全 文 ：饲用甜菜染色体倍性与叶片气孔性状相关性研究
鲁文英1 ,漆燕玲2
(1.甘肃农业大学农学院 ,甘肃 兰州　730070;2.甘肃省农业科学院 ,甘肃 兰州　730070)
　　摘要:以饲用甜菜二倍体和四倍体为试验材料 , 研究了气孔的长 、宽度及气孔保卫细胞叶绿体数目与倍性的关
系.结果表明:二倍体植株与四倍体植株的气孔长 、宽度和保卫细胞叶绿体数之间差异显著.四倍体气孔长度约为
二倍体的 1.8 倍 ,宽度约为二倍体的 1.42 倍;且相对于气孔宽度 , 气孔长度具有更好的可靠性和区分效果;二倍体
植株与四倍体植株的保卫细胞叶绿体数的平均值分别为 13.69 和 23.24 ,可将保卫细胞气孔长度与保卫细胞叶绿
体数两个气孔性状相结合 ,作为饲用甜菜多倍体育种初期的筛选鉴定指标.
　　关键词:饲用甜菜;倍性;气孔性状;保卫细胞;叶绿体数
　　中图分类号:S 566.032　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:1003-4315(2008)02-0070-04
Study on the relationship betw een chromosome ploidy and leaf
stomata characters of fodder beet
LU Wen-y ing 1 ,QI Yan-ling2
(1.Co llege o f Ag ronomy , Gansu Ag ricultur al Unive rsity , Lanzhou 730070 , China;
2.Gansu Academy of Ag ricultur al Sciences , Lanzhou 730070 , China)
　　Abstract:Taking the diploid and tet raploid cultiv ars of fodder beet as expe rimental materials , the rela-
tionship be tw een chromosome ploidy and leaf stomatal characters w as studied .The results showed as fo l-
low s:the leng th and w idth of stomatal and chloroplast number s of guard cell betw een diploid and tet raploid
were significant dif fe rent.The stomatal length and w idth of tet raploid w ere as 1.8 times and 1.42 times
long as those of diploid.The average chlo roplast numbers of diploid and tet raploid we re 13.69 and 23 .24
respectively.Therefo re , the length of stomatal and the number of chlo roplast in stomatal guard cell could
be combined as the index to select and ident ify ploidy fodder beet .
　　Key words:fodder beet ;ploidy;stomatal characte rs;guard cell;chloroplast number
　　在植物多倍体育种中 ,倍性鉴定是不可缺少的
重要环节.传统的植株倍性鉴定方法是采用根尖 、茎
尖或花粉粒直接进行染色体计数 , 判断植株倍
性[ 1-3] .染色体计数需要有相当熟练的操作技能 ,而
且过程繁琐 ,耗时多 ,因此寻找一种快速准确的鉴定
方法 ,对于加速育种进程有十分重要的意义.
　　由于染色体倍性与植株叶片气孔大小及保卫细
作者简介:鲁文英(1980-),女 ,甘肃永登县人 , 在读硕士 ,主要从事
作物遗传育种研究.E-m ail:suyely @126.com
通讯作者:漆燕玲 ,研究员 ,长期从事甜菜遗传育种研究.E-mail:gs
qiyan ling@163.com
收稿日期:2007-03-06
胞中叶绿体数目具有一定的相关性 ,所以 ,近年来很
多学者对植株叶片气孔性状与倍性的关系进行了研
究.结果表明 ,多倍体叶片气孔增大 ,气孔密度下降 ,
保卫细胞中叶绿体数目增多 ,可用于倍性鉴定.利用
气孔性状进行倍性鉴定操作简单易行 ,已成为一种
快速简便可行的鉴定技术 ,已在苜蓿 、玉米 、茶树等
许多植物中得到了应用[ 4-7] .
　　在小麦花粉植株中 ,通过气孔保卫细胞长度来
鉴定倍性被证明是一种简便可行的方法 ,单倍体与
二倍体气孔保卫细胞长度差异非常显著 ,其区分界
值为 64 μm[ 8] ;甘蓝型油菜单倍体与种子植株的叶
片气孔保卫细胞外周长值在 74 μm 处存在分界
2008 年 4月
第 2期 70 ～ 73
甘　肃　农　业　大　学　学　报
JOURNAL OF GANS U AGRICULTURAL UNIVERSITY
第 4 3 卷
双 月 刊
值[ 9] ;不同倍性茶树叶片保卫细胞叶绿体数目间差
异显著 ,二倍体植株保卫细胞叶绿体数目≤16 ,三倍
体植株叶绿体数目≤24 ,四倍体植株叶绿体数目≤
32 ,每增加一组染色体组 ,增加 8个叶绿体[ 10] .
　　高妙真等[ 11] 对二倍体糖用甜菜品系和四倍体
糖用甜菜品系在生育期间定期取样进行研究 ,发现
四倍体甜菜叶细胞中叶绿体数目多 ,气孔亦大 ,二倍
体甜菜叶片保卫细胞中有 16.8个叶绿体 ,而四倍体
甜菜叶片保卫细胞中叶绿体数目则为 23 .4个 ,因
此 ,可将叶片保卫细胞中叶绿体数目作为苗期鉴定
育种材料染色体倍性的生理指标.目前对于利用饲
用甜菜气孔性状进行倍性鉴定还没有系统的研究报
道 ,缺少数量化的指标 ,本研究旨在通过研究气孔大
小及保卫细胞叶绿体数目与倍性的关系 ,为利用气
孔性状进行饲用甜菜的倍性鉴定提供理论依据.
1　材料和方法
1.1　供试材料
　　以饲用甜菜品种“甜饲 1号”二倍体植株(2n =
2x=18)和通过染色体加倍后得到的四倍体植株
(2n =4x=36)为试验材料.
1.2　试验方法
　　取材时间:清晨 8 ∶00 ～ 10∶00于田间取样.
　　方法:取饲用甜菜新鲜叶片 ,撕取少量下表皮置
于载玻片上 ,用 1 %碘-碘化钾染色 ,加盖玻片 ,在显
微镜下观察计数 ,每个单株取 3片叶 ,每叶随机统计
10个气孔长 、宽数值及保卫细胞叶绿体数目 ,求其
平均值 ,两种倍性各测 29个植株 ,将所得数据 SPSS
软件上进行统计分析.
2　结果分析
2.1　饲用甜菜气孔长 、宽度与倍性的关系
　　对于不同倍性植株气孔长度 , t=72.27>t0.01 =
2.756 ,对于不同倍性植株气孔的宽度 , t =28.04 >
t0.01 =2.756 ,表明二倍体与四倍体饲用甜菜气孔的
长度 、宽度之间均具有极显著差异(表 1).二倍体植
株气孔长宽度的变异系数比较接近且相对变异程度
较小 ,而四倍体植株气孔长宽度变异系数相差较大 ,
其中长度的变异系数小于宽度的变异系数.两种倍
性植株气孔的长度均具有较小的变异系数 ,表明不
同倍性气孔长度的相对变异程度较小 ,而且从变异
幅度来看 ,两种倍性的气孔长度具有更好的区分值 ,
因此 ,相对于气孔宽度而言 ,饲用甜菜植株气孔长度
的变化具有更好稳定性 ,对倍性的反映更具有可
靠性.
表 1　二倍体和四倍体饲用甜菜气孔长度和宽度的比较
Tab.1　Compara tion on the leng th and w idth of stoma
betw een diplo id and tetraploidy cultivar s o f fodder beet
倍性 染色体数目
气孔长度/μm
平均值 变异幅度 变异系数 CV/ %
二倍体 18 27.63 20.5 ～ 34.9 3.93
四倍体 36 48.75 34.4 ～ 56.0 2.36
倍性 染色体数目
气孔宽度/μm
平均值 变异幅度 变异系数 CV/ %
二倍体 18 22.94 17.4 ～ 30.5 3.49
四倍体 36 32.75 25.0 ～ 40.5 5.01
　　四倍体甜菜气孔长度约为二倍体甜菜的 1.8
倍 ,宽度约为二倍体的 1 .42倍 ,二倍体甜菜气孔长
宽度之比约为 1.2∶1 ,而四倍体甜菜气孔的长宽度
之比几乎达到了 1.5∶1 ,在显微镜下可以看到二倍
体与四倍体饲用甜菜的气孔形状具有明显差异(图
1 、2),二倍体甜菜气孔多呈卵圆形或球形 ,而四倍体
甜菜气孔则较为狭长形.
图 1　二倍体饲用甜菜叶片气孔
F ig.1　The stoma of diploid cultivar of fodde r bee t
图 2　四倍体饲用甜菜叶片气孔
Fig.2　The stoma o f tetraploidy cultiv ar o f fodder beet
71第 2 期　　　　　　　　　　　鲁文英等:饲用甜菜染色体倍性与叶片气孔性状相关性研究　　　　　　　　　　　　　
2.2 　饲用甜菜叶片保卫细胞叶绿体数与倍性的
关系
　　以二倍体和四倍体饲用甜菜为对象 ,对不同倍
性植株叶片保卫细胞叶绿体数进行比较 ,两者叶绿
体数的平均值分别为 13.69和 23.24 , t测验结果为
t =27.929>t0.01 =2.756 ,表明二倍体与四倍体植株
叶片保卫细胞叶绿体数之间具有极显著差异.叶绿
体数目随着倍性的增加而增加 ,四倍体与二倍体的
保卫细胞叶绿体数平均值之比约为 1 .7 ∶1 ,并不像
染色体数目一样呈 2∶1的比例.从表 2中还可以看
出 ,二倍体植株叶片保卫细胞叶绿体数目的变异系
数较四倍体大 ,说明二倍体叶绿体数目的相对变异
程度较大.
2.3　不同倍性饲用甜菜叶片气孔叶绿体分布频率
　　对二倍体和四倍体植株气孔叶绿体分布进行统
计(表 3),发现二倍体保卫细胞气孔叶绿体数多分
布在 12 ～ 17之间 ,而四倍体叶片气孔叶绿体数多于
或等于 18 ,且多分布在 18 ～ 29 之间 ,对二 、四倍体
植株叶片气孔叶绿体分布进一步更为细致的作图
(图 1 .),可以更清楚的看出两者的分布规律.从图
中可以看出 ,两种倍性的部分叶绿体数分布发生了
重叠 ,主要表现在叶绿体数为 18 ～ 23之间 ,分布在
这一区间的二倍体频率约为 4 %,而四倍体频率则
为 53.67 %,远远高于二倍体叶绿体数的分布频率 ,
因此 ,将叶绿体数为 18拟为分界值 ,在所观测数据
足够多的情况下 ,可以对饲用甜菜倍性进行初步
鉴定.
表 2　二倍体与四倍体饲用甜菜叶片保卫细胞叶绿体数的比较
Tab.2　Comparation o f the chlor oplast numbers between
diploid and tetr aploidy cultiva rs of fodde r beet
倍性 染色体数目
叶绿体数
平均值
叶绿体数变
异幅度
变异系数
CV/ %
二倍体 18 13.69 9 ～ 21 9.98
四倍体 36 23.24 18 ～ 37 8.86
表 3　饲用甜菜不同倍性叶片气孔叶绿体分布频率
Tab.3　Dist ribution frequencies of stomata chlo roplast numbe r at different ploidy lev els in fodde r beet
倍性 叶绿体数
9～ 11 12 ～ 14 15 ～ 17 18～ 20 21～ 23 24～ 26 27 ～ 29 30 以上
二倍体 12.33 54.7 29 3.67 0.33 0 0 0
四倍体 0 0 0 22.67 31 31.67 11 3.67
图 3　饲用甜菜不同倍性叶片气孔叶绿体分布频率
Fig.3　Distribution f requencies of stomatal chlo roplast
numbe r at different ploidy leve ls in fodder beet
3　讨论
　　气孔保卫细胞叶绿体数目受染色体控制 ,能反
映植株倍性 ,气孔保卫细胞长度是受染色体倍性控
制的一对相对稳定的性状 ,年份间差异变化不显
著[ 8] ,并且同一植物处于相同环境条件和发育阶段 ,
同一部位的保卫细胞大小性状是相对稳定的[ 12] .因
此 ,在饲用甜菜多倍体育种中 ,将保卫细胞气孔长度
及保卫细胞叶绿体数目两个性状相结合 ,对诱变群
体进行大量观察统计 ,可以实现饲用甜菜倍性的初
步鉴定筛选.对于叶绿体平均数为 18这一拟定分界
值及保卫细胞长度的变异范围 ,对于其他饲用甜菜
品种是否适用 ,还有待进一步实验论证.
　　在操作中发现 ,在清晨取样效果较好 ,叶绿体染
色较深 ,呈颗粒状 ,在显微镜下容易分辨和计数.晴
天采样效果较好 ,阴天或雨后采样 ,叶绿体染色浅 ,
不易计数 ,采样后应尽快进行观察 ,否则叶片失水萎
蔫后 ,叶绿体发生分解 ,难以辨认计数.采样后用无
菌水浸泡过的材料比未浸泡过的染色效果更好 ,叶
绿体颗粒更加清晰.
　　二倍体材料经处理后 ,准确地辨认多倍体并将
其挑选出来 ,是多倍体育种中的重要一环.除了常用
的染色体计数法以外 ,目前应用较多的鉴定方法有
直接鉴定法和流式细胞仪法 ,其中直接鉴定法是根
据植株的外部形态特征鉴定多倍体的方法 ,是最直
观 、最粗放的方法 ,但可以对群体作以初步鉴定 ,减
72　　　　　　　　　　　　　　　　甘 肃 农 业 大 学 学 报　　　　　　　　　　　　　　 　2008 年
少育种工作者的工作量;流式细胞仪法鉴定快速简
便且准确 ,但由于需要昂贵的设备 ,在多倍体鉴定中
受到了限制.利用气孔性状进行鉴定时 ,处理每份材
料只需要几分钟 ,而且操作简单 ,又不需要昂贵的仪
器 ,因此 ,利用气孔性状进行倍性鉴定不失为一种经
济快速的鉴定方法 ,对于加速多倍体育种进程有重
要意义.
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