全 文 ：核 农 学 报!"#$%!"&"$## $$&#H )$&$#
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收稿日期!"#$(*$$*".!接受日期!"#$%*#.*#’
基金项目!辽宁省教育厅基金项目""#"#.(#A"#
作者简介!赵艳!女!主要从事观赏植物种质资源及遗传育种研究% /*0123$ f95LM15plU1J4$H(8;0
通讯作者!雷家军!男!教授!主要从事观赏植物种质资源及遗传育种研究% /*0123$ 621675392PM4$H(8;J0
文章编号!$###*&..$""#$%#$#*$&#H*#.
四倍体亚洲百合品种花粉母细胞减数分裂行为
观察及花粉生活力测定
赵!艳!贺卫丽!雷家军
"沈阳农业大学园艺学院T辽宁省高校北方园林植物与地域景观
重点实验室!辽宁 沈阳!$$#&HH#
摘!要!为研究四倍体亚洲百合品种花粉生活力低的原因!本试验以 ( 个四倍体亚洲百合品种布鲁拉诺
"+X7593J!"% _%7_%&#$瓦迪索"O13-2?J39!"% _%7_%&#$穿梭"FX9PJX!"% _%7_%&#为试材!采用卡宝
品红染色常规压片法对花粉母细胞减数分裂行为进行观察!并对其花粉生活力进行了测定’ 结果表明!
四倍体亚洲百合品种花粉母细胞在减数分裂过程中出现较多异常现象!包括在后期#$后期$和末期$
出现滞后染色体!在末期#出现染色体桥!在后期$出现分裂不同步$不均等分离!在末期#$四分体时
期出现微核!以及出现了三核四分体等’ 品种布鲁拉诺花粉母细胞减数分裂异常频率为 $#Q""R$穿梭
为 "$Q%&R$瓦迪索为 ((Q$.R’ 布鲁拉诺的花粉生活力明显高于其它 " 个品种!为 &$Q#(R!穿梭为
HHQ#(R!瓦迪索为 %&Q&$R’ 花粉母细胞减数过程中存在的异常现象可能是导致四倍体亚洲百合品种
花粉败育的主要原因之一’ 研究为百合多倍体育种及无花粉新品种选育奠定一定基础’
关键词!亚洲百合&四倍体&减数分裂&花粉生活力
-SC$$#Q$$&HAT682PP58$##*&..$Q"#$%Q$#8$&#H
!!百合是百合科"B2321;919#百合属" A.’.#6#植物的
总称!是多年生鳞茎类球根花卉% 百合品种繁多!花大
色艳!姿态优雅!芳香宜人!是世界重要的鲜切花之一!
并适用于盆花及园林布景!被称为 +球根花卉之
王, &$’ % 亚洲百合杂种系品种是由分布在亚洲的百合
种类及其种间杂交产生的!具有花色丰富(花型多样(
花枝坚挺(生长周期短(花期易调控(适应性强等优点%
目前比较流行的亚洲百合杂种系品种中不仅有二倍
体!还有三倍体和四倍体品种 &"’ % 减数分裂异常存在
于许多植物种类中!尤其在一些远缘杂种及高倍体植
物中异常现象出现的频率更高% 高倍体百合花粉母细
胞减数分裂异常会导致其染色体核型改变!产生不育
配子!降低百合花粉育性!对百合个体的发育和繁殖产
生重要影响% 本试验以 ( 个四倍体亚洲百合品种布鲁
拉诺(瓦迪索(穿梭为试材!对其花粉母细胞减数分裂
行为和花粉生活力进行观测!以期为百合种间杂交及
多倍体育种提供细胞学依据%
!"材料与方法
!#!"供试材料
试验材料为四倍体亚洲百合 ( 个品种$布鲁拉诺
"+X7593J!"% _%7_%&#(瓦迪索"O13-2?J39!"% _%7
_%&#(穿梭 "FX9PJX!"% _%7_%&#% 试材露地种植于
沈阳农业大学花卉基地!正常田间管理% 试验于 "#$(
年 . )’ 月进行%
!#$"试验方法
$Q"Q$!花粉母细胞减数分裂观察!采用常规压片法
观察% 在百合花蕾长度长到 $. 00时开始取样!分别
将不同长度的花蕾取下!以确定可以观察到百合花粉
母细胞减数分裂的各个时期% 用卡诺固定液&A.R乙
醇b冰醋酸"\T\# _(b$’固定 H U 后!转入到 ’#R乙醇
中!置于 % ^冰箱中保存% 观察时取出固定后的花蕾!
经蒸馏水冲洗干净!用镊子夹取花药置于载玻片上!挤
H#&$
!$# 期 四倍体亚洲百合品种花粉母细胞减数分裂行为观察及花粉生活力测定
压出花粉母细胞!除去花药壁及残渣后!加 $ 滴卡宝品
红染液!染色后盖片!镜检观察花粉母细胞所处的分裂
时期及其分裂行为!并拍照 &( @H’ %
$Q"Q"!花粉生活力测定!在室内常温条件下!将 $ 滴
花粉培养液 "蔗糖 $## L)B@$ K](+S($# 0L)B
@$ K
I1I3"$# 0L)B
@$#滴在载玻片上!然后用牙签将少量待
测定花粉播于花粉培养液中!将载玻片放入保湿的培
养皿内!& U 后在显微镜下观测花粉萌发率% 每个处
理观察花粉数 "## 粒以上!重复 ( 次!计算平均值% 以
花粉管生长长度超过花粉粒直径作为萌发标准 &’ @A’ %
萌发率 _萌发的花粉粒数T观察花粉粒数 ‘$##R%
表 !"亚洲百合 F 个四倍体品种花粉母细胞减数分裂异常行为百分率
%&’()!"%9)&’1,+:&(:)3,/3/+&2)/,0.,()1:,29)+8)(/3129+))2)2+&.(,3;T/3&238(3(N 8-(23Q&+/
品种
I73[2\1XP
观察花粉母细胞数
EJ8JfYJ395 ;93PJ减数分裂异常花粉母细胞数
EJ8Jf1<5JX013YJ395 ;93P
减数分裂异常百分率
W1[9PJf1<5JX013092JP2PTR
布鲁拉诺
+X7593J
’(% ’. $#Q""
穿梭
FX9PJX
H&A $%& "$Q%&
瓦迪索
O13-2?J39
’%. "%’ ((Q$.
$"结果与分析
$#!"花粉母细胞减数分裂过程观察
四倍体亚洲百合品种花粉母细胞减数分裂过程包
括 " 次连续的细胞核分裂和 $ 次同时的细胞质分裂!
减数分裂前期#持续的时间比较长!减数分裂过程中
的第一次与第二次分裂之间的间期和前期$持续的时
间比较短!其四分体为正四面体型或十字交叉型!这与
雷家军等 &%’的研究相似%
$#$"花粉母细胞减数分裂异常行为观察
通过观察四倍体亚洲百合品种花粉母细胞的减数
分裂过程!发现在同一花蕾的花药内!其花粉母细胞的
减数分裂所处时期基本一致% 少数情况下!在以后期
#为主要分裂相的细胞群中!存在中期#和末期#分
裂相的细胞*以后期$为主要分裂相时!中期$和末期
$并存*四分体为主要分裂相时!存在末期$和快分解
的四分体!这与周仪等 &$#’观察的百合大孢子母细胞的
减数分裂的研究一致%
试验观察到!在四倍体亚洲百合品种花粉母细胞
减数分裂过程中!主要存在染色体桥(滞后染色体(微
核(不均等分离(分裂不同步(三核四分体等异常现象%
不同品种的四倍体亚洲百合花粉母细胞减数分裂行为
的异常频率不同"表 $#!其中布鲁拉诺花粉母细胞减
数分裂的异常频率最低为 $#Q""R!穿梭为 "$Q%&R!
瓦迪索最高为 ((Q$.R%
"Q"Q$!滞后染色体!在亚洲百合品种花粉母细胞减
数分裂后期#"图 $ @,!$ @+#!可以观察到有 $ 条或
几条滞后染色体存在!有的仍位于赤道板上!有的已经
移向细胞两极% 到减数分裂末期时!这些滞后染色体
就会或随机分布或丢失或游离于主核之外!形成微核%
从而导致细胞内的遗传物质发生改变!影响花粉母细
胞的正常发育!产生不育配子 &$$ @$"’ % 此外!在后期$
"图 $ @G!$ @]#(末期$"图 $ @C#也观察到了滞后染
色体的存在%
"Q"Q"!染色体桥!在末期#"图 $ @I#!观察到细胞
中存在染色体桥% 在细胞分裂的后期!一些染色体具
有两个着丝粒% 到达分裂末期!随着两个着丝粒分别
向细胞两极移动!染色体的两个着丝粒之间的部分在
两极之间被拉紧而形成桥!即为染色体桥 &$(’ % 染色体
桥被拉断后!虽然能进入子细胞核内!但因为染色体有
很大缺失而导致配子死亡%
"Q"Q(!微核!亚洲百合品种花粉母细胞减数分裂过
程中发生的胞质分裂是连续性的!即在第一次减数分
裂后形成隔壁!将母细胞分成两个子细胞!接着进行第
二次减数分裂!最后形成四分体% 在减数分裂后期!丧
失着丝粒的一条或几条染色体片段或染色体在分裂过
程中行动滞缓!在分裂末期没有进入主核!便形成了主
核之外的核块% 即为微核 &$% @$H’ % 在减数分裂的末期
#"图 $ @-#(末期$"图 $ @C!图 $ @>#和四分体"图
$ @k#时期!观察到了细胞中存在微核%
"Q"Q%!不均等分离!在减数分裂过程中!由于某些细
胞内纺锤丝的异常!会造成同源染色体的二价体不发
生分离而被拉向同一极!或者发生细胞内单价体随机
分配!或发生倒位的双着丝粒染色体被拉向细胞同一
’#&$
核!农!学!报 "& 卷
注$,(+$后期#滞后染色体*I$末期#染色体桥*-$末期#$ 个微核* /$后期$分裂不同步* D$后期$不均等分离* G$后期$分裂不同步和滞
!!!后染色体* ]$后期$滞后染色体* C$末期$滞后染色体和微核 >$末期$( 个微核*k$四分体时期 ( 个微核* B$( 核四分体%
EJ[9$ ,15: +$ B1LL25L;UXJ0JPJ09P25 151YU1P9#* I$ IUXJ0JPJ09,PM5;UXJ5J7PP9Y1X1[2J5 25 151YU1P9$* D$ a59o713P9Y1X1[2J5 25 151YU1P9$* G$ ,PM5;UXJ5J7PP9Y1X1[2J5 15: 31LL25L;UXJ0JPJ09P25
151YU1P9$* ]$ B1LL25L;UXJ0JPJ09P25 151YU1P9$* C$ B1LL25L;UXJ0JPJ09P15: 02;XJ57;39225 [93JYU1P9$* >$ FUX9902;XJ57;39225
!!! [93JYU1P9$* k$ FUX9902;XJ57;39225 [9[X1:*B$ F9[X1: e2[U [UX9957;3928
图 !"四倍体亚洲百合品种花粉母细胞减数分裂异常现象
4356!"%9)&’1,+:&(:)3,/3/.9)1,:)1& ,0.,()1:,29)+8)(/312)2+&.(,3;T/3&238(3(N 8-(23Q&+/
极等现象!从而会导致染色体的不均等分离 &$’’ % 在减
数分裂后期$"图 $ @D#!可以观察到染色体被拉向了
细胞同一极% 不均等分离使得细胞内的遗传物质分配
不均匀!导致配子不育%
"Q"Q.!分裂不同步!在减数分裂后期$"图 $ @/!$
@G#!由于两个子细胞中的染色体向两极移动的速度
不同!而造成两个子细胞分裂不同步的现象*另外有些
子细胞中的染色体不伴随着细胞质分裂而分离!在末
期$"图 $ @B#就会形成三核四分体%
$#F"花粉生活力测定
观察发现!不同品种的四倍体亚洲百合的花粉生
活力不同!( 个品种的花粉生活力差异极显著"表 "#!
其中布鲁 拉诺 的 花粉 萌发 率 最高 "图 " @,#! 达
&$Q#(R*穿梭次之"图 " @+#*瓦迪索的花粉萌发率最
低"图 " @I#!为 %&Q&$R%
表 $"四倍体亚洲百合 F 个品种花粉萌发率差异比较
%&’()$">,()15)+:31&23,1+&2)/,029+))2)2+&.(,3;T/3&238(3(N 8-(23Q&+/
品种
I73[2\1XP
观察花粉数
EJ8JfYJ395PJ萌发花粉数
EJ8JfYJ395PL9X0251[9:
萌发率
G9X0251[2J5 X1[9PTR
布鲁拉诺 +X7593J H&# ..$ &$Q#( 1,
穿梭 FX9PJX ’(H %&H HHQ#( < +
瓦迪索 O13-2?J39 ’$. (%A %&Q&$ ;I
!!注$小写字母 1! !!EJ[9$ FU93Je9X;1P9P15: ;1Y2[13P0915 2v#Q#. 15: 2v#Q#$! X9PY9;[2\93M8
&#&$
!$# 期 四倍体亚洲百合品种花粉母细胞减数分裂行为观察及花粉生活力测定
注$,$布鲁拉诺*+$ 穿梭*I$瓦迪索%
EJ[9$,$ +X7593J* +$ FX9PJX* I$ O13-2?J398
图 $"亚洲百合 F 个四倍体品种的花粉萌发情况
4356$">,()15)+:31&23,1,029+))2)2+&.(,3;T/3&238(3(N 8-(23Q&+/
F"讨论
百合的染色体基数较高!属于大染色体植物类群%
因此!在百合花粉母细胞减数分裂过程中!染色体发生
交错纠缠(断裂(倒位等结构变异的几率比较大 &$&’ %
减数分裂过程是在一系列基因的精确控制下进行的!
其中任何一个基因发生变异都会使得减数分裂过程出
现异常!使细胞内的遗传物质发生改变!从而导致配子
不育 &$A’ %
本试验对 ( 个亚洲百合品种的花粉母细胞减数分
裂过程进行了细致观察!比较直观地显示了其减数分
裂过程中出现的异常现象% 百合的减数分裂属于连续
型胞质分裂!在减数分裂的第一次分裂末期形成二分
体!在第二次分裂末期!二分体的细胞中间各自产生细
胞板!形成四分体% 试验观察发现!( 个亚洲百合品种
的花粉母细胞在减数分裂过程中都存在较多异常现
象!包括在后期#(后期$和末期$出现了滞后染色体
或染色体片段!在末期#出现了染色体桥!在后期$出
现分裂不同步(不均等分离!在末期#(四分体时期出
现微核!以及三核四分体等等%
在亚洲百合品种花粉母细胞减数分裂过程中!滞
后染色体或染色体片段等异常现象的产生!使得染色
体向细胞两极移动的速度变缓慢!最终消失在细胞质
中或者形成微核 &"#’ % 因此导致在减数分裂二分体和
四分体时期!百合的基本遗传物质的传递发生异常!从
而造成部分配子不育或者子代染色体数目(结构产生
多样性变化% 花粉母细胞减数分裂异常会导致配子的
育性降低(产生不均衡配子!进而影响花粉发育% 在配
子的形成过程中!减数分裂异常会导致产生部分败育
花粉 &"$’ % 而由正常配子形成的成熟花粉!也可能存在
不正常发育的情况而产生部分败育花粉% 所以花粉母
细胞减数分裂过程是否正常是花粉可育的关键 &""’ %
本试验中!花粉母细胞减数分裂异常频率高的亚
洲百合品种!其花粉生活力则很低% 异常的染色体行
为主要发生在两次分裂的中期和后期!表现为少数染
色体游离于赤道板外% 不均等分离(滞后染色体(染色
体桥等异常现象会引起的配子染色体数目失衡!最终
影响了正常四分体的形成!从而在很大程度上影响了
亚洲百合品种花粉的发育!其花粉生活力的高低与花
粉母细胞减数分裂过程密切相关%
K"结论
本试验观察到四倍体亚洲百合品种花粉母细胞在
减数分裂过程中出现了一些异常现象!( 个品种布鲁
拉诺(穿梭(瓦迪索的花粉母细胞减数分裂异常频率分
别为 $#Q""R("$Q%&R(((Q$.R!这 ( 个品种的花粉生
活力分别为 &$Q#(R(HHQ#(R(%&Q&$R% 花粉生活力
与其花粉母细胞减数分裂过程密切相关!花粉母细胞
减数分裂异常频率高的品种!其花粉生活力则很低!因
此花粉母细胞减数的异常现象可能是导致四倍体亚洲
百合品种花粉育性降低的主要原因之一%
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.+X7593J/! .FX9PJX/ 15: .O13-2?J39/ e9X9$#Q""R! "$Q%&R 15: ((Q$.R X9PY9;[2\93M8FU9YJ395 L9X0251[2J5
X1[9Jf.+X7593J/ e1P&$Q#(R! P2L52f2;15[3MU2LU9X[U15 [UJP9Jf[U9J[U9X[eJ;73[2\1XP! eU2;U e9X9HHQ#(R 15:
%&Q&$R 25 .FX9PJX/ 15: .O13-2?J39/ X9PY9;[2\93M8,<5JX013092JP9PJfYJ395 0J[U9X;93PJf[9[X1Y3J2: ,P21[2;323M
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U)N <,+;/$,P21[2;323M;73[2\1XP* F9[X1Y3J2:* Z92JP2P* VJ395 \21<232[M
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