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THE CYTOLOGICAL EFFECT OF EMS ON SPIKES AND ITS INFLUENCE ON ANTHER CULTURE OF WHEAT IN VITRO TREATMENTS

EMS处理小麦幼穗的细胞学效应及其对花药培养的影响



全 文 :核 农 学 报 一魄。, 一 生
通 助 介 油 认化
处理小麦幼穗的细胞学效应
及其对花药培养的影响
崔秋华 许耀奎
吉林农业大学 长春
本实验采用注射法 , 以 不 同浓度 的甲基磺 酸 乙 醋 处理春 小 麦活 体 植
株的幼穗 , 染 色体崎变率和微核率明显提高 , 而且 两者的变化有平行性 , 再次证明
在植物上 用微核技术代替染 色休崎变分析检刚 诱 变损 伤是可行 的 。 本实验还通过花
药培养 , 探讨 了这种诱 变处理村花粉愈伤组织 诱导和幼 苗分化 的影响 , 观察到
在 一 浓度下 , 来 色体崎变率高 , 、币 出愈率低 , 高浓度 处理 降低 了 愈
伤组织 的幼 苗分化率 , 并使 白苗数增 多 经分析 , 不 同春小 麦品种讨 的 反 应
基本一致 , 说明 的作用有一定的专一性 。
关健词 甲基磺酸 乙醋 来 色体崎变 微核 愈伤组 织 幼 苗分化

吮兰

改进诱变处理的方法 , 提高有益突变频率 , 一直是诱变育种的重要课题 。 国内外的一些
研究证明 , 除进行诱变因素的综合处理外 , 以活体植株雌雄配子和合子为材料进 行 理 化 处
理 , 可获得较高的突变频率和较宽的变异谱 ‘ 。 近年来 , 有些资料表明 , 生殖细胞发 育 阶 汤
段对诱变剂的反应最为敏感 , 对此时期的活体植株幼穗进行诱变处理 , 将会导致遗传物质发
生较大变化 , 大大提高变异频率 〔么
。 因此 , 我们选取春小麦活体植株处于减数分裂早 前 期
的幼穗 , 以化学诱变剂 进行处理 , 一方面利用染色体畸变和微核测定法分析诱变 效 应
在细胞水平上的变化 , 另一方面 , 结合进行花药培养 , 探讨这种处理对春小麦花粉愈伤组织
诱导和幼苗分化的影 响 , 旨在寻求突变育种的新途径 。
材 料 和 方 法
本实验所选用的材料是两个遗传性稳定的春小麦品种 “ 长春一号 ” 和
一 “ 吉麦 号 ” 。 于
年 月上旬播于 田间 , 以获得活体植株 。 化学诱变剂 处理浓度分别为 、 ,
、 。 和 , 均 以 值为 的 磷酸缓冲液配制 缓冲液经高压灭菌 ,
设置磷酸缓冲液处理为对照组 , 各浓度药液封存于软胶塞的无菌医川瓶内
。 配制药 异,全部在
此文于 年 月场日收到 。
全期 处理小麦幼穗的细地学效血及其对花药培养的影响
无菌条件下进行 。

处理方法 采用注射法 , 处理时首先在 田间取样 , 进行镜检 , 当花粉母细胞处于减数分
裂早前期时 , 测量植株剑叶叶环与下一个叶片叶环之间的叶环距 把剑叶叶环与下一个叶片
叶环重合定为零点 , 剑叶叶环在下一叶片叶环之下为负值 , 在上为正值牙 经大量观察分析证
明 , 叶环距为一 、 。时 , 小麦幼穗中部花药一般处于减数分裂早 前 期 主 穗一 、。
分萦穗 一
。 按此标准选取幼穗 , 挂好标签 , 注明品种名称 、 处理浓度和处理时间 , 在
每日上午 一 时进行诱变处理
。 操作时 , 先用 酒精棉球擦拭幼穗苞叶表面 , 摸准 幼 穗
上部位置 , 慢慢注入药液 , 待药液从穗顶部中心孔溢出时 , 即表明药液 巳充满幼穗 。 操作过
程中不断地以酒精消毒 , 以防污染 待药液从幼穗中渗出后 , 再重复注入一次 , 对照株以同
样方法注入磷酸缓冲液 。 注射次序从低剂量到高剂量 。
花药培养时 , 愈伤组织诱导和继代培养基均为马铃薯一 〔合 , 幼苗分 化 培 养 基 为
一 〔‘ 。 接种的花药一般处于单核中晚期 , 在接种前 , 幼穗经低温 ℃ 预处理 一 天
细胞学现察 二 选择处理后 小时的幼穗 , 经卡诺氏液固定后 , 转入 酒精中保存 。 制
片时 , 用改 良卡宝品红染色 , 压碎法制片 。 染色体畸变观察项 目包括染色体桥 、 落后 染色体 、
细胞分裂不同步等 , 微核率计算主要是分析二分体和 四分体时期微核出现的情况 以上两项
观察在各品种各处理中都选择 个细胞进行统计分析 。
结 果 和 讨 论
一 处理对当代植株细脸减橄分级过很的形晌
不同浓度 处理春小麦减数分裂早前期的幼穗 , 镜检时 , 均能见到减数分裂后期于、
和末期 、 的各种染色体畸变 , 而在二分体和四分体时期出现微核 图版 染色体畸
变率和微核率均大于对照组 表 、 , 差异比较明显 , 说明小麦花粉母细胞减数分裂早期
对诱变剂很为敏感 。 另外 , 还可 以看出 , 在一定浓度范围内 , 随着 处理浓度加 大 , 染
色体畸变率和微核率明显提高 , 在 浓度下为最高 , 处理浓度再加大 , 反而表现出 降 低
的趋势
。 这与 、 和 等用化学诱变剂处理小鼠 、 大鼠和 中国地 鼠时观察 到
的结果相似 〔“一 」
。 沈光平等以平阳霉素诱发蚕豆根尖细胞染色体畸变 , 也发现 当 浓 度


到某一值时 , 再继续增高 , 染色体畸变率反而降低 ‘ ” ’, 按照他们的解释 , 化学诱变 剂 浓
度过高则会抑制或终止细胞的分裂活动

我们的实验结果再次肯定了这种抑制效应 在本实
验各处理的幼穗中 , 虽经严格选择 , 但不同幼穗花粉母细胞分裂状态仍有差异 , 即使同一幼
穗 , 甚至同一花药内 , 细胞分裂也不完全同步 。 细胞不同分裂时期诱变敏感性不同 , 间期细
胞染色体敏感性较其它时期小 , 不容易发生畸变 , 进入分裂前期 , 敏感性有增大的趋势 一
般说来 , 性细胞的分裂尤以减数分裂中期和后期的敏感性为大〔“ 」 在我们的实验 中 , 幼 穗
经 处理后 , 花药内的细胞受到的影 响不同 , 所发生的改变也不相同 有些 细 胞 尤 其
是处于 间期的抱母细胞 较少受到影 响 , 保持正常分裂机率较大 有的细胞虽发生染色体畸
变 , 但仍能继续分裂下去 , 进而在后 、 末期可观察到染色体畸变图象 还有些细胞 , 尤其是
处于减数分裂中 、 ’占期的细胞 , 受到 处理后 , 分裂过程停止 , 即停 留在原分裂 状 态不
再变化 , 在镜检时 , 看不到染色体畸变和微核的图象
。 我们认为 , 浓度过高 , 这 种 影
响增大 , 抑制细胞分裂作用增强
, 终止了细胞的分裂过程 , 势必造成畸变率降低 。 另外 , 在
核 报。启 农 学 璐
田间我们也注意到 , 高浓度 处理的幼穗 , 生理损伤严重 , 后 期发育出现一些不 正 常 现
象 ‘ 有的幼穗严重扭曲不能抽出 有的幼穗逐渐枯黄致死 正常抽穗的也有花药发育不 良或
花粉量减少等现象 , 从而也论证了 浓度过高对细胞发育的抑制效应

表 诱发小安花粉母细胞染色休崎变率




‘︸一
处理浓度
品 种
长麦 号
吉麦 号
表 诱发小麦花粉母细胞橄核率
。 。
屯 一 处理浓度
一 一 一
· ·
品种
一长麦 号 。 。
口 。
吉麦 号

表 花粉母细胞的橄核率与染色体崎变率的相关性
品 种 直 线 回 归 方 程 值 直
长麦 号 ‘ 口
吉麦 号
处理小麦幼梅的细饱学效应及共对花药培养的影响
实验中还发现染色体畸变率和微核率间呈线性关系 , 经 测验相关性显著

见表
目前在研究诱变因素对植物染色体畸变的影 响时 , 多数是在细胞分裂的后末期统计染色
体桥 、 断片 、 落后染色体等 。 近来有人证实 , 微核也有生命力 , 它是 由染色体断 片 演 化 而
来的 , 染色体畸变产生的断片 , 落后染色体等 , 随细胞发育逐渐融合为微核 又“一‘忍 , 染色
体畸变率和微核率在理论上是平行的 。 因此 , 自 提出微核率可作为检测染色 体 损 伤
的方法以来 。 , 不少学者研究了染色体畸变和微核之间的相关性 〔 , ‘“一‘ , 证明微核 率
是否能准确反映诱变因素对染色体的作用

本实验显示两者紧密相关 , 我们认为 , 微核率甚
至比染色体畸变率更能代表染色体的损伤情况 , 因为在制片过程中所造成的质象 , 染色体畸
变要远远多于微核 。
二 对花粉愈伤组织诱导和幼苗分化的形晌
由表 可见 , 在 处理时 , 愈伤组织的诱导率下降严重 , 以后随浓度增加 而 趋
簇 于平稳 。 这与染色体畸变率和微核率的变化有一定的平行性
。 可能是因为 较 低 浓 度
一 处理时 , 保持有突变的花粉比例较高 , 这样的细胞在培养时脱分 化 启 动 能
力降低 , 出愈率降低 。 而在高浓度处理时 , 遭受严重损伤的小抱母细胞并不能正常发育形成
花粉 , 因此保持有突变的花粉比例并不高于前者 , 出愈率不再继续降低 。 另外 , 有报道说 ,
电离射线处理的水稻花粉在低照射量范围内 , 不但变异类型多 , 而且往往对花粉愈伤组织诱
导有促进作用 〔’ 。 从本实验结果来看 , 低浓度的化学诱变剂处理活体小麦幼穗 , 能增加变
异 , 但不存在这种刺激作用 。
表 处理对出愈率和幼苗分化率的形晌
︸一勺︼、一石︸一比阴︸﹄一几︸丹合一八
品 种 长麦 号 吉麦 号
处理浓度


接种花药数
愈伤块数
尸一氏厂出愈率

分化出苗愈伤块数

分化率

⋯⋯⋯⋯ ⋯

几 核 农 学 报
,

处理使幼苗分化率降低 , 在高浓度 一 处理下 , 幼苗分化率降 低 更 明
显 处理 , 除 处理的长麦 号外 , 也使绿苗分化率降低 , 白苗率增加 见表 。
表 处理对绿苗率和白苗率的影晌

品 种 长麦 号 吉麦 号
““ ‘ ’ ⋯ “ ‘

忙熬譬 。、 ⋯
。 。 。 ‘ 。
⋯、




。 。

绿 苗 数 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯
」 一 一 ,
州 。一 ⋯ 一 ,白 苗 数 · ⋯ , ⋯ ⋯

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二 ”· ⋯, , , ⋯


这可能与 带有一个活性烷基 乙基 有关 , 此基因能够转移到其它电子密 度 高 的
分子上去 , 最容易发生在乌嘿吟 的 位置上 , 形成 一 乙基鸟 嚓 岭 , 分 子 烷 化
口 , 造成 分子折断 , 导致染色休畸变 。 此外 , 由于鸟嘿吟的 烷基活 化 , 引 起 脱 嘿
吟 , 复制时易引起碱基置换 , 而使基因发生突变 」。 如果在减数分裂过程 中 , 由于 的
作用 , 某些与叶绿素形成有关或者与再分化有关的基囚发生这种碱基置换 , 则形成的花粉必
含因置换或移码造成的突变基因 , 这样的花粉发育的愈伤组织不能再分化 , 或者再分化的植
株丧失合成叶绿素能力
。 浓度越高 , 发生碱基置换频率越大 , 尤其是叶绿素的合 成 又
多基因控制 , 相对地被饰变机率大 , 因此 , 产生的白化现象更严重
。 另外 , 从出愈和幼

苗分
化的趋势看 , 两品种表现基本一致 , 再次说明 的作用具有一定的专化性

本实验采用注射法 , 操作简便 , 宜于大量处理试材 , 我们认为是一种值得注 意 的 好 方
法 。 此外 , 在减数分裂早前期诱变 , 结合花药培养 , 使突变性状在单倍体水

平上直接表现出
来 , 加倍 以后很快就可稳定 , 有利于选择 , 这在研究诱变机理 , 以及突变育种实践中都有一
定意义 。
本项 目由国家自然科学基金资助
期 闷处理小麦幼穗的细胞学效应及其对花药培养的影响 自
图版
图版说明 减数分裂后期 染色体单桥 减数分裂后期 染色体双桥 减数分裂后期 染色体粘连 减数分
裂后期 落后染色体 减数分裂后期 染色体桥和落后染色体 减数分裂中期 落后染色体 减数分裂后期 细胞
分裂不同步 , 减数分裂后期 染色体桥 甲减数分裂后期 染色体断片 , 甲减数分裂后期 染色体落后 , 一 , 减数
分裂末期 出现许多小微核 ,
洲甲
核 农 学 报 介卷





一 ,
参 考 文 献 月
〔日 许扭奎等 化学诱变剂 处理春小麦配子诱变效应的研究 原子能农业应用 增刊 , 一
比 〕许用奎等 作物诱变育种 , 上海科学技术出版社 ,
〔 〕中国科学院遗传研究所 一个适于小麦花药培养的新马铃薯培养基 遗传与育种 , , , 一
〔 〕庄家骏等 小麦花粉愈伤组织分化的研究 中国科学院遗传研究所研究工作年报 , 。 一
〔 , , , 、
,
, 一
〔 〕 , , 一 一 一
, 丫 , , 一
〔 〕 ,
, , 一
〔幻 沈光平等 平阳霉素三种成份诱发染色休畸变的研究 遗传学报 ,
,

〔的 沈光平等 微核与染色体畸变的相关性 遗传 , , 一
〔。〕伊虎英等 射线诱发蚕豆和小麦根尖细胞微核合成 功能的研究 原子 能 农 业 应 用 增 刊 ,

〔‘〕 ,
五 , , 一 一
〔一幻 , 口 一 一
, 。 , 一
〕伊虎英 应用微核法测定小麦根尖细胞染色体辐射效应的研究 遗传 , , 一
〔一 〕 , ‘” 口亡口 , 一 , 一
〔 〕 , ,
, , 砚 一
〔一 〕 , ,
, , 一
〔 〕尹道川等 , 辐射花药育成水稻新品系 原子能农业应用 增刊 , 一


适滩 通 ,
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