全 文 ：收稿日期:2001-03-26初稿;2001-12-10二改稿。
　＊江苏省自然科学基金(BK97101)项目和上海市农委科技兴农重点攻关项目[编号:农科攻字(99)第 6～ 7号] )资助。
作者简介:陈发棣 ,男 , 1970年 6月出生 ,博士 ,副教授 ,在《植物学报》 、《园艺学报》等学术期刊已发表论文 20余篇。
　上海农业学报　2002 , 18(1):46 ～ 50
　Acta Agriculturae Shanghai
文章编号:1000-3924(2002)01-46-05
秋水仙素诱导菊花脑多倍体的研究＊
陈发棣　　蒋甲福　　房伟民
(南京农业大学园艺学院 ,南京 210095)
摘　要　利用秋水仙素对菊花脑进行浸种诱导多倍体 , 比较了不同处理浓度和时间的效果。
结果表明 , 0.5g/ L 浓度处理 48h 可以获得较好的效果 , 植株形态变异率为 83.1%;1.0g/ L、2.0g/ L
浓度处理 12h 以上变异率虽然升高 ,但由于生长抑制严重 ,后期死亡率明显升高;诱变株结实率和
种子发芽率明显低于对照。对 4 个形态变异株进行了叶片气孔保卫细胞大小 、叶绿粒数测定和根
尖细胞染色体观察 ,鉴定出四倍体菊花脑 1株(2n=36), 嵌合体 1 株。
关键词　菊花脑;秋水仙素;诱变;多倍体育种
中图分类号:S5-035.2;S636.9　　　　文献标识码:A
菊花脑[ Dendranthema nank ingense (Hand-Mazz)X.D.Cui]是菊科菊属多年生草本植物
(2n=2x =18),菊花脑或其近缘种是尖叶野菊(4x)染色体组之一的供体 ,菊属的系统演化是
一个从低倍到高倍异源多倍体化的过程 ,野生菊染色体数目接近或相同的物种间杂交较易实
现 ,二倍体物种与四倍体物种间分化程度高于四倍体物种与六倍体物种间分化程度 ,杂交更难
成功[ 1 , 2] , 因此 ,四倍体菊花脑可能成为中国菊花起源演化研究的重要遗传学材料。菊花脑亦
是一种传统野生蔬菜 , 具有浓郁的菊香味 ,能清凉明目 ,调中开胃 ,也有解毒 、降血压之功
效[ 3] ,四倍体菊花脑的获得有望进一步提高菊花脑的产量和品质。
由于种子休眠和萌发及化学诱变的的生理和生化机理尚在争论和研究当中 ,导致化学诱
变方法和观点不同。有人认为只有正在萌发的种子才能加倍[ 4] 。由于诱发突变是一个发生在
单细胞中的事件 ,所以体细胞突变是一个边缘嵌合体的开端 ,营养体顶端可以从一个单细胞发
育而来。因此 ,为了减少二倍体选择和得到较大而易于识别的突变扇形体 ,当芽原基由少数未
分化的细胞组成时 ,就应当进行处理 。种子和芽可以在休眠状态或代谢及合成的旺盛阶段进
行处理[ 5 ,6] 。但生长点处理愈早愈好 ,获得的多倍体数目就愈多 ,处理时间愈晚 ,则大多是嵌
合体。运用秋水仙素水溶液直接浸泡种子的方法成功地在君子兰[ 7] 、金鱼草[ 8] 、悬铃木[ 9] 、小
白菜[ 10]等园艺植物上诱导出了多倍体。本研究即采用了种子直接浸泡的方法。
1　材料 与方 法
1.1　材　料
试验于 1999年 3月 ～ 2000年 6月在南京农业大学园艺学院观赏园艺系进行 。供试材料
菊花脑种子采自校园内野生植株。
1.2　方　法
1.2.1　种子处理　种子用 0.1 , 0.2 , 0.5 ,1.0 , 2.0g/L 秋水仙素水溶液各分别进行 6 , 12 , 24 ,
48h浸泡处理 ,以蒸馏水浸泡作对照 。每处理 100粒种子 。药物处理结束后用蒸馏水冲洗 6
遍 ,然后将种子播于平底式育苗盘中 ,进行正常管理。
1.2.2　形态变异率统计　10d后 ,以根颈部位明显变短 、膨大作为形态变异指标 ,统计变异株
占总苗数的百分率。
1.2.3　叶片气孔保卫细胞测定　35d 后 ,用尖嘴镊子仔细撕取植株基部向上第 2 ～ 3叶片的
下表皮 ,撕取部位尽量均匀 ,置于载玻片上 ,加 1 ～ 2 滴 1%碘-碘化钾 ,盖上盖玻片 ,在 16×40
倍显微镜下用测微尺随机测量 10个气孔保卫细胞的长 、宽度 ,并统计保卫细胞中的叶绿粒数 ,
求平均值 。
1.2.4　细胞学观察　于 2000年春天取单株幼嫩枝条扦插 ,晴天中午取新生根根尖 ,冰水处理
24h ,卡诺氏固定液(3份 95%酒精∶1份冰醋酸)固定 , 3 ～ 4d后用醋酸洋红染色 ,在 Olympus
显微镜下观察染色体数目并拍照。
2　结果 与分 析
2.1　秋水仙素的诱变效应　由变异率可知 ,虽然 1.0g/L 、2.0g/ L 的浓度处理 12h 以上变异
率都在 84.0%以上 ,但由于死亡率都大于 50%,甚至达到 100%,效果欠佳。而 0.5g/L 浓度
处理 48h的变异率为 83.1%,死亡率为 32.4%,整体效果为佳 。
由表 1可见 ,秋水仙素浓度与时间有累积效应 ,0.1g/ L 、0.2g/ L浓度处理 48h 的变异率与
表 1　不同秋水仙素浓度和处理时间对菊花脑的诱导效果
Table 1　Induction effects of di fferent treatment time and concentrations of colchicines on D.nankingense
处理
Treatment
浓度
Concent rat ion(g/ L)
时间
Time(h)
种子数
Number
of seeds
出苗
Emergence of seedlings
株数
Number of
seedlings
百分率
Rate of
emergence(%)
死亡
Mortali ty
株数
Num ber of
seedlings
百分率
Mortalit y
rate(%)
变异
Mutation
株数
Number of
seedlings
百分率
Mutation
rate(%)
CK 48 100 80 80 6 7.5 0 0　
0.1　
A 1
A 2
A 3
A 4
6
12
24
48
100
100
100
100
65
63
80
75
65
63
80
75
11
12
13
15
16.9
19.0
16.3
20.0
1
9
15
20
1.5
14.3
18.8
26.7
0.2　
B1
B2
B3
B4
6
12
24
48
100
100
100
100
67
61
77
71
67
61
77
71
13
14
11
19
19.4
23.0
14.3
28.6
3
8
25
18
4.5
13.1
32.5
25.4
0.5　
C1
C2
C3
C4
6
12
24
48
100
100
100
100
62
75
62
71
62
75
62
71
14
11
18
23
22.6
14.7
29.0
32.4
4
41
45
59
6.5
56.0
72.6
83.1
1.0　
D 1
D 2
D 3
D 4
6
12
24
48
100
100
100
100
57
53
71
63
57
53
71
63
15
30
56
58
26.3
56.6
78.9
92.1
14
45
66
62
24.6
84.9
93.0
98.4
2.0　
E1
E2
E3
E4
6
12
24
48
100
100
100
100
51
66
70
57
51
66
70
57
18
38
64
57
35.3
57.6
91.4
100.0　
34
56
70
57
66.7
84.8
100.0　
100.0　
1.0g/L 处理 6h的变异率及 0.5g/L 处理 48h与 1.0g/L 、2.0g/L 处理 12h 的变异率几乎双双
一致;在时间相同的条件下 ,0.1 ～ 2.0g/L 的变异率依次升高;在相同浓度条件下 ,处理时间越
471 期　　　　　　　　　　　陈发棣等:秋水仙素诱导菊花脑多倍体的研究
长 ,变异率也依次升高。
2.2　秋水仙素的抑制效应　对照播后第 2天开始出苗 ,且出苗整齐一致 ,约 4d出齐 ,而各个
处理则相应推迟 ,0.1g/ L 浓度处理 6h到第 8 天才出齐 , 2.0g/ L 浓度处理 48h 的到第 5天才
开始出苗 ,约 10d后出齐 。刚长出的幼根短而粗 ,根尖钝圆 ,呈乳突状 ,处理苗的前期真叶生长
明显受到抑制 ,变异的幼苗不仅第一对真叶出现较迟 ,也较对照的小 ,且多呈畸形 ,抑制程度随
浓度的增加而愈加明显 ,自第 2 ～ 3对真叶起 ,叶片不再表现畸形 , 20d后无真叶的幼苗全部死
亡。1.0g/L 与 2.0g/L 浓度处理后 ,真叶抑制最为严重 , 2.0g/L 浓度处理 48h ,所有植株全部
没有真叶(表 2)。0.5g/L 以下的秋水仙素浓度对菊花脑的出苗率影响不大 ,对照的出苗率为
80%,0.5g/L 浓度处理 48h出苗率为 71%;而较高浓度处理则对出苗有明显抑制作用 ,2.0g/
L 的浓度处理 48h ,出苗率降为 57%,且后期死亡率达到 100%,而 0.5g/L 处理 48h ,后期死亡
率仅为 32.4%。
表 2　不同秋水仙素浓度和处理时间对真叶生长的影响
Table 2　Effects of di fferent concentrations of colchicines and treatment time on the growth of real leaf
处理(T reatment)
浓度[ Concent ration(g/ L)] 时间[ Time(h)]
发芽数
Germinat ion number
具真叶苗数
Number of real leaf seedlings
CK 48 80 80
0.1
A1
A2
A3
A4
6
12
24
48
65
63
80
75
65
62
80
73
0.2
B1
B2
B3
B4
6
12
24
48
67
61
77
71
67
60
73
64
0.5
C1
C2
C3
C4
6
12
24
48
62
75
62
71
60
70
53
61
1.0
D1
D2
D3
D4
6
12
24
48
57
53
71
63
53
31
8
6
2.0
E1
E2
E3
E4
6
12
24
48
51
66
70
57
37
30
3
0
处理苗的植株生长也明显受到抑制 , 35d时 ,对照平均高度为 4.4cm ,而经秋水仙素不同
处理的 ,最高的平均值为 2.4cm ,最矮的仅为 1.1cm 。
2.3　叶片保卫细胞和叶绿粒数观察　对 4个变异株的保卫细胞大小和叶绿粒数进行观察统
计。变异株的气孔保卫细胞长度和宽度均明显大于对照 ,对照保卫细胞平均长度为 32.2μm ,
变异株最小的为 41.4μm ,最大的为 51.1μm 。对照保卫细胞平均宽度为 22.6 μm ,变异株最小
的为 29.2μm ,最大的为 30.9μm 。对照的叶绿粒数平均为 10.6个 ,变异株的叶绿粒数最少的
为 14.5个 ,最多的达 29.0个 ,都达到显著差异(表 3 ,图版 1 ,2)。
2.4　细胞学观察　通过对四株形态变异株根尖细胞染色体镜检观察 ,发现 C3-2植株为四倍
体(2n=36)(图版 3 ,4),A2-2为二倍体和四倍体的嵌合体植株 。
48 上　　海　　农　　业　　学　　报　　　　　　　　　　　　　18 卷
表 3　对照与形态变异株叶片气孔保卫细胞和叶绿粒数
Table 3　Differences of number of chloroplasts and guard cells size of leaf stomata between control and mutation plants
材料
Material
保卫细胞长度
Guard cells length(μm) 保卫细胞宽度Guard cells width(μm) 叶绿粒数Number of chloroplast s per stoma
对照(Cont rol) 32.2±4.7　 22.6±3.2　 10.6±1.2　
变异株
Mutation
plants
　A1-2　A2-2　B2-1　C3-2
41.4±3.0﹡﹡
51.1±8.7﹡﹡
44.5±3.9﹡﹡
44.3±3.5﹡﹡
29.9±3.1﹡﹡
29.2±4.2﹡﹡
29.4±3.3﹡﹡
30.9±3.5﹡﹡
29.0±4.7﹡﹡
19.1±4.6﹡﹡
23.5±5.3﹡﹡
14.5±1.5﹡﹡
注:每材料观测 5株 ,每株气孔随机观测 10 个。 　 t 测验 , ＊＊:P <0.01 极显著水平。
N otes:Five plants were obse rved in each treatment , ten stoma ta per plant were measured randomly.t test , ＊＊:significant at P <0.01.
1.二倍体菊花脑叶片气孔(640倍);2.四倍体菊花脑叶片气孔(640倍);
3.二倍体菊花脑根尖体细胞染色体;4.四倍体菊花脑根尖体细胞染色体
Explanation of plates:1.Stomata in leaves of diploid plant(×640);2.Stomata in leaves of tetraploid plant((×640);3.Chro-
mosome of RTCs of diploid plant;4.Chromosome of RTCs of tetraploid plant
2.5　诱变株结实率与种子发芽情况
对3个变异株的结实率和种子发芽率进行统计 ,发现其明显低于对照。对照平均结实率
近40.2 粒/花序 ,种子发芽率为 81%,而 3个诱变株中 ,结实率最高的(A1-2)为 17.3 粒/花
序 ,B2-1植株结实率仅 1.5 粒/花序 ,发芽率从 49%～ 68%。A2-2植株没有开花结实 。A1-2
和C3-2变异株种子千粒重比对照高 ,其中 C3-2的种子千粒重约为对照的 2倍(表 4)。
表 4　对照与变异株的结实率 、种子发芽率和种子千粒重
Table 4　Differences of setting rate , germination rate and 1000-grain weight between control and mutation plants
项目
Item
对照
Con trol
诱变植株(Induction plants)
A1-2 B2-1 C3-2
结实率(粒/花序)
S et ting rate
40.2 17.3﹡﹡ 1.5﹡﹡ 5.7﹡﹡
发芽率(%)
Germinat ion rate
81 68﹡ 50﹡﹡ 49﹡﹡
千粒重(g)
1000-grain w eight 0.128 0.168 0.126 0.250
注:每株随机取 50个花序统计结实率;取100 粒种子统计发芽率。 　 t测验 , ＊:P <0.05 显著水平;＊＊:P <0.01极显著水平。
N otes:Fifty inflo rescence were randomly selected to count setting rate ;one hundred seeds were randomly selected to count germination rate.
t test , ＊:significant a t P <0.05;＊＊:significant a t P <0.01.
491 期　　　　　　　　　　　陈发棣等:秋水仙素诱导菊花脑多倍体的研究
3　讨　论
3.1　一般植物如君子兰[ 7] 、金鱼草[ 8]等种子秋水仙素诱导多倍体处理浓度都大于 0.5g/ L ,处
理时间在 6h以上 ,而菊花脑种子用 0.1g/L 的浓度处理 6h 就可出现大量的形态变异植株 。
1.0g/L的浓度就造成种子期 、幼苗期大量死亡 , 2.0g/L 为致死浓度 。因此菊花脑种子对秋水
仙素较一般植物敏感 ,在诱导多倍体时以 0.5g/L 以下为佳 。
3.2　气孔的保卫细胞大小 ,叶绿粒数的观察是选择菊花脑多倍体的一种间接有效方法[ 11] 。
在 4株保卫细胞大小和叶绿粒数与对照有明显差异的变异株中 ,进一步通过染色体镜检 ,鉴定
出四倍体和嵌合体各一株 。
3.3　化学诱变还可以改良作物品质[ 12] ,四倍体菊花脑与对照相比 ,生长势旺 ,主茎增粗 ,叶片
加厚 ,加宽 。作为野菜有望明显提高产量和改善品质 ,但有关其营养价值及在菊花新品种选育
和起源进化中的应用尚有待于进一步研究。
参　考　文　献
[ 1 ] 　陈发棣 ,陈佩度 , 李鸿渐 .几种中国野生菊的染色体组分析及亲缘关系初步研究.园艺学报 , 1996 , 23(1):67～ 72.
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[ 5 ] 　黄济明编著.花卉育种知识.北京:中国林业出版社 , 1986 , 61.
[ 6 ] 　柳学余编著.农作物化学诱变育种.南京:东南大学出版社 , 1992 , 39～ 40.
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[ 8 ] 　张 方 ,岳　桦.诱导金鱼草多倍体的初步研究.园艺学报 , 1990 , 17(1):76～ 80.
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STUDYON INDUCTIONOF POLYPLOID
Dendranthema nankingense WITH COLCHICINE
Chen Fadi　　Jiang Jiafu　　Fang Weimin
(Hort iculture College , Nanjing Agricul tural Universi ty , Nanjing 210095)
Abstract　Polyploid Dendranthema nank ingense was induced by means of immersing new
diploidy seeds in colchicine solution.The induction ef fects of various concentrations and treatment
time on D .nankingense were compared.The results show ed that the t reatment of 0.5g/ L con-
centration for 48h w as better , resulting in 83.1% induction rate.When treated w ith 1.0g/L and
2.0g/L aqueous solutions of colchicine for 12 hours or even longer , the mortality rate of seedlings
is very high.Set ting rate of induced plants and germination rate are obviously low er than CK .The
guard cells size of stomata ,number of chloroplasts per stoma and chromosome number of roo t tip
cells of 4 morphological variat ion plants were observed , one tet raploid plant(2n=36)and one mo-
saic plant were identified.
Key words　Dendranthema nankingense;Colchicine;Induction of mutation;Polyploid
breeding
50 上　　海　　农　　业　　学　　报　　　　　　　　　　　　　18 卷