全 文 ：·技术与方法·
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2016, 32(4):74-79
莲藕（Nelumbo nucifera）为莲科莲属植物，主
要分布在亚洲和大洋洲，也是我国最重要的一种水
生经济作物，有食用、药用和观赏价值，也具园林
造景和水体净化等环境生态价值。经过长期栽培驯
化，已经拥有上百个品种。随着莲藕基因组测序的
完成［1，2］，莲藕基因功能鉴定以及表观遗传学研究
将成为莲藕基因组研究的重点。免疫荧光染色技术
是一种能快速、直观、准确检测目的抗原在细胞内
分布的生物技术，其原理是抗原与荧光素标记的抗
体直接或间接特异性结合而在荧光显微镜下得以检
收稿日期 ：2015-06-01
基金项目 ：国家自然科学基金资助项目（31271310）
作者简介 ：王海燕，女，副教授，研究方向 ：植物遗传学 ；E-mail ：wanghaiyan8589@163.com
莲藕根尖染色体制片与免疫荧光染色技术的优化
王海燕1，2  朱之轩2  金晶2  丁毅2
（1. 新疆教育学院科学教育学院，乌鲁木齐 830043 ；2. 武汉大学生命科学学院遗传学系，武汉 430072）
摘 要 ： 在细胞遗传学研究中，莲藕根尖染色体制片比较困难，研究了莲藕根尖染色体制片过程中适宜取材的根尖长度、
有丝分裂指数、预处理试剂和处理时间、固定时间、酶解与低渗时间等相关因素，并对莲制片进行了免疫荧光染色。结果表明 ：
根尖长为 1.5 cm 左右时有丝分裂指数最高，预处理采用冰水冷冻处理 24 h 分裂相较多，染色体形态清晰 ；用 4% 多聚甲醛固定
1h，染色体形态较好；采用 2.5% 纤维素酶和 2.5% 果胶酶混合液 37℃消化 30 min，酶解较彻底，细胞质残留少，染色体分散良好；
1×PBS 低渗 30 min，染色体形态较好 ；免疫荧光染色后经检测可观察到较强的信号。
关键词 ： 莲藕根尖细胞 ；预处理 ；有丝分裂指数 ；染色体制片 ；DAPI 染色 ；免疫荧光
DOI ：10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2016.04.009
The Optimization of Chromosome Preparation and
Immunofluorescence Staining for Root Tip of Nelumbo nucifera
WANG Hai-yan1，2 ZHU Zhi-xuan2 JIN Jing2 DING Yi2
（1. College of Science Education，Xinjiang Education Institute，Urumqi 830043 ；2. Department of Genetics，College of Life Sciences，Wuhan
University，Wuhan 430072）
Abstract: It is difficult to prepare lotus’s（Nelumbo nucifera）root tip chromosome in the cytogenetic study. Therefore，some related
factors were studied，such as selecting the proper length of root tip，mitotic index，pretreatment medicament and time，the fixing time，the
time of enzyme hydrolysis，and low osmosis in the chromosome preparation from the root tip cells of lotus，and then the immunofluorescence
staining was also carried out to validate the chromosome preparation. The results showed that the mitotic index was the highest and morphology
was clear when the root tips length was approximately 1.5 cm and the root tips was treated with ice water for 24 hours. The chromosome
morphology was solid while root tips was for 1 h fixing with 4% paraformaldehyde. The enzyme hydrolysis was complete，the residue of
cytoplasm was little，and the chromosome scattered well while the tips were digesting 30 min with combination of 2.5% cellulase and 2.5%
pectinase at 37℃. The chromosome morphology was fine under 30 min low osmosis treatment by 1×PBS. Strong signals were detected after the
immunofluorescence staining. This study set up the foundation for the relevant researches on cytogenetic and epigenetic studies of N. nucifera.
Key words: root tip cells of Nelumbo nucifera ；pretreatment ；mitotic index ；chromosome preparations ；DAPI staining ；
immunofluorescence
2016,32(4) 75王海燕等：莲藕根尖染色体制片与免疫荧光染色技术的优化
测［3］。该技术在医学、动物学领域已应用多年［4-9］，
但在植物中的应用报道较少。目前，有关莲藕核型
分析［10，11］和荧光原位杂交［12］的研究中提供了一
些莲藕的染色体制片方法，但莲藕根尖染色体制片
比较困难，运用常规方法制片难以得到效果满意的
染色体装片，而且关于莲藕根尖染色体制片新进展
的报道也较少，不利于进行基因的染色体定位等细
胞遗传学研究。因此，本研究旨在探索出适用于莲
藕的染色体制片与免疫荧光染色的新技术，为莲藕
基因进行染色体定位等细胞遗传学及表观遗传学研
究提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
供试莲藕（Nelumbo nucifera）由武汉大学生命
科学学院遗传学系丁毅教授课题组提供。
1.2 方法
1.2.1 材料培养 选择饱满的莲藕种子，在种皮上
轻轻敲击出小裂口（以利于种子萌发），清洗干净后
加入清水，置于 28℃ 的恒温光照培养箱中培养。
1.2.2 取材及确定适宜的根长 约 3 周后种子萌发
长出初生根，当根尖分别生长至 0.5、1.0、1.5 和 2.0
cm 长度时，用清水清洗。选取长势旺盛的根尖，进
行下一步处理。
1.2.3 预处理 分别选择 8-羟基喹啉溶液、饱和对
二氯苯溶液、饱和 α-溴萘溶液、冰水作为预处理试剂，
并进行制片效果比较。即分别用 0.002 mol/L 的 8-羟
基喹啉、饱和对二氯苯在 16℃下浸没材料进行预处
理 ；饱和 α-溴萘溶液在 28℃培养箱中避光浸没处理
材料，并在 2 小时后换一次溶液。前 3 种预处理均
设置 4 个预处理时间梯度 ：1、2、3 和 4 h ；冰水冷
冻处理时将材料置于冰水中，在 4℃的冰箱中预处
理 18-24 h。
1.2.4 固定 将各种预处理后的材料取出，放置入
1.5 mL EP 管内用无菌水冲洗数次，加入 4% 多聚甲
醛冲洗 3 次，最后在管内加入 0.5 mL 的 4% 多聚甲醛，
4℃下固定，固定时间设置为 4 个梯度：30 min、1 h、
1.5 h 和 2 h。
1.2.5 解离 固定后切取约长 1 mm 根尖用无菌水
冲洗数次，用水解酶［2.5% 纤维素酶 +2.5% 果胶
酶磷酸缓冲盐溶液，（phosphate buffered saline，PB-
S）］于 37℃下进行解离，时间设置为 4 个梯度 ：15、
20、30 和 40 min。
1.2.6 低渗 先用 1×PBS 洗数次，洗去酶液，再用
1×PBS 进行低渗，时间设置为 4 个梯度 ：15、20、
30 和 40 min。压片法制片，-80℃储存。
1.2.7 DAPI 染色 从 -80℃中取出装片，迅速用刀
片启掉盖玻片，在 60℃烘箱内烤片 10 min。避光下，
向载玻片上加 15 μL DAPI（10 μg/mL）溶液，盖上
盖玻片。在荧光显微镜下用紫外（UV）激发滤光片
观察镜检，进行分裂相及有丝分裂指数统计。
1.2.8 免疫荧光染色 从 -80℃拿出装片，于 60℃
烘 箱 中 烤 片 1 h， 加 50 μL 3% BSA（Bovine Serum
Albumin）溶液，加盖玻片，37℃封阻 1 h。揭去盖
玻片，将载玻片置于 1×PBS 溶液中清洗 3 次，每
次 5 min。 向载玻片上加入 50 μL 一抗稀释液（用
3%BSA 以 1∶500 的比例稀释一抗）。加盖玻片，置
于湿盒内于 4℃孵育过夜。揭去盖玻片，将载玻片
置于 1×PBS 溶液中清洗 3 次，每次 5 min。避光条
件下，向载玻片上加 50 μL 二抗稀释液（用 3%BSA
以 1∶100 的比例稀释二抗），加盖玻片，于 37℃孵
育 1 h。揭去盖玻片，将载玻片置于 1×PBS 溶液中
清洗 3 次，每次 5 min。用去离子水清洗 2 次，每次
3 min，仍然在避光条件下，室温自然晾干。加 15
μL DAPI（10 μg/mL）溶液，盖上盖玻片。
1.2.9 镜检 染色体装片在 Olympus BX60 荧光显微
镜下观察，分别用紫外（UV）和绿色（WG）激发
滤光片观察 DAPI 染色和 Cy3 标记的信号，将好的
图片用 Olympus DP80 CCD 拍照保存。
2 结果
2.1 不同根尖长度对制片的影响
根尖长度对细胞分裂指数有比较明显的影响。
由表 1 可见，当根尖长约 1.5 cm 时切取，效果最好，
细胞分裂指数为 11.63%。当根尖太短时，分裂相较
少，染色体分散程度不好 ；根尖太长时，分裂相也
较少。
2.2 不同预处理对制片的影响
在使用不同预处理试剂分别对根尖材料预处理
后的结果是 ：4℃冰水浴预处理 24 h 细胞分裂相较
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2016,Vol.32,No.476
多，染色体浓缩程度适宜，分散均匀，形态清晰，
缢痕区明显 ；0.002 mol/L 的 8-羟基喹啉溶液预处理
2 h 效果次之 ；而饱和对二氯苯溶液、饱和 α-溴萘溶
液在各个时间长度的预处理效果均不甚理想（表 2，
图 1，图 2）。
2.3 不同固定时间对制片的影响
固定时间对制片有一定影响。我们的实验表明
固定根尖 1 h 时间恰当，染色体形态较为清晰，如
图 3-A ；固定时间过短如 30 min 或过长超过 1 h 后，
染色体形态均较为模糊（图 3-B）。3-B 是固定 2 h 制
片中的染色体，可见染色体形态较模糊。
2.4 不同酶解与低渗时间对制片的影响
在酶解去壁过程中，不同酶解与低渗时间的制
片效果是不同的（图 4，表 3）。用 2.5% 的混合酶液
在 37℃酶解 30 min 酶解较彻底，能去除细胞壁和细
胞膜，染色体分散较好（图 4-A）；低渗 30 min 染色
表 2 几种试剂在不同处理时间的效果比较
预处理试剂 处理时间与效果
1 h 2 h 3 h 4 h
0.002 mol/L 的 8- 羟基
喹啉溶液
分裂相较少，染色体浓
缩程度不足
分裂相稍多，染色体形态较清晰，呈短粗颗粒状，
缢痕区较明显，但分散不均匀。
染色体浓缩过度，
形态不清晰
染色体形态模糊
饱和对二氯苯溶液 分裂相较少，染色体浓
缩程度不足
分裂相稍多，染色体浓缩较适宜，呈条形，但
分散不均匀，容易重叠，缢痕区不明显
染色体浓缩过度，
形态模糊
染色体形态模糊
饱和 α- 溴萘溶液 分裂相较少，染色体浓
缩程度不足
分裂相稍多，染色体形态不够清晰，边缘模糊，
容易粘连，缢痕区不明显
染色体浓缩过度，
形态模糊，
染色体形态模糊
4℃冰水浴 18 h 的分裂相较少，染色体浓缩不足 ；20-22 h 的分裂相稍多，染色体浓缩程度适宜，但形态欠佳 ；24 h 细胞分裂相较
多，染色体浓缩程度适宜，分散均匀，形态清晰，缢痕区明显
A B
C D
10 μm
A-D 是不同预处理后，经 4% 多聚甲醛固定 1 h，酶解低渗各 30 min，DAPI
染色后染色体图像。A ：8- 羟基喹啉溶液预处理 2 h ；B ：饱和对二氯苯溶液
预处理 2h ；C ：饱和 α- 溴萘溶预处理 2 h ；D ：冰水预处理 24 h
图 1 不同预处理的制片效果
50 μm
冰水预处理 24 h，4% 多聚甲醛固定 1 h，酶解和低渗各 30 min，DAPI 染色
后染色体图像。箭头处为分裂相
图 2 冰水预处理 24 h 的低倍镜下制片效果
体形态清晰较好（图 4-B）；解离或低渗 40 min 或更
表 1 莲根尖长度对细胞分裂指数的影响
根尖长度 /cm 观察细胞数 / 个 分裂相数 / 个 有丝分裂指数 /％
0.5 672 18 2.67
1.0 705 61 8.65
1.5 696 81 11.63
2.0 723 70 9.68
长时，许多细胞胀破，多个细胞较多的染色体也会
混在一起（图 4-C），细胞染色体也有丢失现象（图
4-D）。
2016,32(4) 77王海燕等：莲藕根尖染色体制片与免疫荧光染色技术的优化
2.5 免疫荧光染色在染色体和细胞核上信号检测
本实验进行的免疫荧光染色中，使用的一抗是
H3K27me2 多克隆抗体，二抗是荧光（Cy3）标记羊
抗兔 IgG。
首先，用 DAPI 染色，观察到染色体和细胞核
都为蓝色（图 5A、D），这是 DAPI 特有的颜色 ；再
经免疫荧光染色，在所观察的图像中，无论是细胞
核还是染色体上均有较强的红色阳性荧光信号（图
5-B、E），是 Cy3 荧光素特有的荧光信号。最后，将
DAPI 染色图像与免疫荧光染色图像进行重叠得到荧
光染色信号图像（图 5-C、F）。这表明本实验进行
的莲藕染色体制片及其免疫荧光染色是有效可行的。
3 讨论
3.1 制片过程的分析讨论
有丝分裂指数 = 有丝分裂细胞数 / 观察细胞总
数 ×100%［13］。不同根尖长度对制片及有丝分裂指
数是有影响的。当莲藕根尖长约 1.5 cm 时切取，制
片效果最好，有丝分裂指数最高。李玉玺［13］、郑金
双等［14］研究中也有类似报道。
预处理可破坏和抑制纺锤体中微管的形成，使
中期分裂相的数量增加，促使染色体浓缩变短，利
于染色体分散［15］。可用作预处理的药物很多，如
秋水仙素、对二氯苯、8-羟基喹啉、α-溴萘、冰水
等［15，16］。不同植物进行预处理的最佳方式不同。杨
玲等［15］利用对二氯苯 -α-溴萘混合液预处理沙田柚
根尖制片效果最好，中期分裂指数高 ；李艳辉等［17］
用 8-羟基喹啉处理皱叶酸模，染色体制片效果最好；
任文娟等［18］、赵庆等［19］分别以冰水预处理菜用大
黄、万寿菊根尖，获得的染色体中期细胞数比例最高，
中期分裂相也较多 ；牛力涛等［20］、张健等［21］分别
用 8-羟基喹啉与秋水仙素混合液预处理裕民无刺红
花、木薯叶片，染色体制片的效果显著。
固定剂可以中止细胞中的酶解反应或其他代谢
活动，防止抗原丢失或被破坏，并保持细胞原有的
结构和状态。常用的固定剂有交联剂和有机溶剂［3］。
常规制片中常用的卡诺氏固定液是有机溶剂，其固
定作用特点是穿透性强、可使细胞内蛋白变性，但
在染色过程中，处理时间过长时可导致抗原流失 ；
A B
10 μm
A ：冰水预处理 24 h，4% 多聚甲醛固定 1 h，酶解和低渗各 30 min，DAPI
染色后染色体图像 ；B ：冰水预处理 24 h，4% 多聚甲醛固定 2 h，酶解和低
渗各 30 min，DAPI 染色后染色体图像
图 3 不同固定时间的制片效果
A B
C D
10 μm
A ：冰水预处理 24 h，4% 多聚甲醛固定 1 h，酶解和低渗各 30 min，DAPI
染色后前中期染色体图像 ；B ：冰水预处理 24 h，4% 多聚甲醛固定 1 h，酶
解和低渗各 30 min，DAPI 染色后中期染色体图像 ；C ：冰水预处理 24 h，4%
多聚甲醛固定 1h，酶解和低渗各 40 min，DAPI 染色后染色体图像 ；D ：冰
水预处理 24 h，4% 多聚甲醛固定 1 h，酶解和低渗各 1 h，DAPI 染色后染
色体图像
图 4 不同酶解时间的制片效果
表 3 不同酶解时间的制片效果
酶解时间 /min 染色后装片背景 细胞分散效果 染色体形态、分布情况
15 不澄净，细胞质有残余 分散不好，细胞有重叠， 重叠
20 稍澄净，仍有少量细胞质残余 分散不好，细胞有粘连 模糊
30 较为澄净，无细胞质残余 分散较好，细胞无粘连 清晰，多呈长条形
40 较为澄净，无细胞质残余 分散较好，细胞无粘连 有较多丢失或混杂
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2016,Vol.32,No.478
多聚甲醛为交联固定剂，能够使细胞内蛋白之间相
互交联，保存抗原于原位，能较好地保存抗原及组
织细胞的形态结构，又能使蛋白质得以固定［22-24］。
解离可以除去细胞间的果胶层并软化、破坏细胞
壁［25］。Gill 等［26］用纤维素酶和果胶酶溶解细胞壁。
陈瑞阳等［27］提出了酶解去壁低渗的制片方法，制
片的染色体分散较好、形态较平整。
4，6-二 脒 基 -2-苯 基 吲 哚，4，6-diamidino-2-
phenylindole，DAPI 是一种灵敏度高、特异性强的
DNA 荧光染料，它对细胞核内染色体、细胞质 DNA
都有很好的荧光染色效果，DAPI 复合物发出的荧光
为浅蓝色，荧光显微镜观察细胞标记的效率高，荧
光稳定，便于显微照相，已得到广泛应用［28-30］。
3.2 制片过程各个步骤摸索、控制及优化
我们在摸索最佳预处理方式时，保证了在整个
制片过程中只有预处理是不同的变量，其余各个步
骤中的同一个步骤都设置成相同方式。这样材料经
过不同的预处理后，在相同的固定方式、解离方式、
低渗方式、DAPI 染色等方式处理后，镜检就可选出
最适宜的预处理方式。本研究选出最适宜的预处理
方式是冰水低温处理方式。
本实验采用间接免疫荧光测定法，即抗原与荧
光素标记的抗体间接特异性结合，来检测抗原蛋白
在细胞核和染色体上的定位分布情况。与以往常规
制片方法相比，DAPI 染色后装片背景更为澄净，在
荧光显微镜下染色体更清晰，可清楚地观察到中期
或前中期染色体。免疫荧光染色后，在染色体和细
胞核上可观察到较强的阳性荧光信号。信号显示了
组蛋白 H3K27me2 二甲基化修饰后的位置，信号在
着丝粒等异染色质（heterochromatin）部位有明显分
布，这为组蛋白甲基化修饰的分布及功能研究奠定
了基础，也可以为如莲藕一类染色体较小的植物的
核型分析及染色体定位等细胞学研究奠定基础。
以往免疫荧光研究多在人及动物体的组织细胞
中进行，莲藕根尖细胞的细胞壁等因素增加了免疫
荧光技术在植物细胞中摸索运用的难度。本实验为
了克服卡诺氏固定液使细胞内蛋白变性、可导致抗
原流失等缺点，选择多聚甲醛作为固定剂，因此能
较好地保持抗原及组织细胞的形态结构，使蛋白质
得以固定 ；而解离则选择 2.5% 纤维素酶和 2.5% 果
胶酶混合酶液来溶解细胞壁，用 1×PBS 进行低渗，
而不是使用在动物细胞免疫荧光染色中常用的通透
剂 TritonX-100）［8，22-24］。实验结果表明，这样处理
后的莲藕根尖染色体制片及免疫荧光染色效果较好。
值得注意的是多聚甲醛本身的透膜作用较弱，不进
行渗透，抗体很难进入细胞［24］，它在发挥交联固定
作用同时可能会阻碍抗体的渗透［23］，因此本实验中
也观察到有些细胞核及核内染色体上的荧光信号并
不强。这需要我们对 1×PBS 的低渗作用等方面做
进一步研究。而且，该技术对操作者技术要求较高，
整个实验流程较长，免疫染色中的抗体价格比较昂
贵，需要操作者技术熟练。在莲藕上筛选出来的最
佳处理，还有待于运用于其他植物。
4 结论
本实验对莲藕根尖染色体进行了适于免疫荧光
染色的染色体制片技术的研究和优化，结果表明，
根尖最适宜取材长度为 1.5 cm 左右，冰水预处理 24
h 分裂相较多，染色体形态清晰 ；用 4% 多聚甲醛固
定 1 h 染色体形态较好 ；采用 2.5% 纤维素酶和 2.5%
果胶酶混合液 37℃消化 30 min，酶解较彻底；1×PBS
低渗 30 min，染色体形态较好 ；免疫荧光染色后呈
现较强信号。
A B C
D E F
10 μm
A 和 D 均是冰水预处理 24 h，4% 多聚甲醛固定 1 h，酶解低渗各 30 min，
DAPI 染色后染色体、细胞核图像。B、E 是又经过免疫荧光染色后图像 ；C、
F 是图像 A、D 分别与 B、E 重叠后图像
图 5 免疫荧光染色的制片效果
2016,32(4) 79王海燕等：莲藕根尖染色体制片与免疫荧光染色技术的优化
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（责任编辑 狄艳红）