全 文 ：第 32 卷 第 5 期
2010 年 9 月
北 京 林 业 大 学 学 报
JOURNAL OF BEIJING FORESTRY UNIVERSITY
Vol. 32，No. 5
Sep.，2010
收稿日期:2009--11--19
基金项目:国家自然科学基金项目(30671708)、“十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAD32B01)、中央高校基本科研业务费专项资金。
第一作者:王君，博士，讲师。主要研究方向:林木倍性育种与细胞遗传学。电话:010--62336104 Email:wangjunbjfu@ gmail. com 地址:
100083 北京市清华东路 35 号北京林业大学 118 信箱。
责任作者:康向阳，教授，博士生导师。主要研究方向:林木倍性育种与细胞遗传学。电话:010--62336168 Email:kangxy@ bjfu. edu. cn
地址:同上。
本刊网址:http:∥www. bjfujournal. cn;http:∥ journal. bjfu. edu. cn
理化处理诱导合子染色体加倍选育青杨派杂种四倍体
王 君 康向阳 石 乐 鲁 敏 杨 珺
(北京林业大学林木育种国家工程实验室，林木花卉遗传育种教育部重点实验室)
摘要:利用四倍体与二倍体杂交是培育植物三倍体的最有效途径。为提高四倍体诱导效率，分别施加 0. 5%秋水仙
碱和 38 ～ 44℃高温对授粉后 6 ～ 9 d 的‘哲引 3 号杨’花序进行处理，对理化处理诱导合子染色体加倍选育杨树四
倍体的技术方法进行了初步探索，获得青杨派杂种四倍体 8 株。其中，施加 0. 5%秋水仙碱溶液浸泡处理授粉后 7
d 的‘哲引 3 号杨’花序 24 h，获得四倍体 3 株;施加 38、41 和 44℃高温处理授粉后 7 ～ 8 d 的‘哲引 3 号杨’花序 4
h，获得四倍体 5 株。推测授粉后 7 ～ 8 d 可能是‘哲引 3 号杨’受精后合子发生第一次有丝分裂较为集中的时期，适
时施加理化处理可以获得一定比例的四倍体植株。
关键词:青杨派;四倍体;合子;秋水仙碱;高温处理
中图分类号:S792. 113;S718. 46 文献标志码:A 文章编号:1000--1522(2010)05--0063--04
WANG Jun;KANG Xiang-yang;SHI Le;LU Min;YANG Jun. Tetraploid induction of Populus
hybrid in section Tacamahaca through zygotic chromosome doubling with physical and chemical
treatments. Journal of Beijing Forestry University (2001)32 (5)63--66 ［Ch，22 ref.］ National
Engineering Laboratory for Tree Breeding，Key Laboratory of Genetics and Breeding in Forest Trees and
Ornamental Plants of Ministry of Education，Beijing Forestry University，100083，P. R. China.
Crossing tetraploid with diploid is the most effective approach for triploid production in plants. In
order to increase the efficiency of tetraploid induction，techniques of inducing tetraploids through zygotic
chromosome doubling of Populus were studied preliminarily，treating female catkins of P. pseudo-simonii ×
P. nigra‘Zheyin 3#’6 － 9 days after pollination with 0. 5% colchicine solution and 38 － 44℃ high
temperature，and 8 tetraploids were produced. In these tetraploids，three were produced by immersing
catkins of P. pseudo-simonii × P. nigra ‘Zheyin 3 #’7 days after pollination with 0. 5% colchicine
solution for 24 h;five were obtained by treating the catkins 7 － 8 days after pollination with 38，41 and
44℃ high temperature for 4 h. According to the results，it is inferred that the first mitosis of zygotes of
the‘Zheyin 3#’is probable to take place 7 － 8 days after pollination，which is fit to enforce treatments to
induce tetraploids.
Key words section Tacamahaca;tetraploid;zygote;colchicine;high temperature treatment
利用四倍体与二倍体杂交是获得植物三倍体最
直接的途径。北欧和美国曾把育成的四倍体山杨
(Populus davidiana)雌株直接栽于山杨林中，通过自
由授粉，每年在四倍体山杨雌株上采种、育苗，以便
获得大量三倍体后代［1］。然而杨树四倍体植株的
缺乏限制了这一途径的利用。因此，进行四倍体培
育对杨树三倍体“大群体”的获得具有积极意义，可
为“高强度”三倍体品种选育奠定基础。
杨树四倍体选育可采取利用二倍体与三倍体杂
交［2
--5］或通过秋水仙碱等多倍体诱变剂处理诱导种
子、芽、幼胚或合子等染色体加倍［6--12］方法。其中，
二倍体与三倍体杂交的前提是首先要有三倍体植
DOI:10.13332/j.1000-1522.2010.05.020
株，并且三倍体亲本能提供未减数的 3x 配子;而利
用秋水仙碱等植物多倍体诱变剂处理萌发种子或芽
等材料容易形成混倍体或嵌合体;合子作为一个单
一细胞，其染色体加倍后形成纯合四倍体，而不易形
成混倍体或嵌合体植株，是人工诱导四倍体植株的
最理想选择。迄今，Einspahr［7］、Mashkina 等［11］以及
李云［12］均报道利用秋水仙碱溶液处理诱导合子染
色体加倍获得了白杨派树种(sect. Populus spp.)四
倍体植株。目前尚没有关于青杨派树种(sect.
Tacamahaca spp.)合子染色体加倍选育四倍体的相
关报道。
此外，高温处理作为一种常规的物理诱变方式，
在植物多倍体诱导方面已有广泛应用［13
--16］。在杨
树多倍体育种中也应用于花粉及雌配子染色体加倍
等方面［17
--19］，但未见利用高温处理诱导杨树合子染
色体加倍的相关报道。本研究以青杨派杂种‘哲引
3 号杨’(Populus pseudo-simonii × P. nigra‘Zheyin
3#’)为材料，对施加秋水仙碱溶液和高温处理诱导
青杨派树种合子染色体加倍的技术条件进行了初步
探索。
1 材料与方法
1. 1 材 料
以‘哲引 3 号杨’(2n = 2x = 38)为母本，采自内
蒙古自治区通辽市林业科学研究所树木园;北京杨
(P. × beijingensis，2n = 2x = 38)为父本，采自北京
林业大学校园内。2008 年 1 月下旬采集各亲本树
种花芽饱满、无病虫害的健壮花枝，用塑料薄膜包裹
严密，运至北京林业大学，水培于温室内(10 ～
20℃)，收集北京杨花粉，依据王君等［20］的方法判断
‘哲引 3 号杨’最佳授粉时期，并适时授粉。
1. 2 方 法
1. 2. 1 施加秋水仙碱处理
施加 0. 5%秋水仙碱溶液对授粉后 6 ～ 9 d 的
‘哲引 3 号杨’雌花序持续浸泡处理 24 h，每处理组
合处理3 ～ 4个花序。以未处理花序作为对照，收集
同一雌株花枝 2 ～ 3 个花序的种子。处理结束后用
水冲洗除去花序表面残留的秋水仙碱。继续水培，
收集种子，播种育苗。
1. 2. 2 施加高温处理
将带有授粉后 6 ～ 9 d 的‘哲引 3 号杨’雌花序
的花枝置于 38、41 和 44℃恒温箱中，保持恒温箱湿
度为 20% ～ 30%，持续处理 4 h，每处理组合处理
3 ～ 4个花序。以未处理雌花序作为对照，收集同一
雌株花枝 2 ～ 3 个花序的种子。处理结束后，取出花
枝置于温室内继续水培，收集种子，播种育苗。
1. 2. 3 子代植株倍性水平检测
采取常规卡宝品红染色压片的方法进行体细胞
染色体观察、计数。首先采集植株茎尖分生组织，对
二氯苯预处理 3 ～ 4 h 后，用卡诺固定液(V(乙醇)∶
V(乙酸)= 3 ∶ 1)在 4℃ 下固定 2 ～ 24 h，然后在
V(浓 HCl)∶ V(乙醇)= 1 ∶ 1混合液中解离 20 ～ 25
min，卡宝品红染色压片，显微镜下观察至少 20 个中
期分裂相。所有制片均在 Olympus BX51 型显微镜
下观察，Olympus DP70 型数码摄像系统摄像。
2 结 果
2. 1 秋水仙碱诱导合子染色体加倍选育青杨派杂
种四倍体
通过施加秋水仙碱处理‘哲引 3 号杨’花序及
相应未处理对照共收获种子 1 956 粒，成苗 319 株，
从中检测出 3 株四倍体(2n = 4x = 76，图 1)，对照中
未检出四倍体。获得的 3 株四倍体植株均来自对授
粉后 7 d 花序的处理，而其余处理均未获得四倍体
植株，表明授粉后 7 d 是施加秋水仙碱诱导‘哲引 3
号杨’×北京杨合子染色体加倍的有效时间段。但
是，秋水仙碱诱导合子染色体加倍选育杨树四倍体
的效率并不是很高，在其中一个授粉后 7 d 的处理
中获得的 64 株存活苗中检测出 2 株四倍体，得率为
3. 13%;而另一个相同处理由于仅存活 2 株子代苗
木，尽管从中检测出 1 株四倍体，但由于存活苗木基
数太小，不具代表性。
图 1 ‘哲引 3 号杨’×北京杨四倍体植株染色体数
(2n = 4x = 76)
Fig. 1 Chromosome number of tetraploid plant in
(P. pseudo-simonii × P. nigra‘Zheyin 3#’)×
P. × beijingensis (2n = 4x = 76)
2. 2 高温诱导合子染色体加倍选育青杨派杂种四
倍体
施加 38 ～ 44℃高温处理‘哲引 3 号杨’花序及
其相应未处理对照，共收获种子2 030粒，成苗 709
株，从中检测出四倍体植株 5 株，且在不同温度梯度
46 北 京 林 业 大 学 学 报 第 32 卷
的处理中均有四倍体检出，对照中未检出四倍体。
其中，授粉后 6 和 9 d 的花序经高温处理后均未获
得四倍体植株，而授粉后 7 和 8 d 的花序处理后分
别获得了 3 株和 2 株四倍体，因此可推断授粉后
7 ～ 8 d是施加高温处理诱导‘哲引 3 号杨’×北京杨
合子染色体加倍的有效时间段。
此外，从处理温度看，所设置的 38、41 和 44℃ 3
个温度梯度均可一定程度地诱导获得四倍体植株，
而且随着处理温度的升高，四倍体得率有所提升，但
是诱导率均不高，最高仅为 4. 88%。来自施加 44℃
高温对授粉后 7 d 雌花序处理 4 h 的处理组合，获得
41 株存活苗，从中检测出 2 株四倍体。
3 结论与讨论
3. 1 理化处理诱导‘哲引 3 号杨’合子染色体加倍
的有效处理时间
通过研究，可见施加秋水仙碱和高温处理诱导
‘哲引 3 号杨’合子染色体加倍的有效处理时间段
分别为授粉后 7 d 和授粉后 7 ～ 8 d，可以初步推测
授粉后 7 ～ 8 d 这一时间段应该为‘哲引 3 号杨’花
序中合子发生第一次有丝分裂较为集中的时期。这
一时间段的确定，为进一步结合亲本选配，利用‘哲
引 3 号杨’开展青杨派四倍体选育工作奠定了基
础。而施加高温处理的有效时间段比施加秋水仙碱
处理的有效时间段稍长，分析其原因，可能是由于秋
水仙碱溶液需要经历一个较长的渗透扩散时间才能
到达有效作用部位;而高温处理作用迅速，可很快地
捕捉到有效处理时期。此外，研究尽管初步推测授
粉后 7 ～ 8 d 为施加理化处理诱导‘哲引 3 号杨’合
子染色体加倍较为理想的时期，但是，植物生殖发育
受外界温度、光照等环境条件的影响，一旦外部环境
条件变化必然会使合子发生第一次有丝分裂的时期
产生偏移，从而影响四倍体诱导效率。因此，在今后
的研究中，还需要找到一种稳定且有效的杨树合子
发育进程即时判别方法。
3. 2 理化处理诱导杨树合子染色体加倍的效率
杨树 四 倍 体 诱 导 研 究 一 直 受 到 重 视。
Einspahr［7］曾将受精的美洲山杨(P. tremuloides)雌
花序浸泡在 0. 3%的秋水仙碱溶液中 24 h，一次获
得了 50 株四倍体幼苗，创造性地提高了多倍体的诱
导频率，但后人将相似技术应用至其他杨属树种却
均未能得到如此多的四倍体数量。Mashkina 等［11］
用秋水仙碱处理银白杨(P. alba)及其与欧洲山杨
(P. tremula)的杂种第一次分裂时的合子，获得了
少量四倍体。李云［12］利用秋水仙碱溶液、低温和变
温处理白杨幼胚也仅各获得了 1 株四倍体植株。本
研究无论施加秋水仙碱处理还是高温处理，其诱导
效果都欠佳，最高诱导率仅是通过 44℃高温对授粉
后 7 d 花序持续处理 4 h 而得的 4. 88%，明显低于
理化处理诱导花粉及雌配子染色体加倍的效
率［17
--18，21--22］。究其原因，一方面可能是由于花序上
不同胚珠内合子进行第一次有丝分裂的时间具有不
同步性;另一方面可能是由于合子作为体细胞，其大
多时间处于有丝分裂的间期，而处于分裂期的时间
相对较短，即处于有效处理时期的合子并不多的缘
故。今后，有必要加强相关胚胎学基础研究，进一步
探索秋水仙碱浓度、施加高温强度以及处理持续时
间等因素，提高多倍体诱导效率。
3. 3 高温处理在树种多倍体诱导研究中的应用
高温处理作为一种常规的物理诱变方式，与秋
水仙碱等化学诱变剂相比，对人体无毒害作用，且具
有操作简单、费用低廉、一次可处理大批材料等优
点，在植物多倍体诱导研究中广泛采用［13
--19］。本研
究首次将高温处理应用至树木合子染色体加倍研
究，并成功诱导获得杨树四倍体植株，展示了高温处
理在树木多倍体诱导研究中的前景。今后有必要进
一步加大高温处理在树木多倍体育种中的研究
力度。
致谢 感谢内蒙古自治区通辽市林业科学研究所在试验材料采集等
方面提供帮助。
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(责任编辑 董晓燕
檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵
)
《Chinese Birds》(《中国鸟类》)征稿启事
为加强中国与世界的鸟类学学术交流，提高中国鸟类学的学术水平和国际影响，北京林业大学申办了中
国首份鸟类学学术期刊《Chinese Birds》(《中国鸟类》)(CN11--5870 /Q)。该刊将由北京林业大学和中国动
物学会鸟类学分会共同主办，高等教育出版社出版。《Chinese Birds》为面向全球的英文学术期刊，主要发表
经同行评议的研究论文、综述和研究简报等，收稿范围涵盖鸟类学所有研究方向。
中国科学院院士郑光美先生将担任本刊主编，编委会成员来自国内外各高校、学会及科研院所的知名学
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