全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2007, 34 (2) : 387 - 390
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2006 - 12 - 05; 修回日期 : 2007 - 03 - 12
基金项目 : 国家 ‘863’计划项目 (2003AA207120)3 E2mail: snzhang@njau1edu1cn
同源四倍体青花菜花粉母细胞的减数分裂
张蜀宁 3 , 万双粉 , 张　伟 , 侯喜林
(南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室 , 南京 210095)
摘 　要 : 以同源四倍体青花菜为材料 , 采用常规压片法研究花粉母细胞减数分裂行为。结果表明 : 同
源四倍体青花菜花粉母细胞减数分裂过程与二倍体基本相同但有其特殊性。主要表现在 : 中期 Ⅰ染色体的
构型复杂 , 有多价体、四价体、三价体、二价体和单价体 ; 中期 Ⅰ和中期 Ⅱ有赤道板外染色体 ; 后期 Ⅰ和
后期 Ⅱ出现落后染色体、染色体桥及断片 ; 后期 Ⅱ和末期 Ⅱ还出现染色体分离不同步及不等分裂的现象 ;
四分体时期出现二分体、三分体、含微核的异常四分体及多分体。花粉母细胞减数分裂平均异常频率为
3115% , 是同源四倍体青花菜花粉育性低的细胞学原因。
关键词 : 青花菜 ; 同源四倍体 ; 花粉母细胞 ; 减数分裂
中图分类号 : S 635　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2007) 0220387204
M e iosis of Pollen M other Cells in Autotetraplo id Broccoli
ZHANG Shu2ning3 , WAN Shuang2fen, ZHANG W ei, and HOU Xi2lin
(S tate Key Laboratory of C rop Genetics and Germ plasm Enhancem ent, N an jing A gricu ltura l U niversity, N an jing 210095, Ch ina)
Abstract: Cytological studies were conducted on pollen mother cells ( PMCs) meiosis of autotetrap loid
broccoli using chromosome p reparation technique. Results showed that the PMCs meiosis of the autotetrap loid
was sim ilar to the dip loid. However, there were particularities: in metaphase, multivalent, quadrivalent, triva2
lent, bivalent and univalent were observed. Some of the chromosomes were found not to rank at metaphase p late
in metaphaseⅠand metaphaseⅡcells. In anaphaseⅠand anaphaseⅡ, there were lagged chromosomes, chromo2
some bridges and fragments. During anaphaseⅡand telophaseⅡchromosome segregations were not synchronous
and equal. A t tetrad stage, dyad, triad, tetrad with m icronucleus and polyad appeared. The emergence frequen2
cy of abnormal phenomena in each stage of meiosis was counted and it was 3115% in autotetrap loid. Abnormal
meiosis of PMCs was the cytogenetic reason for fertility reduction of autotetrap loid broccoli pollen.
Key words: B roccoli; Autotetrap loid; PMCs; Meiosis
自然界中的青花菜都是二倍体 (2n = 2x = 18)。关于青花菜多倍体的人工诱导 , 国内外尚未见报
道。本实验室用秋水仙素处理二倍体首次获得同源四倍体青花菜新种质 (2n = 4x = 36)。其主要品质
指标远远高于二倍体 , 具有很高的利用价值 , 但花期花粉有败育 , 种子产量低 , 原因尚不清楚。对该
材料进行细胞遗传学方面研究 , 以探明同源四倍体青花菜的部分不育性及结实率下降的原因 , 为培育
优良的四倍体青花菜新品种及基础理论研究提供参考。
1　材料与方法
同源四倍体青花菜 03Q21, 由南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室用秋水仙素诱导
二倍体 02Q2CK (引自江苏省镇江农业科学研究所 ) 染色体加倍育成。
园 　　艺 　　学 　　报 34卷
花粉母细胞减数分裂观察 : 材料于 2004年秋季种植于南京农业大学江浦园艺站 , 次年 3月中下
旬始花期晴天上午 9∶30～11∶30采取长度为 1～5 mm的幼蕾 , 卡诺固定液固定 24 h后转入 70% 乙醇
中 , 卡宝品红染色压片 , 火焰微烤分色 , O lympus光学显微镜镜检统计并照相。
花粉萌发试验 : 4月中下旬盛花期于上午 9∶30采摘新开花朵 , 取其花粉 , 在含有 10%蔗糖、
0103%硼酸、0105%四水硝酸钙及 015%琼脂的培养基上进行离体萌发 , 25℃下培养 4 h后显微镜下
观察。花粉管长度超过花粉粒直径时 , 视为可萌发花粉粒。取 6朵花 , 每朵花 5个视野 , 共 30个视
野 , 统计萌发率 (萌发的花粉粒数 /该视野总的花粉粒数 )。
2　结果与分析
211　同源四倍体青花菜花粉母细胞减数分裂特征
经诱导的四倍体花粉母细胞体积变大 , 核和核仁也相应增大 (图版 , 1) , 染色体数加倍 (图版 ,
9) , 其减数分裂过程与二倍体 (万双粉 等 , 2006) 类似 , 细胞质分裂方式为同时型 , 四分体为正四
面体型或十字交叉型。
终变期 : 四倍体染色体构型复杂 , 全部配成 9个四价体的情况极为罕见 , 96%的细胞含有二价
体、多价体、三价体和单价体 (图版 , 2、3) ; 少数细胞还观察到互锁四价体 (图版 , 4)。
中期 Ⅰ: 配对的同源染色体排列在细胞中央的赤道板上 , 有 3019%的细胞出现赤道板外染色体 ,
数目为 1～3不等 (图版 , 5)。
后期 Ⅰ: 同源染色体彼此分开 , 分别向两极移动 , 能正常分离的细胞只有 6914% , 3016%的细
胞出现染色体桥 (图版 , 6)、染色体断片 (图版 , 7) 或落后染色体 (图版 , 8)。
中期 Ⅱ: 两组染色体分别排列在各自的赤道板上 , 3210%的细胞出现没有排列在赤道板上的落后
染色体 (图版 , 10～12)。
　　后期 Ⅱ: 着丝粒一分为二 , 姊妹染色体分别
移向相反的两极 , 此期只有 6611%的细胞染色体
能正常分向两极 , 3319%的细胞出现异常 , 主要
表现在 : 出现数量不等的落后染色体 (图版 ,
13) , 染色体桥 (图版 , 14) , 以及染色体不均等
分离 (图版 , 15)。
四分体时期 : 染色体到达四极 , 解螺旋 , 再进
行同时型胞质分裂 , 产生细胞壁 , 形成四分体。由
表 1可以看出 , 同源四倍体在此期表现极为复杂 ,
正常四分体 (图版 , 22) 仅占 7011% , 其它为含
有微核的异常四分体 (图版 , 23、24)、三分体
(图版 , 19) 以及含微核的异常三分体 (图版 ,
20、21)、二分体 (图版 , 16) 及含微核的异常二
分体 (图版 , 17、18)、多分体 (图版 , 25) , 所
占比率分别为 1419%、716%、113%、611%。其
中以含 1～3个微核的异常四分体出现频率最高
(1419% ) , 占四分体时期异常细胞的 4918%。
同源四倍体青花菜花粉母细胞减数分裂各时
期分裂异常的百分比平均约为 3115% (表 2)。 表 1　同源四倍体青花菜 n分体类型及频率Table 1　Types and frequency of tetrads of autotetraplo id broccoli类型Types of tetrads 数目Number 比率Rate ( % )正常四分体 Normal tetrads 482 70. 1四分体 +微核 Tetrads +M icronuclei 103 14. 9三分体 Triads 　6 0. 9三分体 +微核 Triads +M icronuclei 46 6. 7二分体 Dyads 　3 0. 4二分体 +微核 Dyads +M icronuclei 　6 0. 9多分体 Polyads 42 6. 1细胞总数 Total of cells 688表 2　减数分裂各时期染色体行为异常的花粉母细胞百分率Table 2　Frequency of abnorma l PM C s in each stage of m e iosis减数分裂时期Meiotic stage 统计细胞数Number ofcells exam ined 正常细胞频率Normal cells( % ) 异常细胞频率Abnormal cells( % )中期ⅠMetaphase I 647 6911 3019后期ⅠAnaphase I 638 6914 3016中期ⅡMetaphaseⅡ 679 6810 3210后期ⅡAnaphaseⅡ 706 6611 3319四分体 Tetrad stage 688 7011 2919平均值 Average value 6815 3115
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　2期 张蜀宁等 : 同源四倍体青花菜花粉母细胞的减数分裂 　
图版说明 : 同源四倍体青花菜花粉母细胞减数分裂 ( 1～15) 及四分体时期的 n分体类型 ( 16～25)
1. 细线期 , 箭头所示为核仁 ( ×521) ; 2～4. 终变期染色体构型 (2中箭头所示为单价体和多价体 , 3中箭头所示为四价体 , 4中箭头
所示为互锁四价体 ; ×521) ; 5. 中期Ⅰ (箭头所示为赤道板外染色体 ; ×521) ; 6～8. 后期 Ⅰ ( 6示染色体桥 , 7染色体断片 , 8示
落后染色体 ; ×521) ; 9～12. 中期Ⅱ (9中染色体可计数 , 10～12示赤道板外染色体 ; ×521) ; 13～15. 后期 Ⅱ: ( 13示落后染色
体 , 14示染色体桥及断片 , 15染色体不规则分离 ; ×521) ; 16. 二分体 ( ×521) ; 17. 二分体 + 2微核 ( ×521) ; 18. 二分体 + 3微
核 ( ×521) ; 19. 三分体 ( ×521) ; 20. 三分体 + 1微核 ( ×470) ; 21. 三分体 + 3微核 ( ×470) ; 22. 四分体 ( ×521) ; 23. 四
分体 + 1微核 ( ×470) ; 24. 四分体 + 2微核 ( ×470) ; 25. 多分体 ( ×470)。
Explana tion of pla tes: M e iosis of pollen m other cells ( 1 - 15) and types of tetrads in autotetraplo id broccoli ( 16 - 25)
1. Lep toepe, arrow showing nucleolus ( ×521) ; 2 - 4. Chromosome configuration in diakinesis ( arrows showing univalent and multivalent in 2,
arrow showing tetravalent in 3, arrow showing tetravalents interlocking in 4; ×521) ; 5. MetaphaseⅠ ( arrows showing chromosomes outside meta2
phase p late; ×521) ; 6 - 8. AnaphaseⅠ (6 showing chromosome bridge, 7 showing chromosome fragment, 8 showing lagging chromosomes; ×
521) ; 9 - 12. MetaphaseⅡ ( chromosomes can be enumerated in 9, 10 to 12 showing chromosomes outside metaphase p late; ×521) ; 13 ∃ 15.
AnaphaseⅡ (13 showing lagging chromosomes, 14 showing chromosome bridge and fragment, 15 showing unequal separation of chromosome; ×
521) ; 16. Dyad ( ×521) ; 17. Dyad with two m icronuclei ( ×521) ; 18. Dyad with three m icronuclei ( ×521) ; 19. Triad ( ×521) ;
20. Triad with one m icronucleus ( ×470) ; 21. Triad with three m icronuclei ( ×470) ; 22. Tetrad ( ×521) ; 23. Tetrad with one m icronu2
cleus ( ×470) ; 24. Tetrad with two m icronuclei ( ×470) ; 25. Polyads ( ×470) .
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园 　　艺 　　学 　　报 34卷
212　同源四倍体青花菜花粉离体萌发率
统计 30个视野 1 000个花粉粒 , 同源四倍体青花菜的花粉离体萌发率为 46113%。
3　讨论
减数分裂前期 Ⅰ出现双核仁可能是多倍体的特征之一 (陈芳莉 , 2004)。然而 , 在同源四倍体青
花菜花粉母细胞减数分裂前期 Ⅰ没有发现双核仁及多核仁现象 , 所有细胞都为单核仁 (图版 , 1 )。
这与同源四倍体白菜 (陈芳莉 , 2004 )、高粱 (张继益 等 , 1997 )、黄花菜 (李爱华和何立珍 ,
1998)、莲 (杨瑞芳 等 , 1998) 的研究结果不同。其机理有待进一步研究。
微核是落后染色体的直接结果 (张仲鸣 等 , 1997)。同源四倍体青花菜减数分裂的四分体时期 ,
异常现象以四分体带有 1～3个微核和三分体带有 1～3个微核为主 , 所占比率分别为 1419%、617% ,
占所有异常细胞的 7212%。这说明四分体时期的异常主要来源于减数分裂过程中的落后染色体。
减数分裂异常是影响多倍体育性的细胞遗传因素 ( Gaonkar & Torne, 1991; 张继益 等 , 1997;
李爱华和何立珍 , 1998; 杨瑞芳 等 , 1998; Costa & Forni2Martins, 2004)。同源四倍体青花菜花粉母
细胞减数分裂在各个时期都存在高频率的异常现象 , 是其育性降低的细胞学原因。减数分裂产生正常
四分孢子的细胞为 6815% , 而花粉的离体萌发率仅为 46% , 说明同源四倍体青花菜花粉育性低还存
在其它原因。
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