全 文 ：园 艺 学 报 2008，35(8)：1101—1108
Aeta Hortieuhurae Siniea
低温对杜果花粉母细胞减数分裂过程中核仁及染色
体行为的影响
黄镜浩 ，武红霞 ，王松标 ，梁国鲁 ，
(’中国热带农业科学院南亚热带作物研究所，广东湛江 524091；
南大学园艺园林学院，重庆400716)
汪卫星 ，马蔚红
福建省农业科学院果树研究所 ，福州 350013； 西
摘 要：采用改良涂片法对低温和常温条件下卡亡果 ‘台农 l号’和 ‘Irwin’花粉母细胞减数分裂过程
进行观察，结果表明：卡亡果花粉母细胞胞质分裂为同时型。常温 (25—30℃)条件下，花粉母细胞减数分
裂过程较为正常，双线期染色体主要形成二价体，二价体构型以 “V”、“0”、“Y”、“x”型、点状和棒状
等形式存在，以点状、“V”和 “0”型较多见，出现少量的单价体和多价体，其中台农 1号为0．79％和
4．76％，Irwin为0和3．57％；同时仅在少量中期 Ⅱ和后期 Ⅱ花粉母细胞中观察到落后染色体。低温 (10—
20℃)条件下，减数分裂过程中核仁的行为发生大量异常，微核仁的平均检出率高达 22．88％，明显高于
常温条件下的平均值 (4．56％)；双线期单价体和多价体的发生频率有明显增加，其中台农 l号中为
8．82％和 17．65％，Irwin中为 14．52％和 24．19％；减数分裂中期 I、Ⅱ及后期 I、Ⅱ均观察到落后染色
体，其中台农 l号的异常率为 12．73％、5．63％、15．79％和 4．76％，Irwin为 l1．11％、7．6l％、9．52和
6．38％。低温条件下减数分裂异常可能是造成雄性不育的重要原因。
关键词：车亡果；花粉母细胞；低温；减数分裂；异常
中图分类号：S 667．7 文献标识码 ：A 文章编号：0513-353X (2008)08一l101-08
Efect of Low Temperature on Nucleolus and Chromosomes’Behavior of
Mango(Mangifera indica L．)PMC During Meiosis
HUANG Jing—hao · 一，WU Hong—xia ，WANG Song—biao ，LIANG Guo—lu ，WANG Wei—xing3
， and MA
Wei．hong
( South Subtropical Crops Research Institute，Chinese Academy ofTropical Agricultural~iences， m ang，Guangdong 524091，
China；Pomological Institute，Fujian Academy of Agricultural Sciences，Fuzhou 35001 3，China； College of Horticulture and
Landscape，Southwest University，Chongqing 4~716，China )
Abstract：The developed smearing method was adopted to observe the process of PMC meiosis of Mango
(Mangifera indica L．)‘Tainong 1’and‘Irwin’in this article．The results were as folows：The cytoplasm
devision of mango PMC was simultaneous type．Under normal temperature(25—30 oC)，the process of polen
mother cell meiosis is norm al；The most of chromosomes become bivalents which like “V”，“O”，“Y”，
“X”，sticks and dots，and mainly like dots，“V”and“O”，but a few ofunivalent(0．79％ ofTainong 1 and
0 of Irwin)and muhivalent(4．76％ of Tainong 1 and 3．57％ of Irwin)had been observed．While under nat—
ural low temperature(1 0—2O oC)，a great deal of abnormalities，including micro nucleoli，scatered and
lagged chromosomes and anaphase bridges were detected during PMC meiosis，even though the abnorm alities
were diferent between the two cultivars；Th e ratio of micro nucleoli was 22．88％ of average．which was obvi．
ously higher than that of control(4．56％ of average under normal temperature)；And the ratios of univalent
收稿日期：2008一o4—24；修回日期 ：2008—06—17
基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项项目；林业科技支撑计划项 目 (2006BAD01A1705)；公益性行业科研专
项项目 (nyhyzx07-032—3)；农业科技成果转化项 目 (2006GB23260382)
$通讯作者 Author for corespondence(E-mail：zjwhma@163．con)
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园 艺 学 报
and muhivalent in diplotene，which increased seriously，were 8．82％ and 17．65％ of Tainong 1，and
14．52％ and 24．19％ of Irwin under natural low temperatures．Abnormalities during meiosis under natural
low temperatures might play a role in male sterile．
Key words：Mangifera indica L．；PMC；low temperature；meiosis；abnormality
桩果 (Mangifera indica L．)果核大，果实的可食率相对较低。提高果实的可食率，对食用品质
的改善具有重要的现实意义。自然条件下，花期的持续低温可诱导桩果无胚果实形成。国内外研究发
现，温度对丰亡果花粉活力影响很大 (Issarakraisila&Considine，1994；范眸天 等，1996；Dag et a1．，
2000)，当温度由30 c下降到 20℃以下时，参试品种的平均花粉萌发率由 80．23％下降至53．93％
(Sukhvibul et a1．，1999)，甚至无萌发 (范眸天 等，1996)，因而国内外学者将丰亡果有性生殖期间低
于20℃的温度定义为低温。系统观察低温条件下桩果花粉母细胞减数分裂过程中的染色体和核仁行
为及其异常现象，对丰亡果的发育生物学研究，探究雄性不育的机理具有理论意义。
1 材料与方法
试验材料为保存于中国热带农业科学院南亚热带作物研究所桩果种质资源圃内的丰亡果台农 1号
(Tainong 1)和 Irwin品种，二者均为二倍体 (2n=40)。
2005年 1月下旬和2006年3月下旬，冷空气来临后的第 2天或第3天，当田间日最高气温低于
20℃而最低温度在 l0℃以上时，随机从两品种植株上选取花序用卡诺氏固定液固定 6 h以上，转移
至70％乙醇中于4℃冰箱内保存备用。2006年 l0月中下旬当田问日最高气温低于 30℃而最低温度
不低于25℃时，随机从两品种植株上选取花序作为对照。用游标卡尺选取直径 0．8～1．3 mm的花
蕾，用解剖针于解剖镜下剥取花药于 1．5 mL离心管中，去离子水洗去残余酒精，混合酶液 (果胶酶
0．3％，纤维素酶4．5％)于27℃条件下酶解3．5～4．0 h，卡诺氏固定液固定 0．5 h以上，改良涂片
法 (梁国鲁和李晓林，1991)制片，Giemsa染色，Olympus BX-51显微镜镜检摄像。
2 结果与分析
2．1 常温条件下花粉母细胞减数分裂
卡亡果为杂性花，每花具 1或2枚发育健全的雄蕊。花药具4药室，同一药室内花粉母细胞的减数
分裂过程基本同步，且与花蕾的直径 (横径)存在一定相关性：花蕾直径约0．8 mm (台农 1号为
0．8 mm，Irwin为1．0 mm)时花粉母细胞进入减数分裂时期，当直径超过 1．3 mm时，减数分裂已基
本完成，直径超过 1．5 mm时，雄配子体已完成分化。花粉母细胞胞质分裂为同时型。
减数分裂过程如图版 I所示。双线期染色体主要形成二价体。二价体构型以 “V”型、“O”型、
“Y”型、“x”型、点状和棒状等形式存在，并以点状、“V”型和 “O”型较多；一般有2或3个二
价体与核仁相连 (最多可达 5个)。双线期可见少量的单价体和多价体，其中台农 1号为0．79％和
4．76％，Irwin为0和3．57％。终变期核仁消失，二价体结构紧密而无法区分单价体。仅在 1．79％
(台农 1号)中期 ⅡPMC和 1．43％ (台农 1号)、1．39％ (Irwin)后期 1 PMC中观察到落后染色体。
同时仅在台农 1号花粉母细胞中观察到少量染色体桥，其异常率为 1．53％ (表 1)。
Explanation of plate I：Meiosis of mango PMC under normal temperature 1．Premeiotie interphase；2．Leptotene；3．Zygotene；4．
Pach~ene；5．Diplotene(showing club—shaped，“O” -shaped，“V”一shaped and“Y” -shaped bivalents)；6．Diplotene(showing dots and
“X”一shaped bivalents)；7，8．Diakinesis；9．Metaphase I (1ateral side)；10，11．Anaphase I；12．Interphase I；13．Prophase H；14，
15．TelophaseH；16．MetaphaseH；17．AnaphaseH；18，19，20．InterphaseH ；21，22．Tetra stage；Bars for 5 m．
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8期 黄镜浩等 ： 低温对丰亡果花粉母 细胞减数分裂过 程 中核仁及 染色体行为 的影 响 1 103
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┛圈版 I 说 明 ： 常温 下 花粉母 细胞减数分 裂 1 ． 前 减数分裂问期 ； 2 ． 细线期 ；3 ． 偶线期 ； 4 ． 粗线 期 ；5 ． 双 线期 (示棒状 、 “ 0 ” 型 、“ V ” 型及 “ Y ” 型二 价体)； 6 ． 双 线期 (示 点状 及 “ x” 型 二 价体 )； 7 ， 8． 终变期 ； 9 ． 中期 I (侧面 观 )； 10 ， 11 ． 后 期 I ； 12 ．末期 I ； 13 ． 间期 II ； 14 ， 15 ． 前期 1I ； 16 ． 中期 II ； 17 ． 后期 II ； 18， 19 ， 20 ． 末期 1I ； 21 ， 22 ． 四分体 ； 标尺 均 为 5 p．m ．
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园 艺 学 报 35 卷
细线期双 核
S yncytiu m
中期 I 落后 染色体
S cattered chrom osom es
后 期 I 落后 染色体
L agging chrom osom es
中期 Ⅱ落后 染色体
S cattered chrom osom es
后 期 Ⅱ落后 染色体
L agging chrom osom es
后 期染色体桥
C hro m osom e bridges
单价体 U nivalents
多价体 M uhivalents
末期微核 M icro nucleus
微核仁 M icro nucleoli
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7
4
3
1
0
3
6
12
158
9
15
9
169
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34
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5 ． 63
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70
130
126
126
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56 4 ． 76
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628 4 97
0
0
0
O
1 ． 39
0
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3 ． 57
O
4 ． 14
2． 2 低 温 条件下 花粉母 细胞减数分裂
低温条件下花粉母 细胞 减数分裂过程 中存在 大量 异 常现 象 。 常可 观 察 到大量 被 G iem sa 染成粉红
色的大小不 一 的球形 体 ， 因其形 状和着色与核仁结构极 为相似 ， 认 为此类结构为微核仁 (图版 11 )。
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图版 Ⅱ说 明 ： 微核 仁 1 ． 前减数分裂间期 ； 2 ． 细线期 ； 3 ． 偶线期 ； 4 ． 粗 线期 ； 5 终 变期 ； 6 ． 中期 I ； 7 ． 末期 I ； 8． 间期 II ； 9
中期 Ⅱ ； 10 ． 后 期 11 ； 1 1 ， 12 ． 末期 Ⅱ。 标尺 均 为 5 ¨m 。
E xplan ation ofplate II ： M icro nucleoli l． P rem eiotic interphase ；2 ． L eptotene ； 3 ． Z ygotene ；4 ． P aehytene ；5 ． D iakinesis ；6 ． M etaphase I
7 ． Interphase T ； 8． P ro phase II ； 9 ． M etaphase II ； 10 ． A naphase Ii； 1 1 ， 12 ． In terphase Ⅱ ． B ars for 5 txm ．
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8期 黄镜浩等 ： 低温对丰亡果花粉母 细胞 减数分裂过程 中核仁及 染色体行为 的影 响
低温条件下 ， 接受检测 的台农 1 号与 Irw in 共 1 4 29 个花粉母 细胞 中 ， 含微核仁 (m icro nucleoli)
的花粉母 细胞数为 327 个 ， 平均异常率达 22． 88％ ， 与对照 的平均 4 ． 56％ 相 比 ， 差异 明显 (表 1 )。
微核仁存在于整个减数分裂过程 中 ， 并 以 间期 I 、 Ⅱ和 中期 I 、 Ⅱ较 多见 ， 其数 目从 4 至 1 1 个
不等 ， 体积变化不 具 明显 的规律性 (图版 Ⅱ)。
试 验 中发现 ， 少量细线期花粉母 细胞具有双 核结构 ， 即有两 个核仁和两 个 团状染色丝结构 ， 分别
占该时期观察细胞总数的 3 ． 4 9％ 和 5 ． 63 ％ ， 而对照 中并未发现此类结构 (图版 m ， 1 ， 表 1 )。
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图版 m 说 明 ： 染色体行 为异 常 1 ． 细线期 ， 示 双 核 ； 2 ． 后 期 I ， 示 染色体桥 ； 3 ～ 8． 示落后 染 色体 (3 ， 4 ． 中期 I ； 5 ， 6 ． 后 期
I ； 7 ． 中期 11 ； 8． 后 期 II )； 9 ， 10 ． 中期 Ⅱ (示 分裂不 同步及 落后 染色体)； 1 1 ． 末期 II (示 微 核 )； 12 ． 四 分体 (示 微核 )： 标 尺
均为 5 ¨m 。
E xplanation ofplate Ⅲ ： A bnorm alchrom osom e behavior 1 ． L eptotene ， show ing syncytium ： 2 ． A n aphase I ． show ing chrom osom e bridge ；
3 H 8． S how ing lagging or scattered chro m osom es (3 ， 4 ． M etaphase I ； 5 ， 6 ． A naphase I ； 7 ． M etaphase lI ； 8． A naphase U )； 9 ， 10 ． M eta —
phase lI (show ing scattered chrom osom es and desynchron ization ofchrom osom es segregation )； 1 I ． In terphase II (show ing m icronu cleus )； 12 ．
T etra stage (show ing m icronucleu s)． B ars for 5 pan ．
双 线期至 终变期染色体构型 较为复杂 ， 单价体和多价体的发生频率均 有 明显 增加 ， 但不 同品种单
价体和 多价体的 比例有所不 同 ， 其中台农 1 号 为 8． 82％ 和 17 ． 65 ％ ， Irw in 为 14 ． 52％ 和 24 ． 19 ％ (表
1 )。
观察发现 ， 粗线期并未有单价体形成 ， 粗线期过后 的双 线期早期 ， 联会染色体彼此 分离 出现正 常
的交叉 ， 形成交叉 结 ， 因而此 时期 的染色体行 为可 以认 为是正 常的 ； 但进入 双 线期 ， 部分花粉母 细胞
的联会复合体便提前发生分离 ， 产生单价体 ； 观 察还 发现 ， 部分终变期花粉母 细胞 的二 价体的结构亦
不如正 常花粉母 细胞 的紧密 (图版 IV )。
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1 106 园 艺 学 报 35 卷
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图版 Ⅳ 说 明 ： 联会异常 1 ． 早 双 线期 (示 二 价 体形 成 的交 叉 结 )；
密)； 4 ． 终变期 (示单价体 )；5 ． 终变期 (示 二 价体结构不 紧密 )；
9 ． 中期 l (示 多价体)； 标 尺 均 为 5 Ixm 。
2 示 正 常花 粉 母 细胞 二 价体 ； 3 ． 双 线期 (示 二 价 体结 构 不 紧
6 ． 终变期 (示 单 价体 )； 7 ， 8． 终变 期 (示 多价体及 单价 体 )；
E xplanation ofplate Ⅳ ： A bnorm alsynasis of hom ologous chrom osom es 1 ． E arly diplotene ， show ing the syn aptic varian t ofbivalen ts ；
2 ． S how ing synaptic variant of norm al P M C in diplotene ； 3 ． A synaptic varian t in diplotene ； 4 ． U nivalent chrom osom es in diplotene ；
5 ． 6 ． A synaptic varian tofhom ologous chrom osom es in diakin esis ； 7 ， 8． S how in gsynaptie varian tofchrom osom es in diakinesis ；9 ． M etaphase I ，
show in g m ultivalen ts． B ars for 5 txm ．
此 外 ， 减 数 分 裂 中 期 I 、 Ⅱ 及 后 期 I 、 Ⅱ 均 观 察 到 落 后 染 色 体 ， 其 中 台 农 1 号 异 常 率 为
12． 73％ 、 5 ． 63 ％ 、 15 ． 79 ％ 和 4 ． 76％ ， Irw in 为 1 1 ． 1 1％ 、 7 ． 61％ 、 9 ． 52 和 6． 38％ 。 末期 Ⅱ至 四 分体
时期可 见微核存在 ， 分别 占 13 ． 33％ 和 15 ． 79 ％ 。 低温条件下 仅在 Irw in 中观 察 到 1 例后 期染 色体桥 ，
占所 观察后 期细胞总数的 0． 72％ ， 因而低温 不是染色体桥发生 的直接原 因 (表 1 ， 图版 11I )。
3 讨论
核仁是真核生 物细胞核 中最 明显 的结构 ， 其形 态 、 功能随着细胞周期 的进行 而发生 变化 ， 存在分
离和 聚合现象 。 其存在状 态与细胞 中蛋 白质合成 的旺 盛 程 度 密切相 关 (李悦有 等 ， 2002 )。 细胞 分
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8期 黄镜浩等：低温对丰亡果花粉母细胞减数分裂过程中核仁及染色体行为的影响
裂周期中前核仁体由于无法聚合成大核仁而以游离状态存在于细胞中可形成微核仁 (曹清河 等，
2005)，而游离于细胞质中的滞留染色体或片段染色体可形成微核。微核仁与微核成分有质的区别。
微核仁必须经 RNA酶解后再由AgNO 进行染色确定。但由于条件所限，我们未能进行这方面的试验，
只根据两者的形态及着色进行初步区分。低温条件下，卡亡果减数分裂中观察到的末期微核，与中期
I、Ⅱ及后期 I、Ⅱ的落后染色体有着密切的关系。
曹清河等 (2005)在黄瓜花粉母细胞中的观察结果显示，微核仁的数 目和体积随分裂时期不同
相应地发生变化：减数分裂二次分裂过程微核仁的数目都是由多到少再到多，呈单谷分布，体积由小
到大再到小，呈单峰分布。与此不同，低温及常温条件下卡亡果减数分裂过程中微核仁一直存在，其数
目及大小变化随细胞周期的进行并不表现出明显的规律性。Risso．Pascoto等 (2002)在臂形草 (Bra．
chiaria decumbens)减数分裂前期 I以外的各时期均观察到微核仁，认为微核仁是由前期的大核仁裂
解而来，是基因发生自然突变所致。曹清河等 (2005)则认为微核仁是由于基因互作不协调，导致
前核仁体 (prenucleolarhodies，PNBs)不能完全合成大核仁也不能彻底解体。本结果倾向于支持曹清
河的观点。对照试验结果显示，低温不是导致忙果减数分裂过程中微核仁产生的直接原因，但是低温
对微核仁的产生具有促进作用，微核仁的发生频率从常温下的平均4．56％增加至平均 22．88％。卡亡果
减数分裂过程中核仁的异常现象表明，核仁结构的异常存在复杂的生物学机制，并且可能与环境的复
杂变化存在某种相关性，其机理有待进一步探讨。
另外作者还观察发现，存在微核仁的花粉母细胞减数分裂过程中，染色体的行为并未发生异常，
表明微核仁的产生与染色体行为的异常没有直接联系。曹清河等 (2005)通过花粉萌发试验表明，
存在微核仁的材料，其萌发率降低。微核仁的产生是否降低植物育性还需试验证明。
卡亡果减数分裂过程中，二价体结构多为紧密，并以 “V”型和点状为主要形式，难以区分单价体
与二价体。观察卡亡果二价体构型的最佳时期为双线期早期，此时染色单体间彼此分离而染色体尚未高
度缢缩，绝大部分的二价体构型清晰可见。而双线期晚期至终变期二价体间彼此分离且染色体高度浓
缩，便于配对染色体的计数。低温可诱发花粉母细胞减数分裂过程中染色体联会发生异常。张新忠等
(2003)等经低温处理观察到辣椒花粉母细胞减数分裂过程中联会染色体的提前分离和消失。本试验
结果表明，忙果减数分裂过程中染色体联会异常与环境温度密切相关。低温条件下台农 1号和 Irwin
的单价体与多价体的比例均明显高于对照；且品种间存在一定差异 (表 1)。单价体在后期 I向细胞
两极的移动是随机的，联会染色体的提前分离，可导致减数分裂形成的配子染色体数量的不平衡；多
价体可导致减数分裂产生的配子染色体质量上的不平衡，从而在很大程度上降低了花粉育性 (于恒
秀 等，2000)。
Boldrini等 (2006)在观察禾本科植物Brachiaria humidicola花粉细胞减数分裂过程中发现花粉母
细胞间发生胞质融合，可导致花粉母细胞减数分裂各时期产生多核现象。依据 Nirmala和Rao(1996)
的观点，化学物质、环境温度、种植条件及遗传因素均可导致细胞发生融合。低温可抑制细胞有丝分
裂过程中微管蛋白的装配，导致分裂产生的子代细胞染色体分配不平衡及诱发染色体 自发加倍 (韩
玉琴，2004)。低温条件下，桩果细线期出现的双核异常，是由于细线期花粉母细胞间发生融合，还
是由于造孢细胞有丝分裂过程中微管异常导致核分裂而胞质不分裂形成的，我们尚无法做出判断。理
论上，细线期出现双核的花粉母细胞，进入后续细胞分裂实现细胞核融合，可以产生2n花粉，但由
于所观察细胞样本容量较小，试验中并未发现具有同源4x染色体的粗线期或双线期花粉母细胞。双
核细胞是否在进入粗线期之前发生败育，还有待进一步研究。
减数分裂的异常必然会影响小孢子的发育 (郭晶心 等，2001)，同时可导致配子体细胞遗传物
质结构异常，造成植物育性的降低。低温可造成桩果花粉母细胞减数分裂过程中核仁结构、染色体联
会以及有丝分裂异常，可能是桩果雄性不育的重要原因。
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l1O8 园 艺 学 报 35卷
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