全 文 ：武汉植物学研究 2003, 21 (3) : 193～ 197
J ourna l of W uhan B otan ica l Resea rch
黄瓜花粉母细胞减数分裂行为的研究
钱春桃, 陈劲枫Ξ , 娄群峰, 曹清河, 罗向东
(作物遗传与种质创新国家重点实验室, 南京农业大学园艺学院, 南京　210095)
摘　要: 研究了华北型、华南型和西南型黄瓜花粉母细胞的减数分裂行为, 发现黄瓜细胞核减数分裂的同步性较
高, 细胞质是同时型分裂。在细胞核分裂的过程中, 核仁在前期 I到中期 I逐渐消失, 在前期Ê 再次出现, 随后消失;
染色体在前期 I到中期 I逐渐收缩, 变得清晰, 至末期 I 解螺旋, 变得模糊, 在前期Ê 再次清晰。不同生态型黄瓜终
变期的染色体构型均以环状二价体为主。在前期 I 和前期Ê , 西双版纳黄瓜的核仁都相应地比另外两种生态型黄
瓜品种的多, 在后期 I还偶尔出现染色体桥, 显示了西双版纳黄瓜变种的特殊性。研究还发现寒冷的气候条件下栽
培黄瓜都能够形成高频率的多分体, 推测其形成很可能与低温逆境有关。
关键词: 染色体; 减数分裂; 黄瓜
中图分类号: Q 943; S642. 2　　　　　文献标识码: A 　　　　　文章编号: 10002470X (2003) 0320193205
Stud ies on M e iotic Behav iors of Pollen M other Cells
in Cucum bers (Cucum is sa tivus L. )
Q IAN Chun2T ao, CH EN J in2FengΞ , LOU Q un2Feng, CAO Q ing2H e, LUO X iang2Dong
(S ta te K ey L abora tory of C rop Genetics and Germp lasm E nhancem en t, Colleg e of H orticu ltu re,
N anj ing A g ricu ltu ra l U n iversity , N an jing　210095, Ch ina)
Abstract: M eio t ic behavio rs of po llen mo ther cells (PM C s) in N o rth, Sou th and Sou thw est Ch i2
nese cucum bers (Cucum is sa tivus L. ) w ere characterized herein. A ll cucum bers ob served have a
sim u ltaneou s cytok inesis and a rela t ive h igh synch ron iza t ion in nuclear d ivision. N ucleo lu s disap2
peared gradually from p rophase I to m etaphase I, reappeared at p rophase Ê and then disap2
peared. W ith conden sat ion of ch rom atin s, ch romo som e becam e mo re and mo re iden t if iab le from
p rophase I to m etaphase I, and illeg ib le a t telophase I w ith de2helixa t ion. Ch romo som es w ere
p rom inen t again at bo th po les in PM C at p rophase Ê . A t d iak inesis,mo st ch romo som e configu ra2
t ion s w ere ring b ivalen ts fo r a ll cucum bers. In C. sa tivus var. x ishuang bannesis, nucleo lu s num ber
w as differen t from the o ther tw o eco type cucum bers bo th at p rophase I and Ê , and a case of ch ro2
mo som e b ridge occu rred at anaphase I,w h ich bo th demon stra t ing the specia lity of C. sa tivus var.
x ishuang bannesis. U nder co ld w eather, h igh frequen t po lyads w ere ob served in all eco type cucum 2
bers,w h ich w as likely rela ted to the co ld w eather adversity.
Key words: Ch romo som e; M eio sis; Cucum ber
　　黄瓜 (Cucum is sa tivus L. ) 作为甜瓜属重要的
经济作物, 是我国“六五”至“十五”的五大攻关蔬菜
之一, 仅 2000 年栽培面积就达 100 万 hm 2 以上[1 ]。
然而, 由于染色体小且染色能力弱[2 ] , 黄瓜的细胞遗
传学研究还很滞后, 迄今为止, 国内外黄瓜的细胞遗
传学研究主要集中在核型和 C2分带带型的分析Ξ 收稿日期: 2002208224, 修回日期: 2002212231。基金项目: 国家高技术研究发展计划专项经费 (2001AA241123, 2002AA 241251, 2002AA 207012) ; 国家自然科学基金 (30170644) ; 教育部《跨世纪优秀人才培养计划》; 教育部科学技术研究重点项目 (重点 01097)资助。作者简介: 钱春桃 (1969- ) , 男, 硕士, 从事蔬菜遗传育种和生物技术研究。通讯作者 (A utho r fo r co rrespondence)。
上[3, 4 ] , 未见系统的减数分裂研究[5 ]。这种状况不利
于发挥细胞遗传学对黄瓜品种改良的指导作用。
目前, 开展细胞遗传学研究对于黄瓜的遗传育
种, 尤其是染色体工程育种具有重要的理论和实践
价值。黄瓜是甜瓜属种间杂交双二倍体新种C. hy 2
tivus Chen & K irkb ride (以下简称新种) 的亲本之
一[6 ] , 了解黄瓜花粉母细胞中的染色体构型、比例及
其动态变化, 是研究新种中黄瓜染色体组和野生种
C. hy strix Chak r. 染色体组互作的前提。同时, 准确
识别黄瓜花粉母细胞减数分裂染色体的特征, 利于
快速预测新种与黄瓜回交后代中出现的各种染色体
材料, 如单体异附加系 (待发表资料) , 从而指导研究
利用新种进行黄瓜染色体工程育种。考虑到我国栽
培黄瓜存在着生态型的差异, 笔者将系统地研究包
括新种亲本北京截头在内的不同生态型栽培黄瓜的
减数分裂行为, 为黄瓜的育种提供一些细胞遗传学
信息。
1　材料和方法
研究材料有北京截头、津绿 3 号、二早子和西双
版纳黄瓜, 生态型及其属性见表 1。“北京截头”和
“二早子”为常规品种, 已经自交多代。津绿 3 号为天
津黄瓜研究所新近推出的杂种一代。选用津绿 3 号
作为对比, 是为了初步考察种内杂种和常规品种减
数分裂染色体行为的异同。
表 1　供试不同基因型的中国栽培黄瓜
T able 1　D ifferen t geno type cucum ber (C. sa tivus L. )
cu lt ivars in Ch ina
基因型
Geno type
属性
P roperty
生态型
Eco type
北京截头
Beijingjietou
黄瓜变种, 常规品种
C. sa tivus var. C. sa tivus,
cu lt ivar
华北型
N o rthern
津绿 3 号
J in lüN o. 3
黄瓜变种, 杂种 F 1
C. sa tivus var. C. sa tivus,
hybrid F 1
华北型
N o rthern
二早子
E rzaozi
黄瓜变种, 常规品种
C. sa tivus var. C. sa tivus,
cu lt ivar
华南型
Southern
西双版纳
X ishuangbanna
西双版纳黄瓜变种
C. sa tivus var. x ishuang 2
bannesis
西南型
Southw estern
　　2001 年 11 月中旬将黄瓜种子催芽后播种, 在
南京农业大学园艺圃的大棚中加温越冬, 2002 年 2
月份取大小适宜的雄花蕾, 长约 1～ 3 mm , 卡诺液
( 1 体积无水酒精∶3 体积冰醋酸) 固定过夜后, 用
70% 的酒精保存在冰箱中备用。2002 年 2 月份再次
催芽播种黄瓜于园艺圃中, 4～ 5 月份取材、固定、保
存备用。将花药从中部切断, 用镊子轻轻挤压出花粉
母细胞, 用卡宝品红 (脱色碱性品红)染色, 采用火焰
微烤和 45% 醋酸分色制片。OL YM PU S (BX251)显
微镜观察照相。
2　结果与分析
2. 1　黄瓜减数分裂的共同特点
所有生态型黄瓜的花粉母细胞减数分裂都包括
细胞质分裂和细胞核分裂。细胞质分裂为同时型胞
质分裂, 细胞核分裂的同步性较强。在细胞核分裂的
过程中, 核仁从前期 I 到中期 I 逐渐消失, 在前期Ê
再次出现, 随后消失; 染色体在前期 I 到中期 I 逐渐
清晰, 末期 I 解螺旋, 变得模糊, 前期Ê 再次清晰可
辨。
黄瓜细胞核减数分裂各个时期的主要特征相
同。以北京截头黄瓜为例, 简要介绍黄瓜细胞核减数
分裂各个时期的主要特点。前期 I, 在细线期的染色
质凝结成染色丝偏在核仁一侧, 成花束状 (图 1: A ) ;
粗线期染色体明显变粗, 已经完成配对过程 (图 1:
B) ; 双线期, 配对染色体的交叉结发生端化现象 (图
1: C) ; 终变期形成 7 个环状二价体 (7Ê ) , 核仁依然
可见 (图 1: D )。中期 I 的染色体排列成一排, 没有分
散到赤道板平面之外, 核仁消失 (图 1: E)。后期 I 染
色体向两极分离, 没有滞后 (图 1: F)。末期 I染色体
解螺旋, 变得模糊 (图 1: G)。前期Ê , 两极都出现清
晰的核仁和染色体 (图 1: H )。中期Ê , 染色体分成两
组, 每组 7 条 (图 1: I)。后期Ê 染色体的分裂面互相
垂直 (图 1: J )。末期Ê 染色体再次解螺旋、消失, 在 4
极出现大小不等的核仁 (图 1: K21)。随后, 经过细胞
质分裂主要形成正常的四分体 (图 1: K22)。
实验发现, 多数花粉母细胞中期 I 的染色体收
缩过度, 排列很紧凑 (图版É: E) ; 而终变期染色体的
收缩程度要低些, 多数花粉母细胞中的染色体都很
分散, 比中期 I 更加适宜观察染色体的构型。所有黄
瓜花粉母细胞终变期二价体的类型有环状和棒状 2
种 (表 2) , 其中环状二价体居多, 平均值介于 6170～
6192, 接近 7Ê (最大的可能值)。在北京截头、二早
子和西双版纳黄瓜中, 约 10% 的花粉母细胞含有 1
个棒状二价体, 在津绿 3 号中, 25% 的花粉母细胞含
有 1～ 2 个棒状二价体。统计分析表明, 常规品种 (北
京截头、二早子和西双版纳)和种内杂种 (津绿 3 号)
花粉母细胞染色体构型的平均值在 0101 水平上差
异不显著。
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A. 细线期, 花束状染色丝; B. 粗线期, 染色体未配对部分呈蓬松状; C. 双线期, 箭头示交叉端化; D. 终
变期, 可见环状二价体; E. 中期É , 染色体排成一排; F. 后期É , 染色体分处两极; G. 末期É , 染色体
解螺旋, 变得模糊; H. 前期Ê , 染色体和核仁都清晰可见; É . 中期Ê , 两组染色体, 每组 7 条; J. 后期Ê , 分裂面互相垂直; K21 和 K22 为末期Ê。K21, 染色体消失, 4 极出现大小不等的核仁; 随后形成四
分体 (K22)
A. L ep to tene, bouquet2shaped ch rom atin; B. Pachytene,U npaired region is loo se show n by arrow ; C.
D ip lo tene, a arrow show s ch iasm a term inalizat ion; D. D iak inesis, ring b ivalen ts occurred; E.
M etaphase I, ch romo som es aligned in line; F. A naphase I, ch romo som es separate to tw o po les; G.
T elophase I, ch romo som es de2helixed and w ere illegib le; H. P rophase Ê , nucleo li and ch romo som es
w ere dist inct a t bo th po les; É . M etaphase Ê , 7 ch romo som es at bo th group s; J. A naphase Ê , recip2
rocally vert ical division; K21 & K22. T elophase Ê . K21, Ch romo som e disappeared and differen t sized
m icro2nucleo li occurred at 4 po les; K22,A tetrad.
图 1　黄瓜花粉母细胞减数分裂过程
F ig. 1　M eio sis of po llen mo ther cells in cucum ber
591　第 3 期　　　　　　　　　　　　 　钱春桃等: 黄瓜花粉母细胞减数分裂行为的研究
表 2　黄瓜 100 个花粉母细胞终变期染色体的平均构型3
T able 2　A verage ch romo som e configurations at diak inesis
of 100 po llen mo ther cells (PM C s) in cucum ber
黄瓜
Cucum ber
环状二价体
R ing b ivalen t
棒状二价体, % 33
Rod bivalen t
北京截头
Beijingjietou 6. 90 A (6～ 7) 0. 10 A (0～ 1) , 10%
二早子
E rzaozi 6. 88 A (6～ 7) 0. 12 A (0～ 1) , 12%
津绿 3 号
J in lüN o. 3 6. 70 A (5～ 7) 0. 30 A (0～ 2) , 25%
西双版纳
X ishuangbanna 6. 92 A (6～ 7) 0. 08 A (0～ 1) , 8%
　3 A 表示在 0. 01 水平上差异不显著。33 % 表示含有棒状二价体花粉母细胞的比例。3 A m eans no sign ificance at 0. 01 p robab ility level.33 % show s the percen tage of PM C s w ith rod b ivalen ts. 2. 2　黄瓜减数分裂的特殊行为西双版纳黄瓜变种特殊的减数分裂行为。与普通黄瓜相比, 西双版纳黄瓜花粉母细胞的减数分裂行为特殊之处主要体现在核仁的数量上。在前期 I,西双版纳黄瓜的核仁 (2 个) 比普通黄瓜品种的 (1个) 多 1 个 (图 2: A ) ; 在前期Ê , 西双版纳黄瓜的两极有 2 个核仁 (图 2: B ) , 而普通黄瓜只有 1 个 (图 1:G)。另外, 在西双版纳黄瓜的后期 I还发现 1 例 (约015% )染色体桥 (图 2: C)。这在普通黄瓜中没有发现。西双版纳黄瓜其它的减数分裂行为与普通黄瓜的相似, 很正常。
A～C. 西双版纳黄瓜的核仁和染色体桥; D. 所有黄瓜中的多分体。A. 前期É , 出现 2 个核仁, 箭头示 1 个小
核仁; B. 前期Ê , 两极各出现 2 个核仁; C. 后期É , 染色体桥; D. 1 个多分体, 含 4 个大分体和 8 个小分体
N ucleo lus and ch romo som e bridge in C. sa tivus var. x ishuang bannesis (A～ C) , and po lyads in all cucum ber
observed (C. sa tivus L. ). A. P rophase É, 2 nucleo lei occurred. A rrow show ing 1 sm all nucleo lus; B.
P rophase Ê, 2 nucleo lei a t either po le; C. A naph ase É, ch romo som e bridge; D. A po lyad having 4 large2 +
8 sm all2componen ts
图 2　特殊的减数分裂行为
F ig. 2　Special m eio tic behavio rs
　　所有参试黄瓜的花粉母细胞在不同气候条件下
都可以形成多分体。在早春阴冷天气和冬季, 多数花
粉母细胞产生多分体, 除了 4 个大型的小分体外, 还
有 1～ 9 个微型小分体 (图 2: D ) ; 其中约 60% 的花
粉母细胞产生 5～ 6 个微型小分体。在晴朗温暖的天
气, 95% 以上的花粉母细胞只产生四分体, 不到 5%
的花粉母细胞产生 1～ 3 个微型小分体。在后期Ê 未
发现染色体多组 (超过 4 组)分布。
3　讨论
实验中我们将卡宝品红染色、火焰烤片和 45%
醋酸浸润分色相结合, 减弱了来自黄瓜染色体染色
能力弱和细胞质背景色重的干扰。简要地描述了黄
瓜减数分裂各个时期的共性特征, 并报道了黄瓜减
数分裂的一些特殊行为, 为黄瓜细胞遗传学的深入
开展提供了一些基础信息。
与普通黄瓜变种相比, 西双版纳黄瓜变种花粉
母细胞的减数分裂行为具有一定的特殊性。在前期
I 和前期Ê 发现西双版纳黄瓜变种与所观察的普通
黄瓜变种的核仁数量不同, 而且, 后期 I 在西双版纳
黄瓜变种中还观察到普通黄瓜变种所没有的染色体
桥。人们认为C icer L. 属的二倍体物种中偶尔出现
的染色体桥与其最长二价体的分离迟滞 (Separa te
la te)有关[7 ]。鉴于在后期É 没有观察到染色体滞后
的现象, 西双版纳黄瓜的染色体桥是否是由于二价
体分离迟滞引起的还有待进一步研究。
研究还首次发现普通栽培黄瓜经过减数分裂可
以产生多分体。前人推测远缘杂种的多分体可能是
后期Ê 多组分布的染色体经过减数分裂形成的[8 ]。
在黄瓜减数分裂的过程中未发现染色体多组分布的
现象, 表明栽培黄瓜多分体的形成与染色体的多组
分布无关。在黄瓜适宜的生长季节中, 花粉母细胞几
乎不产生多分体, 因此, 本实验观察到的高频率的多
分体可能主要是季节性的低温逆境引起的, 具体机
691 武 汉 植 物 学 研 究　 　　　　　　　　　　　　　　　　第 21 卷　
制有待深入研究。
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