镜检。
3　结果与分析
3.1　大青杨花粉母细胞减数分裂进程与染色体行为
大青杨具有 19对染色体 ,且都为短染色体 ,减数分裂各
时期的特点与其它杨树不尽相同。通过改良苯酚品红染色法
压片观察发现 ,在温室水培条件下 , 大青杨小孢子母细胞减数
分裂及雄配子发育共历时 120 h, 雄花枝水培 , 42 h开始进入
减数分裂 ,具体观察结果如下:
(1)细线期。水培 42h的时候 , 花粉母细胞已进入细线
期(图板Ⅰ -1),这是减数分裂开始时期。这一时期 ,染色体
由减数分裂前的间期难识别的染色质状态凝为细长的线状结
构 ,只在局部区段可见染色粒。在细线期时 , 细胞核很大 ,核
仁明显 ,染色体成无规则杂乱的丝状。细线期之后大约经过
24h, 进入细线末期 , 此时染色体变粗 , 在核仁一侧聚集成团
(图板Ⅰ -2)。
(2)偶线期 、粗线期。水培约 72h时 ,染色体收缩变粗 ,
形态明显 ,大部分花粉母细胞发育至粗线期(图板Ⅰ -3),这
时是染色体配对的完成时期 ,同源染色体沿着长轴联会 , 形成
二价体 ,但此时染色体仍然相互重叠缠绕 , 难以区分。
(3)中期Ⅰ 。水培 98 h左右 , 核膜消失 , 纺锤体形成 , 染
色体进一步凝聚缩短呈短棒状整齐排列在赤道板附近 , 细胞
内核消失 ,减数分裂进入中期Ⅰ (图板Ⅰ -4、5)。
(4)后期Ⅰ 。同源染色体开始分离并向两极移动 , 同源
染色体分为两组 ,为后期Ⅰ (图板Ⅰ -6,图板 Ⅱ -1)。
图版Ⅰ ×400
1.大青杨花粉母细胞减数分裂细线期;2.细线末期;3.粗线期;4、5.中期Ⅰ ;6.后期Ⅰ 。
　　(5)末期Ⅰ 。子染色体到达两极 , 解螺旋 ,凝聚成团。重
新出现核膜与核仁 , 形成两个子核 , 变成二分体 , 染色体数目
减半 ,此时为末期Ⅰ (图板Ⅱ -2、3、4)。
(6)前期Ⅱ 。水培 114h左右 , 核仁变小 , 核膜再度解体 ,
进入前期Ⅱ(图板Ⅱ -5)。
(7)中期Ⅱ 。染色体进一步收缩 ,形态更为清晰 , 两组染
色体略向细胞中央靠拢 ,出现两个纺锤体 ,染色体排列在赤道
板上(图板Ⅱ -6, 图板Ⅲ -1)。
(8)后期Ⅱ 。二分体的着丝点分裂 , 姊妹染色体分开并
由纺锤丝牵引下移向两极 ,染色体成单分体(图板Ⅲ -2)。
(9)末期Ⅱ 。水培 120h左右 , 当染色体到达两极后 , 首
先聚集成团状 ,随后开始解螺旋 , 染色体上的核仁物质开始聚
集 , 核膜出现 , 形成 4个子核(图板Ⅲ -3), 花粉母细胞形成
辐射状四分孢子(图板Ⅲ -4),进而形成花粉粒。
73第 3期　　　　　　　　　　　　　祁传磊等:大青杨花粉母细胞减数分裂及其发育　　　　　　　　　　
图版Ⅱ ×400
1.后期Ⅰ ;带有落后的染色体;2、3、4.末期Ⅰ ;5.前期Ⅱ;6.中期Ⅱ(垂直纺锤体)。
3.2　染色体的异质性
大青杨的花粉母细胞在减数分裂进程中表现出一定的异
质性 ,如在减数分裂过程中发现 , 当染色体从中期Ⅰ向两极迁
移时 ,有明显落后的染色体(图版Ⅱ -1)。
中期Ⅱ分裂相的两个纺锤体 , 在正常情况下应呈 60°或
120°分布。另外 , 试验中还发现了大量具有平行纺锤体和垂
直纺锤体的中期Ⅱ分裂相(图版Ⅱ -6、图版Ⅲ -1)。
3.3　大青杨减数分裂时期与雄花芽外部特征的关系
大青杨花粉母细胞的减数分裂过程变化与相应的外部花
芽的形态变化见表 1。当水培 42h时 , 花芽外表没有变化 ,但
此时花粉母细胞已进入细线期 , 这是减数分裂开始的时期。
当水培 72h时 , 花芽开始膨胀变大 , 花粉母细胞发育至
粗线期 ,此时花芽微膨大 , 花药仍为嫩绿色 , 但体积已经增大。
之后 ,减数分裂进入中期 , 花芽微微膨大 , 花药变成浅红色。
当水培 98h左右时为末期Ⅰ, 花药变化不大 ,仍为浅红色。
当水培 114h左右时 ,花芽发育到减数分裂Ⅱ,在中期Ⅱ和
后期Ⅱ时花芽明显膨大, 但未裂开 ,此时花药已变成深红色。
水培到 120h时 , 花芽已经稍开裂 , 花药变成深红色 , 此
时包含了末期Ⅱ 、四分体以及单核靠边期。
表 1　大青杨减数分裂进程与雄花芽外部特征的对应关系
水培时间 /h 花芽的变化 花药颜色 减数分裂阶段
　0 无 嫩绿色 花粉母细胞
42 无 嫩绿色 细线期 、细线末期
72 稍膨大 嫩绿色 细线末期 、粗线期
90 微膨大 浅红色 中期Ⅰ 、后期Ⅰ
98 微膨大 浅红色 后期Ⅰ 、末期Ⅰ
114 明显膨大但未裂开 深红色 前期Ⅱ 、中期Ⅱ 、后期Ⅱ
120 稍开裂 深红色 末期Ⅱ 、四分体 、单核靠边期
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图版Ⅲ ×400
1.中期Ⅱ(平行纺锤体);2.后期Ⅱ;3.末期Ⅱ;4.四分体;5.花粉单核靠边期。
4　结论与讨论
在温室水培条件下 , 不同杨树花粉母细胞减数分裂发育
所需时间差别较大。如:毛白杨完成减数分裂需要 74h[ 2] , 响
叶杨需 180h[ 2] ,通辽杨需 244h[ 4] 。研究中发现 ,在温室(10 ～
20℃)培养条件下 , 大青杨完成孢母细胞到四分体发育大约
需要 120h。伴随各个时期相对应的外部形态的变化不是很
大 ,而花药的颜色变化比较明显 , 为及时判别它们的减数分裂
进程提供了依据。
康向阳 [ 2]和王君 [ 4]等的研究也表明 , 无论在自然状态还
是在温室水培状态 ,毛白杨和通辽杨小孢子减数分裂前期Ⅰ
都是其分裂进程中耗时最长的一个阶段。研究中发现:对温
室水培条件下的大青杨 , 其花粉母细胞减数分裂前期 Ⅰ占整
个减数分裂过程时间的 60%, 这一点进一步证明 , 前期 Ⅰ是
减数分裂过程中最关键而复杂的一个阶段。水培 42 h时 ,花
芽外表没有变化 ,花粉母细胞已进入细线期 , 这是减数分裂
开始的时期。在细线期时 , 细胞核很大 , 核仁明显 , 染色体呈
无规则 、杂乱的丝状。 细线期之后 , 大约经过 19 h, 进入细线
末期 ,此时染色体变粗 , 在核仁一侧聚集成团。花枝水培约
72h时 ,花芽微膨大 , 花药仍为嫩绿色 ,大部分花粉母细胞发
育至粗线期 ,这时是染色体配对的完成时期 ,同源染色体沿着
长轴联会 ,形成二价体。
在大青杨花粉母细胞减数分裂过程中发现 , 当染色体从
中期Ⅰ向两极迁移时 ,有明显落后的染色体 ,中期Ⅱ分裂相具
有大量平行纺锤体和垂直纺锤体 , 说明大青杨表现出一定的
异质性。而在毛白杨中除了落后染色体外 , 还发现花粉母细
胞减数分裂终变期 、中期 Ⅰ 有单价体和棒状二价体的出
现 [ 2] , 在通辽杨的减数分裂中期 Ⅰ也发现了单价体以及后期
Ⅰ落后染色体 [ 4] 。这些现象体现了不同杨树遗传的差异性
和多样性 ,也是适应当地环境条件的一种进化表现。
参　考　文　献
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[ 5] 　田如霞 ,牛西午 ,崔贵梅 , 等.小叶锦鸡儿花粉母细胞减数分裂
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